汽車拖拉機(jī)學(xué)-發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)第一節(jié)配氣機(jī)構(gòu)第二節(jié)近氣裝置與排氣裝置第三節(jié)換氣過程和換氣損失

第四節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣增壓技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

1重點(diǎn)、難點(diǎn)■

配氣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)原理■

進(jìn)氣裝置與排氣裝置的結(jié)構(gòu)原理■

換氣過程與換氣損失原理發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)教學(xué)要求■

掌握氣門間隙的調(diào)整■

掌握配氣相位設(shè)計(jì)■

掌握進(jìn)氣增壓技術(shù)設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)課程思政融入點(diǎn)1.氣門間隙的調(diào)整與實(shí)踐2.配氣相位設(shè)計(jì)與實(shí)踐3.進(jìn)氣增壓技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)踐發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)課程思政的育人目標(biāo)■

科學(xué)精神■

創(chuàng)新思維■

適應(yīng)發(fā)展■

科技發(fā)展■

自主學(xué)習(xí)發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)課程耕讀教育要點(diǎn)耕讀教育映射與融入點(diǎn)教育方法與載體途徑耕讀育人預(yù)期成效氣門間隙的

調(diào)整與實(shí)踐1.氣門為何需要有一定的間隙?2.進(jìn)氣門間隙與排氣門間隙是一致的嗎?3.氣門間隙是怎樣實(shí)現(xiàn)從人工調(diào)

整到自動(dòng)調(diào)整的?信息化載體、參觀

體驗(yàn)、課堂討論；

制作講義或教材、

制作PPT科學(xué)精神創(chuàng)新思維適應(yīng)發(fā)展配氣相位設(shè)

計(jì)與實(shí)踐1.進(jìn)、排氣門的配氣相位是如何變化的?2.配氣相位對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率有何

影響?3.可變配氣相位是如何實(shí)現(xiàn)的?信息化載體、參觀

體驗(yàn)、課堂討論；制作講義或教材、制作PPT科學(xué)精神科技發(fā)展自主學(xué)習(xí)進(jìn)氣增壓技

術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)踐1.發(fā)動(dòng)機(jī)為何從自然吸氣向增壓進(jìn)氣發(fā)展?2.為何汽油機(jī)和柴油機(jī)越來越多

采用廢氣渦輪增壓技術(shù)?3.為何有的發(fā)動(dòng)機(jī)采用雙增壓技術(shù)?信息化載體、參觀

體驗(yàn)、課堂討論；

制作講義或教材、

制作PPT科學(xué)精神科技發(fā)展創(chuàng)新思維“耕讀教育”思政點(diǎn)映射表發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)第

一

節(jié)配氣機(jī)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)7換氣系統(tǒng)的作用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)各缸的工作循環(huán)和著火次序適時(shí)地開啟和關(guān)閉各缸的進(jìn)、排氣門，使足量的純凈空氣或空氣與

燃油的混合氣及時(shí)地進(jìn)入氣缸，并及時(shí)地將廢氣排出。換氣系統(tǒng)主要由配氣機(jī)構(gòu)、進(jìn)氣裝置、排氣裝置等組成。圖4-1

發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)的組成1—空氣濾清器2、4—配氣機(jī)構(gòu)3—進(jìn)氣管系5—排氣管系6—消聲器發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

81一節(jié)配氣機(jī)構(gòu)一、配氣機(jī)構(gòu)1.配氣機(jī)構(gòu)的作用配氣機(jī)構(gòu)的作用是按照發(fā)動(dòng)機(jī)各缸的工作過程和著火順序的要求，定時(shí)開啟和關(guān)閉各缸進(jìn)、排氣門，準(zhǔn)時(shí)地供給清潔、足量

的新鮮工作介質(zhì)(空氣或可燃混合氣),及時(shí)并盡可能徹底地排

出廢氣，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程的有效進(jìn)行。配氣機(jī)構(gòu)工作得好壞，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能影響很大。同時(shí)配氣機(jī)構(gòu)又是發(fā)動(dòng)機(jī)噪

聲的主要來源之一。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

9二、配氣機(jī)構(gòu)的類型1.按氣門的布置位置分按氣門的布置位置不同，配氣機(jī)構(gòu)可以分為側(cè)置氣門式和頂置氣門

式

。側(cè)置式的氣門布置在氣缸的一側(cè)，使燃燒室結(jié)構(gòu)不緊湊，熱量損

失大，氣道比較曲折，進(jìn)氣流通阻力大，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性變差。目前，這種布置形式已被淘汰?，F(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)均采用氣門布置在氣缸蓋上的頂置式氣門結(jié)構(gòu)拖拉機(jī)柴油機(jī)一般采用搖臂推桿頂置式配氣結(jié)構(gòu)一節(jié)

配

氣

機(jī)

構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

10圖4

-

3

搖臂推桿頂置式配氣機(jī)構(gòu)1

—

氣缸蓋2

—

氣門導(dǎo)管3

—

氣門

4—?dú)忾T主彈簧5

—

氣門副彈簧6

—

氣門彈簧座7

—

鎖片8—?dú)忾T室罩

9—搖臂軸

10—搖臂11—鎖緊螺母12—調(diào)整螺釘

13

—

推桿14

—

挺柱15—凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

11圖4

-

2

頂置式配氣機(jī)構(gòu)1—液壓挺柱

2—凸輪

3—進(jìn)氣凸輪軸4—凸輪軸傳動(dòng)帶輪5—張緊輪6—同步帶7—中間軸正時(shí)帶輪8—曲軸正時(shí)帶輪9—進(jìn)氣門組件10—排氣凸輪軸11—排氣門組件1.按氣門的布置位置分121314112.按凸輪軸布置位置分按凸輪軸布置位置不同，配氣機(jī)構(gòu)分為上置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)、

中置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)、下置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)3種。(1)下置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)將凸輪軸布置在曲軸箱上，由曲軸正時(shí)齒輪帶動(dòng)凸輪軸旋轉(zhuǎn)。

這種結(jié)構(gòu)布置的主要優(yōu)點(diǎn)是凸輪軸離曲軸較近，可用齒輪驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)簡單。但存在零件較多、傳動(dòng)鏈長、系統(tǒng)彈性變形大、影響配氣

準(zhǔn)確性等缺點(diǎn)。在轎車高速發(fā)動(dòng)機(jī)中已趨于淘汰，輕、中型汽車上

還有應(yīng)用。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

12(2)中置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)將凸輪軸布置在曲軸箱上。與下置凸輪軸相比，省去了推桿，由凸輪軸經(jīng)過

挺柱直接驅(qū)動(dòng)搖臂，減小了氣門傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，適應(yīng)更高速的發(fā)動(dòng)56

七713圖4-4

下置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)1—搖臂2—?dú)忾T鎖夾3—?dú)忾T彈簧座4—?dú)忾T彈簧5—?dú)忾T導(dǎo)管

6—?dú)忾T

7—?dú)忾T座

8—調(diào)整螺釘9—鎖緊螺母10—搖臂軸11—推桿12—挺柱13—凸輪軸圖4-5

中置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)1

—

推

桿

2

—

挺

柱

3

—

凸輪軸

4—?dú)忾T

5—搖臂發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

13機(jī)。(3)上置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)將凸輪軸直接布置在氣缸蓋上，直接通過搖臂或凸輪來推動(dòng)氣門的開啟和關(guān)閉。這種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)沒有推桿等運(yùn)動(dòng)件，系統(tǒng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量

大大減小，非常適合現(xiàn)代高速發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是轎車發(fā)動(dòng)機(jī)。根據(jù)頂置氣門凸輪軸的個(gè)數(shù)不同，上置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)又分為單頂置凸輪軸(SOHC)

和雙頂置凸輪軸(DOHC)

兩

種。1)單頂置凸輪軸。僅用一根凸輪軸同時(shí)驅(qū)動(dòng)進(jìn)、排氣門，結(jié)構(gòu)

簡單，布置緊湊。2)雙頂置凸輪軸。由兩個(gè)凸輪軸分別驅(qū)動(dòng)進(jìn)、排氣門。其有兩

種布置型式，

一種是凸輪通過搖臂驅(qū)動(dòng)氣門，另一種是凸輪直接驅(qū)動(dòng)

氣門，有利于增加氣門數(shù)目，提高進(jìn)、排氣效率，提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，是現(xiàn)代高速發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的主要型式。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

145圖4

-

7

雙頂置凸輪軸1—排氣凸輪軸

2—進(jìn)氣凸輪軸3—搖臂4—進(jìn)氣門5—排氣門發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

154

3圖4

-

6

單

頂

置

凸

輪

軸1—凸輪軸

2—搖臂

3—進(jìn)氣門

4—排氣門3.按曲軸和配氣凸輪軸的傳動(dòng)方式分根據(jù)曲軸和配氣凸輪軸的傳動(dòng)方式不同，配氣機(jī)構(gòu)可分為齒輪

傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和同步帶傳動(dòng)3種。(1)齒輪傳動(dòng)凸輪軸下置、中置的配氣機(jī)構(gòu)大多采用齒輪傳動(dòng)。

一般從曲軸

到凸輪軸間的傳動(dòng)只需一對(duì)正時(shí)齒輪，必要時(shí)可加裝中間齒輪。

為

了嚙合平穩(wěn)，減小噪聲，正時(shí)齒輪多用斜齒輪，也有的采用夾布膠

木制造，以減小噪聲。為了裝配時(shí)保證配氣相位正確，齒輪上都有正時(shí)標(biāo)記，裝配時(shí)必須按要求對(duì)齊。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

161265--3o4圖4-9

凸輪軸的鏈傳動(dòng)1

—

凸輪軸鏈輪2

—

導(dǎo)鏈板3

—

傳動(dòng)鏈4

—

曲軸鏈輪5

—

油泵驅(qū)動(dòng)鏈輪6

—

液力張緊裝置圖4

-

8

凸輪軸的齒輪傳動(dòng)1—搖臂2—搖臂軸

3—搖臂座4—推桿5—挺柱

6—凸輪軸

7—凸輪軸正時(shí)齒輪8—曲軸正時(shí)齒輪9—?dú)忾T發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

17ooo9(2)鏈傳動(dòng)鏈傳動(dòng)多用在凸輪軸頂置的配氣機(jī)構(gòu)中。為使傳動(dòng)鏈在工作

時(shí)具有一定的張力而不至于脫落，一般裝有導(dǎo)鏈板和張緊輪等。

這種傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是布置容易，若傳動(dòng)距離較遠(yuǎn)，還可用兩級(jí)鏈傳

動(dòng)。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)質(zhì)量及噪聲較大，鏈的可靠性和耐久性不易得到

保

證。(3)同步帶傳動(dòng)現(xiàn)代高速發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛采用同步帶傳動(dòng)。同步帶用氯丁橡膠制

成，中間夾有玻璃纖維和尼龍織物，以增加強(qiáng)度。同步帶的張力

可以由張緊輪進(jìn)行調(diào)整。這種傳動(dòng)方式可以減小噪聲，減小結(jié)構(gòu)質(zhì)量和降低成本發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

184.按每缸氣門的數(shù)目分根據(jù)每缸氣門的數(shù)目不同，配氣機(jī)構(gòu)有2氣門、3氣門、4氣

門和5氣門之分。傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)都采用每缸2氣門(一個(gè)進(jìn)氣門，一個(gè)排氣門)。

為了改善發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣性能，應(yīng)盡量加大氣門的直徑，但由于

氣缸的限制，氣門的直徑不能超過氣缸直徑的一半。因此，現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中，普遍采用多氣門(3～5氣門)結(jié)構(gòu)，使發(fā)動(dòng)

機(jī)的進(jìn)排氣流通截面積增大，提高了充氣效率，改善了發(fā)動(dòng)機(jī)

的動(dòng)力性能、經(jīng)濟(jì)性能和排放性能。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

19當(dāng)每缸采用4氣門時(shí)，氣門的排列方式有兩種：一種是同名氣門排成兩列，由一根凸輪軸通過T形驅(qū)動(dòng)桿同時(shí)驅(qū)動(dòng)，由于兩同名氣門在氣道中的位置不同，可能使二者的工作條件和工

作效果不一致，故不常用；另一種是同名氣門排成一列，這種結(jié)構(gòu)在組織

進(jìn)氣渦流、保證排氣門及缸蓋熱負(fù)荷

均勻等方面都具有優(yōu)越性，但一般需

要兩根凸輪軸，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。3a)

b)圖4-10

4氣門機(jī)構(gòu)的布置a)同名氣門排成兩列b)

同名氣門排成一列1—T

形驅(qū)動(dòng)桿

2—?dú)忾T桿端

3、4—曲軸軸線發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

20第一節(jié)

配氣機(jī)構(gòu)三、配氣機(jī)構(gòu)的主要部件配氣機(jī)構(gòu)的主要部件有氣門組、氣門傳動(dòng)組。1.氣門組氣門組主要由氣門、氣門座、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧、氣門鎖夾等零件組圖4-11

氣門組1—?dú)忾T鎖夾

2—?dú)忾T彈簧座3

—

氣門彈簧4

—

氣門油封5—?dú)忾T彈簧墊圈

6—?dú)忾T導(dǎo)管

7—?dú)忾T

8—?dú)忾T座9—?dú)飧咨w發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

21成1.氣門組(

1

)

氣

門氣門的作用是控制進(jìn)、排氣道的開啟和關(guān)閉，在壓縮和做功沖

程保證氣缸密封良好，因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、耐久性和啟動(dòng)性能等均有很大影響，是發(fā)動(dòng)機(jī)重要零件之一。氣門分為進(jìn)氣門和排氣門。進(jìn)氣門一般用中碳合金鋼(鉻鋼、鉻鉬鋼和鎳鉻鋼等)制造；排氣門則用耐熱合金鋼(硅鋁鋼、硅鉻鉬鋼和硅鉻錳鋼等)制成。高強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)可用奧氏體鋼或鉻鎳鎢鉬鋼制作氣門。氣門由頭部和桿部兩部分組成。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

22a)

b)

c)圖4-12

氣門頭部的結(jié)構(gòu)型式a)平頂b)

喇叭形頂c)球面頂發(fā)

動(dòng)

機(jī)

換

氣

系

統(tǒng)

23①氣門頭部。

頭部用來封閉氣缸的進(jìn)、排氣通道。氣門頭部的形狀有平頂、喇叭形頂和球面頂。目前使用最多的是平頂氣門，其結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，吸熱面積較小，質(zhì)量小，進(jìn)、氣門均可采用。喇叭形頂頭部與桿部的過渡部分具有一定的流

線型，氣流流通較便利，可減小進(jìn)氣阻力，但其頂部受熱面積較大，故多用

于進(jìn)氣門。球面頂氣門頭部，其強(qiáng)度高，排氣阻力小，廢氣清除效果好，適

用于排氣門，但球形氣門頂部的受熱面積大，質(zhì)量和慣性力也大，加工較困

難。氣門頭部與氣門座圈接觸的工作面是與桿部同心的錐面，通常將這一錐面與氣門頂部平面的夾角稱為氣門錐角，

一般做成45°,少數(shù)為30°。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

24圖4-13

氣門錐角采用錐形工作面的目的：像錐形塞子可以塞緊瓶口一樣，能獲得較大的氣門座閉合壓力，提高密封性和導(dǎo)熱性；氣門落座時(shí)有定位作用；避免氣流拐彎過大而降低流速。為了保證良好密合，裝配前應(yīng)將氣門頭與氣門座二者的密封錐面互相研磨，研磨好的零件不能互換。氣門頭部直徑越大，氣門口通道截面就越大，進(jìn)、排氣阻力就

越小。為了盡量減小進(jìn)氣阻力，進(jìn)氣門直徑比排氣門大15%~30%。但在排氣門數(shù)目少于進(jìn)氣門數(shù)目的發(fā)動(dòng)機(jī)中(如3個(gè)進(jìn)氣

門，2個(gè)排氣門),排氣門頭部直徑大于進(jìn)氣門。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

25②氣門桿部桿部的功用是為氣門的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)向。氣門桿有較高的加工精度和表面粗糙度要求，應(yīng)與氣門導(dǎo)管有良好配合。氣門桿尾部結(jié)構(gòu)取決于氣門彈簧座的固定方式，常用的結(jié)構(gòu)是用剖分成兩半的錐形鎖片來固定氣門彈簧座。這時(shí)氣門桿的尾部可切出環(huán)形槽來安裝鎖片；也可以用鎖銷

來固定氣門彈簧座，對(duì)應(yīng)的氣門桿尾部應(yīng)有一個(gè)用來安裝鎖銷的

徑向孔。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

26(

2

)

氣

門

座氣門座的作用是靠其內(nèi)錐面與氣門錐面的緊密貼合密封氣缸，并接受氣門傳來的熱量。氣門座可直接在氣缸蓋上加工出來，也可用合金鑄鐵或奧氏體鋼制成單獨(dú)的氣門座圈，再鑲嵌到氣缸蓋

相應(yīng)的座孔中，構(gòu)成鑲嵌式氣門座。鑲嵌式氣門座可使鋁合金和鑄鐵氣缸蓋的使用壽命得以延長。氣門座也有相應(yīng)的錐面與氣門

頭部錐面相配合。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

27(3)氣門導(dǎo)管氣門導(dǎo)管的主要作用是保證氣門作穩(wěn)定的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，保證氣門與氣門

座正確配合，對(duì)氣門起導(dǎo)向作用。此外，還擔(dān)負(fù)部分傳熱作用。氣門導(dǎo)管通常

為圓柱形管。外圓與內(nèi)孔均需精加工，為了外圓表面磨削方便，

一般不設(shè)臺(tái)肩。

外圓柱面以一定的過盈量壓入缸蓋。其材料要求耐磨性好，以減少內(nèi)孔磨損，

常用合金鑄塊或鐵基粉末冶金。當(dāng)采用鋁合金缸蓋時(shí)，考慮鋁合金熱膨脹系數(shù)

較大，工作時(shí)氣門導(dǎo)管可能松脫，因而有必要采用安全措施，如加卡圈等。圖4-14

氣門導(dǎo)管及安裝1—?dú)忾T導(dǎo)管2—卡環(huán)3—?dú)飧咨w4—?dú)忾T座發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

28(4)氣門彈簧氣門彈簧借其張力克服氣門關(guān)閉過程中氣門及傳動(dòng)件因慣性力而產(chǎn)生的

間隙，保證氣門及時(shí)落座并緊密貼合，同時(shí)也可防止氣門在發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)時(shí)因跳動(dòng)而破壞密封。為了防止彈簧發(fā)生共振，可采用變螺距的圓柱形彈簧。大多數(shù)高速發(fā)動(dòng)

機(jī)是一個(gè)氣門裝有同心安裝的內(nèi)、外兩根氣門彈簧，這樣不但可以防止共振，

而且當(dāng)一個(gè)彈簧折斷時(shí)，另一根仍可維持工作。此外，還能減小氣門彈簧的

高度。當(dāng)裝用兩根氣門彈簧時(shí)，氣門彈簧的螺旋方向和螺距應(yīng)各不相同，這樣可以防止折斷的彈簧圈卡入另一個(gè)彈簧圈內(nèi)。a)

b)c)圖4-15

氣門彈簧a)等螺距圓柱氣門彈簧

b)

變螺距氣門彈簧

c)錐形氣門彈簧發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

29(5)氣門鎖夾氣門彈簧座的固定方式有兩種。

一種是鎖夾式，在氣門桿端部的溝槽上裝有兩個(gè)半圓形的錐形鎖夾，彈簧座緊壓鎖夾，使其緊箍在氣門桿端部，

從而使彈簧座、鎖夾與氣門連接成一整體，與氣門一起運(yùn)動(dòng)。另一種是以鎖銷代替鎖夾，在氣門桿端有一個(gè)用來安裝鎖銷的徑向孔，通過鎖銷進(jìn)行連接。a)b)圖4-

16

氣門彈簧座的固定方式a)

鎖夾固定

b)

鎖銷固定1—錐形鎖夾2、6

—

彈簧座3、7

—

氣門彈簧4、8

—

氣門桿

5

—

鎖銷發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

301.氣門傳動(dòng)組氣門傳動(dòng)組的作用是使氣門按發(fā)動(dòng)機(jī)配氣相位規(guī)定的時(shí)刻及時(shí)開、閉，并保證規(guī)定的開啟持續(xù)時(shí)間和開啟高度。(1)

凸輪軸凸輪軸主要由凸輪和凸輪軸軸頸等組成。對(duì)于下置凸輪軸的汽

油機(jī)還具有用以驅(qū)動(dòng)分電器等的螺旋齒輪和用以驅(qū)動(dòng)汽油泵的偏心

輪。凸輪受到氣門間歇性開啟的周期性沖擊載荷，因此要求凸輪表

面要耐磨，凸輪軸要有足夠的韌性和剛度。凸輪軸一般用優(yōu)質(zhì)鋼模

鍛制成，或用球墨鑄鐵、合金鑄鐵鑄造制成。凸輪和軸頸的工作表面經(jīng)熱處理后精磨，以提高耐磨性。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

31a)b)圖4-17四缸四沖程汽油機(jī)凸輪軸a)各凸輪軸的相對(duì)角位置b)進(jìn)(

排

)

氣

凸

輪

投

影發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

32第3缸進(jìn)

排

氣

氣第1缸一一人—

進(jìn)

進(jìn)

氣

氣第2缸

人

排

進(jìn)

氣

氣第4缸排

進(jìn)

氣

氣同一氣缸的進(jìn)、排氣凸輪的相對(duì)角位置是與既定的配氣相位相適應(yīng)的。發(fā)

動(dòng)機(jī)各個(gè)氣缸的進(jìn)、

排氣凸輪的相對(duì)角

位置應(yīng)符合發(fā)動(dòng)機(jī)各缸的點(diǎn)火順序和點(diǎn)

火間隔時(shí)間的要求。因此，根據(jù)凸輪軸

的旋轉(zhuǎn)方向以及各缸進(jìn)、排氣和凸輪的

工作順序，就可以判定發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火次

序。四缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，每完成一個(gè)工

作循環(huán)，曲軸需旋轉(zhuǎn)兩周而凸輪軸只旋轉(zhuǎn)一周，在這期間內(nèi)，每個(gè)氣缸都要進(jìn)

行一次進(jìn)氣或排氣，且各缸進(jìn)氣與排氣

的時(shí)間間隔相等，即各缸進(jìn)氣或排氣凸

輪彼此間的夾角均為360°/4=90°。圖4-18

六缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)(排)氣凸輪投影發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

33發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸旋轉(zhuǎn)方向(從前端向后看)為逆時(shí)針方向，則該發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火次序?yàn)?-2-4-3。若六缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，其點(diǎn)火次序?yàn)?-5-3-6-2-4,任何兩個(gè)相繼點(diǎn)火的氣缸進(jìn)或排氣凸輪間的夾角均為360°/6=60°,發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

34(

2

)

挺

柱挺柱的作用是將凸輪的推力傳給推桿或氣門，承受凸輪旋轉(zhuǎn)時(shí)傳來的側(cè)向力并傳給發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體。常用的有菌形挺柱、平面挺柱和桶形挺柱3種。挺柱工作時(shí)，由

于受凸輪側(cè)向推力的作用會(huì)引起挺柱與導(dǎo)管間的單面摩擦。為了減小

這種單面摩擦及磨損，

一般采取以下方法：①將挺柱工作面制成球面，這樣可使挺柱在工作時(shí)繞其中心線稍有轉(zhuǎn)

動(dòng)，達(dá)到磨損均勻的目的。②挺柱相對(duì)凸輪偏心安置，工作時(shí)，挺柱繞其中心線稍作轉(zhuǎn)動(dòng)。③挺柱外表面制成兩端小、

中間大的桶形，當(dāng)挺柱在座孔中歪斜時(shí)，

它的定位作用仍可保證凸輪型面全寬與挺柱表面相接觸，減小接觸應(yīng)力，使磨損均勻。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

35a)b)c)圖4-

19氣門挺柱的形狀a)菌形挺柱b)平面挺柱c)桶形挺柱發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

36熱膨脹造成的氣門關(guān)閉不嚴(yán)的問題用預(yù)留氣門間隙的方法來解決；但由于氣門間隙的存在，配氣機(jī)構(gòu)在工作時(shí)將產(chǎn)生沖擊而發(fā)出響聲。為了解決這一矛盾，有的發(fā)動(dòng)機(jī)上采用了液力挺柱。(3)推桿氣門推桿用于下置凸輪軸頂置氣門的配氣機(jī)構(gòu)。它的功用是將

挺柱、凸輪傳來的運(yùn)動(dòng)傳給搖臂。對(duì)推桿的要求是剛度強(qiáng)、質(zhì)量輕。推桿多為細(xì)長桿，用無縫鋼管或空心鋼管制成，其兩端焊有不同形狀的鋼頭。上端頭部是凹球形，與搖臂調(diào)節(jié)螺釘球頭接觸，下端頭部為圓球形，放置在挺柱的凹球形支承座內(nèi)。兩端頭部都經(jīng)過熱處理，以改善耐磨性能。(

4

)

搖

臂搖臂是一個(gè)雙臂杠桿，其功用是改變推桿傳來的運(yùn)動(dòng)方向，并將運(yùn)動(dòng)傳給氣門桿尾端，以推開氣門。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

37(

4

)

搖

臂搖臂兩邊臂長的比值稱為搖臂比。搖

臂比一般為1.2~1.8。短臂端裝有調(diào)節(jié)螺

釘而與推桿接觸，長臂端用以推動(dòng)氣門桿

端。因此，在一定的氣門開度下，可減少

凸輪的最大升程。工作時(shí)，搖臂承受較大

的彎曲應(yīng)力，搖臂長端頭部沿氣門桿端滑

移易磨損，所以要求它具有足夠的強(qiáng)度、

剛度和耐磨性。搖臂通過搖臂軸支承在搖臂支座上。搖臂軸為中空形，搖臂內(nèi)鉆有油孔，機(jī)油從支座的油道經(jīng)搖臂軸通向搖臂的兩端進(jìn)行潤滑。為了防止搖臂在軸上產(chǎn)生軸向移

動(dòng)，相鄰兩搖臂間裝有彈簧。圖4-20

搖

臂1—調(diào)整螺釘2—鎖緊螺母3—搖臂4—搖臂軸5—襯套發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

38(5)正時(shí)齒輪正時(shí)齒輪的功用是將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳給各輔助機(jī)構(gòu)，如凸輪軸、噴油泵等。凸輪軸、噴油泵與曲軸的旋轉(zhuǎn)必須保持著嚴(yán)格的相對(duì)位置關(guān)系，

一般都采用斜齒輪傳動(dòng)，并在齒輪端面上打上裝配標(biāo)記。小齒輪和大齒輪分別用鍵裝在曲軸和凸輪軸的前端，其傳動(dòng)比為2:1。安裝時(shí)各齒輪上的標(biāo)記必須對(duì)準(zhǔn)(圖4

-

21)

,以保證正確的配氣相

圖4-21

正時(shí)齒輪安裝記號(hào)位和點(diǎn)火時(shí)刻。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

39正時(shí)斜齒輪副在傳動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生軸向力，導(dǎo)致凸輪軸產(chǎn)生軸向竄動(dòng)。因此凸輪軸必須采用軸向限位裝置，常見的軸向限位

裝置如圖4-22所示。在凸輪軸前軸頸與正時(shí)

齒輪之間，壓裝一個(gè)調(diào)節(jié)隔圈，在調(diào)節(jié)隔圈外再套上止推板，止推板用螺釘固定在機(jī)體

前端面上。調(diào)節(jié)隔圈、凸輪軸正時(shí)齒輪輪轂

與第一凸輪軸軸頸端面緊緊靠在一起。由于

調(diào)節(jié)隔圈比止推板厚0.08～0.20mm,因

此在止推板和凸輪軸正時(shí)齒輪輪轂或止推板

與第一凸輪軸軸頸斷面之間形成0.08～0.20mm的間隙，此間隙即為凸輪軸最大軸向移動(dòng)量?？赏ㄟ^改變調(diào)節(jié)隔圈的厚度來調(diào)整凸輪軸產(chǎn)生軸向移動(dòng)量。2-圖4-

22

常見的軸向限位裝置1

—

正時(shí)齒輪2

—

正時(shí)齒輪輪轂

3

—

鎖緊螺母4

—

止動(dòng)板5

—

止動(dòng)板固定螺釘6

—

調(diào)節(jié)隔圈發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

40第

一

節(jié)配氣機(jī)構(gòu)四、配氣相位1.配氣相位的定義正進(jìn)、排氣門開啟和關(guān)閉時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為配氣

相位，簡稱配氣相位。表示配氣相位的環(huán)形圖稱為配氣相位圖。

發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣相位對(duì)其性能，特別是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)

性有很大影響。從理論上講，四行程發(fā)動(dòng)機(jī)配氣相位與活塞行程的開始和結(jié)束相對(duì)應(yīng)，即進(jìn)氣門應(yīng)在上止點(diǎn)時(shí)開啟、在下止點(diǎn)時(shí)關(guān)閉，

排氣門應(yīng)在下止點(diǎn)時(shí)開啟、在上止點(diǎn)時(shí)關(guān)閉，進(jìn)氣過程和排氣

過程各對(duì)應(yīng)180℃A

。但實(shí)際上發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速很高，活塞每

一行程歷時(shí)都很短，而且氣門在凸輪軸作用下逐漸開啟和關(guān)閉。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

41a)b)c)為保證氣缸進(jìn)氣充足和排氣徹底，實(shí)際上進(jìn)、排氣門應(yīng)提前打開和延遲關(guān)閉，即進(jìn)氣門在活塞到達(dá)上止點(diǎn)前開啟并在下止點(diǎn)后關(guān)閉；排氣門則

在活塞到達(dá)下止點(diǎn)前開啟，而在上止點(diǎn)后關(guān)閉。圖4-23配氣相位圖a)進(jìn)氣相位b)

排氣相位

c)進(jìn)、排氣配氣相位1—進(jìn)氣門

2、6—上止點(diǎn)

3、10—下止點(diǎn)

4—排氣門

5—進(jìn)氣門開

7—排氣門關(guān)

8—進(jìn)氣過程

9—排氣門開

11—進(jìn)氣門關(guān)

12—排氣過程發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

422.進(jìn)氣門配氣相位(1)進(jìn)氣提前角α在排氣行程接近終了、活塞到達(dá)上止點(diǎn)之前，進(jìn)氣門便開始開啟。從進(jìn)氣門開始開啟活塞移到上止點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角，稱為進(jìn)氣提前角α。

進(jìn)氣門提前開啟的目的是保

證進(jìn)氣行程開始時(shí)進(jìn)氣門已經(jīng)開大，減小進(jìn)氣阻力，使新

鮮氣體能順利地充入氣缸。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

43(2)進(jìn)氣遲后角β在進(jìn)氣行程活塞到達(dá)下止點(diǎn)過后，活塞又上行一段時(shí)間，進(jìn)氣門才關(guān)閉。從下止點(diǎn)到進(jìn)氣門關(guān)閉所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為進(jìn)氣遲后角β。進(jìn)氣門遲后關(guān)閉的目的是由于活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)，氣缸

內(nèi)壓力仍低于大氣壓力，氣流還有相當(dāng)大的慣性，仍可以利用氣

流慣性和壓力差繼續(xù)進(jìn)氣。由此可見，進(jìn)氣門開啟持續(xù)時(shí)間內(nèi)的

曲軸轉(zhuǎn)角，即進(jìn)氣持續(xù)角度(α+180°+β)。α角一般為10°~30°,β角一般為30°~80°。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

443.排氣門配氣相位(1)排氣提前角Y在做功行程接近終了，活塞到達(dá)下止點(diǎn)之前，排氣門便開始開啟。從排氣門開始開啟到活塞移至下止點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角γ稱為排氣提前角。排氣門提前開啟的目的是，當(dāng)做功行程活塞接近下止

點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)的氣體還有0.30～0.50kPa

的壓力，此壓力對(duì)做功的作用已經(jīng)不大，但仍比大氣壓力高，因此在此壓力作用下，氣缸

內(nèi)的廢氣能迅速地自由排出；待活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)只剩約0.115kPa的壓力，此時(shí)進(jìn)一步加大排氣門開度，可降低活塞上行的排氣阻力，使排氣行程所消耗的功率大為減??；此外，高溫廢氣

迅速地排出，還可以防止發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，保持在正常的工作狀態(tài)。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

45(2)排氣遲后角δ在排氣行程接近終了，活塞越過上止點(diǎn)后，排氣門才關(guān)閉。

從上止點(diǎn)到排氣門關(guān)閉所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為排氣遲后角δ。排

氣門遲后關(guān)閉的目的是由于活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)的殘余廢

氣壓力繼續(xù)高于大氣壓力，加之排氣時(shí)氣流有一定的慣性，仍可

以利用氣流慣性和壓力差把廢氣排放得較充分。由此可見，排氣

門開啟持續(xù)時(shí)間內(nèi)的曲軸轉(zhuǎn)角，即排氣持續(xù)角度為(γ+180°+δ)

。Y

角一般為40°~80°,δ角一般為10°~30°。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

464.氣門重疊由于進(jìn)氣門在上止點(diǎn)前即開啟，而排氣門在上止點(diǎn)后才關(guān)閉，這就出現(xiàn)了在一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)、排氣門同時(shí)開啟的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為氣門重疊，同時(shí)開啟的曲軸轉(zhuǎn)角(α+δ)稱為氣門重疊角。

在這一重疊時(shí)間內(nèi)，由于進(jìn)氣歧管內(nèi)的新鮮氣流和排氣歧管內(nèi)的廢氣流的流動(dòng)慣性都比較大，致使氣缸內(nèi)的氣體在短時(shí)間內(nèi)是不

會(huì)改變流向的。所以只要?dú)忾T重疊角選擇適當(dāng)，就不會(huì)有廢氣倒流入進(jìn)氣歧管和

新鮮氣體隨同廢氣排出的可能性。相反，由于廢氣氣流周圍有一定的真空度，對(duì)排氣速度有一定影

響，從進(jìn)氣門進(jìn)入的少量新鮮氣體可對(duì)此真空度加以填補(bǔ)，還有助于廢氣的排出。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

47增壓柴油機(jī)氣門重疊角可選擇大一些。因?yàn)樵鰤翰裼蜋C(jī)進(jìn)氣壓力較高，廢氣不可能進(jìn)入進(jìn)氣歧管，并且可利用新鮮氣體將廢氣掃除干凈。不同發(fā)動(dòng)機(jī)，由于其結(jié)構(gòu)形式、轉(zhuǎn)速各不相同，因而配氣相位也不相同。同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不同也應(yīng)有不同的配氣

相位，轉(zhuǎn)速越高，提前角和遲后角也應(yīng)越大，但這在發(fā)動(dòng)機(jī)

結(jié)構(gòu)上很難做到。通常根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)性能要求，通過試驗(yàn)確定

該種發(fā)動(dòng)機(jī)在某一常用轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)較為合適的配氣相位。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

485.可變配氣正時(shí)為了獲得發(fā)動(dòng)機(jī)的高轉(zhuǎn)速、大功率，要求配氣機(jī)構(gòu)有較大的進(jìn)、排氣持續(xù)角度，特別是進(jìn)氣遲后角要大，充分利用氣體流動(dòng)慣性，多進(jìn)氣；為了獲得發(fā)動(dòng)機(jī)的低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩，進(jìn)氣遲后角

要小，防止低速倒流；為了獲得中小負(fù)荷較好的燃油經(jīng)濟(jì)性，氣

門重疊角應(yīng)小。若能同時(shí)滿足上述要求，配氣機(jī)構(gòu)應(yīng)裝用可變配

氣正時(shí)系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

49一節(jié)配氣機(jī)構(gòu)四、氣門間隙1.氣門間隙的定義氣門間隙是指發(fā)動(dòng)機(jī)冷態(tài)、氣門關(guān)閉時(shí)，氣門與搖臂之間的間隙。其作用是為氣門及驅(qū)動(dòng)組件工作時(shí)留有受熱膨脹的余地。氣門間隙的大小由發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠根據(jù)試驗(yàn)確定。

一般在冷態(tài)時(shí)，進(jìn)氣門的間隙為0.25～0.3

mm,

排氣門的間隙為0.30~0.35mm。如果氣門間隙過小，發(fā)動(dòng)機(jī)在熱態(tài)下可能關(guān)閉不嚴(yán)而發(fā)生漏氣，導(dǎo)致功率下降，甚至燒壞氣門。如果氣門間隙過大，則傳動(dòng)零

件之間以及氣門與氣門座之間撞擊聲增大，并加速磨損。同時(shí)，也會(huì)使氣門開啟的延續(xù)角度變小，氣缸的充氣及排氣情況變壞。發(fā)動(dòng)機(jī)工作中，由于氣門、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)零件

磨損

，

會(huì)導(dǎo)致氣門間隙產(chǎn)生變化

，

應(yīng)注意檢查調(diào)整

。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

50圖4-24氣門間隙1—搖臂2—?dú)忾T間隙調(diào)整螺釘

3—鎖緊螺母4—排氣門間隙

5—進(jìn)氣門間隙發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

512.氣門間隙的調(diào)整(1)人工調(diào)整氣門間隙的調(diào)整可以通過搖臂一端的氣門間隙調(diào)整螺釘進(jìn)行(圖4-24),旋入間隙變小，旋出間隙變大，主要用于拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上。調(diào)整氣門間隙時(shí)，必須使活塞處于壓縮行程上止點(diǎn)附近，此時(shí)

進(jìn)、排氣門都處于關(guān)閉狀態(tài)。對(duì)于多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，一般首先確定第一缸的上止點(diǎn)，調(diào)整好第一缸的氣門間隙后，再根據(jù)該機(jī)的工作順序和著火間隔角，依次對(duì)其他各缸的氣門間隙進(jìn)行調(diào)整。(2)自動(dòng)調(diào)整對(duì)于采用液壓挺柱的發(fā)動(dòng)機(jī)不預(yù)留氣門間隙，利用液壓油使挺柱的頂面與凸輪始終緊貼狀態(tài)，即自動(dòng)調(diào)節(jié)了氣門間隙，主要用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

52第二節(jié)進(jìn)氣裝置與排氣裝置發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

53發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣裝置的功用是供給發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)所需要的新鮮、清潔

的可燃混合氣或空氣，并將發(fā)動(dòng)機(jī)燃

燒后的廢氣排至大氣。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣裝置主要由空氣濾清

器、進(jìn)氣總管、進(jìn)氣岐管等組成。進(jìn)氣裝置上一般安裝空氣流量計(jì)，用于測量空氣的流量，是供油控制的主要傳感器之一。第二節(jié)進(jìn)氣裝置與排氣裝置一、進(jìn)氣裝置圖4-25

進(jìn)氣裝置的組成1—進(jìn)氣總管

2—空氣流量傳感器3—空氣濾清器4—進(jìn)氣歧管發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

541.空氣濾清器(1)功用空氣濾清器的作用是濾清空氣中所含的塵土和雜質(zhì)，讓潔凈的空氣進(jìn)入氣缸，以減少氣缸、活塞、活塞環(huán)等有關(guān)零件的磨損，延長發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。(

2

)

類

型空氣濾清器應(yīng)具有較強(qiáng)的除塵能力，流動(dòng)阻力小，并能較長

時(shí)間使用而不降低其工作性能。根據(jù)工作原理的不同，空氣濾清器可分慣性式、過濾式和黏附式；根據(jù)空氣通過的介質(zhì)狀態(tài)的不

同可分為干式和濕式兩種，汽油機(jī)一般采和干式空氣濾清器，柴油機(jī)一般采用濕式空氣濾清器。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

55(3)濕式空氣濾清器下圖為柴油機(jī)的濕式空氣濾清器。它包含了慣性式、過濾式和黏附式3種過

濾原理。柴油機(jī)工作時(shí)，在進(jìn)氣行程的

氣缸真空吸力作用下，空氣經(jīng)導(dǎo)流板產(chǎn)

生高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，較大的塵粒在離心力

的作用下被甩向集塵罩，然后再落入集

塵杯內(nèi)。圖4-

26

柴油機(jī)的濕式空氣濾清器1一集塵杯2—上濾芯3—下濾芯4—托盤總成

5—油碗

6—底殼7—清潔空氣出口8—吸氣管9—導(dǎo)流板10—外殼11—集塵罩發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

56經(jīng)過一級(jí)慣性過濾的空氣，沿吸氣管向下流動(dòng)，沖擊油碗中的機(jī)油油面，并急劇改變方向向上流動(dòng)，一部分塵土因?yàn)閼T

性的作用而黏附在油面上，這是第二級(jí)黏附式過濾。空氣再向

上通過濺有機(jī)油的金屬絲濾芯，細(xì)小的塵粒被阻擋在濾芯外并黏附在濾芯上。經(jīng)過這三級(jí)過濾后，清潔的空氣才由進(jìn)氣管被吸入氣缸。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)(4)干式空氣濾清器與濕式濾清器相比，紙質(zhì)空氣濾清器具有質(zhì)量輕、體積小、成本

低等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是使用壽命較短，需定期更換濾芯。圖4-28

紙質(zhì)空氣濾清器濾芯的結(jié)構(gòu)1—上壓蓋

2—圓筒支架3—折疊過濾紙

4—下壓板圖4-27紙質(zhì)空氣濾清器的構(gòu)造1、6—濾清器蓋

2—外殼

3—紙質(zhì)濾芯

4—連接管

5—密封圈發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

58干式紙質(zhì)濾清器的構(gòu)造如圖所示，其濾芯由樹脂處理的微孔濾紙制成，濾芯的上下兩端有塑料密封圈。工作時(shí)空氣首先從上蓋及

殼體之間的空隙進(jìn)入濾芯外腔，經(jīng)過濾后再進(jìn)入濾芯內(nèi)腔而流向進(jìn)

氣

管。為了延長紙質(zhì)濾芯的使用壽命，一般汽車每行駛一定里程就進(jìn)行一次保養(yǎng)，即取出濾芯，采用輕拍或用壓縮空氣法去除沉積在濾芯外表面的灰塵。使用一定時(shí)間后需要更換發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)2.進(jìn)氣總管進(jìn)氣總管是指空氣濾清器到進(jìn)

氣歧管之間的管道，其中在進(jìn)氣總管與進(jìn)氣歧管連接處通常有一個(gè)氣室，用來減少因節(jié)氣門頻繁變化而產(chǎn)生的進(jìn)氣脈沖。3.進(jìn)氣歧管進(jìn)氣歧管的作用是將可燃混合

氣較均勻地分送到各個(gè)氣缸的進(jìn)氣發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

60圖4-29進(jìn)氣歧管門(1)汽車的進(jìn)氣歧管轎車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管多用鋁合金制造，鋁合金進(jìn)氣歧管重量

輕、導(dǎo)熱性好。近年來電控汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)越來越多地采用復(fù)

合塑料進(jìn)氣歧管(圖4-29),此種進(jìn)氣歧管重量輕、內(nèi)壁光滑，且無需加工。進(jìn)氣歧管可以是干式的，也可以是濕式的。濕式進(jìn)氣歧管中的冷卻液通道是在進(jìn)氣歧管內(nèi)部直接鑄造出來的。為了改善發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)時(shí)的燃油霧化，利用廢氣的熱量加熱進(jìn)

氣道的可燃混合氣，故在一些發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管上連接一根排氣

通道。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

61(2)拖拉機(jī)的進(jìn)氣歧管拖拉機(jī)進(jìn)氣管一般用鑄鐵制成。進(jìn)氣管也有用鋁合金鑄造的，兩者可以鑄成一體，也可以分別鑄造。都用螺栓固定在氣缸蓋(頂

置式氣門)或氣缸體(側(cè)置式氣門)上，在接合面上裝有石棉襯墊，

以防止漏氣。在柴油機(jī)中，進(jìn)氣管與排氣管一般分置機(jī)體兩側(cè)，以避免進(jìn)氣

受到高溫排氣管的加熱而降低充氣密度。其相鄰兩缸的進(jìn)氣道合并

為一個(gè)，進(jìn)氣歧管為上置式，氣道口朝上，因而使進(jìn)氣管及進(jìn)氣歧管的通道截面積增大，拐彎少，減少了進(jìn)氣阻力。在柴油機(jī)的進(jìn)氣管中，啟動(dòng)汽油機(jī)的排氣管從柴油機(jī)的進(jìn)氣管

中穿過，以便利用啟動(dòng)機(jī)排氣管的熱量來預(yù)熱進(jìn)入氣缸的空氣，使柴油機(jī)更容易起動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

62(2)拖拉機(jī)的進(jìn)氣歧管圖4-

30中柴油機(jī)相鄰兩缸

的進(jìn)氣道合并為一個(gè)，進(jìn)氣歧管

為上置式，氣道口朝上，因而使進(jìn)氣總管及進(jìn)氣歧管的通道截面

面積增大，拐彎少，減小了進(jìn)氣

阻

力

。圖4-30

柴油機(jī)的進(jìn)氣總管與進(jìn)氣歧管1—起動(dòng)汽油機(jī)消聲滅火器2—?dú)飧咨w3—起動(dòng)機(jī)

4—空氣濾清器5—進(jìn)氣總管6—起動(dòng)機(jī)排氣管

7—進(jìn)氣歧管發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

634.諧振進(jìn)氣系統(tǒng)由于進(jìn)氣過程具有間歇性和周期性，致使進(jìn)氣歧管內(nèi)產(chǎn)生一定幅度的壓力波。此壓力波以當(dāng)?shù)芈曀僭谶M(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)傳播和往復(fù)反射。如果利用一定長度和直徑的進(jìn)氣歧管或進(jìn)氣導(dǎo)流管與一定

容積的諧振室組成諧振進(jìn)氣系統(tǒng)，并使其自振頻率與氣門的進(jìn)氣

周期調(diào)諧，那么在特定的轉(zhuǎn)速下。就會(huì)在進(jìn)氣門關(guān)閉之前，在進(jìn)

氣歧管內(nèi)產(chǎn)生大幅度的壓力波，使進(jìn)氣歧管的壓力增高，從而增加進(jìn)氣量。這種效應(yīng)稱作進(jìn)氣波動(dòng)效應(yīng)。諧振進(jìn)氣系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是沒有運(yùn)動(dòng)件，工作可靠，成本低。但只能增加特定轉(zhuǎn)速下的進(jìn)氣量和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

645.可變進(jìn)氣歧管為了充分利用進(jìn)氣波動(dòng)效應(yīng)和盡量縮小發(fā)動(dòng)機(jī)在高、低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)

氣速度的差別，從而達(dá)到改善發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性及動(dòng)力性，特別是改善中、

低速和中、小負(fù)荷時(shí)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的目的，要求發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速、

大負(fù)荷時(shí)裝備粗而短的進(jìn)氣歧管；而在中、低轉(zhuǎn)速和中、小負(fù)荷時(shí)配用

細(xì)而長的進(jìn)氣歧管?？勺冞M(jìn)氣歧管就是為適應(yīng)這種要求而設(shè)計(jì)的。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

65第二節(jié)進(jìn)氣裝置與排氣裝置二、排氣裝置發(fā)動(dòng)機(jī)排氣裝置主要由排氣歧管、排氣消聲器和三元催化轉(zhuǎn)化器等組成。排氣裝置上一般安裝有氧傳感器，用于監(jiān)測發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效果，進(jìn)行空燃比閉合控制。圖4-31發(fā)動(dòng)機(jī)排氣裝置1—排氣歧管

2—氧傳感器3—三元催化轉(zhuǎn)化器4—中間排氣消聲器5—排氣管6—后排氣消聲器發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

661.排氣歧管排氣歧管與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋相連，高溫廢氣直接從排氣門進(jìn)入排氣歧管。為降低排氣阻力，排氣歧管長度應(yīng)長些。排氣歧管一般用鑄鐵

制成，有的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管也有用不銹鋼制造的，可以承受溫度的快速升高。2.排氣消聲器排氣消聲器的作用是降低排氣噪聲、消除廢氣中的火焰及火星，使廢氣安全地排入大氣。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣開始時(shí)，氣缸內(nèi)廢氣的壓力和溫度仍比環(huán)境的壓力和溫度高得多，此時(shí)氣缸內(nèi)的壓力為0.3～0.5MPa,

溫度為900～1100℃,而且呈脈動(dòng)形式。如果讓廢氣直接排入大氣，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈、刺耳的排氣噪聲。為了消除上述問題，發(fā)動(dòng)機(jī)必須裝有消聲器來消耗廢氣流的能量，并平衡氣流壓力波。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

671

2

3

4申申甲中中中

中中為典型排氣消聲器的構(gòu)造。它由外殼、多孔管，以及隔板等組成。外殼用薄鋼板制成圓筒，兩端密封，內(nèi)腔用兩道隔板分隔成三個(gè)消聲室。廢氣經(jīng)多孔管進(jìn)入消聲室，得到膨脹和冷卻，并多次與管壁

碰撞消耗能量，結(jié)果壓力降低、振動(dòng)減輕，最后從多孔管排入大氣

中，消除了火星并使噪聲顯著降低。圖4-32

典型排氣消聲器的構(gòu)造1—外殼2、4—多孔管3—隔板發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

68中

中申申申3.三元催化裝置汽車排出的廢氣中含有一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化物及?/p>

粒等有害物質(zhì)。因此，許多轎車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管中裝有三元催化轉(zhuǎn)化

器。三元催化轉(zhuǎn)化器串接在排氣歧管和排氣消聲器之間、氧傳感器

之后。三元催化轉(zhuǎn)化器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是蜂窩狀管道設(shè)計(jì)。在蜂窩管道

壁上有鉑、銠和鈀等貴金屬元素的涂層作為催化反應(yīng)媒，可將一氧

化碳和碳?xì)浠衔锿ㄟ^氧化反應(yīng)變成二氧化碳和水，將氮氧化物還原成氮?dú)夂脱鯕?。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

69廢氣再循環(huán)(exhaust

gas

recirculation,EGR)

是凈化排氣中NOx

的主要方法。廢氣再循環(huán)是指把發(fā)動(dòng)機(jī)排出的部分廢氣回送到進(jìn)氣歧管，并與新鮮混合氣一起再次進(jìn)入氣缸。由于廢

氣中含有大量的CO2,

可以使氣缸中混合氣的燃燒溫度降低，從

而減少了NOx的排放，為保持發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，必須根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況對(duì)再循環(huán)的廢氣量加以控制。NOx

的生成量隨發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的增大而增多，因此，再循環(huán)的廢氣量也隨負(fù)荷增多而增加。在暖機(jī)期間或怠速時(shí)，NOx生成物不多，為了保持發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，不進(jìn)行廢氣再循環(huán)。在全負(fù)荷或高轉(zhuǎn)速下工作時(shí)，為了使

發(fā)動(dòng)機(jī)有足夠的動(dòng)力性，也不進(jìn)行廢氣再循環(huán)。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

70長電磁閥少量排氣

新鮮空氣大部分排氣圖4-

33

排

氣

再

循

環(huán)

裝

置發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

71第二節(jié)進(jìn)氣裝置與排氣裝置四、曲軸箱通風(fēng)在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，氣缸內(nèi)的氣體如可燃混合氣和廢氣不可避免地有少量經(jīng)活塞環(huán)間隙泄漏到曲軸箱，如果沒有通風(fēng)裝置及時(shí)排出，將

會(huì)引起以下不良后果：①漏到曲軸箱內(nèi)的氣體有兩條路線，

一是經(jīng)機(jī)油加油口散發(fā)至大氣，造成污染；二是氣體冷凝后混合在機(jī)油中，使機(jī)油變稀，性能變壞。②廢氣內(nèi)含有水蒸汽和二氧化硫。水蒸汽凝結(jié)在機(jī)油中形成泡沫，破壞機(jī)油的供給。二氧化硫遇水生成亞硫酸，亞硫酸遇到空氣中的氧

生成硫酸。機(jī)油中滲入酸性物質(zhì)，將會(huì)造成零件腐蝕。③曲軸箱內(nèi)混入廢氣和可燃混合氣，使之壓力升高，造成曲軸箱

油封、襯墊處滲漏機(jī)油。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

72曲軸箱通風(fēng)的方式有兩種：自然通風(fēng)和強(qiáng)制通風(fēng)。將曲軸箱內(nèi)氣體直接導(dǎo)入到大氣中去的方式為自然通風(fēng)；將曲軸箱內(nèi)的氣體引入空氣濾清器或進(jìn)氣管中，然后進(jìn)入氣缸燃燒的方式為強(qiáng)制通風(fēng)。自然通風(fēng)裝置又稱呼吸器，它一般裝在缸蓋罩上或裝在機(jī)油加油口兼作加

油口蓋，呼吸器內(nèi)裝有過濾元件，防止外界塵土進(jìn)入曲軸箱，并擋住機(jī)油霧圖4-35

柴油機(jī)強(qiáng)制式曲軸箱通風(fēng)裝置示意圖1—曲軸箱

2—缸體3—缸蓋4—缸蓋罩5—增壓器

6—中冷器

7—空氣濾清器8—油氣分離器9—單向閥圖4-34裝于缸蓋罩上的呼吸器1—呼吸器外殼2、6—孔板

3、5—填料

4—隔板7—卡環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

73逸

出

。曲軸箱的混合氣體經(jīng)油氣分離器后，氣態(tài)物進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)參與燃燒，減

少對(duì)大氣的污染。汽油機(jī)的曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)(PCV)

。

在PCV系統(tǒng)中最重要的控制原件是PCV閥，其功用是根據(jù)發(fā)動(dòng)

機(jī)工況的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)入氣缸的曲

軸箱氣體的數(shù)量。圖4-36

汽油機(jī)的強(qiáng)制式曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)1—?dú)飧咨w罩

2—空氣軟管

3—濾網(wǎng)

4—空氣濾清器5—進(jìn)氣管

6—曲軸箱氣體軟管

7—強(qiáng)制式曲軸箱通風(fēng)閥

8—?dú)?液分離器發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

74新鮮空氣

曲軸箱氣體第三節(jié)換氣過程與換氣損失發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

75第三節(jié)換氣過程與換氣損失一、換氣過程發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過程的任務(wù)是：將氣缸內(nèi)的廢氣排除干凈，并設(shè)法在一定的進(jìn)氣狀態(tài)下，在有限的氣缸容積內(nèi)，充入更多的

新鮮充量，同時(shí)功耗要少。發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程是指發(fā)動(dòng)機(jī)排除本循環(huán)的已燃?xì)怏w和為

下一次循環(huán)吸入新鮮充量(空氣或可燃混合氣)的排氣和進(jìn)氣過程

。四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程包括從排氣門開啟直到進(jìn)氣門關(guān)

閉的整個(gè)時(shí)期，占410°~480°曲軸轉(zhuǎn)角(CA)。換氣過程分為排氣過程和進(jìn)氣過程。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

76圖4

-

37

典型四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程1—準(zhǔn)備進(jìn)氣階段

2—正常進(jìn)氣階段

3—慣性進(jìn)氣階段發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

77曲軸轉(zhuǎn)角φ/(°)曲軸轉(zhuǎn)角φ/(°)門門開關(guān)

排氣過程排氣行程亞臨界氣缸壓力P大氣壓力線P。Pr排氣管壓力進(jìn)氣提前角排氣提前角排氣下止點(diǎn)上止點(diǎn)自由

強(qiáng)制排氣

排氣

氣門重疊進(jìn)氣遲后角排氣遲后角進(jìn)氣過程2進(jìn)氣行程進(jìn)氣下止點(diǎn)0.101.00.60.2流通截面面積比f/fmax0.40.30.2進(jìn)排

氣氣進(jìn)氣門關(guān)排氣門開超臨界壓

力

/

M

P

a31.排氣過程排氣過程是指排氣門打開至排氣門關(guān)閉這一時(shí)期。在排氣過程中，曲軸轉(zhuǎn)角為△φ=240°~260°CA。

根據(jù)氣體流動(dòng)特點(diǎn)，可將排氣過程分

為自由排氣和強(qiáng)制排氣兩個(gè)階段。(1)自由排氣階段自由排氣階段是指從排氣門打開到氣缸壓力P接近排氣管壓力Pr,的這一時(shí)期(P=Pr)。

其特點(diǎn)是利用缸內(nèi)和排氣管內(nèi)的壓差自由排除

燃燒做功后的廢氣，而無須借助外力。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

78由于配氣機(jī)構(gòu)慣性力的限制，若在活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)才打開排氣門，則在氣門開啟的初期，開度極小，廢氣不能通暢流出，缸內(nèi)壓力來不及下降，在活塞向上回行時(shí)形成較大的反壓力，增加排氣行程消耗的功，所以有必要在活塞到達(dá)下止點(diǎn)之前打開排氣門。從排氣門開始打

開到下止點(diǎn)這段曲軸轉(zhuǎn)角稱為排氣提前角。

一般排氣提前角為30

°~

80CA。排氣門打開后，氣體的自由流動(dòng)狀態(tài)經(jīng)歷了超臨界流動(dòng)和亞臨界流動(dòng)兩個(gè)階段的變化。當(dāng)氣缸內(nèi)壓力和排氣管內(nèi)壓力相等時(shí)，大約到下止點(diǎn)后10°~30℃A,自由排氣階段結(jié)束。自由排氣階段雖然只占總排氣時(shí)間的1/3

左右，但排出廢氣可達(dá)總量的60%以上。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

791.排氣過程(2)強(qiáng)制排氣階段強(qiáng)制排氣階段是指從自由排氣階段結(jié)束到活塞上行強(qiáng)制推出廢氣至

排氣門關(guān)閉這一時(shí)期。在該階段里，氣缸內(nèi)廢氣被上行活塞強(qiáng)制推出，氣缸內(nèi)平均壓力要

比排氣管內(nèi)平均壓力略高一些，一般高出10

kPa

左右，此壓力差主要

是排氣門通道處節(jié)流的結(jié)果。流速越高，此差值就越大，耗功也越多。

強(qiáng)制排氣時(shí)間占總排氣時(shí)間的2/3,排出廢氣約為總量的40%。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

80在強(qiáng)制排氣階段接近終了時(shí)，由于排氣門開始關(guān)閉，產(chǎn)生較大的節(jié)流作用，在上止點(diǎn)附近，氣缸內(nèi)壓力再次上升。隨著活塞接近上止點(diǎn)和氣門通流面積的縮小，氣缸內(nèi)壓力增大，其結(jié)果是排氣消耗功和

殘余廢氣量都增加了。因此，排氣門的完全關(guān)閉不能恰好在活塞到達(dá)

上止點(diǎn)之時(shí)，而應(yīng)在活塞越過上止點(diǎn)之后，這就是所謂排氣門遲閉?；钊麖纳现裹c(diǎn)到排氣門完全關(guān)閉這段時(shí)間對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角，稱為排氣

門遲閉角，

一般為10°~35℃A。

此

外，排氣門的延遲關(guān)閉，能利用排

氣管中氣體的流動(dòng)慣性，繼續(xù)把氣缸內(nèi)的廢氣排出，以降低殘余廢氣

量和增加新鮮氣體的充入量。排氣門在氣缸內(nèi)廢氣停止外流時(shí)關(guān)閉應(yīng)是最理想的。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

812.進(jìn)氣過程進(jìn)氣過程是指進(jìn)氣門打開至進(jìn)氣門關(guān)閉這一時(shí)期。根據(jù)進(jìn)氣門

開啟與活塞運(yùn)行特點(diǎn)，進(jìn)氣過程可分為準(zhǔn)備進(jìn)氣、正常進(jìn)氣和慣性進(jìn)氣3個(gè)階段。(1)準(zhǔn)備進(jìn)氣階段準(zhǔn)備進(jìn)氣階段是指進(jìn)氣門開始打開至活塞運(yùn)行到上止點(diǎn)這一時(shí)

期，即進(jìn)氣門提前開啟時(shí)期。為了保證活塞下行時(shí)進(jìn)氣門開啟面積足夠大，使新鮮充量順利

流入氣缸.進(jìn)氣門在上止點(diǎn)前就開始打開。進(jìn)氣門提前開啟角一般為

上止點(diǎn)前0°~40℃A。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

82(2)正常進(jìn)氣階段正常進(jìn)氣階段是指活塞由上止點(diǎn)運(yùn)行到下止點(diǎn)這一時(shí)期，即180℃A。隨著活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)移動(dòng)，活塞上方的氣缸容積增大，

從而氣缸內(nèi)的壓力降低到大氣壓以下，即在氣缸內(nèi)造成真空吸力，

這樣可燃混合氣(或純空氣)便經(jīng)進(jìn)氣管和進(jìn)氣門被吸入氣缸。(3)慣性進(jìn)氣階段慣性進(jìn)氣階段是指活塞運(yùn)行到下止點(diǎn)至進(jìn)氣門關(guān)閉這一時(shí)期，即進(jìn)氣門推遲關(guān)閉時(shí)期。為了充分利用高速氣流的動(dòng)能，進(jìn)氣門也必須在下止點(diǎn)后關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)在下止點(diǎn)后繼續(xù)充氣，增加進(jìn)

氣量。進(jìn)氣門遲閉角一般為下止點(diǎn)后40°~70℃A。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)第三節(jié)換氣過程與換氣損失二、換氣損失理論循環(huán)與實(shí)際循環(huán)的換氣功之差稱為換氣損失。換氣損失由排氣損失和進(jìn)氣損失兩部分組成。1.排氣損失從排氣門提前打開，直到進(jìn)氣行程開始，氣缸內(nèi)壓力降到大氣壓力前循環(huán)

功的損失稱為排氣損失(圖中面積W+Y)。

它可分為自由排氣損失和強(qiáng)制排氣

損失。自由排氣損失(圖中面積W)

是因排氣門提前打開，排氣壓力線從b點(diǎn)

開始偏離理論循環(huán)膨脹線，引起膨脹功的減少造成的。強(qiáng)制排氣損失(圖中面積Y)

是活塞將廢氣推出所消耗的功。隨著排氣提前角的增大，自由排氣損失面積

W

增加，而此時(shí)強(qiáng)制排氣損失

面積Y減小，因而最有利的排氣提前角應(yīng)使面積之和W+Y為最小。

當(dāng)排氣門

截面小、

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)，按曲軸轉(zhuǎn)角計(jì)算的實(shí)際超臨界排氣時(shí)期延長，為減少

排

氣

損

失

，

應(yīng)

適

當(dāng)

加

大

排

氣

提

前

角

。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

84圖4-38

四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣損失W—自由排氣損失

X—進(jìn)氣損失Y—強(qiáng)制排氣損失Y+X-u—

泵氣損失W+X+Y—換氣損失u—自由排氣損失(W

與強(qiáng)制排氣損失

Y

的重疊區(qū))V,—排氣門關(guān)閉時(shí)氣缸內(nèi)容積V.—燃燒室容積(或余隙容積)

V一氣缸工作容積Va—進(jìn)

氣門

關(guān)閉時(shí)氣缸內(nèi)工作容積

b—排氣門打開時(shí)刻r—排氣門關(guān)閉時(shí)刻a—進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻bsecr—排氣過程

ecrda—進(jìn)氣過程ecr—

氣門疊開發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

852.進(jìn)氣損失由于進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力，進(jìn)氣過程的氣缸壓力低于進(jìn)氣管壓力，

損失的功相當(dāng)于中面積X,

稱為進(jìn)氣損失，它與排氣損失相比相對(duì)

較小。合理地調(diào)整配氣正時(shí)，加大進(jìn)氣門的流通截面積，正確設(shè)計(jì)

進(jìn)氣管流道以及降低活塞平均速度可以減小進(jìn)氣損失。排氣損失與

進(jìn)氣損失之和稱為換氣損失，如圖中面W+X+Y

。

而實(shí)際示功圖中將面積Y+X-u

表示的損耗稱為泵氣損失。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

86式中，m1、V1——分別為實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮充量的質(zhì)量(kg)和體積(L);、Vs——分別為在進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮充量的

質(zhì)量(kg)

和氣缸工作容積(L)?！裼绊懗淞肯禂?shù)中c的主要因素有進(jìn)氣終了壓力、進(jìn)氣終了溫度、殘余廢氣系數(shù)、配氣正時(shí)、壓縮比、進(jìn)氣(或大氣)狀態(tài)等。●提高沖量系數(shù)的主要措施有降低進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力、合理選擇配氣相位、減小排氣系統(tǒng)的阻力、減少對(duì)新鮮沖量的熱傳導(dǎo)，采用可變進(jìn)氣技術(shù)等。第三節(jié)換氣過程與換氣損失三

、

充

量

系

數(shù)充量系數(shù)又稱為充量效率，或容積效率，或充氣效率，用中c表示。充量系數(shù)是指每循環(huán)實(shí)際吸入氣缸的新鮮充量m1(kg)與進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮充量(kg)之比。其計(jì)算公式為：發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

87第四節(jié)

發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣增壓技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

88第四節(jié)

發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣增壓技術(shù)一、進(jìn)氣增壓的目的與方式1.進(jìn)氣增壓的目的利用某一種裝置對(duì)進(jìn)入氣缸的新鮮空氣進(jìn)行預(yù)先壓縮的過程稱

為增壓。安裝有增壓裝備的發(fā)動(dòng)機(jī)稱為增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。進(jìn)氣增壓系統(tǒng)

的功用是增加進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的沖量密度和充氣量，在燃料供給系

統(tǒng)良好的配合下，可以使更多的燃料得到充分燃燒，從而達(dá)到提高

發(fā)動(dòng)機(jī)的平均有效壓力、增大功率和改善經(jīng)濟(jì)性的目的。柴油機(jī)采

用增壓技術(shù)以后一般可以提高功率30%～50%,高增壓可提高100%以上。2.進(jìn)氣增壓的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)氣增壓程度常用增壓度、增壓比兩個(gè)參數(shù)來衡量。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

892.進(jìn)氣增壓的評(píng)價(jià)指標(biāo)(

1

)

增

壓

度增壓度是指發(fā)動(dòng)機(jī)增壓后增長的功率與增壓前的功率之比，其計(jì)算公式為

式中，——發(fā)動(dòng)機(jī)增壓后的有效功率；

——發(fā)動(dòng)機(jī)增壓前的有效功率。多數(shù)車用發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓度為0.1～0.6,而高增壓柴油機(jī)的增壓度可達(dá)3以上。(2)增壓比增壓比是指增壓后空氣壓力與增壓前的空氣壓力之比，即

增壓發(fā)動(dòng)機(jī)按增壓比的大小可分為：低增壓(<1.5)、中增壓(

1.5<≤2.5)、高增壓(2.5<≤3.5)和超高增壓(>3.5)。進(jìn)氣增壓的方法有廢氣渦輪增壓、機(jī)械增壓、氣波增壓等，廢氣渦輪增壓最為成熟

，效率高。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

903.進(jìn)氣增壓的方式根據(jù)所用能量的來源不同，發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓系統(tǒng)一般可分為機(jī)械增

壓系統(tǒng)、廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和氣波增壓系統(tǒng)等。機(jī)械增壓系統(tǒng)由柴油機(jī)通過齒輪、皮帶、鏈條等裝置驅(qū)動(dòng)，將空

氣壓縮后送入氣缸。增壓機(jī)采用離心式或羅茨式壓氣機(jī)。

機(jī)械增壓由

于要在發(fā)動(dòng)機(jī)上裝一套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，不但使發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、

體積增大，

而且還要消耗一定的功率，使發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性下降。增壓的壓力提高時(shí)，

消耗于驅(qū)動(dòng)增壓器的功率將大于發(fā)動(dòng)機(jī)由于增壓所提高的功率，得不

償失，失去了增壓的意義，逐漸被淘汰。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

91氣波增壓器中發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣直接與空氣接觸，利用排氣壓力波使空氣受到壓縮，以提高進(jìn)氣壓力。氣波增壓器結(jié)構(gòu)簡單，加

工方便，工作溫度不高，不需要耐熱材料，也無需冷卻。與渦輪增

壓相比，其低速轉(zhuǎn)矩特性好，但體積大、噪聲水平高，安裝位置受

到一定限制。目前，這種增壓器還只是在低速范圍內(nèi)使用。由于柴

油機(jī)的最高轉(zhuǎn)速比較低，因此多用于柴油機(jī)上。廢氣渦輪增壓就是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī)來驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)，實(shí)現(xiàn)提高進(jìn)氣壓力，增加進(jìn)氣量。目前，在發(fā)動(dòng)機(jī)中應(yīng)用最普遍、最有效的是廢氣渦輪增壓系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

92二、廢氣渦輪增壓1.增壓原理廢氣渦輪增壓是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣時(shí)的能量，沖擊渦輪機(jī)，使它高速旋轉(zhuǎn)。通過傳動(dòng)軸，帶動(dòng)壓氣機(jī)

也高速旋轉(zhuǎn)，將空氣增壓，再經(jīng)進(jìn)

氣管進(jìn)入氣缸。圖4-39

廢氣渦輪增壓示意圖1—排氣管

2—排氣口

3—渦輪機(jī)4—壓氣機(jī)5—進(jìn)氣口6—進(jìn)氣管發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

932.增壓器渦輪機(jī)與壓氣機(jī)通過中間體組裝在一起，稱為增壓器。按廢氣在渦輪機(jī)中

的流動(dòng)=不同，增壓器可分為徑流式和軸流式兩=大類，車用發(fā)動(dòng)機(jī)多采用徑流式渦輪增=壓器。徑流式渦輪增壓器由離心式壓氣機(jī)(動(dòng)=力渦輪)、徑流式渦輪機(jī)(增壓

渦輪)和中間體3部分組成。增壓器軸通過兩個(gè)浮動(dòng)軸承支承在中間體內(nèi)。圖4-40

徑流式渦輪增壓器1—中間體2—壓氣機(jī)蝸殼3—無葉式擴(kuò)壓管4—壓氣機(jī)葉輪5—密封套6—增壓器軸

7—進(jìn)氣道8—推力軸承

9—擋油板

10—渦輪機(jī)蝸殼11—隔熱板12—出氣道13—渦輪機(jī)葉輪14—浮動(dòng)軸承發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

943.增壓空氣冷卻器為了降低增壓空氣的溫度，以進(jìn)一步增加進(jìn)氣管內(nèi)空氣的密度，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出，在一些廢氣增壓發(fā)動(dòng)機(jī)上沒有中冷器。中間冷卻是提高廢氣渦輪增壓柴油機(jī)功率的一種有效措施。在不增加熱負(fù)荷的情況下，可以提高功率15%～20%。采用中間冷卻也可以減少有害氣體NOx

的排放。發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

95圖4-41

增壓空氣冷卻器的外形將壓氣機(jī)輸出的部分高壓空氣從抽氣管道5引出，以推動(dòng)與風(fēng)扇制成一體且位于風(fēng)扇外周上的空氣渦輪。風(fēng)扇將周圍的空氣吹向中間冷卻器的芯子，以冷卻進(jìn)入空氣管的壓縮空氣。驅(qū)動(dòng)空氣渦輪的能量與壓氣機(jī)出口壓

力和空氣的溫度有關(guān)系，即與柴油機(jī)的負(fù)

荷有關(guān)。在低負(fù)荷時(shí)，中間冷卻器不起作

用。在低負(fù)荷時(shí)，增壓器的壓力升高很小，

沒有足夠能量供給空氣渦輪，因而風(fēng)扇不

動(dòng)。只有當(dāng)柴油機(jī)負(fù)荷較大時(shí)，中間冷卻

器才起作用。負(fù)荷越大，中間冷卻作用越強(qiáng)。圖4

-

42

帶

有

增

壓

空

氣

冷卻器的廢氣增壓裝置1—增壓空氣冷卻器2—進(jìn)氣管

3—排氣管4—渦輪增壓器5—抽氣管道

6—空氣渦流風(fēng)扇

a—吸入空氣

b—冷卻空氣發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

96三、機(jī)械增壓機(jī)械增壓不是利用排氣管排出的廢氣來壓縮空氣，而是由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸帶動(dòng)

壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)來工作的，因此增壓器的工作會(huì)消耗發(fā)動(dòng)機(jī)一部分動(dòng)力。壓氣機(jī)通過兩個(gè)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的相對(duì)旋轉(zhuǎn)來壓縮新鮮空氣，增壓后的空氣經(jīng)

進(jìn)氣門進(jìn)入氣缸，使氣缸里的空氣密度增加，可燃混合氣數(shù)量增多。由于機(jī)械增壓器由曲軸帶動(dòng)，所以只要曲軸旋轉(zhuǎn)，增壓器就一直

“增壓”,因此發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩的增加也較明顯。一些機(jī)械增壓裝置也沒有中冷器，以降低增壓空氣的溫度。圖4-43

機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理示意圖1—壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子2—進(jìn)氣門3—排氣門4—活塞5—?dú)飧?—機(jī)械增壓器殼體發(fā)動(dòng)機(jī)換氣系統(tǒng)

97四、進(jìn)氣諧振增壓系統(tǒng)進(jìn)氣諧振增壓系統(tǒng)是利用進(jìn)氣流慣性產(chǎn)生的壓力波來提高充氣效率。當(dāng)氣體高速流向進(jìn)氣門時(shí)，如果進(jìn)氣門突然關(guān)閉，進(jìn)氣門附近的

氣體流動(dòng)突然停止，由于慣性作用，進(jìn)氣管中氣體仍繼續(xù)流動(dòng)，將使進(jìn)

氣門附近的氣體壓縮，壓力上升，隨即被壓縮的氣體又開始膨脹，向與

進(jìn)氣氣流相反的方向流動(dòng)，壓力下降。膨脹氣體波傳到進(jìn)氣管口又被反

射回來，如此反復(fù)就形成壓力波如果使進(jìn)氣壓力脈動(dòng)波與進(jìn)氣門的配氣相位很好配合，即可使進(jìn)氣管內(nèi)的空氣產(chǎn)