1、第三章 配氣機構(gòu),氣門式配氣機構(gòu)的布置及傳動 配氣定時 配氣機構(gòu)的組成和零件,1氣門式配氣機構(gòu)的布置及傳動,一、功用： 按照發(fā)動機每個氣缸內(nèi)所進行的工作循環(huán)和發(fā)火次序的要求，定時開啟和關(guān)閉氣缸的進、排氣門，使新鮮可燃混合氣(汽油機)或空氣(柴油機)得以及時進入氣缸，廢氣得以及時從氣缸排出。 二、充氣效率： 在進氣行程中，實際進入氣缸內(nèi)的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量與在進氣系統(tǒng)進口狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量之比。 v=M/M0 M 進氣過程中，實際進入氣缸的新氣的質(zhì)量； Mo在理想狀態(tài)下，充滿氣缸工作容積的新氣質(zhì)量。 充氣效率越高越好，而其大小與配氣機構(gòu)結(jié)構(gòu)有直接的關(guān)系。,

2、三、組成,四、分類,1、按氣門的布置型式： 氣門頂置式、氣門側(cè)置式 2、按凸輪軸的布置位置： 凸輪軸上置式、中置式、下置式 3、按曲軸與凸輪軸的傳動方式： 齒輪傳動式、鏈條傳動式及齒形帶傳動式 4、按每缸氣門數(shù)目： 二氣門式、四氣門式等,一）、氣門的布置型式 1、氣門頂置式 組成： 特點： A、氣門行程大， 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜， 燃燒室緊湊。 B、曲軸與凸輪 軸傳動比為2:1。,工作過程,2、氣門側(cè)置式,進排氣門都布置在氣缸的一側(cè)，結(jié)構(gòu)簡單、零件數(shù)目少。 氣門布置在同一側(cè)導(dǎo)致燃燒室結(jié)構(gòu)不緊湊、熱量損失大、進氣道曲折、進氣阻力大，使發(fā)動機性能下降，已趨于淘汰。,二）、凸輪軸的布置型式,不利因素：凸輪軸與

3、氣門相距較遠，動力傳遞路線較長，環(huán)節(jié)多，因此不適用于高速發(fā)動機。,有利因素：簡化曲軸與凸輪軸之間的傳動裝置，有利于發(fā)動機的布置。,1、凸輪軸下置,2、凸輪軸中置式,傳動方式：凸輪軸經(jīng)過挺柱直接驅(qū)動搖臂，省去了推桿。 應(yīng)用：適用于發(fā)動機轉(zhuǎn)速較高時，可以減少氣門傳動機構(gòu)的往復(fù)運動質(zhì)量。,凸輪軸,挺柱,活塞,搖臂,調(diào)整螺釘,3、凸輪軸上置式,應(yīng)用：高速發(fā)動機 桑塔納轎車發(fā)動機,凸輪軸,凸輪軸,活塞,特點： 凸輪軸與氣門距離近，不需要推桿、挺柱，使往復(fù)運動的慣量減少。,雙凸輪軸上置式發(fā)動機,三）、凸輪軸的傳動方式,傳動方式圖例,齒帶傳動圖例,一汽audi轎車的齒形帶傳動裝置,凸輪軸,曲軸,曲軸正時齒形

4、帶輪,中間軸齒形帶輪,張緊輪,凸輪軸正時齒形帶輪,四）、各缸氣門數(shù)及其排列方式,相鄰氣門共用一個氣道,進排氣門交替排列,每缸4氣門排列方式,每缸4氣門驅(qū)動方式,常用氣門頂置配氣機構(gòu)的類型,氣門頂置，下置凸輪軸（OHV） 氣門頂置，上置凸輪軸（OHC） 氣門頂置，雙搖臂，上置凸輪軸（OHV/OHC） 氣門頂置，上置雙凸輪軸（OHV/DOHC）,五）、氣門間隙,1、概念： 氣門間隙：為保證氣門關(guān)閉嚴密，通常發(fā)動機在冷態(tài)裝配時，在氣門桿尾端與氣門驅(qū)動零件（搖臂、挺柱或凸輪）之間留有適當(dāng)?shù)拈g隙。,氣門桿,搖臂,氣門間隙,為何排氣門間隙大于進氣門間隙？,氣門間隙,氣門間隙,氣門間隙,2、必要性： 如果氣

5、門及其傳動件之間，在冷態(tài)時無間隙， 則發(fā)動機在熱態(tài)，氣門及其傳動件的受熱膨脹將引起氣門關(guān)閉不嚴，造成發(fā)動機在壓縮和作功行程中漏氣，而使功率下降，嚴重時甚至不易起動。為此，在冷態(tài)時應(yīng)該留氣門間隙。正常：冷態(tài)時，進氣門0.25mm0.35mm，排氣門0.30mm0.35mm。,3、氣門間隙過大和過小的危害,過大： （1）傳動零件之間及氣門和氣門座之間產(chǎn)生撞擊響聲，并加速磨損。 （2）使氣門開啟的持續(xù)時間減少，氣缸充氣和排氣情況變壞。 過?。?熱態(tài)下使氣門關(guān)閉不嚴而發(fā)生漏氣，導(dǎo)致功率下降， 甚至燒壞氣門。,一、配氣定時工作原理,1、配氣定時就是進、排氣門的實際開閉時刻，通常用相對于上、下止點曲拐位置

6、的曲軸轉(zhuǎn)角的環(huán)形圖來表示。這種圖形稱為配氣定時圖。,上止點,下止點,2配氣定時,配氣定時演示,二、 配氣相位的必要性 1、因發(fā)動機轉(zhuǎn)速高，氣門開啟的理論持續(xù)時間極短。例如四沖程發(fā)動機轉(zhuǎn)速3000r/min時，一個行程時間只有0.01s。 2、氣門開啟需要一個過程，氣門全開時間就更短。在這樣短的時間內(nèi)，難以做到進氣充分和排氣干凈，因此實際發(fā)動機的進、排氣門都要早開和晚關(guān)，氣門開啟的持續(xù)角都大于1800。,1、進氣提前角 （1）定義：從進氣門開始開啟到上止點所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為進氣提前角(或早開角)。進氣提前角用表示，一般為100300。,2）進氣提前角的目的： 進氣門早開，使得活塞到達上止點開始

7、向下運動時，進氣門已有一定的開度，可獲得較大的進氣通道截面，減少進氣阻力。,三、進氣門的配氣相位,2、進氣遲后角,（1）定義：從下止點到進氣門關(guān)閉所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為進氣遲后角(或晚關(guān)角)。進氣遲后角用表示，一般為400800。,（2）目的,1）利用缸內(nèi)外的壓力差繼續(xù)進氣：到下止點時，氣缸內(nèi)的壓力仍低于大氣壓 2）利用氣流的慣性繼續(xù)進氣 所以進氣門適當(dāng)晚關(guān)可使進氣較充分。,1、排氣提前角(或早開角) （1）定義：從排氣門開始開啟到下止點所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角 排氣提前角用表示，一般為400800。,（2）目的 1）利用缸內(nèi)外的壓力差繼續(xù)排氣：排氣門早開，氣缸內(nèi)300kPa500kPa的壓力，使氣缸內(nèi)

8、的廢氣迅速地自由排出。 2）減少排氣沖程所消耗的功率：因排氣門早開，廢氣先排出一部分，活塞到達下止點時，氣缸內(nèi)只剩約110kPa120kPa的壓力，使排氣沖程所消耗的功率大為減少。 3）高溫氣體的早排，可以防止發(fā)動機過熱。,四、排氣門的配氣相位,2、排氣遲后角 （1）定義：從上止點到排氣門關(guān)閉所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為排氣遲后角(或晚關(guān)角)。 排氣遲后角用表示，一般為100300。,（2）目的 1）利用缸內(nèi)外的壓力差繼續(xù)排氣：因活塞到達上止點時，氣缸內(nèi)的壓力仍高于大氣壓，可利用缸內(nèi)外的壓力差繼續(xù)排氣。 2）利用廢氣流的慣性繼續(xù)排氣：因活塞到達上止點時，廢氣流還有一定的慣性，仍能繼續(xù)排氣。所以排氣門適

9、當(dāng)晚關(guān)可使廢氣排得較干凈。,五、氣門重疊,氣門重疊：當(dāng)進氣門早開和排氣門晚關(guān)時，出現(xiàn)的進排氣門同時開啟的現(xiàn)象。 氣門重疊角：氣門同時開啟的角度（+ ）。,排氣過程,進氣過程,不會 因疊開時氣門的開度較小，且新鮮氣體和廢氣流的慣性要保持原來的方向，所以只要疊開角適當(dāng)，就不會產(chǎn)生廢氣倒排回進氣管和新鮮氣體隨廢氣排出的問題。,思考： 氣門的疊開會不會產(chǎn)生廢氣倒排回進氣管和新鮮氣體隨廢氣排出的問題？,3 配氣機構(gòu)的零件和組件,1、氣門組 氣門、氣門座、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧、彈簧座、鎖片等零件組成。,要求： 保證氣缸的密封。,氣門組實物圖,1）氣門,功用： 燃燒室的組成部分，是氣體進、出燃燒室通道的開關(guān)，

10、承受沖擊力、高溫沖擊、高速氣流沖擊。 工作條件： A、進氣門600K700K，排氣門800K1100K。 B、頭部承受氣體壓力、氣門彈簧力、傳動慣性力等， C、冷卻和潤滑條件差， D、被氣缸中燃燒生成物中的物質(zhì)所腐蝕。 性能： 強度和剛度大、耐熱、耐腐蝕、耐磨,進氣門570K670K（鉻鋼或鉻鎳鋼） 排氣門1050K1200K（硅鉻鋼）,頭部,桿部,氣門頭部的結(jié)構(gòu)形式,氣門實物圖,進氣門,排氣門,氣門錐角,氣門錐角：氣門頭部與氣門座圈接觸的錐面與氣門頂部平面的夾角。,錐角作用： A、獲得較大的氣門座合壓力，提高密封性和導(dǎo)熱性。 B、氣門落座時有較好的對中、定位作用。 C、避免氣流拐彎過大而降低

11、流速。,裝配前應(yīng)將密封錐面研磨。,邊緣應(yīng)保持一定的厚度，13mm。,氣門錐角的大小,進氣門：一般為30，原因是在相同氣門升程情況下，錐角小時進氣阻力??；但由于頭部邊緣較薄，剛度差，密封性及導(dǎo)熱性均差。 排氣門：一般為45。因其熱負荷較大,氣門桿,較高的加工精度，表面經(jīng)過熱處理和磨光，保證同氣門導(dǎo)管的配合精度和耐磨性,氣門桿尾部：,環(huán)形槽、鎖銷孔,凹槽,易斷裂處,氣門桿彈簧座的固定形式,凹槽（環(huán)槽）：安裝兩半錐形鎖片。 鎖銷孔：用鎖銷固定。,充鈉氣門,由于發(fā)動機工作時,排氣門經(jīng)常處于高溫條件下工作,鈉約在970時為液態(tài),具有良好的熱傳導(dǎo)能力。通過液態(tài)納的來回運動,熱量能很快從氣門頭部傳到根部.可

12、降低溫度約l00。這樣有利于降低混合氣自燃的危險,從而握高了氣門的使用壽命。在維修發(fā)動時,進、排氣門不能修整,只允許研磨。捷達l.6L發(fā)動機排氣門內(nèi)部注有鈉。,充鈉,2）氣門導(dǎo)管,作用： 為氣門的運動導(dǎo)向，保證氣門直線運動兼起導(dǎo)熱作用。 工作條件： 工作溫度較高，約500K。潤滑困難，易磨損。 材料： 用含石墨較多的合金鑄鐵或粉末冶金材料，能提高自潤滑作用。 加工方法： 外表面加工精度較高 ，內(nèi)表面精絞 裝配： 氣門桿與氣門導(dǎo)管間隙0.050.12mm。,氣門導(dǎo)管,氣缸蓋,過盈配合,卡環(huán)：防止氣門導(dǎo)管在使用中脫落。,倒角,伸入深度應(yīng)適量。錐度可減少氣流阻力。,3、氣門座,氣門座： 氣缸蓋的進、

13、排氣道與氣門錐面相結(jié) 合的部位。 作用： 靠其內(nèi)錐面與氣門錐面的緊密貼合密封氣缸。 接受氣門傳來的熱量。 氣門密封干涉角： 比氣門錐角大0.51度的氣門座圈錐角。,氣門座,氣門座圈： 以較大過盈量鑲嵌在氣門座上的圓環(huán)。 鑲嵌式氣門座特點： 優(yōu)點：提高氣門座的使用壽命，便于更換。 缺點：導(dǎo)熱性差，加工精度高，脫落時易造成嚴重事故。 汽油機：排氣門采用鑲嵌式氣門座 柴油機：進氣門采用鑲嵌式氣門座,鋁合金氣缸蓋為何氣門座都要鑲嵌氣門座圈？,4、氣門彈簧,功用：保證氣門的回位。 材料：高錳碳鋼、鉻釩鋼,氣門彈簧的裝配,氣門彈簧,氣門彈簧座,鎖片,氣門彈簧,圓柱形螺旋彈簧,圓柱等螺距彈簧,不等距彈簧,不

14、等螺距彈簧安裝時應(yīng)注意什么問題？,隨著有效圈數(shù)的減少，自然頻率提高。,應(yīng)用：CA7560,雙彈簧布置,旋向相反的兩個彈簧，防止斷裂的彈簧卡入另一彈簧,應(yīng)用車型： 奧迪100，捷達，桑塔納, 廣州標致505,5）氣門旋轉(zhuǎn)機構(gòu),通過發(fā)動機運轉(zhuǎn)振動力作用，使氣門在氣門座上自由的做不規(guī)則的旋轉(zhuǎn)的裝置，其作用是：減小氣門頭部受熱變形，防止沉積物形成。,錐形套筒,鎖片,鎖 片,強制旋轉(zhuǎn)機構(gòu),彈簧座,氣門彈簧,支承板,碟形彈簧,殼體,二、氣門傳動組,1、組成： 凸輪軸、挺柱、推桿、搖臂。,2、功用：定時驅(qū)動氣門開閉，并保證氣門有足夠的開度和適當(dāng)?shù)臍忾T間隙。,凸輪軸,挺柱,推桿,搖臂,凸輪軸正時齒輪,搖臂軸,

15、1、凸輪軸,作用： 驅(qū)動和控制各缸氣門的開啟和關(guān)閉，使其符合發(fā)動機的工作順序、配氣相位和氣門開度的變化規(guī)律等要求。 工作條件： 承受氣門間歇性開啟的沖擊載荷。 材料： 優(yōu)質(zhì)鋼、合金鑄鐵、球墨鑄鐵 結(jié)構(gòu)：,凸輪,凸輪軸軸頸,驅(qū)動分電器的螺旋齒輪,凸輪,工作條件： 承受氣門彈簧的張力，間歇性的沖擊載荷。 凸輪性能： 表面有良好的耐磨性，足夠的剛度。,凸輪與挺柱線接觸，接觸力大，磨損快。,凸輪的輪廓,凸輪輪廓與氣門的運動規(guī)律,氣門開啟點,消除氣門間隙階段,氣門升程最大時刻,氣門關(guān)閉點,出現(xiàn)氣門間隙階段,緩沖結(jié)束點,同名凸輪的相對角位置,如何通過同名凸輪的相對角位置判定發(fā)動機的工作順序？,同一氣缸的進

16、、排氣凸輪的相對角位置是與相應(yīng)的配氣相位相對應(yīng)的。,四缸發(fā)動機凸輪投影,點火順序： 1243,凸輪軸的軸向定位：,作用：為了防止凸輪軸在工作中產(chǎn)生軸向竄動和承受斜齒輪產(chǎn)生的軸向力。,正時齒輪,止推板,隔圈（調(diào)節(jié)環(huán)）,凸輪軸頸,凸輪軸的軸向間隙,氣缸體,利用調(diào)節(jié)環(huán)控制軸向竄動,竄動量,凸輪軸的軸向定位：,止推軸承：第一軸承 止推片：正時齒輪與第一軸頸之間 止推螺釘：正時齒輪蓋上 以上各結(jié)構(gòu)中均應(yīng)留有一定間隙，并可調(diào)整。,止推片,凸輪軸的驅(qū)動,A、齒輪傳動：應(yīng)用在下置凸輪軸發(fā)動機。采用斜齒齒輪。,B、鏈條和齒形皮帶傳動：鏈條傳動噪聲小，用于中置式或頂置式凸輪軸發(fā)動機。,曲軸正時齒形帶輪,中間軸齒形

17、帶輪,張緊輪,凸輪軸正時齒形帶輪,凸輪軸的傳動方式,傳動方式圖例,2、挺柱,（1）作用：將凸輪的推力傳給推桿或氣門。 （2）挺柱的分類：,挺柱端面與凸輪的關(guān)系,錐形凸輪,凸輪為何要成錐形？,液力挺柱,挺柱體,柱塞,球形支座,卡環(huán),柱塞彈簧,單向閥,單向閥架,柱塞腔,挺柱體腔,進油口,進油通道,結(jié)構(gòu)： 性能： 消除了配氣機構(gòu)的間隙，減小了各零件的沖擊載荷和噪聲提高發(fā)動機高速時的性能。,桑塔納發(fā)動機液壓挺柱工作示意圖,氣門關(guān)閉時,氣門打開時,單向閥,彈簧被壓縮,作用： 將挺柱傳來的推力傳給搖臂。 工作情況： 是氣門機構(gòu)中最容易彎曲的零件。強度要求高，盡量短。 材料： 硬鋁或鋼,實心推桿,硬鋁推桿,

18、鋼支承,3、推桿,4、搖臂,功用：將推桿或凸輪傳來的力改變方向，作用到氣門桿端以推開氣門。,搖臂結(jié)構(gòu)示意圖,氣門間隙調(diào)節(jié)螺釘,調(diào)節(jié)螺母,搖臂,搖臂軸套,易磨損部位 堆焊耐磨合金,搖臂結(jié)構(gòu)示意圖,搖臂比=1.2-1.8,潤滑油道,油槽,潤滑油道,裝調(diào)整螺釘和緊固螺母處,搖臂組示意圖,搖臂軸,螺栓,搖臂軸支座,搖臂軸緊固螺釘,搖臂稱套,調(diào)整螺釘,搖臂,定位彈簧,桑塔納發(fā)動機的配氣機構(gòu),氣門間隙調(diào)整原則,調(diào)整原則： 1、不可調(diào)區(qū)域： 將要排氣，正在排氣，排氣剛完的排氣門不可調(diào)。 將要進氣，正在進氣，進氣剛完的進氣門不可調(diào)。 2、調(diào)氣門間隙的步驟： 1）畫出配氣相位圖 2）排出各缸的位置 3）當(dāng)一缸在壓縮上止點時，判斷其它缸位于何行程，并判斷間隙是否可調(diào)。,