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第 3 章 配气机构

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第 3 章 配气机构. 概述 配气机构的布置和工作情况 配气相位 配气机构的组件和工作情况 可变配气相位. §3.1 概述. 一、功用: 按照发动机每个气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求,定时开启和关闭气缸的进、排气门,使新鲜可燃混合气 ( 汽油机 ) 或空气 ( 柴油机 ) 得以及时进入气缸,废气得以及时从气缸排出。 二、充气效率: η v = M / M 0 M —— 进气过程中,实际 进 入气缸的新气的质量; M o —— 在理想状态下, 充满气缸工作容积的新气质 量 。. 组成: 气门组 传动组 驱动组.

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第3章 配气机构
  • 概述
  • 配气机构的布置和工作情况
  • 配气相位
  • 配气机构的组件和工作情况
  • 可变配气相位
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§3.1 概述

一、功用:

按照发动机每个气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求,定时开启和关闭气缸的进、排气门,使新鲜可燃混合气(汽油机)或空气(柴油机)得以及时进入气缸,废气得以及时从气缸排出。

二、充气效率:

ηv=M/M0

M ——进气过程中,实际进入气缸的新气的质量;

Mo——在理想状态下,充满气缸工作容积的新气质 量。

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组成:

气门组

传动组

驱动组

配气机构
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§3.2 配气机构的布置和工作情况

一、气门布置型式

1、气门顶置式

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工作过程

§3.2 配气机构的布置和工作情况

特点:

A、气门行程大,结构较复杂,燃烧室紧凑。B、曲轴与凸轮轴传动比为2:1。

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一、气门布置型式2、气门侧置式

§3.2 配气机构的布置和工作情况

进排气门都布置在气缸的一侧,结构简单、零件数目少。

气门布置在同一侧导致燃烧室结构不紧凑、热量损失大、进气道曲折、进气阻力大,使发动机性能下降,已趋于淘汰。

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二、凸轮轴的布置型式

§3.2 配气机构的布置和工作情况

1、凸轮轴下置

缺点:

凸轮轴与气门相距较远,动力传递路线较长,环节多,因此不适用于高速发动机。

优点:

简化曲轴与凸轮轴之间才传动装置,有利于发动机的布置。

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2、凸轮轴中置式

§3.2 配气机构的布置和工作情况

传动方式:凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂,省去了推杆。

应用:适用于发动机转速较高时,可以减少气门传动机构的往复运动质量。

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3、凸轮轴上置式

§3.2 配气机构的布置和工作情况

特点:凸轮轴与气门距离近,

不需要推杆、挺柱,使往复

运动的惯量减少。

应用:高速发动机

桑塔纳轿车发动机

双凸轮轴上置式发动机

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捷达轿车气缸盖实物图

§3.2 配气机构的布置和工作情况

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上置凸轮轴实物图

§3.2 配气机构的布置和工作情况

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三、凸轮轴的传动方式

§3.2 配气机构的布置和工作情况

1、齿轮传动

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三、凸轮轴的传动方式

§3.2 配气机构的布置和工作情况

2、齿形带传动

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3、链条传动

§3.2 配气机构的布置和工作情况

三、凸轮轴的传动方式

张紧机构

导链板

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四、气门数 和布置形式

§3.2 配气机构的布置和工作情况

  • 单缸4气门
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单缸2气门

§3.2 配气机构的布置和工作情况

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单缸5气门

§3.2 配气机构的布置和工作情况

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五、气门间隙

§3.2 配气机构的布置和工作情况

1、概念:

气门间隙:为保证气门关闭严密,通常发动机在冷态装配时,在气门杆尾端与气门驱动零件(摇臂、挺柱或凸轮)之间留有适当的间隙。

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§3.3 配气相位

1、配气相位。

以上下止点为基点、气门开始开启、关闭终了时刻用曲轴转角表示

2、气门叠开

气门叠开:当进气门早开和排气门晚关时,出现的进排气门同时开启的现象。

气门叠开角:气门同时开启的角度(+ )。

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1、气门

§3.4 配气机构的组件和工作情况

功用:

燃烧室的组成部分,是气体进、出燃烧室通道的开关,承受冲击力、高温冲击、高速气流冲击。

工作条件:

A、进气门570K~670K,排气门1050K~1200K。

B、头部承受气体压力、气门弹簧力等,

C、冷却和润滑条件差,

D、被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。

性能:

强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨

杆部

头部

进气门570K~670K(铬钢或铬镍钢)

排气门1050K~1200K(硅铬钢)

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气门头部的结构形式

§3.4 配气机构的组件和工作情况

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§3.4 配气机构的组件和工作情况

(2)气门锥角

1)气门锥面与顶平面的夹角---气门锥角

2)气门锥角作用

  • 就向锥形塞子可以塞紧瓶口一样,能获得较大的气门座合压力,以提高密封性和导热性;
  • 气门落座时有自动定位作用;
  • 避免气流拐弯过大而降低流速;
  • 气门落座时能挤掉接触面的沉积物,即有自洁作用。

α

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§3.4 配气机构的组件和工作情况

3)进、排气门锥角的大小

进气门锥角较小,多用300。因锥角越小,进气通道截面越大,进气量越多。

排气门锥角较大,通常为450。因锥角越大,气门头部边缘的厚度大,不易变形。排气门热负荷较大而用较大的锥角,以加强散热和避免受热变形。且锥角越大,座合压力越大,自洁作用越大。

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h1

h2

§3.4 配气机构的组件和工作情况

3)气门头部直径

气门头部直径越大,气门口通道截面就越大,进、排气阻力就越小。通常进气门头部直径大于排气门。另外,排气门稍小些,还不易变形。 h1<h2

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气门杆

§3.4 配气机构的组件和工作情况

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2、气门座

§3.4 配气机构的组件和工作情况

气门座:

气缸盖的进、排气道与气门锥面相结

合的部位。

作用:

1.靠其内锥面与气门锥面的紧密

贴合密封气缸。

2.接受气门传来的热量。

气门座圈:

以较大过盈量镶嵌在气门座上的圆环。

镶嵌式气门座特点:

优点:提高气门座的使用寿命,便于更换。

缺点:导热性差,加工精度高,脱落时易造成严重事故。

汽油机:排气门采用镶嵌式气门座

柴油机:进气门采用镶嵌式气门座

气门座

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3、气门导管

§3.4 配气机构的组件和工作情况

作用:

为气门的运动导向,保证气门直线运动兼起导热作用。

工作条件:

工作温度较高,约500K。润滑困难,易磨损。

材料:

用含石墨较多的铸铁,能提高自润滑作用。

加工方法:

外表面加工精度较高

内表面精绞

装配:

气门杆与气门间隙0.05~0.12mm。

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4、气门弹簧

§3.4 配气机构的组件和工作情况

功用:保证气门的回位。

材料:高锰碳钢、铬钒钢

锁片

气门弹簧座

气门弹簧

气门弹簧的装配

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气门弹簧

§3.4 配气机构的组件和工作情况

不等距弹簧

应用:CA7560

圆柱等螺距弹簧

圆柱形螺旋弹簧

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双弹簧布置

§3.4 配气机构的组件和工作情况

旋向相反的两个弹簧,防止断裂的弹簧卡入另一弹簧

应用车型:

奥迪100,捷达,桑塔纳, 广州标致505

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二、气门驱动组

§3.4 配气机构的组件和工作情况

1、组成

2、功用:定时驱动气门开闭,并保证气门有足够的开度和适当的气门间隙。

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1.凸轮轴

§3.4 配气机构的组件和工作情况

作用:

驱动和控制各缸气门的开启和关闭,使其符合发动机的工作顺序、配气相位和气门开度的变化规律等要求。

工作条件:

承受气门间歇性开启的冲击载荷。

材料: 优质钢、合金铸铁、球墨铸铁

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凸轮的轮廓

§3.4 配气机构的组件和工作情况

凸轮轮廓与气门的运动规律

气门升程最大时刻

气门开启点

出现气门间隙阶段

消除气门间隙阶段

气门关闭点

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同名凸轮的相对角位置

§3.4 配气机构的组件和工作情况

同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置是与相应的配气相位相对应的。

点火顺序:

1—2—4—3

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凸轮轴的轴向定位:

§3.4 配气机构的组件和工作情况

作用:

为了防止凸轮轴在工作中产生轴向窜动和承受斜齿轮产生轴向力。

气缸体

凸轮轴颈

止推板

隔圈(调节环)

凸轮轴的轴向间隙

正时齿轮

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2、挺柱

§3.4 配气机构的组件和工作情况

(1)作用:将凸轮的推力传给推杆或气门。

(2)挺柱的分类:

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结构:

性能:

消除了配气机构的间隙,减小了各零件的冲击载荷和噪声提高发动机高速时的性能。

液力挺柱

§3.4 配气机构的组件和工作情况

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3、气门推杆

§3.4 配气机构的组件和工作情况

作用:

将挺柱传来的推力传给摇臂。

工作情况:

是气门机构中最容易弯曲的零件。

材料:

硬铝或钢

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4、摇臂

§3.4 配气机构的组件和工作情况

功用:

将推杆或凸轮传来的力改变方向,作用到气门杆端以推开气门。

摇臂

气门间隙调节螺钉

调节螺母

易磨损部位

堆焊耐磨合金

摇臂轴套

摇臂结构示意图

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摇臂结构示意图

§3.4 配气机构的组件和工作情况

油槽

润滑油道

润滑油道

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摇臂组示意图

§3.4 配气机构的组件和工作情况

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摇臂组实物图

§3.4 配气机构的组件和工作情况

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§3.5 可变配气机构

控制原理

★气门定时和升程可变的进气系统

★可变谐振增压系统

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小 结
  • 配气机构有三种传动方式齿轮驱动、链驱动和齿形皮带驱动。四冲程发动机曲轴与凸轮轴之比(即传动比)应为2:1即曲轴旋转两周,凸轮轴旋转一周。现代汽车发动机采用多气门布置和排列方式,进、排气门配气相位早开晚关,以改善进、排气状况。凸轮轴上主要配置有各缸进、排气凸轮,凸轮的轮廓保证气门开启和关闭的持续时间符合配气相位的要求,凸轮轴有轴向定位装置。轿车发动机采用液力挺柱,可消除配气机构中的间隙,减小各零件的冲击载荷和噪声。

1、气门弹簧起什么作用?为什么在装配气门弹簧时要预先压缩?

2、气门锥角有什么作用?

3.分析气门早开与迟闭的原因。

4.配气相位