《汽車構造》第三章-配氣機構

1、第第3 3章章 配氣機構配氣機構 3.1 3.1 概概 述述 配氣機構是控制發(fā)動機進氣和排氣的裝置，其作用是按照發(fā)動機的工作循環(huán)和點火次序的要求定時開啟和關閉各缸的進、排氣門，以便在進氣行程使盡可能多的可燃混合氣（汽油機）或空氣（柴油機）進入汽缸，在排氣行程將廢氣快速排出汽缸。配氣機構的組成3.1.1 3.1.1 配氣機構的分類配氣機構的分類1.按氣門的布置形式分按氣門的布置形式分1 1）側置氣門式配氣機構）側置氣門式配氣機構 2 2）頂置氣門式配氣機）頂置氣門式配氣機構構2.按凸輪軸的布置形式分按凸輪軸的布置形式分1 1）凸輪軸下置）凸輪軸下置式配氣機構式配氣機構2 2）凸輪軸中置式）凸輪軸

2、中置式配氣機構配氣機構3 3）凸輪軸上置式配氣機構）凸輪軸上置式配氣機構 3.按曲軸驅動凸輪軸的方式分按曲軸驅動凸輪軸的方式分1 1）齒輪傳動配氣機構）齒輪傳動配氣機構 2 2）鏈傳動配氣機）鏈傳動配氣機構構3 3）齒形帶傳動配氣機構）齒形帶傳動配氣機構4.按每缸氣門的數(shù)量分按每缸氣門的數(shù)量分1 1）雙氣門式配氣機構）雙氣門式配氣機構 2 2）多氣門式配氣機）多氣門式配氣機構構(a)雙氣門 (b)三氣門 (c)四氣門 (d)五氣門 3.1.2 3.1.2 氣門間隙氣門間隙 發(fā)動機工作時，氣門及其傳動件將因溫度升高而膨脹。如果氣門及其傳動件之間在冷態(tài)時無間隙或間隙過小，則在熱態(tài)下，氣門及其傳動件

3、受熱膨脹勢必引起氣門關閉不嚴，造成發(fā)動機在壓縮和作功行程中漏氣，會使發(fā)動機功率下降。為了消除上述現(xiàn)象，通常在發(fā)動機冷態(tài)裝配時，在氣門及其傳動機構中留有適當?shù)拈g隙，以補償氣門受熱后的膨脹量。這一預留間隙稱為氣門間隙。3.1.3 3.1.3 配氣相位配氣相位 配氣相位是用曲軸轉角表示的進、排氣門的開啟時刻和開啟延續(xù)時間。 配氣相位圖 配氣相位對發(fā)動機工作的要求：配氣相位對發(fā)動機工作的要求：延長進、排氣時間。進氣門早開晚關，排氣門早開晚關。1.進氣門的配氣相位進氣門的配氣相位 進氣提前角 ：一般為1030 進氣遲后角 ：一般為4070 進 氣 持 續(xù) 角：進氣門開啟持續(xù)時間的曲軸轉角。 為180+2

4、.排氣門的配氣相位排氣門的配氣相位 排氣提前角 ：一般為4080 排氣遲后角 ：一般為1030 排 氣 持 續(xù) 角：排氣門開啟持續(xù)時間的曲軸轉角。 為180+3.氣門疊開氣門疊開 氣門疊開：在某一時間內，進氣門、排氣門同時開啟的現(xiàn) 象。 氣門疊開角：氣門重疊時的曲軸轉角。為+ 3.2 3.2 氣門組件氣門組件 氣門組件組成：氣門組件組成：氣門、氣門座、氣門導管、氣門彈簧、氣門彈 簧座及氣門鎖片等零件。工作要求：工作要求：（1）氣門頭部與氣門座貼合嚴密。（2）氣門導管對氣門桿的往復運動導向良好。（3）氣門彈簧兩端面與氣門桿中心線相互垂直，以保證氣門頭部在氣門座上不偏斜。（4）氣門彈簧的彈力足以克

5、服氣門及其傳動件的運動慣性力，使氣門能迅速關閉，并能保證氣門關閉時的密封性。3.2.1 3.2.1 氣門氣門 分類：分類：進氣門和排氣門兩種。 組成：組成：頭部和桿部。 功用：功用：頭部是用來密封汽缸的進、排氣通道；桿部是用來為氣門的運動導向。 工作要求：工作要求：有足夠的強度、剛度，耐磨損，耐高溫，不易變形，且質量要盡可能地輕。 1.氣門頭部氣門頭部氣門頭部的形狀一般有3種形式：平頂、球面頂和喇叭形頂 平頂結構簡單、制造方便、吸熱面積小，質量小、進、排氣門均可采用。多數(shù)發(fā)動機采用。球面頂適用于排氣門。強度高，排氣阻力小，廢氣的清除效果好，但受熱面積大，質量和慣性力大，加工較復雜。 喇叭形頂通

6、常作為進氣門。其特點是進氣阻力小，且質量輕、慣性小，但受熱面積大。 氣門錐角氣門錐角 為了保證氣門與氣門座貼合緊密，將氣門密封面做成錐面，通常把氣門密封錐面的錐角稱為氣門錐角。一般氣門錐角為45。在氣門升程一定的情況下，減小氣門錐角，可以增大氣流通道斷面，減小進氣阻力。但錐角減小會引起氣門頭部邊緣厚度變薄，致使氣門的密封和導熱性變差。2.氣門桿部氣門桿部 氣門在氣門導管中上下運動，靠氣門桿部起導向和傳熱作用。氣門桿尾端的形狀取決于氣門彈簧座的固定方式 氣門桿尾端形狀與彈簧座的固定方式1氣門桿； 2氣門彈簧； 3彈簧座； 4錐形鎖片； 5鎖銷3.2.2 3.2.2 氣門座氣門座 進、排氣道口與氣

7、門密封錐 面直接貼合的部位 。1.氣門座的形式氣門座的形式 功用：功用：與氣門頭部一起對汽缸起密封作用，同時接受氣門頭部傳來的熱量并將其傳遞出去，起散熱作用。 工作條件：工作條件：高溫、磨損嚴重。 類型：類型：一種是直接在汽缸蓋上鏜出的氣門座；另一種是單獨制成氣門座圈，鑲嵌在汽缸蓋上的氣門座 。氣門座結構 1卡環(huán)； 2氣門導管； 3汽缸蓋； 4氣門座 2.氣門座錐角氣門座錐角 氣門座錐角由三部分組成。其中45（或30）的錐面與氣門密封錐面貼合，15和75錐角是用來修正工作錐面的寬度和上、下位置的，以使其達到規(guī)定的要求。某些發(fā)動機的氣門錐角比氣門座錐角小0.5l，該角稱為密封干涉角。(a)氣門座

8、錐角 (b)密封干涉角1氣門座； 2氣門 3.2.3 3.2.3 氣門導管氣門導管 功用：主要作用是對氣門的運動導向，以保證氣門做上下往復運動時不發(fā)生徑向擺動而可以準確落座，且與氣門座正確貼合。同時還可以起到導熱作用，將氣門桿的熱量經(jīng)氣門導管傳給缸蓋及水套。 工作條件：高溫、磨損嚴重。 氣門導管內外圓柱面經(jīng)加工后壓入汽缸蓋的氣門導管孔中，然后再精鉸內孔。并用卡環(huán)定位。氣門導管氣門導管汽缸蓋汽缸蓋過盈配合過盈配合卡環(huán)：卡環(huán)：防止氣門防止氣門導管在使用中脫導管在使用中脫落。落。伸入深度應適量。錐度可減少伸入深度應適量。錐度可減少氣流阻力。氣流阻力。3.2.3 3.2.3 氣門彈簧氣門彈簧 功用：功

9、用：使氣門自動復位關閉，并保證氣門與氣門座的座合壓力；還用于吸收氣門在關閉過程中各傳動零件所產(chǎn)生的慣性力，以防各個傳動件彼此分離而破壞配氣機構的正常工作。 防止共振：防止共振：提高氣門彈簧的剛度；采用不等螺距的圓柱彈簧；采用雙氣門彈簧。 (a)粗徑等螺距彈簧 (b)變螺距彈簧 (c)雙彈簧3.3 氣門傳動組氣門傳動組氣門傳動組主要包括凸輪軸、挺柱、推桿和搖臂等零件。搖臂軸搖臂軸搖臂搖臂推桿推桿挺柱挺柱凸輪軸正凸輪軸正時齒輪時齒輪凸輪軸凸輪軸3.3.1 3.3.1 凸輪軸凸輪軸1.凸輪軸結構凸輪軸結構 凸輪軸主要由凸輪和軸頸兩部分組成。單根凸輪軸一般將進氣凸輪和排氣凸輪布置在同一根凸輪軸上。雙上

10、置凸輪軸配氣機構的兩根凸輪軸，一根是進氣凸輪軸，上面布置有各缸的進氣凸輪；另一根是排氣凸輪軸，上面分布有各缸的排氣凸輪。2.凸輪輪廓形狀凸輪輪廓形狀 氣門的開閉時刻及其升程變化規(guī)律主要取決于控制氣門的凸輪外部輪廓曲線即凸輪輪廓形狀。凸輪輪廓直接決定了氣門的升程及其升降過程的運動規(guī)律。 凸輪輪廓與氣門的運動規(guī)律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閉點出現(xiàn)氣門間隙階段緩沖結束點3.凸輪間的相對角位置凸輪間的相對角位置1 1）同名凸輪間的相對角位置）同名凸輪間的相對角位置 凸輪軸上各缸同名凸輪相對角位置的排列與凸輪軸的轉動方向、各缸的工作順序和作功間隔角有關。 2

11、 2）異名凸輪的相對角位置）異名凸輪的相對角位置 同一汽缸進、排氣（異名）凸輪間的相對角位置排列取決于凸輪軸的轉動方向和發(fā)動機的配氣相位。 4缸汽油機同名凸輪排列缸汽油機同名凸輪排列 6缸柴油機同名凸輪排列缸柴油機同名凸輪排列 4.凸輪軸的軸向定位凸輪軸的軸向定位為了防止凸輪軸軸向竄動，一般設有軸向定位裝置。 正時齒輪正時齒輪止推板止推板凸輪軸頸凸輪軸頸凸輪軸的凸輪軸的軸向間隙軸向間隙汽缸體汽缸體利用調節(jié)環(huán)控制軸向竄動利用調節(jié)環(huán)控制軸向竄動竄動量竄動量3.3.2 3.3.2 挺柱挺柱 功用：功用：將凸輪軸旋轉時產(chǎn)生的推動力傳給推桿（下、中置凸輪軸）或氣門（上置凸輪軸）。 材料：材料：一般用耐磨

12、性好的合金鋼或合金鑄鐵等材料制造。 1.普通挺柱普通挺柱 常見的挺柱主要有筒形和滾輪式兩種 (a)筒形平面 (b)筒形球面 (c)滾輪式 2.液壓挺柱液壓挺柱 液壓挺柱除可以自動補償氣門間隙外，還具有以下優(yōu)點：（1）取消了調整氣門間隙的零件，使結構簡單。（2）不需調整氣門間隙，簡化了裝配后的調整過程。（3）消除了由氣門間隙引起的沖擊和噪聲，減輕了氣門傳動組件之間的摩擦。挺柱體挺柱體柱塞柱塞球座球座卡簧卡簧柱塞彈簧柱塞彈簧單向閥單向閥柱塞腔柱塞腔挺柱體腔挺柱體腔進油口進油口進油通道進油通道3.3.3 3.3.3 推桿推桿 功用：功用：采用下置、中置式凸輪軸的配氣機構，利用推桿將挺柱傳來的力傳給搖

13、臂。 材料：材料：硬鋁、鋼。 結構：結構：實心推桿、硬鋁棒、鋼管。3.3.4 3.3.4 搖臂與搖臂組件搖臂與搖臂組件功用：功用：將推桿或凸輪傳來的力改變方向后傳給氣門，使其開啟。搖臂組件主要包括搖臂、搖臂軸、支承座及氣門間隙調整螺釘?shù)攘慵?.4 可變配氣相位機構可變配氣相位機構 常見的雙氣門機構與四氣門機構的配氣正時主要考慮提高發(fā)動機的有效功率和轉矩，但在發(fā)動機怠速運轉時，動力性急劇下降，燃油經(jīng)濟性很差。為避免此種現(xiàn)象，有些汽車近年來采用一種可變配氣相位與氣門升程的電子控制（VTEC）機構來控制進氣時間與進氣量，從而使發(fā)動機輸出不同的輸出功率。 1.VTEC的結構的結構 裝有VTEC機構的發(fā)動機每個汽缸都配置有兩個進氣門和