汽車結(jié)構(gòu)配氣機構(gòu)實用教案

1、2022-5-21第1頁第三章第三章 配氣機構(gòu)配氣機構(gòu)(jgu)(jgu) 概述(i sh) 氣門式配氣機構(gòu)的布置及傳動 配氣相位 配氣機構(gòu)的零件和組件 配氣機構(gòu)的功用是按照發(fā)動機每一氣缸所進行的工作循環(huán)和發(fā)火次序配氣機構(gòu)的功用是按照發(fā)動機每一氣缸所進行的工作循環(huán)和發(fā)火次序的要求，定時開啟和關(guān)閉進、排氣門，使新鮮可燃混合氣（汽油機）或空的要求，定時開啟和關(guān)閉進、排氣門，使新鮮可燃混合氣（汽油機）或空氣（柴油機）得以及時氣（柴油機）得以及時(jsh)(jsh)進入氣缸，廢氣得以及時進入氣缸，廢氣得以及時(jsh)(jsh)從氣缸排從氣缸排出。新鮮空氣或可燃混合氣被吸進氣缸越多，則發(fā)動機可能發(fā)出的

2、功率越出。新鮮空氣或可燃混合氣被吸進氣缸越多，則發(fā)動機可能發(fā)出的功率越大。新鮮空氣或可燃混合氣充滿氣缸的程度，用充量系數(shù)來表示。大。新鮮空氣或可燃混合氣充滿氣缸的程度，用充量系數(shù)來表示。 第1頁/共43頁第一頁，共43頁。2022-5-21第2頁充量系數(shù)充量系數(shù)(xsh)(xsh) 所謂充量系數(shù)就是在進氣過程中，實際進入氣缸內(nèi)的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量與在進氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積(rngj)的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量之比，即 式中， 為進氣過程中，實際充入氣缸的新氣的質(zhì)量； 為進氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積(rngj)的新氣質(zhì)量。 充量系數(shù)越高，表明進入氣缸內(nèi)的新鮮空氣或可燃混合氣越多，可燃

3、混合氣燃燒時所放出的熱量越大，所以發(fā)動機發(fā)出的功率越大。充量系數(shù)總是小于1，一般為0.800.90。影響發(fā)動機充量系數(shù)的因素很多，故提高充量系數(shù)可以從多方面入手。就配氣機構(gòu)而言，主要是要求其結(jié)構(gòu)有利于減小進氣和排氣的阻力，而且進、排氣門的開啟時刻和持續(xù)開啟時間比較適當，使吸氣和排氣都盡可能充分。ocMMMoM第2頁/共43頁第二頁，共43頁。2022-5-21第3頁第一節(jié)第一節(jié) 氣門氣門(qmn)(qmn)式配氣結(jié)構(gòu)的布置及傳動式配氣結(jié)構(gòu)的布置及傳動 氣門式配氣機構(gòu)由氣門組和氣門傳動組零件組成。配氣機構(gòu)可以從不同角度分類：按氣門的布置形式，主要有氣門頂置式和氣門側(cè)置式；按凸輪軸的布置位置，可分

4、為凸輪軸下置式，凸輪軸中置式和凸輪軸上置式；按曲軸和凸輪軸的傳動方式，可分為齒輪傳動式、鏈傳動式和帶傳動式。按每氣缸(q n)氣門數(shù)目，有二氣門式、四氣門和五氣門等多氣門式。第3頁/共43頁第三頁，共43頁。2022-5-21第4頁氣門的布置氣門的布置(bzh)(bzh)形式形式 1.1.氣門頂置式配氣機構(gòu)氣門頂置式配氣機構(gòu) 進氣門和排氣門都倒掛在進氣門和排氣門都倒掛在氣缸上?，F(xiàn)代汽車發(fā)動機均采氣缸上?，F(xiàn)代汽車發(fā)動機均采用氣門頂置式配氣機構(gòu)。用氣門頂置式配氣機構(gòu)。 2.2.氣門側(cè)置式配氣機構(gòu)氣門側(cè)置式配氣機構(gòu) 氣門側(cè)置式配氣機構(gòu)的進氣門側(cè)置式配氣機構(gòu)的進氣 門 和 排 氣 門 都 裝 置氣 門

5、 和 排 氣 門 都 裝 置(zhungzh)(zhungzh)在氣缸體的一側(cè)，在氣缸體的一側(cè)，目前已被淘汰。目前已被淘汰。第4頁/共43頁第四頁，共43頁。2022-5-21第5頁 在圖示的氣門頂置式配氣機構(gòu)中，氣門組包括(boku)氣門3，氣門導管2、氣門主、副彈簧4和5、氣門彈簧座6、鎖片7等；氣門傳動組則由搖臂軸9、搖臂10、推桿13、挺柱14、凸輪軸15和定時齒輪組成。工作(gngzu)過程氣門(qmn)頂置式配氣機構(gòu)第5頁/共43頁第五頁，共43頁。2022-5-21第6頁凸凸輪輪軸軸下下置置和和中中置置的的配配氣氣機機構(gòu)構(gòu)第6頁/共43頁第六頁，共43頁。2022-5-21第7頁

6、凸輪軸上置式配氣機構(gòu)凸輪軸上置式配氣機構(gòu)(jgu)(jgu)第7頁/共43頁第七頁，共43頁。2022-5-21第8頁上置雙凸輪軸布置上置雙凸輪軸布置(bzh) 上置雙凸輪軸布置適用于多氣門式發(fā)動機，特點是使用兩個凸輪軸分別驅(qū)動進氣門和排氣門。雙凸輪軸結(jié)構(gòu)有利于布置更多的氣門，氣門數(shù)多，能提高發(fā)動機的進、排氣效率，可以進一步提高壓縮比，提高發(fā)動機的轉(zhuǎn)速。這種雙凸輪軸多氣門的配氣機構(gòu)，是高速現(xiàn)代汽車發(fā)動機配氣機構(gòu)的主要(zhyo)形式。圖示為上置雙凸輪軸直接驅(qū)動5氣門的配氣機構(gòu)。第8頁/共43頁第八頁，共43頁。2022-5-21第9頁上置雙凸輪軸布置上置雙凸輪軸布置(bzh)第9頁/共43頁第

7、九頁，共43頁。2022-5-21第10頁凸輪軸的傳動(chundng)方式齒輪(chln)傳動鏈傳動帶傳動第10頁/共43頁第十頁，共43頁。2022-5-21第11頁齒輪齒輪(chln)(chln)傳動傳動 凸輪軸下置、中置的配氣機構(gòu)大多采用圓柱形定時齒輪傳動。一般曲軸與凸輪軸之間的傳動只需一對定時齒輪，必要時可加裝中間齒輪。為了嚙合平穩(wěn)、減小噪聲，定時齒輪多用斜齒輪。在中、小功率(gngl)發(fā)動機上，曲軸定時齒輪用鋼來制造，而凸輪軸定時齒輪則用鑄鐵或夾布膠木制造，以減小噪聲。 鏈傳動 鏈條與鏈輪的傳動特別(tbi)適用于凸輪軸上置的配氣機構(gòu)。為使鏈條在工作是具有一定的張力而不致脫鏈，裝有

8、導鏈板14，上、下鏈條張緊輪2、11等。為了使鏈條調(diào)整方便，有的發(fā)動機使用一根鏈條傳動。鏈傳動的主要問題是其工作可靠性不如齒輪傳動。其傳動性能在很大程度上取決于鏈條的制造質(zhì)量。 第11頁/共43頁第十一頁，共43頁。2022-5-21第12頁第12頁/共43頁第十二頁，共43頁。2022-5-21第13頁帶傳動(chundng) 近年來，在高速汽車發(fā)動機上還廣泛的采用傳動帶來代替(dit)傳動鏈，圖3-7所示為一汽-大眾奧迪100型轎車用的齒形帶傳動。這種齒形帶用氯丁橡膠制成，中間夾有玻璃纖維和尼龍織物，以增加強度。采用齒形帶傳動，對于減少噪聲、減少結(jié)構(gòu)質(zhì)量和降低成本都有很大好處。第13頁/共

9、43頁第十三頁，共43頁。2022-5-21第14頁每缸氣門數(shù)及其排列(pili)方式 一般發(fā)動機都采用每缸兩個氣門，即一個進氣門和一個排氣門的結(jié)構(gòu)。 在很多新型(xnxng)汽車發(fā)動機上多采用每缸4氣門、甚至5氣門的結(jié)構(gòu)，即23個進氣門和2個排氣門。采用多氣門發(fā)動機的好處(ho chu)是什么呢？答：為了進一步改善氣缸的換氣，在可能的情況下，應盡量加大氣門的直徑，特別是進氣門的直徑。但是，由于燃燒室尺寸的限制，氣門直徑最大不能超過氣缸直徑的一半。當氣缸直徑較大，活塞平均速度較高時，每缸一進一排的氣門結(jié)構(gòu)就不能保證良好的換氣質(zhì)量。采用多氣門的結(jié)構(gòu)形式后，進氣門總的通過面積較大，充量系數(shù)較高，排

10、氣門的直徑可適當減小，使其工作溫度適當降低，提高了工作可靠性。此外，采用多氣門后還可適當減小氣門升程，改善配氣機構(gòu)的的動力性，多氣門的汽油機還有利于改善HC和CO的排放性能。第14頁/共43頁第十四頁，共43頁。2022-5-21第15頁每缸兩個氣門時的排列(pili)方式 當每氣缸用兩個氣門時，為使結(jié)構(gòu)簡化，大多數(shù)采用氣門沿機體縱向軸線排成一列的方式。這樣，相鄰兩缸的同名各氣門就有可能合用一個氣道，以使氣道簡化并得到較大的氣道通過截面；另一種是將進、排氣門交替布置，每缸單獨用一個氣道，這樣有助于氣缸蓋冷卻均勻。柴油機的進、排氣道一般分置于機體的兩側(cè)，以免(ymin)排氣對進氣加熱。老式汽油機

11、的進、排氣道通常置于機體的同一側(cè)，以便進氣受到排氣的預熱。每缸四個氣門(qmn)時的排列方式當每缸采用四個氣門時，氣門排列的方案有兩種：同名氣門排成兩列，由一個為凸輪通過T形驅(qū)動桿同時驅(qū)動，并且所有氣門都可以由一根凸輪軸驅(qū)動。兩同名氣門在氣道中的位置不同，可能會使二者的工作條件和工作效果不一致。同名氣門在同一列，則沒有上述缺點，但一般用兩根凸輪軸。第15頁/共43頁第十五頁，共43頁。2022-5-21第16頁第16頁/共43頁第十六頁，共43頁。2022-5-21第17頁氣門氣門(qmn)(qmn)間隙間隙 發(fā)動機工作時，氣門(qmn)將因溫度的升高而膨脹。如果氣門(qmn)及其傳動件之間在

12、冷卻時無間隙或間隙過小，則在熱態(tài)下，氣門(qmn)及其傳動件的受熱膨脹勢必引起氣門(qmn)關(guān)閉不嚴，造成發(fā)動機在壓縮行程和作功行程中的漏氣，從而使功率下降，嚴重時甚至不易起動。為了消除這種現(xiàn)象，通常在發(fā)動機冷態(tài)裝配時，在氣門(qmn)與其傳動機構(gòu)中留有一定的間隙，以補償氣門(qmn)受熱后的膨脹量。這一間隙稱為氣門(qmn)間隙。 有的發(fā)動機采用液力挺柱，挺柱的長度能自動變化，隨時補償氣門的熱膨脹量，故不需要預留氣門間隙。一汽488Q發(fā)動機上設(shè)有氣門間隙調(diào)節(jié)器，在安裝時要保證搖臂凸耳與氣門彈簧座之間的間隙大于1.25mm.氣門間隙的大小一般有發(fā)動機制造廠根據(jù)試驗確定。一般在冷態(tài)時，進氣門的間

13、隙為0.25-0.3mm，排氣門的間隙為0.3-0.35mm。如果間隙過小，發(fā)動機在熱態(tài)下可能發(fā)生漏氣，導致功率下降甚至氣門燒壞。如果氣門間隙過大，則使傳動零件之間以及氣門和氣門座之間產(chǎn)生撞擊響聲，而且加速磨損，同時也會使得氣門開啟的持續(xù)時間減少，氣缸的充氣及排氣情況(qngkung)變壞。第17頁/共43頁第十七頁，共43頁。2022-5-21第18頁配氣相位配氣相位(xingwi)(xingwi) 配氣相位就是進、排氣門的實際開閉時刻，通常用相對與上、下止點曲拐位置的曲軸(qzhu)轉(zhuǎn)角的環(huán)形圖來表示。這種圖形稱為配氣相位圖。第18頁/共43頁第十八頁，共43頁。2022-5-21第19頁

14、（續(xù)） 理論上四沖程發(fā)動機的進氣門(qmn)當曲拐處在上止點時開啟，在曲拐轉(zhuǎn)到下止點時關(guān)閉；排氣門(qmn)則當曲拐在下止點時開啟，在上止點時關(guān)閉。進氣時間和排氣時間各占180曲軸轉(zhuǎn)角。但實際發(fā)動機的曲軸轉(zhuǎn)速都很高，活塞每一個行程都很短，這樣短時間的進氣或排氣過程，往往會使發(fā)動機充氣不足或排氣不凈，從而使發(fā)動機的的功率下降。因此，現(xiàn)代發(fā)動機都采用延長進、排氣時間的方法，即氣門(qmn)的開啟和關(guān)閉時刻并不正好是曲拐處在上止點和下止點的時刻，而是分別提前和延遲一定的曲軸轉(zhuǎn)角，以改善進、排氣狀況，從而提高發(fā)動機的動力性。更進一步更進一步第19頁/共43頁第十九頁，共43頁。2022-5-21第20

15、頁 氣門氣門(qmn)(qmn)重疊重疊 由于進氣門在上止點前即開啟，而排氣門在上止點后才關(guān)閉，這就出現(xiàn)了一段時間內(nèi)排氣門和進氣門同時開啟的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為氣門重疊，重疊時期的曲軸轉(zhuǎn)角稱為氣門重疊角。 由于新鮮(xn xin)氣流和廢氣流的流動慣性都比較大，在短時間內(nèi)是不會改變流向的，因此只要氣門重疊角選擇適當，就不會有廢氣倒流入進氣管和新鮮(xn xin)氣體隨同廢氣排除的可能性。這對換氣是有利的，但應注意，如氣門重疊角過大，當汽油機小負荷運轉(zhuǎn)、進氣管內(nèi)壓力很低時，就可能出現(xiàn)廢氣倒流，使進氣量減少。重要重要(zhngyo)第20頁/共43頁第二十頁，共43頁。2022-5-21第21頁配氣

16、機構(gòu)的零件配氣機構(gòu)的零件(ln jin)和組件和組件氣門氣門(qmn)組組氣門氣門(qmn)氣門氣門(qmn)導管導管氣門氣門(qmn)座座氣門氣門(qmn)彈簧彈簧氣門氣門(qmn)傳傳動組動組凸輪軸凸輪軸挺柱挺柱推桿推桿搖臂搖臂第21頁/共43頁第二十一頁，共43頁。2022-5-21第22頁氣門氣門(qmn)組組 氣門組包括氣門、氣門導管、氣門座及氣門彈簧等零件。有的進氣門還設(shè)有氣門旋轉(zhuǎn)機構(gòu)。 氣門組應保證氣門能夠?qū)崿F(xiàn)氣缸的密封，因此要求： 氣門頭部與氣門座貼合嚴密； 氣門導管對氣門桿的上下運動有良好的導向； 氣門彈簧的兩端面與氣門桿的中心線相垂直，以保證氣門頭在氣門座上不偏斜； 氣門彈

17、簧的彈力足以克服氣門及其傳動件的運動慣性力，使氣門能及時(jsh)關(guān)閉，并保證氣門緊壓在氣門座上。第22頁/共43頁第二十二頁，共43頁。2022-5-21第23頁氣門氣門(qmn)(qmn) 頭部 桿部 頭部的工作溫度很高，而且還要承受氣體壓力、氣門彈簧以及傳動組零件慣性力的作用，其冷卻和潤滑條件又較差。因此，要求氣門必須具有足夠的強度、剛度、耐熱和耐磨能力。進氣門的材料采用合金鋼（如鉻鋼或鎳鉻鋼等），排氣門則采用耐熱合金鋼（硅鉻鋼等）。為了節(jié)省(jishng)耐熱合金鋼，有的發(fā)動機排氣門頭部用耐熱合金鋼制造，而桿部則用鉻鋼制造，然后將兩者焊在一起。第23頁/共43頁第二十三頁，共43頁。2

18、022-5-21第24頁氣門頭部的結(jié)構(gòu)氣門頭部的結(jié)構(gòu)(jigu)形式形式第24頁/共43頁第二十四頁，共43頁。2022-5-21第25頁氣門氣門(qmn)組組第25頁/共43頁第二十五頁，共43頁。2022-5-21第26頁氣門(qmn)座 氣門座可在氣缸蓋上直接鏜出。它與氣門頭部共同對氣缸起密封作用，并接受氣門傳來的熱量。氣門座在高溫下工作，磨損(m sn)嚴重，故有不少發(fā)動機的氣門座用較好的材料（合金鑄鐵、奧氏體鋼等）單獨制作，然后鑲嵌到氣缸蓋上。第26頁/共43頁第二十六頁，共43頁。2022-5-21第27頁氣門(qmn)彈簧v 氣門彈簧的功用是克服在氣門關(guān)閉(gunb)過程中氣門及

19、傳動件的慣性力，防止各傳動件之間因慣性力的作用而產(chǎn)生間隙，保證氣門及時落座并緊緊貼合，防止氣門發(fā)生跳動，破壞其密封性。為此，氣門彈簧應有足夠的剛度和安裝預緊力。第27頁/共43頁第二十七頁，共43頁。2022-5-21第28頁氣門(qmn)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)v 氣門(qmn)旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的實例見圖3-15。第28頁/共43頁第二十八頁，共43頁。2022-5-21第29頁 有的發(fā)動機采用3-15b所示的強制旋轉(zhuǎn)機構(gòu)(jgu)，使氣門每開一次便轉(zhuǎn)過一定角度。第29頁/共43頁第二十九頁，共43頁。2022-5-21第30頁氣門(qmn)傳動組 氣門傳動組包括凸輪軸、定時齒輪、挺柱，推桿、搖臂、搖臂軸等。 氣門

20、傳動組的作用(zuyng)是使進、排氣門能按配氣相位規(guī)定的時刻開閉，且保證有足夠的開度。第30頁/共43頁第三十頁，共43頁。2022-5-21第31頁凸輪軸凸輪軸 凸輪軸（圖3-16）上主要配置由各缸進、排氣凸輪1，用以使氣門按一定的工作次序和配氣相位及時開閉，并保證氣門有足夠的升程。凸輪受到氣門間歇性開啟的周期性沖擊載荷，因此對凸輪表面要求耐磨，對凸輪要求有足夠的韌性和剛度。 發(fā)動機工作時，凸輪軸的變形會影響配氣相位，因此有的發(fā)動機凸輪軸采用全支承以減小其變形，如圖3-23a所示的發(fā)動機的凸輪軸有五個軸頸2。但是，支承數(shù)多，加工工藝較復雜，所以一般發(fā)動機的凸輪軸是每隔兩個氣缸設(shè)置(shzh

21、)一個軸頸1，如圖3-24所示。為安裝方便，凸輪軸的各軸頸直徑是做成從前向后依次減小的。 凸輪軸的材料一般用優(yōu)質(zhì)鋼模鍛而成，也可采用合金鑄鐵或球墨鑄鐵鑄造。凸輪各軸頸的工作表面一般進熱處理后精磨，以改善其耐磨性。第31頁/共43頁第三十一頁，共43頁。2022-5-21第32頁判定(pndng)發(fā)動機的發(fā)火次序第32頁/共43頁第三十二頁，共43頁。2022-5-21第33頁凸輪軸的驅(qū)動(q dn) 汽油機的凸輪軸布置在曲軸箱上方時，凸輪軸上還具有用以驅(qū)動機油泵及分電器的齒輪和驅(qū)動汽油泵的偏心輪。 凸輪軸通常有曲軸通過(tnggu)一對定時齒輪驅(qū)動，小齒輪和大齒輪分別用鍵裝在曲軸與凸輪軸的前端

22、，其傳動比為2:1。在裝配曲軸與凸輪軸時，必須將定時齒輪記號對準，以保證正確的配氣相位和發(fā)火時刻。第33頁/共43頁第三十三頁，共43頁。2022-5-21第34頁凸輪軸的驅(qū)動(q dn)第34頁/共43頁第三十四頁，共43頁。2022-5-21第35頁凸輪軸第35頁/共43頁第三十五頁，共43頁。2022-5-21第36頁挺柱挺柱 挺柱的功用是將凸輪的推力傳給推桿（或氣門桿），并承受凸輪軸旋轉(zhuǎn)(xunzhun)時所施加的側(cè)向力。挺柱在其頂部裝有調(diào)節(jié)螺釘，用來調(diào)節(jié)氣門間隙。氣門頂置式配氣機構(gòu)的挺柱一般制成筒式（圖3-27b），以減輕重量。圖3-27c所示為滾輪式挺柱，其優(yōu)點是可以減小摩擦所造成的對挺柱的側(cè)向力。這種挺柱結(jié)構(gòu)復雜，重量較大，一般多用于大缸徑柴油機上。挺柱常用鎳鉻合金鑄鐵或冷激合金鑄鐵制造，其摩擦表面應經(jīng)熱處理后研磨。 熱膨脹造成的氣門關(guān)閉不嚴的問題用預留氣門間隙的方法來解決；但由于氣門間隙的存在，配氣機構(gòu)在工作時將產(chǎn)生沖擊而發(fā)出響聲。為了解決這一矛盾，有的發(fā)動機上采用了液壓挺柱。第36頁/共43頁第三十六頁，共43頁。2022-5-21第37頁第37頁/共43頁第三十七頁，共43頁。2022-5-21第38頁液壓挺柱第38頁/共43頁第三十八頁，共43頁。2022-5-21第39頁 推桿的作用是將從