發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)和應(yīng)用

1、發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)和應(yīng)用 概 述一、作用 按照發(fā)動機(jī)的工作循環(huán)和發(fā)火次序，定時實現(xiàn)換氣。 達(dá)到進(jìn)氣盡可能充分、排氣盡可能干凈的目的。 在各種工況下，保持最佳的充氣效率，最佳性能。二、組成氣門組實物三、分類 1進(jìn)氣孔 2排氣孔 3掃氣孔氣門式氣孔式氣門頂置式氣門側(cè)置式（一）按氣門布置形式分為凸輪軸下置式凸輪軸中置式（二）按凸輪軸布置形式分為凸輪軸上置式1. 凸輪軸下置式配氣機(jī)構(gòu) （1）組成：氣門傳動組和氣門組 氣門傳動組：從正時齒輪開始至推動氣門動作的所有零件。 功用：定時驅(qū)動氣門使其開閉。 氣門組：主要由氣門鎖片、氣門彈簧座、氣門彈簧、氣門、氣門導(dǎo)管、氣門座等組成。 功用：維持氣門的關(guān)閉。 凸輪軸

2、挺柱推桿搖臂凸輪軸正時齒輪搖臂軸 （2）工作過程： A. 氣門打開：由曲軸通過正時齒輪驅(qū)動凸輪軸旋轉(zhuǎn)，使凸輪軸上的凸輪凸起部分通過挺柱、推桿、調(diào)整螺釘，推動搖臂擺轉(zhuǎn)，搖臂的另一端便向下推開氣門，同時使彈簧進(jìn)一步壓縮。 B. 氣門關(guān)閉：當(dāng)凸輪的凸起部分的頂點(diǎn)轉(zhuǎn)過挺柱以后，氣門在其彈簧張力的作用下，開度逐漸減小，直至最后關(guān)閉，進(jìn)氣或排氣過程即告結(jié)束。壓縮和作功行程中，氣門在彈簧張力作用下嚴(yán)密關(guān)閉，使氣缸密閉。 1凸輪軸正時齒輪 2凸輪軸 3挺柱 4推桿 5搖臂軸座 6搖臂軸 7氣門間隙調(diào)整螺釘及鎖緊螺母 8搖臂 9氣門鎖夾 10氣門彈簧座 11氣門 12防油罩 13氣門彈簧 14氣門導(dǎo)管 15氣門

3、座圈16曲軸正時齒輪 2. 凸輪軸上置式配氣機(jī)構(gòu) 通過搖臂驅(qū)動氣門可分為 單凸輪軸 直接驅(qū)動氣門 雙凸輪軸應(yīng)用：主要應(yīng)用于高速發(fā)動機(jī)。桑塔納轎車發(fā)動機(jī)凸輪軸上置式凸輪軸上置直接驅(qū)動挺柱體氣門頂置搖臂驅(qū)動式雙凸輪軸上置直接驅(qū)動氣門（3）應(yīng)用：凸輪軸下置式、凸輪軸中置式。1. 齒輪傳動（1）優(yōu)點(diǎn)：配氣相位準(zhǔn)確，工作可靠性好，耐久性好。（2）缺點(diǎn)：噪音、磨損較大，布置困難。（三）按凸輪軸的傳動方式分（3）應(yīng)用：凸輪軸上置式2. 鏈傳動（1）優(yōu)點(diǎn)：布置自由度大，制造成本低，工作可靠。（2）缺點(diǎn)：配氣相位易變，噪聲、磨損大，耐久性較差。 3. 齒形帶傳動（1）優(yōu)點(diǎn)配氣相位準(zhǔn)確，布置自由度大，磨損、噪聲小

4、。（2）缺點(diǎn)可靠性、耐久性差，摩擦阻力大，隨溫度變化大 。齒形帶傳動曲軸正時齒形帶輪中間輪水泵傳動齒形帶輪張緊輪凸輪軸正時齒形帶輪1. 配氣機(jī)構(gòu)的功用是什么？頂置式氣門配氣機(jī)構(gòu)由哪些零件組成？2. 雙凸輪軸驅(qū)動的多氣門機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？思 考 題3.2 配氣相位和氣門間隙 一、配氣相位 1. 定義：進(jìn)、排氣門的實際開閉時刻及其開啟的持續(xù)時間。2. 延長進(jìn)、排氣時間的原因（1）氣門的開、閉有個過程； （2）氣體慣性的影響； （3） 發(fā)動機(jī)速度的要求 。舉例：當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為5600r/min時，一個行程持續(xù)時間：60/（56002）上止點(diǎn)下止點(diǎn) 3. 配氣相位圖的解釋 進(jìn)氣提前角:減少節(jié)流損失

5、進(jìn)氣滯后角:氣流慣性，壓力差 180進(jìn)氣持續(xù)角 排氣提前角:壓力差 排氣滯后角:氣流慣性，壓力差 180排氣持續(xù)角 4. 氣門重疊 （1）定義：進(jìn)氣門、排氣門同時開啟的現(xiàn)象。 氣門重疊角 （2）引起的問題： 當(dāng)氣門重疊角較小時，新鮮氣體和廢氣利用慣性可以保持原來的流動方向，不會產(chǎn)生廢氣倒流回進(jìn)氣管和新鮮氣體隨廢氣排出的問題。 當(dāng)氣門重疊角過大時，發(fā)動機(jī)小負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時，由于進(jìn)氣管壓力很低，易出現(xiàn)廢氣倒流現(xiàn)象。實際配氣相位演示 5. 影響配氣相位的因素 發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)形式、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速等。 按發(fā)動機(jī)性能要求通過試驗確定某一常用轉(zhuǎn)速下較合適的配氣相位。 變相位發(fā)動機(jī)。二、氣門間隙1. 定義：指當(dāng)氣門處于關(guān)閉

6、狀態(tài)時氣門與傳動件之間的間隙。2. 留有氣門間隙的原因發(fā)動機(jī)工作時，氣門及傳動件將因溫度的升高而膨脹，造成氣門關(guān)閉不嚴(yán)，氣缸漏氣。3. 氣門間隙的大?。?）由廠家確定：冷態(tài)時，進(jìn)氣門間隙，排氣門間隙。（2）氣門間隙過?。郝?，功率下降，氣門燒壞。（3）氣門間隙過大：使傳動零件之間以及氣門和氣門座之間產(chǎn)生撞擊，氣門開啟的持續(xù)時間減少。4. 氣門間隙的測量和調(diào)整（1）測量：塞尺。（2）調(diào)整前提條件：必須使氣門處于完全關(guān)閉的狀態(tài)，挺柱與凸輪的基圓部分接觸。調(diào)整方法：調(diào)整螺釘 調(diào)整墊片凸輪軸上置直接驅(qū)動挺柱體氣門頂置1. 什么叫配氣相位圖？圖中各角度的含義、作用是什么？2. 發(fā)動機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)一般要保留

7、氣門間隙，為什么？其如何調(diào)整和測量？思 考 題作用：在任何情況下，必須保證燃燒室的密封性。3.3 配氣機(jī)構(gòu)的零件和組件3.3.1 氣門組氣門組實物圖氣門是保證發(fā)動機(jī)工作性能良好和可靠的重要零件之一。 1. 氣門的構(gòu)造由頭部和桿部兩部分組成。氣門頭部的散熱：通過氣門座、氣門桿。頭部 過渡圓滑 桿部 作用：（1）散熱； （2）降低阻力； （3）增加強(qiáng)度。一、氣 門氣門 1桿部；2頭部 （1）氣門頭部功用：燃燒室的組成部分，是氣體進(jìn)、出燃燒室通道的開關(guān)，承受沖擊力(高溫、高速氣流沖擊)。 a. 氣門頂形狀：a)平頂 b)球面頂 c)喇叭頂b. 氣門錐角：定義：氣門與氣門座之間的配合面做成錐面，稱為氣

8、門密封錐面；其錐角，稱為氣門錐角。作用：就象錐形塞子可以塞緊瓶口一樣，能獲得較大的氣門座合壓力，以提高密封性和導(dǎo)熱性。 氣門落座時有自動定位作用。 避免使氣流拐彎過大而降低流速。 有了錐角，氣門落座時能擠掉接觸面的沉積物，即有自潔作用。 要求： 錐面要研磨，寬度要合適，一般13mm。一般做成45錐角。氣門實物圖進(jìn)氣門排氣門兩氣門一樣大時，排氣門有記號。c. 氣門直徑：進(jìn)氣門直徑一般大于排氣門直徑。 （2）氣門桿部：用來為氣門運(yùn)動時導(dǎo)向、承受側(cè)壓力并傳走一部分熱量。氣門桿呈圓柱形，在氣門導(dǎo)管中不斷進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動。其表面須經(jīng)過熱處理和磨光，以保證與氣門導(dǎo)管的配合精度和耐磨性。 較高的加工精度，表面經(jīng)

9、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充鈉中空氣門桿定義：在中空的氣門桿中填入一 半金屬鈉。作用：旨在減輕氣門質(zhì)量和減小 氣門運(yùn)動的慣性力。增 強(qiáng)排氣門的散熱能力。原因：鈉的熔點(diǎn)的是97.8，沸 點(diǎn)為880，所以在氣門 工作時，鈉變成液體。應(yīng)用：高度強(qiáng)化的發(fā)動機(jī)排氣門。a）鎖片式 b）鎖銷式1-氣門桿；2-氣門彈簧；3-彈簧座；4-鎖片；5-卡環(huán)； 6-鎖銷a. 彈簧座的固定：氣門桿端的形狀決定于氣門彈簧座的固定方式6b. 防松裝置：為防止氣門彈簧折斷時，氣門落入氣缸造成嚴(yán)重事故，可在氣門桿尾部加工一個環(huán)形槽，內(nèi)裝上彈簧卡環(huán)。 圖3-28 鎖片式

10、結(jié)構(gòu) 1-氣門桿；2-氣門彈簧；3-彈簧座；4-鎖片；5-卡環(huán) c. 氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)：作用：可使氣門頭沿圓周溫度均勻，減小氣門頭部熱變形。阻止沉積物形成的自潔作用。 2. 氣門的工作條件與材料工作條件：A、進(jìn)氣門570K-670K，排氣門1050K-1200K。B、頭部承受氣體壓力、氣門彈簧力等。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(qiáng)度和剛度大、耐熱、耐腐蝕、耐磨材料：進(jìn)氣門570K-670K，采用合金鋼（鉻鋼或鉻鎳鋼）排氣門1050K-1200K，采用耐熱合金鋼（硅鉻鋼）1.作用：導(dǎo)向作用，保證氣門作直線往復(fù)運(yùn)動，使氣門與氣門座正確貼合。此外，氣門導(dǎo)管還在氣門

11、桿與氣缸蓋之間起導(dǎo)熱作用。二、氣門導(dǎo)管 2. 形狀：導(dǎo)管內(nèi)、外圓柱面經(jīng)加工后壓入氣缸蓋的氣門導(dǎo)管孔中，然后再精鉸內(nèi)孔。 3. 材料：灰鑄鐵、球墨鑄鐵或鐵基粉末冶金。 4. 防落裝置：卡環(huán)定位。導(dǎo)管和氣門導(dǎo)管孔是過盈配合。導(dǎo)管和氣門桿是間隙配合。 1. 作用：氣門座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。 2. 分類： a. 鏜出式氣門座（用于汽油機(jī)進(jìn)氣門）； b. 鑲嵌式氣門座（用于汽油機(jī)排氣門、采用鋁合金缸蓋的發(fā)動機(jī)的進(jìn)、排氣門和柴油機(jī)進(jìn)氣門）。 優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省材料，提高使用壽命，更換、維修方便。 缺點(diǎn)：導(dǎo)熱性差，加工精度要求高，脫落（過盈配合）。三、氣門座 1. 作用： （1）保

12、證氣門自動回位關(guān)閉而密封。 （2）保證氣門與氣門座的座合壓力。 （3）吸收氣門在開啟和關(guān)閉過程中傳動零件所產(chǎn)生的慣性力，以防止各種傳動件彼此分離而破壞配氣機(jī)構(gòu)正常工作。 2. 材料和固定：材料為高錳鋼、鉻釩鋼，熱處理；固定方法為一端靠在氣缸蓋上，一端靠在彈簧座上。 3. 具有足夠的剛度和安裝預(yù)緊力的原因：氣門彈簧必須承受氣門關(guān)閉過程中氣門及傳動件產(chǎn)生的慣性力，也必須克服配氣機(jī)構(gòu)因高速運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的振動而引起的附加負(fù)荷。預(yù)緊力保證氣門處于關(guān)閉狀態(tài)時，關(guān)閉嚴(yán)實。四、氣門彈簧4. 防止氣門彈簧共振的方法（1）提高氣門彈簧的自然振動頻率 設(shè)法提高氣門彈簧的剛度，如加粗鋼絲直徑或減小彈簧的圈徑。優(yōu)點(diǎn)：方法

13、較簡單。缺點(diǎn)：由于彈簧剛度大，增加了功率消耗和零件之間的沖擊載荷。 （2）采用雙氣門彈簧 每個氣門裝兩根直徑不同、旋向相反的內(nèi)外彈簧。由于兩彈簧的自然振動頻率不同，當(dāng)某一彈簧發(fā)生共振時，另一彈簧可起減振作用。旋向相反，可以防止一根彈簧折斷時卡入另一根彈簧內(nèi)，導(dǎo)致好的彈簧被卡住或損壞。另外，萬一某根彈簧折斷時，另一根彈簧仍可保持氣門不落入氣缸內(nèi)。 （3）采用不等螺距彈簧 這種彈簧在工作時，螺距小的一端逐漸疊合，有效圈數(shù)逐漸減小，自然頻率也就逐漸提高，使共振成為不可能。 注意：螺距小的一端應(yīng)朝向氣門頭部。 （4）采用等螺距的單彈簧，在其內(nèi)圈加一個過盈配合的阻尼摩擦片來消除共振。（5）采用錐形氣門彈

14、簧錐形氣門彈簧的剛度和固有頻率沿彈簧軸線方向是變化的。注意：安裝時，應(yīng)使彈簧大端朝向氣缸蓋。圖3-35 氣門彈簧 a)等螺距彈簧；b)不等螺距彈簧；c)雙螺旋彈簧凸輪軸挺柱推桿搖臂凸輪軸正時齒輪搖臂軸作用：使進(jìn)、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。3.3.2 氣門傳動組1. 結(jié)構(gòu)進(jìn)、排氣凸輪：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。偏心輪、齒輪。凸輪軸軸頸：用來支承凸輪軸，一般凸輪軸每隔兩個氣缸設(shè)置一個軸頸，也有全支撐的。一、凸輪軸凸輪凸輪軸軸頸驅(qū)動分電器的螺旋齒輪螺栓墊片正時齒輪止推凸緣止推座凸輪軸襯套驅(qū)動汽油泵的偏心輪氣門開啟點(diǎn)消除氣門間隙

15、階段氣門升程最大時刻氣門關(guān)閉點(diǎn)出現(xiàn)氣門間隙階段凸輪的工作過程如下：當(dāng)凸輪按圖中方向轉(zhuǎn)過EA時，挺柱處于最低位置不動，氣門處于關(guān)閉狀態(tài)。凸輪轉(zhuǎn)至A點(diǎn)時，挺柱開始移動。繼續(xù)轉(zhuǎn)動，在緩沖段AB內(nèi)的某點(diǎn)M處消除氣門間隙，氣門開始開啟，至C點(diǎn)時氣門開度最大，而后逐漸關(guān)小，至緩沖段DE內(nèi)某點(diǎn)N時，氣門完全關(guān)閉。此后，挺柱繼續(xù)下落，出現(xiàn)氣門間隙，至E點(diǎn)時挺柱又處于最低位置。 點(diǎn)火順序：1243 根據(jù)上述道理，只要知道了凸輪軸的旋轉(zhuǎn)方向和同名凸輪的相對位置，就可以判斷發(fā)動機(jī)的工作順序。 2. a) 同名凸輪的相對角位置 凸輪軸上各缸進(jìn)氣(排氣)凸輪，即同名凸輪的相對角位置與凸輪軸的轉(zhuǎn)動方向、各缸的工作順序和作

16、功間隔角有關(guān)。點(diǎn)火順序：153624b) 異名凸輪的相對角位置 同一氣缸的進(jìn)、排氣凸輪，即異名凸輪的相對角位置。它是由發(fā)動機(jī)的配氣相位和凸輪軸的轉(zhuǎn)向所決定的。 3. 凸輪軸的材料：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經(jīng)熱處理后精磨，以改善其耐磨性。 4. 凸輪軸的驅(qū)動 4. 凸輪軸軸向定位：止推軸承、止推片、止推螺釘、止推凸緣定位。 1. 作用：挺柱是凸輪的從動件。作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)時所施加的側(cè)向力。 2. 分類：分為機(jī)械挺柱（又分為平面挺柱和滾輪式挺柱）、液力挺柱。 （1）平面挺柱 平面挺柱由于結(jié)構(gòu)簡

17、單、質(zhì)量輕，被廣泛用于車用發(fā)動機(jī)上。 為減輕平面挺柱工作面的磨損，可采取下列結(jié)構(gòu)措施：二、挺柱 a. 挺柱軸線偏離凸輪的對稱軸線。一般e取13mm。 發(fā)動機(jī)工作時凸輪與挺柱底面的摩擦力可使挺柱圍繞自身的軸線旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到挺柱底面磨損均勻的目的。 b. 將挺柱底面做成球面，將凸輪工作面制成錐角很小的錐面。這樣使凸輪與挺柱的接觸點(diǎn)偏離挺柱軸線，使挺柱自轉(zhuǎn)。 c. 在挺柱底面鑲嵌耐磨金屬塊。 d. 將挺柱側(cè)表面制成桶形，由于它的自位作用，使磨損均勻。 （2）滾輪式挺柱 滾輪式挺柱，其優(yōu)點(diǎn)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(fù)雜，重量較大，多用于大缸徑柴油機(jī)上。 （3）液力挺柱 目的：解決

18、了因有氣門間隙而產(chǎn)生的沖擊及噪音問題。 消除了配氣機(jī)構(gòu)中的間隙，減小了各零件的沖擊載荷和噪聲，同時凸輪輪廓可設(shè)計得比較陡一些，氣門開啟和關(guān)閉更快，以減小進(jìn)排氣阻力，改善發(fā)動機(jī)的換氣，提高發(fā)動機(jī)的性能，特別是高速性能。 分類：液力挺柱可分為平面、滾輪式、吊杯形三種。 應(yīng)用：液力挺柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度要求高，而且磨損后無法調(diào)整只能更換，所以目前在一般載貨車上用得較少，而在較高級的轎車上則應(yīng)用很廣。 圖3-19 奧迪轎車發(fā)動機(jī)液力挺柱 1-高壓油腔；2-缸蓋油道；3-油量孔；4-斜油孔；5-球閥；6-低壓油腔；7-鍵形槽；8-凸輪軸；9-挺柱體；10-柱塞焊縫；11-柱塞；12-套筒；13-彈簧；14-缸蓋；15-氣門桿 1. 作用：將從凸輪軸經(jīng)過挺柱傳來的推力傳給搖臂。 2. 結(jié)構(gòu)：它是氣門機(jī)構(gòu)中最易彎曲的，要求有很高的剛度，盡量做得短些。推桿可以是實心或空心的。 三、推桿功用： 將推桿或凸輪傳來的力改變方向，作用到氣門桿端壓縮氣門彈簧以推開氣門。1)普通搖臂結(jié)構(gòu): T