《內(nèi)燃機學 第5版》 課件 第11章 內(nèi)燃機的概念設(shè)計

第十一章第一節(jié)內(nèi)燃機的設(shè)計要求

使用性能要求經(jīng)濟性要求環(huán)保性要求內(nèi)燃機功率轉(zhuǎn)速范圍、轉(zhuǎn)矩特性等動力性參數(shù)應(yīng)滿足汽車和其他工作機械的使用要求。外形安裝方面的使用要求。整機重量和尺寸的使用要求。1、使用性要求

2、經(jīng)濟性要求燃料經(jīng)濟性的要求。制造經(jīng)濟性的要求可靠和耐久性要求維修方便性要求內(nèi)燃機的排放應(yīng)滿足法規(guī)要求。振動噪音水平應(yīng)滿足法規(guī)要求。制造過程的環(huán)保性要求。報廢銷毀過程的環(huán)保性要求。3、環(huán)境性要求動力性←→經(jīng)濟性之間的矛盾經(jīng)濟性←→排放性之間的矛盾成本←→動力經(jīng)濟性和可靠性之間的矛盾……4、性能要求的折中第二節(jié)內(nèi)燃機類型的選擇

燃料的選擇沖程數(shù)的選擇冷卻方式的選擇氣缸數(shù)和氣缸布置的選擇進氣狀態(tài)的選擇1、燃料的選擇汽油與柴油理化特性對比汽油柴油沸點低高燃點高低揮發(fā)性好差低熱值相當相當混合氣熱值相當相當1、燃料的選擇汽油機與柴油機的性能對比汽油機柴油機著火方式點燃壓燃功率調(diào)節(jié)變量變質(zhì)壓縮比低高燃油經(jīng)濟性差好最高爆發(fā)壓力低高振動噪聲水平低高排放控制較易難單機功率可以很小可以很高2、沖程數(shù)的選擇

二沖程機小功率輕便汽油機低速船用機四沖程內(nèi)燃機轉(zhuǎn)子發(fā)動機？3、冷卻方式的選擇液體冷卻有效、均勻、穩(wěn)定、強化潛力大，因此被絕大多數(shù)內(nèi)燃機采用。風冷系統(tǒng)簡單，對沙漠干旱嚴酷條件適應(yīng)性好。相同情況下，風冷功耗高5％~10％。風冷內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)噪聲較大。風冷氣缸蓋局部高熱負荷區(qū)不易得到充分的冷卻，影響了可靠性和耐久性。大缸徑或增壓內(nèi)燃機熱負荷重，更不宜采用風冷。風冷vs液體冷卻←→混合冷卻4、氣缸數(shù)和氣缸布置的選擇氣缸數(shù)柴油機：單缸、2、4、5、6、8、12、16汽油機：單缸、2、3、4、6、8、12氣缸布置立式、臥式、直列、斜置、V、W發(fā)動機的氣缸數(shù)和布置方式由使用條件決定。臥式單缸機立式單缸機、多缸機V6、V8W12斜置式發(fā)動機發(fā)動機布置方式舉例5、進氣狀態(tài)的選擇增壓是發(fā)動機強化的最有效手段。渦輪增壓利用了部分排氣能量，提高機械效率，使燃油消耗率有所改善。增壓是降低柴油機排放的重要技術(shù)措施。自然吸氣VS增壓發(fā)動機的進氣狀態(tài)選擇取決于發(fā)動機應(yīng)用條件。第三節(jié)內(nèi)燃機基本參數(shù)的選擇

內(nèi)燃機的平均有效壓力pme、活塞平均速度vm、轉(zhuǎn)速n、氣缸直徑D和活塞行程S、氣缸數(shù)i等基本參數(shù)，反映了內(nèi)燃機的工作性能和品質(zhì)。正確選擇這些參數(shù)，才能保證所設(shè)計的新產(chǎn)品有生命力。一、平均有效壓力

二、活塞平均速度

vm

＞9m/s

高速機

vm＝6~9m/s中速機

vm

＜6m/s低速機1．對發(fā)動機性能的影響

vm提高導致pme下降。2．對機械負荷的影響

vm提高使慣性力增大，機械應(yīng)力平方增加。3．對熱負荷的影響相同pme的情況下，轉(zhuǎn)速增加，發(fā)動機的熱負荷增加。4．對磨損和壽命的影響隨著vm的提高，發(fā)動機的磨損加劇，壽命可能下降。

三、氣缸直徑D和氣缸數(shù)i汽油機的氣缸軸徑：～100mm；車用汽油機的D=60~90mm柴油機的氣缸直徑：

60~1000mm，車用柴油機D=80~140mm

汽油機的氣缸數(shù)：1,2,3,4,6,8,12柴油機的氣缸數(shù)：1,2,3,4,5,6,8,12,16發(fā)動機的D,i,S往往根據(jù)排量要求進行規(guī)整四、行程缸徑比S/D和活塞行程S

1．S/D對升功率PL的影響:

汽油機，S/D減小，使PL增大。2．S/D對燃燒室形狀的影響:

S/D小的短行程內(nèi)燃機的燃燒室變小，燃燒室不緊湊。3．S/D對散熱的影響：相同條件時，S/D下降使D增大，水套的熱量減少。4．S/D對外形尺寸的影響：

總體考慮發(fā)動機S/D五、綜合評價參數(shù)

綜合評價內(nèi)燃機選型和基本參數(shù)選擇的合理性。升功率PL（kW/L）活塞面積功率PF

（kW/L）

比質(zhì)量Mo（kg/kW）比體積Vo（L/kW）第四節(jié)內(nèi)燃機的開發(fā)程序與方法

一、方案設(shè)計階段

二、技術(shù)設(shè)計階段

三、樣機試制和調(diào)試階段

四、鑒定和投產(chǎn)階段

一、方案設(shè)計階段典型流程:

在技術(shù)設(shè)計階段對選定的方案設(shè)計進行細化，以最終確定內(nèi)燃機的總布置設(shè)計，完成所有零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工設(shè)計，選配好所有附件，完成全套圖樣和設(shè)計說明書、計算書等技術(shù)文件。二、技術(shù)設(shè)計階段

三、樣機試制和調(diào)試階段

試制出一批樣機，進行整機性能調(diào)試以達到預(yù)期的性能指標，進行機械方面的研究與改進以達到要求的可靠性和工作壽命。四、鑒定和投產(chǎn)階段新產(chǎn)品定型鑒定：新的內(nèi)燃機樣機通過各項試驗并達到技術(shù)任務(wù)書的要求后，應(yīng)按規(guī)定進行。小批試生產(chǎn)：通過鑒定后，先進行試生產(chǎn)，以考察工藝裝備的穩(wěn)定性。批量生產(chǎn)：定期抽取產(chǎn)品進行質(zhì)量檢驗，以監(jiān)督產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定性。第五節(jié)內(nèi)燃機主要零件設(shè)計要點

一、活塞組

二、連桿、曲軸及軸承

三、機體與氣缸蓋

一、活塞組活塞組:包括活塞、活塞環(huán)、活塞銷等，是活塞式內(nèi)燃機中重要組件。

設(shè)計要點：1、功用與工作條件2、基本結(jié)構(gòu)和材料3、活塞的耐熱設(shè)計4、活塞和活塞銷的傳力設(shè)計5、活塞的導向設(shè)計6、活塞與活塞環(huán)的密封設(shè)計（一）活塞的工作條件活塞頂要承受氣缸內(nèi)氣體壓力、溫度的作用?；钊M承受很高的機械負荷、熱負荷；活塞頂所受的壓力傳給連桿和曲軸。銷座內(nèi)上側(cè)應(yīng)力集中；活塞環(huán)既要在盡可能小的摩擦損失下保證漏氣少，又要在很高的壓力、溫度下和極少的潤滑油的條件下保證足夠的耐久性；活塞組還要承受連桿擺動造成的側(cè)向力；活塞組運動時產(chǎn)生很大的往復慣性力。（二）基本結(jié)構(gòu)和材料中小功率高速內(nèi)燃機常用整體鑄造的鋁合金活塞（下圖），簡單輕巧。汽油機活塞（b）由于機械負荷和熱負荷均較低，所以比柴油機活塞（a）更加輕巧。

圖11-2整體式鋁合金活塞a)柴油機活塞b)汽油機活塞

為了使內(nèi)燃機整體結(jié)構(gòu)緊湊，減小整機高度和質(zhì)量，減小往復慣性力，活塞總高度H、特別是壓縮高度H1應(yīng)盡可能縮小。

尺寸比例汽油機柴油機H1／D0.35~0.600.50~0.80H／D0.60~1.000.90~1.40H2／D0.40~0.800.50~0.90h／D0.04~0.100.12~0.20d／D0.22~0.300.30~0.40表11-1活塞的主要尺寸比例（以缸徑D為基準）

制造活塞的材料應(yīng)有小的密度ρ、足夠的高溫強度б、高的熱導率λ、低的熱脹系數(shù)α以及良好的摩擦性能（減摩性和耐磨性）。材料共晶鋁硅合金過共晶鋁硅合金合金鑄鐵AlSi12CuMgNiAlSi12CuMgNiAlSi12CuMgNi含Si質(zhì)量分數(shù)×10011~1317~1923~261.8~2.1密度ρ/（kg·L-1）2.702.682.667.3工藝方法硬鑄鍛壓硬鑄鍛壓硬鑄砂鑄20℃時抗拉強度б20/（N·mm-2）200~250300~370180~220230~300170~210245~345250℃時抗拉強度б250/（N·mm-2）100~150110~170100~140100~160100~140245~34520~250℃間熱導率λ20－250/（W·m-1·K-1）155~160160~165145~150157~163135~14033~4620~200℃間線脹系數(shù)α20－200/（10－6·K－1）21.021.419.920.319.311~12250℃時彈性模數(shù)E250／（N·mm－2）7250074000750007600081000108000~137000表11-2活塞材料的主要性能由燃氣傳給活塞的熱量大部分經(jīng)活塞環(huán)傳給氣缸再傳到冷卻介質(zhì)，一部分經(jīng)活塞內(nèi)壁傳給曲軸箱內(nèi)的油霧和空氣，小部分經(jīng)裙部傳給氣缸。汽油機活塞的熱負荷一般較小。柴油機由于燃燒過程的持續(xù)高溫高壓、強湍流、強輻射的特點，其熱負荷遠高于汽油機。所以，活塞的耐熱設(shè)計，主要是針對柴油機。（三）活塞的耐熱設(shè)計要盡可能減小活塞頂?shù)氖軣岜砻娣e，因此平頂活塞是最佳選擇。但直噴柴油機的活塞頂形狀復雜的燃燒室，使熱負荷加重。一般鋁合金活塞頂最高溫度不應(yīng)超過350℃。為了提高鋁活塞頂?shù)哪蜔嵝裕刹捎藐枠O氧化處理，生成硬質(zhì)氧化鋁薄膜。頂面噴涂ZrO2陶瓷層，也可提高活塞頂?shù)哪蜔嵝?。有些活塞開始采用高合金奧氏體鑄鐵護圈或用Al2O3+SiO2纖維、SiC或Al2O3顆粒強化的鋁合金復合材料來強化環(huán)槽和燃燒室。（1）活塞頂

汽油機的活塞頭部斷面一般都在滿足強度條件下盡量薄，以求輕量化。柴油機鋁活塞頭部一般很厚實，以便熱的導出。從頂部到環(huán)帶有很大的過渡圓角R，可降低活塞頂?shù)臏囟群突钊^部的熱應(yīng)力。（2）活塞頭部斷面

活塞環(huán)對活塞頭部的散熱起很大作用，尤其第一道環(huán)的熱流量最大。所以，應(yīng)選擇適當?shù)幕鹆Π陡叨萮（圖11-2a）。h增大可降低第一道活塞環(huán)溫度，但使活塞頂溫度提高，同時活塞高度增大。第一活塞環(huán)槽的溫度不應(yīng)超過240℃，否則潤滑油可能結(jié)膠甚至碳化，使活塞環(huán)在環(huán)槽中失去活動性，從而喪失其密封和傳熱功能。（3）火力岸高度

（4）強制冷卻

如果在噴油冷卻的活塞環(huán)帶鉆幾個盲孔，可使第一環(huán)槽的溫度下降20℃左右（圖11-3）。圖11-3活塞環(huán)帶鉆孔對噴油冷卻活塞溫度場的影響當柴油機活塞功率PF＞0.2kw/時，需要向活塞內(nèi)壁噴油冷卻，一般通過固定在機體內(nèi)壁上的噴嘴噴機油。a)有4個φ4mm的鉆孔（D=110mm）b)無鉆孔圖11－4帶鹽芯鑄出油腔（左）與帶中空環(huán)槽鑲?cè)Γㄓ遥r活塞溫度場的比較如果活塞功率PF＞0.3kw/時，為保持正常的活塞工作溫度，需要在活塞上鑄出冷卻油腔（圖11-4左）。用油腔冷卻的活塞可使第一環(huán)槽溫度下降20~30℃。

圖11-4右半部分表示的中空環(huán)槽圈，是在鑲?cè)Φ膬?nèi)側(cè)焊上由不銹鋼板滾軋成斷面呈［形的圓環(huán)制成的，它使第一環(huán)槽的溫度比一般油腔結(jié)構(gòu)下降25℃以上。由于結(jié)構(gòu)上的限制，活塞銷的直徑d不可能超過0.4D（表11-1），活塞銷的長度不可能超過0.85D，因此活塞銷總的承壓面積極為有限。不論在銷與銷座之間，還是在銷與連桿之間，承壓面積都很小，表面比壓很高。活塞銷與銷座或活塞銷與連桿襯套之間相對運動速度很低，液體潤滑油膜不易形成。在這種高壓低速條件下，要保證可靠的液體潤滑，配合副的工作間隙要盡可能小。（四）活塞與活塞銷的傳力設(shè)計

對柴油機來說，如在銷座上側(cè)挖一個圓弧坑A（圖11-5b），并在銷孔內(nèi)側(cè)加工出長3~4mm、錐角1°~2°的微錐度孔，再在邊緣上倒一個小圓角R，可使最大邊緣負荷減小40％左右?；钊c活塞銷工作時彎曲變形互不協(xié)調(diào)會在銷座孔內(nèi)上側(cè)引起嚴重的邊緣負荷（圖11-5a），可能造成銷孔永久變形甚至使銷座裂開圖11-5活塞銷座邊緣負荷的減輕高增壓柴油機中，氣壓力負荷很大，活塞銷座孔上半部和連桿小頭襯套孔下半部的負荷遠遠高出相對的另一半部。這時，采用斜切的或階梯形的銷座，配上相應(yīng)斜切的或階梯形的連桿小頭，可充分利用活塞銷的有效承壓面積（圖11-6）。圖11-6用斜切的（左）或階梯形的（右）銷座減小承壓面上的比壓活塞在氣缸中運動時的導向作用由裙部完成。為保證良好的導向，裙部要有足夠的長度H2（表11-1），且與氣缸的配合間隙小，以減輕活塞在連桿擺動引起的側(cè)向力作用下從貼緊氣缸的一側(cè)到貼緊另一側(cè)時對氣缸的“拍擊”?；钊怪辉诖怪被钊N軸線的方向承受側(cè)向力，所以應(yīng)保證此方向與氣缸間隙盡可能小，而在銷軸線方向，間隙要大一些，以免活塞熱膨脹后卡死在氣缸中。因此，活塞裙部的橫斷面外形呈橢圓形。如何控制鋁活塞的膨脹，是至今仍未完滿解決的技術(shù)難題。目前應(yīng)用最廣的辦法是利用雙金屬片原理的自動調(diào)節(jié)活塞（圖11-7以及圖11-2b）。

（五）活塞的導向設(shè)計

在銷座外側(cè)的活塞內(nèi)壁鑄入膨脹系數(shù)比鋁合金小的低碳鋼片，利用雙金屬片效應(yīng)在溫度提高時產(chǎn)生的彎曲來減小活塞裙在垂直銷孔方向上的膨脹量。因這種彎曲量隨溫度的提高而增大，故稱為自動調(diào)節(jié)活塞。

圖11-7車用汽油機用自動調(diào)節(jié)鑲鋼片活塞活塞與活塞環(huán)一起防止氣缸內(nèi)的高壓氣體下竄到曲軸箱，同時把很大一部分活塞頂接收的熱量傳給氣缸壁，起這種作用的活塞環(huán)稱為氣環(huán)。此外，還設(shè)置專門的油環(huán)，在活塞下行時把氣缸壁上多余的機油刮回油底殼，以減少上竄機油量。一般要求通過環(huán)組的竄氣量不超過總進氣量的0.5%，機油消耗量不超過燃油消耗量的0.5%。（六）活塞與活塞環(huán)的密封設(shè)計由于活塞環(huán)開口的存在，漏氣通路不可能完全消除。為了防止大量漏氣，一般采用多個活塞環(huán)形成迷宮式密封。為減小活塞組與氣缸之間的漏氣通路，活塞環(huán)的外周面必須以一定的彈力po與氣缸壁緊密貼合，形成第一密封面（圖11-8）。軸向不平衡力FA將環(huán)向環(huán)槽的側(cè)面壓緊，形成第二密封面。（1）活塞環(huán)密封機理

圖11-8作用在活塞環(huán)上的力及其密封面①斷面形狀:（2）氣環(huán)的設(shè)計

②尺寸參數(shù)：在保證密封的前提下，活塞環(huán)的數(shù)目應(yīng)盡可能少，以縮小活塞高度，減輕活塞質(zhì)量，減小發(fā)動機總高度，降低發(fā)動機摩擦損失。

③材料

:活塞環(huán)一般是由合金鑄鐵鑄造，高強度環(huán)用球墨鑄鐵，經(jīng)熱處理以改善材料的熱穩(wěn)定性。少數(shù)活塞環(huán)用合金鋼制造。圖11-9常用的活塞環(huán)斷面形狀a)矩形環(huán)b)桶面環(huán)c)錐面環(huán)d)梯形環(huán)e)內(nèi)切正扭曲環(huán)f)錐面內(nèi)倒角反扭曲環(huán)

為了能在高速運動中對抗機油的流體動壓力刮下機油，只留下很薄的油膜，油環(huán)工作面的著壁壓力應(yīng)足夠大。

（3）油環(huán)的設(shè)計要點

圖11-10典型的油環(huán)結(jié)構(gòu)a)單體鑄鐵油環(huán)b)帶螺旋襯簧油環(huán)c)鋼片組合油環(huán)1、連桿組的設(shè)計

連桿組的組成：連桿體、連桿蓋和連桿螺栓。要保證有足夠的疲勞強度，要有足夠的剛度，用優(yōu)質(zhì)中碳鋼45鋼模煅，強化機型用40Cr等合金鋼。（1）連桿的設(shè)計要點連桿長度、小頭和大頭直徑、寬度連桿長度越短越好，連桿桿身多用工字形斷面。連桿小頭要有足夠的壁厚，特別注意小頭到桿身過渡的圓滑性。采用剖分式結(jié)構(gòu)。盡量采用平切口連桿。

二、連桿、曲軸及其軸承圖11-11高速內(nèi)燃機連桿結(jié)構(gòu)

a)平切口連桿b)~d)斜切口連桿大頭及其各種定位結(jié)構(gòu)（2）連桿螺栓的設(shè)計要點負荷重，同時要保證大頭尺寸緊湊，采用高強度中碳合金鋼。要盡量降低應(yīng)力集中。嚴格按規(guī)定的扭矩擰緊。2、曲軸的設(shè)計曲軸，價格最貴的重要零件，成本占整機成本的10%，足夠的疲勞強度是首要問題。結(jié)構(gòu)型式：整體式和組合式。整體式結(jié)構(gòu)簡單，加工容易。支承型式：采用全支撐結(jié)構(gòu)，以提高曲軸的彎曲剛度和強度。關(guān)鍵尺寸：曲軸銷直徑和曲軸壁厚、軸頸到曲軸臂的過渡圓角。曲軸的材料：45煅鋼；強化機型：中碳合金鋼。曲軸的結(jié)構(gòu)組成：

圖11-12鑄造的整體四拐曲軸及其主要尺寸內(nèi)燃機類型曲柄銷主軸頸曲柄臂dcp/Dlcp/Ddcj/Dlcj/Dhcw/Dbcw/D汽油機單列式0.55~0.650.35~0.450.6~0.70.35~0.450.2~0.250.8~1.2V形（并列連桿）0.5~0.60.45~0.60.65~0.80.3~0.350.18~0.220.8~1.2單列式柴油機0.55~0.70.35~0.450.65~0.80.4~0.450.2~0.31.0~1.3表11-3曲軸的主要尺寸比例（以缸徑D為基準參見上圖）3、軸承的設(shè)計足夠的疲勞強度，采用鋼背－減摩合金多層結(jié)構(gòu)。良好的減摩性能，包括抗咬合性、嵌藏性和順應(yīng)性。良好的耐蝕性。軸承合金種類：巴氏合金、銅基合金、鋁基合金。（1）滑動軸承材料（2）軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計

軸瓦厚度：輕系列，1.5~3mm，重系列，2.5~4mm

軸瓦的自由彈勢和過盈度軸瓦的定位：定位槽主軸瓦的潤滑油孔和油槽軸承間隙：在保證機油溫度不超標和最小油膜厚度滿足要求的情況下，盡可能減少軸承間隙。（一）機體1．機體的工作條件與設(shè)計要求承受復雜的負荷；保證具有足夠的強度和剛度；減輕質(zhì)量，改善鑄造和加工工藝性。

三、機體與氣缸蓋2．機體的結(jié)構(gòu)型式（1）平分式機體：適用于轎車用汽油機和輕型車用柴油機；機體剛度好。（2）龍門式機體：用于大功率或高強化汽油機或柴油機；（3）隧道式機體：農(nóng)用單缸機。3．機體結(jié)構(gòu)細節(jié)設(shè)計應(yīng)用三維有限元結(jié)構(gòu)分析和試驗應(yīng)力分析。主要載荷盡可能直線傳遞。采用優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵鑄造。轎車汽油機平分式機體輕型車用柴油機平分式機體中型車用柴油機龍門式機體高速內(nèi)燃機典型鑄鐵機體結(jié)構(gòu)

a)橫向螺栓固緊的龍門式機體b)下機座加強的機體c)用梯子形加強板抑制龍門式機體下端振

1－橫向螺栓2－機體3－下機座4－油底殼5－主軸承螺栓6－氣缸蓋螺栓7－梯子形加強板提高機體剛度的措施

為彌補鋁合金剛度的不足，采用了尺寸很大的下機座。水套和曲軸箱空腔形狀的設(shè)計考慮到了壓鑄工藝的要求。小排量轎車汽油機鋁合金壓鑄機體1、氣缸蓋的設(shè)計氣缸蓋的作用是密封氣缸，組成燃燒室。氣缸蓋中的氣道、燃燒室的設(shè)計?？箼C械應(yīng)力和熱應(yīng)力形成的疲勞。應(yīng)用抗熱疲勞性能好的材料鑄造。應(yīng)具有足夠的剛度。整體式、分體式。（二）缸蓋a)頂置凸輪軸汽油機的鋁合金氣缸蓋b)直噴式柴油機的鑄鐵氣缸蓋1－沖壓擺臂2－液壓支座3－鑄造搖臂內(nèi)燃機氣缸蓋的結(jié)構(gòu)密封性好。有一定彈性，可重復使用。耐熱、耐蝕，具有足夠的抗拉和抗剪強度。布置油道、水道。氣缸蓋襯墊的材料：銅皮包石棉、復合材料等。成本低。（三）氣缸墊第六節(jié)配氣機構(gòu)設(shè)計要點在規(guī)定的時刻，實現(xiàn)氣門的快開、快閉，各缸換氣良好。摩擦損失小。工作可靠、耐久。一、配氣機構(gòu)的設(shè)計要求二、配氣機構(gòu)總體布置

1．典型的氣門凸輪驅(qū)動方案a)側(cè)置氣門機構(gòu)b)、c)下(側(cè))置凸輪配氣機構(gòu)d)、e)、f)頂置凸輪配氣機構(gòu)下置凸輪軸一般采用發(fā)動機前端正時齒輪傳動方案頂置凸輪軸驅(qū)動一般采用齒形皮帶和鏈傳動方案柴油機頂置凸輪軸驅(qū)動也有采用扇形齒輪傳動2、凸輪軸的傳動頂置凸輪軸正時鏈傳動1－鏈張緊器2－凸輪軸鏈輪

3－滑軌4－曲軸鏈輪

5－定時鏈1－鏈張緊器2－凸輪軸鏈輪

3－滑軌4－曲軸鏈輪

5－定時鏈6－凸輪軸齒帶輪

7－齒帶張緊輪8－正時齒帶

9－齒帶限位輪10－噴油泵齒帶輪

11－曲軸齒帶輪頂置凸輪軸的正時齒形皮帶傳動3、每缸氣門數(shù)的選擇多氣門方案的優(yōu)點：由于氣門質(zhì)量輕、升程小，慣性力?。豢偭鲃用娣e較大，充量系數(shù)高；氣門直徑小，溫度較低（這對排氣門很重要，尤其是缸徑較大的發(fā)動機）；每缸4或5氣門時，火花塞或噴油器可布置在中央，帶來縮短汽油機燃燒持續(xù)期或改善柴油機混合氣形成的優(yōu)點。多氣門方案的缺點：氣門機構(gòu)復雜，成本高；氣缸蓋比較復雜；氣門機構(gòu)摩擦損失較大。1、凸輪設(shè)計與凸輪機構(gòu)運動學

三、凸輪機構(gòu)運動學

滾輪挺柱平底挺柱2、凸輪挺柱的運動規(guī)律圖11-20等加速等減速凸輪的運動規(guī)律圖11-21高次多項式凸輪的挺柱運動規(guī)律圖11-22平底挺柱凸輪機構(gòu)工作情況

a)加速段b)減速段1．剛性氣門機構(gòu)

把氣門凸輪機構(gòu)中除氣門彈簧以外的所有構(gòu)件都看成絕對剛體的剛性模型，是最簡單的動力學模型。

四、氣門凸輪機構(gòu)動力學

圖11-23剛性氣門凸輪機構(gòu)a)機構(gòu)簡圖b)剛性模型c)飛脫條件圖11-24彈性氣門凸輪機構(gòu)的無阻尼單質(zhì)量振動模型（a）及其動力學曲線（b）2．彈性氣門機構(gòu)

考慮機構(gòu)各構(gòu)件的彈性，用一個多質(zhì)量振動模型近似處理。表11-4氣門凸輪機構(gòu)動力性能對比3.幾種典型氣門凸輪機構(gòu)動力性能對比機構(gòu)簡圖圖11-17b圖11-17e圖11-17d圖11-17fm/mmax1.92(1.44)1.081.001.19k/kmax0.19(0.30)0.290.561.00w0/w0max0.34(0.50)0.560.821.00可見，頂置凸輪軸直接驅(qū)動氣門的機構(gòu)具有最佳的動力性能，所以在高速內(nèi)燃機中應(yīng)用最廣。五、主要零件設(shè)計要點

1．進排氣門氣門設(shè)計要考慮氣流通過能力、氣門與氣門座的密封、氣門的材料、冷卻、潤滑與磨損等方面。氣門頭部要有足夠剛度。進氣門材料一般用40Cr、38CrSi等，排氣門用馬氏體耐熱鋼和奧氏體耐熱鋼。氣門桿端面與搖臂或擺臂接觸（見圖11-17b~e）既有滾動又有滑動，應(yīng)有很高的耐磨性。尺寸較大的強化內(nèi)燃機排氣門可做成中空結(jié)構(gòu)，空腔中封入金屬鈉，工作時熔化成液體，幫助傳熱。2．凸輪軸、挺柱、推桿和搖(擺)臂足夠的抗接觸疲勞和抗擦傷能力。有足夠的剛度及最小的質(zhì)量。圖11－25凸輪直接驅(qū)動氣門時用的薄壁杯形挺柱

a)無液壓除隙器b)有液壓除隙器

1-杯形挺柱2-調(diào)隙填片3-外體4-內(nèi)體5-閥罩6-回位彈簧7-柱塞8-球閥9-閥簧10-油腔罩

A-換熱槽B-油腔C-泄油間隙D-進油孔E-過油道F-進油環(huán)形槽3．氣門彈簧氣門彈簧的功用是保證氣門凸輪機構(gòu)在高速運轉(zhuǎn)時的力閉合。因結(jié)構(gòu)布置限制，氣門彈簧的直徑和高度不能很大，故其應(yīng)力狀態(tài)極其嚴重，要用彈性極限和疲勞強度很高的優(yōu)質(zhì)合金彈簧鋼絲制造。1、通過改變配氣定時，在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)獲得最大可能的全負荷轉(zhuǎn)矩；2、部分負荷下，減小進氣門升程，提高進氣流速，改善燃燒；3、部分負荷下，調(diào)節(jié)配氣正時，不用借助進氣道中的節(jié)氣門，就可實現(xiàn)負荷的調(diào)節(jié)，從而減小泵氣損失；4、優(yōu)化配氣，獲得內(nèi)