《港口內(nèi)燃機(jī)》第03章2課件

工程機(jī)械內(nèi)燃機(jī)第三章配氣機(jī)構(gòu)1配氣機(jī)構(gòu)的功用：按照內(nèi)燃機(jī)的工作循環(huán)和發(fā)火順序，定時(shí)地開啟和關(guān)閉各缸的進(jìn)、排氣門，使新鮮空氣(柴油機(jī))或可燃混合氣(汽油機(jī))及時(shí)進(jìn)入氣缸，并使廢氣及時(shí)從氣缸排出。要求：氣缸進(jìn)氣完善、排氣充分，振動(dòng)噪聲小，工作可靠，使用壽命長，維修調(diào)整方便。23第一節(jié)氣門式配氣機(jī)構(gòu)的布置與傳動(dòng)氣門式配氣機(jī)構(gòu)的分類

按氣門的布置可分為：頂置式氣門和側(cè)置式氣門；按凸輪軸的位置可分為：上置式凸輪軸、中置式凸輪軸和下置式凸輪軸；按曲軸和凸輪軸的傳動(dòng)方式可分為：齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒形帶傳動(dòng)；按每缸氣門數(shù)可分為：二氣門式和四氣門式。5內(nèi)容提綱第一節(jié)氣門式配氣機(jī)構(gòu)的布置與傳動(dòng)第二節(jié)氣門式配氣機(jī)構(gòu)的主要零部件第三節(jié)充氣效率、配氣相位和氣門間隙6第二節(jié)氣門式配氣機(jī)構(gòu)的主要零部件7第二節(jié)氣門式配氣機(jī)構(gòu)的主要零部件一、氣門組功用：控制氣缸的進(jìn)氣與排氣。工作條件：高溫、高壓、潤滑不良。要求：耐熱、耐磨、密封性好、對(duì)氣流的阻力小。結(jié)構(gòu)形式：平頂、凸頂、凹頂。1.氣門

桿部頭部9第二節(jié)氣門式配氣機(jī)構(gòu)的主要零部件一、氣門組平頂凸頂凹頂1.氣門

10第二節(jié)氣門式配氣機(jī)構(gòu)的主要零部件一、氣門組氣門錐角氣門密封錐面與氣門頂部平面的夾角稱為氣門錐角。錐角的大小不僅影響密封性，還會(huì)影響到氣體流動(dòng)的阻力以及氣體流通面積和錐面的磨損，一般為30o或45o。氣門座錐角比氣門錐角大0.5o~1o，稱為氣門干涉角。氣門密封錐面與氣門座配對(duì)研磨。1.氣門

11第二節(jié)氣門式配氣機(jī)構(gòu)的主要零部件一、氣門組2.氣門導(dǎo)管

功用：①起導(dǎo)向作用，保證氣門作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。②起導(dǎo)熱作用，將氣門頭部傳給桿身的熱量，通過氣缸蓋傳出去。

13第二節(jié)氣門式配氣機(jī)構(gòu)的主要零部件一、氣門組3.氣門座

功用：與氣門頭部密封錐面配合密封氣缸，同時(shí)還起傳熱作用。氣門座可以在缸蓋或缸體上直接鏜出，也可以采用鑲嵌式結(jié)構(gòu)。鑲嵌式氣門座都采用較好的材料（合金鑄鐵、奧氏體鋼等）單獨(dú)制作。鑲嵌式氣門座采用鋁合金氣缸蓋的發(fā)動(dòng)機(jī)，氣門座必須鑲嵌。

14第二節(jié)氣門式配氣機(jī)構(gòu)的主要零部件一、氣門組4.氣門彈簧功用：保證氣門及時(shí)落座并和氣門座緊密貼合，防止氣門在開閉過程中因氣門及傳動(dòng)件的慣性力產(chǎn)生彼此脫開的現(xiàn)象。氣門彈簧多為圓柱形螺旋彈簧。有些高速內(nèi)燃機(jī)上，一個(gè)氣門同心安裝螺旋方向相反的內(nèi)外兩個(gè)彈簧，不但能夠防止共振，并且當(dāng)一根彈簧斷裂時(shí)，另一個(gè)仍能正常工作。15第二節(jié)氣門式配氣機(jī)構(gòu)的主要零部件二、氣門傳動(dòng)組功用：使進(jìn)、排氣門按照配氣相位的要求正確啟閉，并保證有足夠的開度。組成：凸輪軸、挺柱、推桿、搖臂、氣門間隙調(diào)整螺釘?shù)取?7第二節(jié)氣門式配氣機(jī)構(gòu)的主要零部件二、氣門傳動(dòng)組1.凸輪軸凸輪軸工作中，承受氣門間歇性開啟產(chǎn)生的周期性沖擊載荷，凸輪軸表面與挺柱端面又作相對(duì)高速滑動(dòng)，因此要求凸輪軸要有足夠的剛度和韌性，凸輪表面要耐磨。功用：控制氣門開閉時(shí)刻和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。即根據(jù)各缸的工作順序、配氣相位和升程及時(shí)地開啟和關(guān)閉氣門。18第二節(jié)氣門式配氣機(jī)構(gòu)的主要零部件2.挺柱功用：是將凸輪傳來的推力傳給推桿和搖臂（或氣門桿），并將凸輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，使氣門按凸輪的軌跡開閉。其端面與凸輪的工作表面相對(duì)滑動(dòng)，因此要求端面的耐磨性要好。菌式筒式滾輪式二、氣門傳動(dòng)組液壓挺柱可消除配氣機(jī)構(gòu)的間隙，減小各零件的沖擊載荷和噪聲，提高發(fā)動(dòng)機(jī)高速時(shí)的性能，在轎車發(fā)動(dòng)機(jī)上被廣泛地采用。19第二節(jié)氣門式配氣機(jī)構(gòu)的主要零部件4.搖臂功用：將推桿傳來的推力改變方向，用以推開氣門。搖臂實(shí)際上是一個(gè)雙臂杠桿，其兩邊臂長比值稱為搖臂比，一般為1.2～1.8，其中長臂用于推動(dòng)氣門。

二、氣門傳動(dòng)組21內(nèi)容提綱第一節(jié)氣門式配氣機(jī)構(gòu)的布置與傳動(dòng)第二節(jié)氣門式配氣機(jī)構(gòu)的主要零部件第三節(jié)充氣效率、配氣相位和氣門間隙

22第三節(jié)充氣效率、配氣相位和氣門間隙

一、充氣效率及其影響因素充氣效率是指在進(jìn)氣過程中，實(shí)際進(jìn)入氣缸內(nèi)的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量與在進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量之比。

M——進(jìn)氣過程中實(shí)際進(jìn)入氣缸的新氣質(zhì)量；M0——進(jìn)氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新氣質(zhì)量。1．定義23第三節(jié)充氣效率、配氣相位和氣門間隙

一、充氣效率及其影響因素

進(jìn)氣終了時(shí)氣缸內(nèi)的壓力和溫度，殘余廢氣系數(shù)，配氣相位等。2．充氣效率的影響因素減小進(jìn)、排氣門和進(jìn)、排氣道的流動(dòng)阻力；減小對(duì)充量的熱傳導(dǎo)；合理地選擇配氣相位。3．提高充氣效率的措施25第三節(jié)充氣效率、配氣相位和氣門間隙

二、配氣相位

配氣相位是進(jìn)、排氣門實(shí)際開、閉時(shí)刻相對(duì)于上、下止點(diǎn)位置的曲軸轉(zhuǎn)角。通常用環(huán)形圖來表示，稱為配氣相位圖。1．定義2．理論上的配氣相位分析

理論上進(jìn)、壓、功、排各占180°，即進(jìn)、排氣門都是在上、下止點(diǎn)開閉，延續(xù)時(shí)間都是180°曲軸轉(zhuǎn)角。實(shí)際表明，簡單配氣相位對(duì)實(shí)際工作很不適應(yīng)，不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)進(jìn)、排氣的要求。26第三節(jié)充氣效率、配氣相位和氣門間隙

二、配氣相位3．實(shí)際的配氣相位分析

2）進(jìn)、排氣門的實(shí)際開閉時(shí)刻和延續(xù)時(shí)間

實(shí)際進(jìn)氣時(shí)刻和延續(xù)時(shí)間：在排氣行程接近終了時(shí)，活塞到達(dá)上止點(diǎn)前，進(jìn)氣門便開始開啟，進(jìn)氣門開啟時(shí)刻相對(duì)于上止點(diǎn)前的曲軸轉(zhuǎn)角稱為進(jìn)氣提前角θia;進(jìn)氣行程直到活塞越過下止點(diǎn)后，進(jìn)氣門才關(guān)閉，進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí)刻相對(duì)于下止點(diǎn)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為進(jìn)氣遲后角

θiL。整個(gè)進(jìn)氣過程相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)角180°+θia+θiL

，稱為進(jìn)氣持續(xù)角△θi

。

θia

一般10°～30°，θiL

一般40°～80°，△θi一般為230°～

290°29第三節(jié)充氣效率、配氣相位和氣門間隙

二、配氣相位

2）進(jìn)、排氣門的實(shí)際開閉時(shí)刻和延續(xù)時(shí)間

實(shí)際排氣時(shí)刻和延續(xù)時(shí)間

：同樣，作功行程接近終了時(shí)，活塞在下止點(diǎn)前排氣門便開始開啟，提前開啟的角度稱為排氣提前角θea

，活塞越過上止點(diǎn)后

排氣門關(guān)閉，延遲關(guān)閉的角度稱為排氣遲后角θeL。整個(gè)排氣過程相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)角

180°+θea+θeL

，稱為排氣持續(xù)角△θe

。

θea

一般40°～80°，θeL

一般10°～30°，△θe一般230°～290°3．實(shí)際的配氣相位分析

30第三節(jié)充氣效率、配氣相位和氣門間隙

二、配氣相位

3．實(shí)際的配氣相位分析

3）氣門重疊由于進(jìn)氣門提前開啟，排氣門遲后關(guān)閉，因此在排氣和進(jìn)氣兩個(gè)行程之間，在上止點(diǎn)前后，會(huì)出現(xiàn)進(jìn)、排氣門同時(shí)開啟的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為氣門重疊。氣門重疊期用曲軸轉(zhuǎn)角表示，其值為θia+θeL。

θia+θeL約20°～60°。

31第三節(jié)充氣效率、配氣相位和氣門間隙

二、配氣相位32第三節(jié)充氣效率、配氣相位和氣門間隙

二、配氣相位實(shí)際配氣相位，氣門要早開晚關(guān)，主要是為了滿足進(jìn)氣充足，排氣干凈的要求。但實(shí)際中，究竟氣門什么時(shí)候開，什么時(shí)候關(guān)最好？這主要根據(jù)各種機(jī)型，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的方法確定，由凸輪軸的形狀、位置及配氣機(jī)構(gòu)來保證。33第三節(jié)充氣效率、配氣相位和氣門間隙

三、氣門間隙氣門間隙是指氣門完全關(guān)閉時(shí)，搖臂撞頭與氣門桿尾端之間的間隙。（對(duì)于側(cè)置式氣門配氣機(jī)構(gòu)而言，則是指氣門桿尾端與挺柱之間的間隙。）1．定義給熱膨脹留有余地，保證氣門密封。

2．作用34第三節(jié)充氣效率、配氣相位和氣門間隙

三、氣門間隙

間隙過大：氣門升程減小，導(dǎo)致排氣不暢，充氣不足，使換氣過程惡化，動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性下降，此外，還會(huì)造成不正常的氣門敲擊聲。間隙過?。簩?dǎo)致內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)氣門關(guān)閉不嚴(yán)，造成漏氣，功率下降，并使氣門的密封表面嚴(yán)重積碳或燒壞，油耗增加等。氣門間隙有“冷間隙”和“熱間隙”之分，冷間隙是指在室溫下應(yīng)留的氣門間隙，熱間隙是指內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)至正常溫度后，在熱機(jī)狀態(tài)所測(cè)得的氣門間隙。35第三節(jié)充氣效率、配氣相位和氣門間隙

三、氣門間隙檢查調(diào)整氣門間隙，應(yīng)使被檢查調(diào)整的氣門處于完全關(guān)閉狀態(tài)時(shí)進(jìn)行，其方法有逐缸調(diào)整法和兩次調(diào)整法。3．氣門間隙的檢查調(diào)整方法

在內(nèi)燃機(jī)的安裝使用中，應(yīng)對(duì)氣門間隙進(jìn)行及時(shí)的檢查與調(diào)整。在內(nèi)燃機(jī)拆裝修理后或長期使用磨損后都應(yīng)重新測(cè)量與調(diào)整氣門間隙。36第三節(jié)充氣效率、配氣相位和氣門間隙

三、氣門間隙3．氣門間隙的檢查調(diào)整方法

測(cè)量氣門間隙擰松緊定螺母，調(diào)整調(diào)節(jié)螺釘37第三節(jié)充氣效率、配氣相位和氣門間隙

三、氣門間隙

將第一缸搖轉(zhuǎn)至壓縮行程上止點(diǎn)，使該缸進(jìn)、排氣門完全關(guān)閉，此時(shí)可以調(diào)整第一缸的進(jìn)、排氣門間隙。然后轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，按內(nèi)燃機(jī)的發(fā)火順序逐缸轉(zhuǎn)至壓縮上止點(diǎn)，分別對(duì)各缸進(jìn)、排氣門間隙進(jìn)行調(diào)整。1）逐缸調(diào)整法簡單可靠容易操作，但效率太低。3．氣門間隙的檢查調(diào)整方法

38第三節(jié)充氣效率、配氣相位和氣門間隙

三、氣門間隙

3．氣門間隙的檢查調(diào)整方法

基本原理：根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的工作循環(huán)、發(fā)火順序、氣門排列和配氣相位，在第一缸或最后一缸處于壓縮上止點(diǎn)時(shí)，除調(diào)整本缸的進(jìn)、排氣門外，還可以調(diào)整其他缸的某個(gè)氣門。這樣，多缸內(nèi)燃機(jī)只需搖轉(zhuǎn)兩次曲軸，就可調(diào)整全部氣門間隙。2）兩次調(diào)整法此方法工作效率高，得到廣泛使用。39例1：發(fā)火順序?yàn)?－2－4－3的四沖程直列四缸機(jī)的調(diào)整氣門間隙調(diào)整方法。根據(jù)到第一缸處于壓縮上止點(diǎn)時(shí)，各缸處于關(guān)閉狀態(tài)的氣門如下表所示：工作循環(huán)表、發(fā)火順序、氣門排列和配氣相位，得缸號(hào)氣門編號(hào)氣門狀態(tài)缸號(hào)氣門編號(hào)氣門狀態(tài)一1（進(jìn)氣門）關(guān)閉三5（進(jìn)氣門）關(guān)閉2（排氣門）關(guān)閉6（排氣門）\二3（進(jìn)氣門）\四7（進(jìn)氣門）\4（排氣門）關(guān)閉8（排氣門）\則此時(shí)可對(duì)1、2、4、5四只氣門的間隙進(jìn)行調(diào)整；將曲軸搖轉(zhuǎn)360度，使第四缸處于壓縮上止點(diǎn)位置后，可對(duì)余下的3、6、7、8四只氣門的間隙進(jìn)行調(diào)整。第三節(jié)充氣效率、配氣相位和氣門間隙

40例2：發(fā)火順序?yàn)?－5－3－6－2－4的四沖程直列六缸機(jī)的調(diào)整氣門間隙調(diào)整方法。根據(jù)到第一缸處于壓縮上止點(diǎn)時(shí)，各缸處于關(guān)閉狀態(tài)的氣門如下表所示：工作循環(huán)表、發(fā)火順序、氣門排列和配氣相位，得第三節(jié)充氣效率、配氣相位和氣門間隙

缸號(hào)氣門編號(hào)氣門狀態(tài)缸號(hào)氣門編號(hào)氣門狀態(tài)一1（進(jìn)氣門）關(guān)閉四7（進(jìn)氣門）關(guān)閉2（排氣門）關(guān)閉8（排氣門）\二3（進(jìn)氣門）關(guān)閉五9（進(jìn)氣門）\4（排氣門）\10（排氣門）關(guān)閉三5（進(jìn)氣門）\六11（進(jìn)氣門）\6（排氣門）關(guān)閉12（排氣門）\41第三節(jié)充氣效率、配氣相位和氣門間隙

則此時(shí)可對(duì)1、2、3、6、7、10六只氣門的間隙進(jìn)行調(diào)整；將曲軸搖轉(zhuǎn)360度，使第六缸處于壓縮上止點(diǎn)位置后，可對(duì)余下的4、5、8、9、11、12六只氣門的間隙進(jìn)行調(diào)整。42可變配氣系統(tǒng)技術(shù)

1）低速時(shí)，采用較小的氣門疊開角以及較小的氣門升程，防止出現(xiàn)缸內(nèi)新鮮充量向進(jìn)氣系統(tǒng)的倒流，以便增加低速轉(zhuǎn)矩，提高燃油經(jīng)濟(jì)性。2）高速時(shí)應(yīng)具有最大的氣門升程和進(jìn)氣門遲后角，以最大程度減小流動(dòng)阻力，并充分利用過后充氣，提高充量系數(shù)，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)高速時(shí)動(dòng)力性的要求。3）配合以上變化，進(jìn)氣門從開啟到關(guān)閉的進(jìn)氣持續(xù)角也進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)最佳進(jìn)氣正時(shí)，將泵氣損失降到最低。為獲得最大的充氣效率，減少泵氣損失，比較理想的進(jìn)氣系統(tǒng)，應(yīng)滿足以下要求：43可變配氣系統(tǒng)技術(shù)

可變配氣系統(tǒng)有多種多樣的形式，按驅(qū)動(dòng)方式可分為機(jī)械式和電子控制無凸輪機(jī)構(gòu)兩類。機(jī)械式可變配氣系統(tǒng)分為可變凸輪機(jī)構(gòu)（VariableCamshaftSystem,縮寫VCS）和可變氣門正時(shí)，（VariableValveTiming，縮寫VVT）及其組合等，基本可以實(shí)現(xiàn)可變氣門正時(shí)、可變氣門升程和可變氣門持續(xù)角等功能。電子控制無凸輪機(jī)構(gòu)如美國GM和德國FEV公司推出的無凸輪的電磁氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及美國Ford公司的液壓氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)等。44可變配氣系統(tǒng)技術(shù)

豐田研發(fā)的VVT-i智能可變氣門正時(shí)系統(tǒng)，重點(diǎn)在于通過控制凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)范圍以連續(xù)調(diào)整進(jìn)氣門開啟時(shí)間，進(jìn)而達(dá)到控制節(jié)氣門正時(shí)的目的。簡單來說就是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)，氣缸需要大量充氣時(shí)，VVT-i便適當(dāng)延遲進(jìn)氣門的關(guān)閉時(shí)間，提高氣缸內(nèi)的空氣含量，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率。這套技術(shù)在改善燃燒環(huán)境以及降低油耗方面有著一定的功效。

VVT-i智能可變氣門正時(shí)系統(tǒng)

45可變配氣系統(tǒng)技術(shù)

本田的i-VTEC是”VariableValveTimingandValveLiftElectronicControlSystem“的英文縮寫，其中文全稱叫做”可變氣門正時(shí)和升程電子控制系統(tǒng)“。這套系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)在于其不但能夠?qū)崿F(xiàn)類似VVT-i那樣的調(diào)整節(jié)氣門正時(shí)時(shí)間，同時(shí)還能以及根據(jù)車輛負(fù)載,轉(zhuǎn)速,車速以及水溫等多項(xiàng)參數(shù)自行改變氣門升程，實(shí)現(xiàn)氣缸的進(jìn)、排氣控制，提升發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率。

i-VTEC可變氣門正時(shí)和升程電子控制系統(tǒng)