吉林大學汽車構造第3章 配氣機構講義.ppt

1、第三章 配氣機構,3.1 氣門式配氣機構的布置及傳動 3.2 配氣定時 3.3 配氣機構的零件和組成,第三章 配氣機構概述,1、作用 ：按工作循環(huán)和發(fā)火次序的要求，定時開啟和關閉進、 排氣門，使新鮮可燃混合氣（汽油機）或空氣（柴油機）及時進入氣缸，廢氣及時排出氣缸。 2、充氣效率：評價氣缸內(nèi)換氣過程好壞的指標，用c 表示。,M0進氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的理論質(zhì)量（kg）,其中：M每循環(huán)實際進氣量（kg）,c愈大，新鮮可燃混合氣進入氣缸的數(shù)量愈多，著火時放熱量愈大，輸出功率愈大。 c一般在80 %90 %。,c影響因素：,1）進氣終了壓力（進氣阻力損失）(0.750.90bar） 2）進氣終了

2、溫度（殘余廢氣等加熱）（370400K） 3）殘余廢氣存在。,3、要求： （1）足夠高的充氣效率； （2）工作可靠； （3）配氣相位準確； （4）氣門機構有良好的高速動力特性； （傳動鏈不飛脫、不反跳、不提前落座）,4、配氣機構的組成,1)氣門驅(qū)動組：氣門驅(qū)動組是從正時齒輪開始至推動氣門動作的所有零件。主要由正時齒輪、凸輪軸、氣門挺柱、推桿、調(diào)整螺釘和鎖緊螺母、搖臂、搖臂軸、搖臂軸支架等組成。其功用是定時驅(qū)動氣門使其開閉。 2)氣門組：主要由氣門鎖片、氣門彈簧座、氣門彈簧、氣門、氣門導管、氣門座等組成。其功用主要是維持氣門的關閉。,一、配氣機構的布置型式,目前國產(chǎn)的汽車發(fā)動機都采用氣門頂置式配

3、氣機構。,壓縮比受到限制，進排氣門阻力較大，發(fā)動機的動力性和高速性均較差，逐漸被淘汰。,3.1 氣門式配氣機構的布置及傳動,二、凸輪軸的布置型式,凸輪軸下置,凸輪軸中置,凸輪軸上置,三、凸輪軸的傳動方式,四、氣門數(shù)目及排列方式,四氣門的排列及驅(qū)動： 某些大排量、高轉速、高功率的發(fā)動機，由于氣門尺寸的限制，每缸兩個氣門不能滿足換氣的需要，而采用三氣門(兩進一排)或四氣門(兩進兩排)，因此必須有使兩同名氣門同步開閉的驅(qū)動裝置。 每缸采用四個氣門時，其氣門排列的方案有二種：,1).同名氣門排成兩列 如圖所示，由一個凸輪通過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。 2).同名氣門排成一

4、列 如圖所示，進排氣門分別位于曲軸中心線的兩側，分別采用兩凸輪軸驅(qū)動，每缸兩同名氣門采用兩個形狀和位置相同的凸輪驅(qū)動。,五、氣門間隙,1、氣門間隙：為保證氣門關閉嚴密，通常發(fā)動機在冷態(tài)裝配時，在氣門桿尾端與氣門驅(qū)動零件（搖臂、挺柱或凸輪）之間留有適當?shù)拈g隙 2、氣門間隙過大與過小的危害 間隙過大：進、排氣門開啟遲后，縮短了進排氣時間，降低了氣門的開啟高度，改變了正常的配氣相位，使發(fā)動機因進氣不足，排氣不凈而功率下降；此外，還使配氣機構零件的撞擊增加，磨損加快。 無間隙或間隙過?。喊l(fā)動機工作后，零件受熱膨脹，將氣門推開，使氣門關閉不嚴，造成漏氣，功率下降，并使氣門的密封表面嚴重積碳或燒壞，甚至氣

5、門撞擊活塞。,氣 門桿,凸輪軸,為何排氣門間隙大于進氣門間隙？,3、氣門間隙調(diào)整,1）氣門間隙調(diào)整方法兩遍法 生產(chǎn)實踐中，普遍地采用兩遍法調(diào)整氣門間隙，即第一缸壓縮終了上止點時，調(diào)整所有氣門的半數(shù)，再搖轉曲軸一周(指四沖程發(fā)動機)便可調(diào)整其余半數(shù)氣門。 2）氣門間隙調(diào)整原則氣門在完全關閉的情況下，才能調(diào)整氣門間隙即挺柱(或搖臂)必須落在凸輪的基圓上才可調(diào)整。 由于氣門開始開啟和開始關閉時，挺柱(或搖臂)是在凸輪的緩沖段內(nèi)某點上，而且配氣相位往往產(chǎn)生一定的偏差，所以不僅氣門開啟過程不能調(diào)，而且將要開啟和剛關閉不久的一段時間內(nèi)也不能調(diào)。根據(jù)該原則，則氣門在六種狀態(tài)下不能調(diào)。,(1)正在進氣，則進氣

6、門不能調(diào)；(4)將要排氣，則排氣門不能調(diào)； (2)正在排氣，則排氣門不能調(diào)；(5)剛進氣完，則進氣門不能調(diào)； (3)將要進氣，則進氣門不能調(diào)；(6)剛排氣完，則排氣門不能調(diào)。,據(jù)調(diào)整原則結合表中的圖可以看出：1缸壓縮終了，雙門關閉，均可調(diào)；6缸排氣終了，雙門疊開，均不可調(diào)；5缸壓縮過程，距“進關”很近，屬“進氣剛完”，進氣門不能調(diào)，距“排開”、“排關”都很遠，排氣門可調(diào)；,2缸“正在排氣”，排氣門不可調(diào)，距“進開”尚遠，進氣門可調(diào)；3缸“正在進氣”，進氣門下可調(diào)，距“排關”已遠，排氣門可調(diào)；四缸作功過程，已距“排開”很近，屬“將要排氣”，排氣門不可調(diào)，距“進開”“進關”都很遠，進氣門可調(diào)。 綜

7、上分析，1缸壓縮終了時，可調(diào)氣門有：1缸雙門，2、4缸進氣門，3、5缸排氣門。同理可分析6缸壓縮終了時，剩下6個氣門可調(diào)。如此，兩遍調(diào)完全部氣門。,如將發(fā)動機的工作順序排成如圖3-37所示的環(huán)形圖，則一缸作功開始時，將第一周和第二周作功的缸號，分別排在環(huán)形圖的上方(可調(diào)排氣門)和下方(可調(diào)進氣門)。于是環(huán)形圖中各缸號可分為雙門可調(diào)段(左)、排氣門可調(diào)段(上)、雙門均不可調(diào)段(右)、進氣門可調(diào)段(下)，即順次可按“雙、排、不、進”四段來判別氣門的可調(diào)性。自然，將曲軸轉一圈，則“雙-不”對調(diào)，“排-進”對調(diào)。,發(fā)動機工作時，由于汽門處在高溫下工作，氣門等機件因受熱膨脹而伸長，所以，必須在氣門冷態(tài)時

8、預留一定的氣門間隙，以保證在氣門受熱膨脹伸長時，仍能使氣門與氣門座緊密配合。由于氣門長時間的工作，改變了原來的氣門間隙。所以，當聽到氣門有“嗒嗒”的異響時，應檢查并調(diào)整氣門間隙。在調(diào)整氣門間隙時，必須按廠家規(guī)定的數(shù)值去調(diào)整，并且使氣門在完全關閉的情況下進行。調(diào)整氣門間隙的位置：側置式發(fā)動機在挺桿上，頂置式發(fā)動機在搖臂上。常見的氣門調(diào)整方法有：逐缸調(diào)整法、二次調(diào)整法、表達式法等。但由于發(fā)動機種類繁多，進排氣門排列順序各不相同。用以上方法調(diào)整氣門間隙，有不便記憶和繁鎖之感。而且如果不知道發(fā)動機的點火順序（或噴油順序），調(diào)整起來將更加麻煩?，F(xiàn)介紹針對2種不同情況下調(diào)整氣門間隙的方法及技巧。已知點火順

9、序的氣門間隙調(diào)整,1確定1缸壓縮上止點的簡便方法若知道發(fā)動機的點火順序（或噴油順序），調(diào)整氣門間隙時，首先應準確無誤地找出1缸或6缸壓縮上止點的位謾秩范?缸或6缸壓縮上止點的方法比較復雜，操作起來十分麻煩（即卸下第1缸火花塞，用大姆指或棉紗團堵住第1缸火花塞孔，然后用手搖柄搖轉曲軸。當大拇指感到有壓力或棉紗團“嘭”地一下跳出時，即為第1缸壓縮上止點的位置）?，F(xiàn)根據(jù)筆者的檢修經(jīng)驗介紹一種簡便實用的方法：利用1、6缸（4缸）活塞在同一平面上，1缸壓縮終了時，6或4缸氣門迭開這一規(guī)律來確定。即當1缸壓縮上止點時，6缸（4缸）排氣門接近關閉，進氣門剛剛上頂，排氣門下落不好掌握，進氣門上頂便于觀察，只要

10、進氣門頂桿略微上行，1缸即在壓縮上止點位置。同理，當1缸進氣門推桿微動，6缸（4缸）即在壓縮上止點位置。,2 確定可調(diào)氣門的技巧下面以作功順序為1-5-3-6-2-4的6缸發(fā)動機為例說明其簡便調(diào)整的方法及口訣。當確定發(fā)動機1缸在壓縮上止點時，1缸2氣門全調(diào)，5、3缸在壓縮開始和進氣過程，2排氣門可調(diào)。6缸在進氣迭開狀態(tài)，均不可調(diào)。2、4缸在排氣和作功終了時，2進氣門可調(diào)。調(diào)整完畢后，再轉動曲軸360后，可依次調(diào)整剩下的所有氣門?？蓺w納成口訣為：全調(diào)排、不調(diào)進。也可概括歸納為：取首缸、去中間、前調(diào)排、后調(diào)進、三百六、剩余缸、依次來。 即：6缸前的汽缸調(diào)進氣門，6缸后的汽缸調(diào)進氣門。若6缸在壓縮上

11、止點時（6-2-4-1-5-3），其推理方法相同，從6缸開始，也是全調(diào)排、不調(diào)進。即1缸前的汽缸調(diào)進氣門，1缸后的汽缸調(diào)進氣門。,此法同樣可用于4缸和多缸發(fā)動機，以作功順序為1-3-4-2的4缸發(fā)動機為例介紹：其口訣仍是全調(diào)排、不調(diào)進。即4缸前的汽缸調(diào)進氣門，4缸后的汽缸調(diào)進氣門。4缸進、排氣門均不調(diào)。以上推理表明，只要我們記住“口訣”，知道發(fā)動機的作功順序就可簡便地確定可調(diào)氣門。 未知點火順序的氣門間隙調(diào)整我們在維修某些汽車時，有時會不知道其點火順序（或噴油順序）。如何檢查并調(diào)整其氣門間隙呢？下面介紹2種調(diào)整氣門的方法和技巧。 方法1：直列4行程式汽缸，將其缸數(shù)一分為二，以中間為對稱軸，使其

12、兩邊的缸數(shù)相等。兩人配合，一人搖轉曲軸。當要檢查調(diào)整對稱軸右邊的某一缸氣門間隙時，只要注意看對稱軸的左邊對應缸的進氣門。當該氣門稍動時，即可檢查調(diào)整右邊這一缸的氣門間隙。6缸直列式發(fā)動機，如要檢查調(diào)整第5缸進、排氣門間隙，則看到第2缸進氣門稍動時，第5缸正處于壓縮終了上止點，此時就要檢查調(diào)整該缸的2只氣門。對于V型發(fā)動機，可將其看作兩個彼此直列式來分析，分別進行檢查調(diào)整，具體方法一樣。,從發(fā)動機曲軸的連桿軸頸排列來分析，該方法是正確的。因為對稱軸左右的連桿軸頸是對稱的。當?shù)?缸處于壓縮上止點時，第2缸正好是處于排氣上止點。由于進、排氣有迭開角，故該缸進氣門剛剛開啟。方法2：當某一缸內(nèi)的1只氣門

13、處于開啟最大位置時（側置式配氣機構可從氣門室蓋觀察，即凸輪的尖端部分朝向插桿時；頂置式配氣機構可觀察氣門搖臂，其端頭向下打開氣門的最低位置時），這時可檢查調(diào)整該缸的另一只氣門間隙。照此逐缸一一進行，就可將該缸發(fā)動機的全部氣門間隙調(diào)整完畢。這種方法的可行性可從凸輪軸的結構來加以驗證，因為同一缸的異名凸輪夾角為90，也就是說，同一缸的1只氣門處于最大開啟狀態(tài)時，另一只氣門一定處于關閉狀態(tài)，且凸輪的基圓是朝向挺桿的，具備了調(diào)整該氣門間隙的條件。,利用配氣相位調(diào)節(jié)氣門間隙,例：=8 =31 =28 =8 點火次序：153624 一缸在壓縮上止點，問那些氣門的間隙可調(diào)？,1缸,5缸,3缸,6缸,2缸,4

14、缸,實 物 圖,測量氣門間隙,擰松緊定螺母，調(diào)整調(diào)節(jié)螺釘,一、配氣相位：用曲軸轉角表示的進、排氣門開閉時刻和開啟持續(xù)時間，稱為配氣相位。,通常用環(huán)形圖表示-配氣相位圖。,3.2 配 氣 定 時,原因： 氣門的開、閉有個過程, 氣體慣性的影響隨著活塞的運動,同樣造成, 發(fā)動機速度的要求 實際發(fā)動機曲軸轉速很高，活塞每一行程歷時都很短，當轉速為5600r/min時一個行程只有60/（56002）=0.0054s，就是轉速為1500r/min，一個行程也只有0.02s，這樣短的進氣或排氣過程，使發(fā)動機進氣不足，排氣不凈。 可見，理論上的配氣相位不能滿足發(fā)動機進飽排凈的要求。,實際配氣相位演示,二、進

15、氣門的配氣相位 1.進氣提前角 (1)定義：在排氣沖程接近終了，活塞到達上止點之前，進氣門便開始開啟。從進氣門開始開啟到上止點所對應的曲軸轉角稱為進氣提前角(或早開角)。一般為1030。 (2)目的：進氣門早開，使得活塞到達上止點開始向下運動時，因進氣門已有一定開度，所以可較快地獲得較大的進氣通道截面，減少進氣阻力。,2.進氣遲后角 (1)定義：在進氣沖程下止點過后，活塞重又上行一段，進氣門才關閉。從下止點到進氣門關閉所對應的曲軸轉角稱為進氣遲后角(或晚關角)。一般為4080。 (2)目的： 利用壓力差繼續(xù)進氣; 利用進氣慣性繼續(xù)進氣。,下止點過后，隨著活塞的上行，氣缸內(nèi)壓力逐漸增大，進氣氣流

16、速度也逐漸減小，至流速等于零時，進氣門便關閉的角最適宜。若過大便會將進入氣缸內(nèi)的氣體重新又壓回進氣管。 由上可見，進氣門開啟持續(xù)時間內(nèi)的曲軸轉角，即進氣持續(xù)角為：+180+。,三、排氣門的配氣相位 1.排氣提前角 (1)定義：在作功行程的后期，活塞到達下止點前，排氣門便開始開啟。從排氣門開始開啟到下止點所對應的曲軸轉角稱為排氣提前角(或早開角)。排氣提前角用表示，一般為4080。 (2)目的： 利用氣缸內(nèi)的廢氣壓力提前自由排氣：恰當?shù)呐艢忾T早開，氣缸內(nèi)還有大約300kPa500kPa的壓力，作功作用已經(jīng)不大，可利用此壓力使氣缸內(nèi)的廢氣迅速地自由排出。 減少排氣消耗的功率：提前排氣，等活塞到達下

17、止點時，氣缸內(nèi)只剩約110kPa120kPa的壓力，使排氣沖程所消耗的功率大為減小。 高溫廢氣的早排，還可以防止發(fā)動機過熱。,2.排氣遲后角 (1)定義：在活塞越過上止點后，排氣門才關閉。從上止點到排氣門關閉所對應的曲軸轉角稱為排氣遲后角(或晚關角)。一般為1030。 (2)目的： 利用缸內(nèi)外壓力差繼續(xù)排氣：活塞到達上止點時，氣缸內(nèi)的壓力仍高于大氣壓，利用缸內(nèi)外壓力差可繼續(xù)排氣。,利用慣性繼續(xù)排氣：活塞到達上止點時，廢氣氣流有一定的慣性，利用慣性可繼續(xù)排氣。所以排氣門適當晚關可使廢氣排得較干凈。由此可見，氣門開啟持續(xù)時間內(nèi)的曲軸轉角，即排氣持續(xù)角為+180+。,1.定義：由于進氣門早開和排氣門

18、晚關，就出現(xiàn)了一段進排氣門同時開啟的現(xiàn)象，稱為氣門疊開。同時開啟的角度，即進氣門早開角與排氣門晚關角的和(+)，稱為氣門疊開角。 2.廢氣倒排回進氣管和新鮮氣體隨廢氣排出的問題：,四、氣門疊開(+),由于疊開時氣門的開度較小，且新鮮氣體和廢氣流的慣性要保持原來的流動方向，所以只要疊開角適當，就不會產(chǎn)生廢氣倒排回進氣管和新鮮氣體隨廢氣排出的問題。發(fā)動機的結構不同、轉速不同，配氣相位也就不同。,3.3 配氣機構的主要零部件,一、氣門組,氣門組實物圖,鎖片,彈簧座,1、氣門,A、進氣門570K670K，排氣門1050K1200K。 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

19、氣缸中燃燒生成物中的物質(zhì)所腐蝕。,功用：燃燒室的組成部分，是氣體進、出燃燒室通道的開關，承受沖擊力、高溫沖擊、高速氣流沖擊。,頭部,桿部,工作條件：,性能： 強度和剛度大、耐熱、耐腐蝕、耐磨。,材料： 進氣門鉻鋼或鉻鎳鋼； 排氣門硅鉻鋼,氣門頭部的結構形式,氣門錐角,氣門錐角概念：氣門頭部與氣門座圈接觸的錐面與氣門頂部平面的夾角。,錐角作用： A、獲得較大的氣門座合壓力，提高密封性和導熱性。 B、氣門落座時有較好的對中、定位作用。 C、避免氣流拐彎過大而降低流速。,裝配前應將密封錐面研磨。,邊緣應保持一定的厚度，13mm。,氣門實物圖,進氣門（大）,排氣門（?。?氣門桿部,較高的加工精度，表面

20、經(jīng)過熱處理和磨光，保證同氣門導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,2、氣門導管,作用： 為氣門的運動導向，保證氣門直線運動兼起導熱作用。 工作條件： 工作溫度較高，約500K。潤滑困難，易磨損。 材料： 用含石墨較多的鑄鐵，能提高自潤滑作用。 加工方法： 外表面加工精度較高 ，內(nèi)表面精絞 裝配： 氣門桿與氣門間隙0.050.12mm。,氣門導管,氣缸蓋,過盈配合,卡環(huán)：防止氣門導管在使用中脫落。,伸入深度應適量。錐度可減少氣流阻力。,3、氣門座,氣門座概念： 氣缸蓋的進、排氣道與氣門錐面相結 合的部位。 作用： 靠其內(nèi)錐面與氣門錐面的緊密貼合密封氣缸。 接受氣門

21、傳來的熱量。 氣門密封干涉角： 比氣門錐角大0.51度的氣門座圈錐角。,氣門座,汽油機：排氣門采用鑲嵌式氣門座 柴油機：進氣門采用鑲嵌式氣門座,氣門座圈：,以較大過盈量鑲嵌在氣門座上的圓環(huán)。,鑲嵌式氣門座特點： 優(yōu)點：提高氣門座的使用壽命，便于更換。 缺點：導熱性差，加工精度高，脫落時易造 成嚴重事故。,氣門座圈,4、氣門彈簧,功用：保證氣門的回位。 材料：高錳碳鋼、鉻釩鋼。,氣門彈簧,氣門彈簧座,鎖片,氣門旋轉機構,分類：a、低摩擦型自由旋轉機構；b、強制旋轉機構 。 為了使氣門頭部溫度均勻，防止局部過熱引起的變形和清除氣門座積炭，可設法使氣門在工作中相對氣門座緩慢旋轉。氣門緩慢旋轉時在密封

22、錐面上產(chǎn)生輕微的摩擦力，有阻止沉積物形成的自潔作用。,a、低摩擦型自由旋轉機構 b、強制旋轉機構,二、氣門傳動組,1、組成： 2、功用：定時驅(qū)動氣門開閉，并保證氣門有足夠的開度和適當?shù)臍忾T間隙。,凸輪軸,挺柱,推桿,搖臂,凸輪軸正時齒輪,搖臂軸,凸輪軸,作用：驅(qū)動和控制各缸氣門的開啟和關閉，使其符合發(fā)動機的工作順序、配氣相位和氣門開度的變化規(guī)律等要求。 工作條件：承受氣門間歇性開啟的沖擊載荷。 材料：優(yōu)質(zhì)鋼、合金鑄鐵、球墨鑄鐵 結構：斜齒輪：驅(qū)動分電器、機油泵 偏心輪：驅(qū)動器汽油泵,凸輪,2)工作條件： 承受氣門彈簧的張力，間歇性的沖擊載荷。 3)凸輪性能： 表面有良好的耐磨性，足夠的剛度。,

23、凸輪與挺柱線接觸，接觸壓力大，磨損快。,1)作用：氣門開啟和關閉的持續(xù)時間必須符合配氣相位要求。這是由凸輪的輪廓來保證的，而且凸輪的輪廓還在很大程度上決定了氣門的最大升程和升降行程的運動規(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,4)結構：如圖所示的凸輪輪廓中，O為凸輪軸的軸心，圓弧EA為凸輪的基圓，AB和DE為凸輪的緩沖段，緩沖段中凸輪的升程變化速度較慢，BCD為凸輪的工作段，此段升程較快，C點時升程最大，它決定了氣門的最大開度。,5)工作過程： 以下置式凸輪軸為例，凸輪的工作過程如下：當凸輪按圖中方向轉過EA時，挺柱處于最低位置不動，氣

24、門處于關閉狀態(tài)。凸輪轉至A點時，挺柱開始移動。繼續(xù)轉動，在緩沖段AB內(nèi)的某點M處消除氣門間隙，氣門開始開啟，至C點時氣門開度最大，而后逐漸關小，至緩沖段DE內(nèi)某點N時，,氣門完全關閉。此后，挺柱繼續(xù)下落，出現(xiàn)氣門間隙，至E點時挺柱又處于最低位置。 由于氣門開始開啟和最后關閉時均在凸輪升程變化較慢的緩沖段內(nèi)，這就使氣門桿尾端在消除氣門間隙的瞬間和氣門頭落座的瞬間的沖擊力均較小，有利于減小噪聲和磨損。,與 (+180+)/2有何關系, = (+180+)/2,6）同名凸輪的相對角位置,同名凸輪:各缸進氣凸輪或排氣凸輪 同一氣缸進、排氣凸輪的相對角位置與相應的配氣相位相對應。凸輪軸為逆時針 (從前端看)轉動，工作順序為1-2-4-3的四缸發(fā)動機其作功間隔為720/4=180，由于凸輪軸轉速為曲軸轉速的1/2，所以表現(xiàn)在凸輪軸上同名凸輪間的夾角則為180/2=90，又如凸輪軸為逆時針方向轉動，工作順序為1-5-3-6-2-4的六缸