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文檔簡介

1、第三章 配氣機(jī)構(gòu),1、作用 :按工作循環(huán)和發(fā)火次序的要求,定時開啟和關(guān)閉進(jìn)排氣門,使新鮮可燃混合氣(汽油機(jī))或空氣(柴 油機(jī))及時進(jìn)入氣缸,廢氣及時排出氣缸。,大氣環(huán)境下充滿氣缸工作容積的新氣質(zhì)量(kg), =,每循環(huán)實際進(jìn)氣量(kg),100%.,愈大,新鮮可燃混合氣進(jìn)入氣缸的數(shù)量愈多,著火時放熱量愈大,輸出功率愈大。 一般在80 %90 %。.,影響因素:,1)進(jìn)氣終了壓力(進(jìn)氣阻力損失)(0.750.90bar) 2)進(jìn)氣終了溫度(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(zhǔn)確(4)氣門機(jī)構(gòu)有良好的高速動力特性(

2、傳動鏈不飛脫、不反跳、不提前落座),2、充氣效率:評價氣缸內(nèi)換氣過程好壞的指標(biāo),用表示。.,第一節(jié) 氣門式配氣機(jī)構(gòu)的布置及傳動,(一)按氣門的布置形式分:,1)頂置氣門式 2)側(cè)置氣門式.,(二)按凸輪軸的布置位置分:,1)下置凸輪軸式 2)頂置凸輪軸式.,(三)按凸輪軸的傳動方式分:,1)齒輪傳動式 2)鏈條傳動式 3)齒形皮帶傳動式.,1)二氣門(傳統(tǒng)一進(jìn)一排) 2)多氣門(四氣門為主),1、組成:由氣門組和氣門傳動組組成,2、分類:,(四)按每缸氣門數(shù)目分:,一、側(cè)置氣門式氣門機(jī)構(gòu),3、優(yōu)缺點:曲軸到氣門距離近,方便齒輪傳動,氣門間隙調(diào)整方便,但氣道拐彎多,流動阻力大,充氣效率低,燃燒室

3、扁平,結(jié)構(gòu)不緊湊,容易爆震,壓縮比低(僅為6)。.,1、結(jié)構(gòu)特點: 氣門布置在氣缸體一側(cè),氣門頭部朝上,沒有搖臂、推桿,下置式凸輪軸,齒輪傳動。.,2、工作原理: 正時齒輪副帶動凸輪軸轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)到凸輪桃尖頂起氣門挺桿,推動氣門克服彈簧預(yù)緊力開啟。 凸輪基圓與氣門挺桿接觸時,氣門在氣門彈簧預(yù)緊力的作用下關(guān)閉。.,二、頂置氣門式氣門機(jī)構(gòu),3、優(yōu)缺點:凸輪軸靠近曲軸,便于齒輪驅(qū)動,但凸輪離氣門遠(yuǎn),氣門傳動機(jī)構(gòu)復(fù)雜,零件多,機(jī)構(gòu)剛性差,動力特性差,難以適應(yīng)高速化。,結(jié)構(gòu)特點:氣門布置在氣缸蓋上,氣 門頭部朝下。.,優(yōu)點:氣道平滑,充氣效率高,燃燒室 緊湊,壓縮比高。.,缺點:氣門離曲軸遠(yuǎn),傳動機(jī)構(gòu)復(fù)雜。

4、.,(一)下置式凸輪軸.,1、結(jié)構(gòu)特點:凸輪軸布置在曲軸側(cè)面,有挺柱、推桿、大搖臂。.,2、工作原理:正時齒輪副帶動凸輪軸轉(zhuǎn)動,凸輪桃尖頂起挺柱、推桿、大搖臂的一端(調(diào)整螺釘),繞搖臂軸轉(zhuǎn)動,另一端(長)鍍鉻面推動氣門克服彈簧預(yù)緊力使氣門開啟,凸輪軸布置在氣缸蓋上,氣門傳動機(jī)構(gòu)容易布置,省去剛性較差的推桿等零件,機(jī)構(gòu)動力特性好,容易上高速,但曲軸離凸輪軸遠(yuǎn),驅(qū)動機(jī)構(gòu)復(fù)雜,空間布置困難。,A:帶單搖臂 適用于半球形燃燒室,進(jìn)、排氣道分置于發(fā)動機(jī)縱向兩側(cè)。 搖臂的鍍鉻面與凸輪型面接觸,搖臂轉(zhuǎn)動時,搖臂的調(diào)整螺釘端(長)壓迫氣門桿克服彈簧預(yù)緊力使氣門開啟優(yōu)點是氣門間隙調(diào)整方便,凸輪最大升程可以較小,

5、但氣門夾角偏大,不利于布置直的進(jìn)氣道。,(二)頂置凸輪軸(OHC),1、單頂置凸輪軸(SOHC) (Single Over Head Camshaft),(1)二氣門(傳統(tǒng)),B:凸輪直接驅(qū)動氣門 完全取消氣門搖臂,由凸輪直接驅(qū)動氣門。一根凸輪軸上有進(jìn)、排氣凸輪(混合凸輪)使得氣門只能直上直下運動,不能采用結(jié)構(gòu)緊湊的半球形燃燒室,進(jìn)排氣道左右分置。優(yōu)點是氣門機(jī)構(gòu)剛性好,具有良好的動力特性,更適應(yīng)高速機(jī),但氣門間隙調(diào)整困難。.,上海桑塔納時代超人200GSI AJR電噴發(fā)動機(jī)的配氣機(jī)構(gòu),上海桑塔納時代超人AJR發(fā)動機(jī)、紅旗488-3發(fā)動機(jī)、一汽奧迪100以及南汽索菲姆柴油機(jī)均使用這一配氣機(jī)構(gòu)。,

6、2、雙頂置凸輪軸 雙頂置凸輪軸一般用于四氣門配氣機(jī)構(gòu),齒形皮帶傳動。大多數(shù)是完全取消氣門搖臂的氣門直接傳動方式。與兩氣門相比,氣門質(zhì)量小,配氣機(jī)構(gòu)動力特性更好,更容易上高速機(jī),而且,由于便于采用結(jié)構(gòu)緊湊的半球形燃燒室,氣門夾角較小,便于布置直的進(jìn)氣道,進(jìn)氣阻力較小,發(fā)動機(jī)高速動力性能較高。為便于氣門間隙調(diào)整,有的發(fā)動機(jī)帶單氣門搖臂驅(qū)動氣門,但凸輪外形一般不對稱。,調(diào)整螺釘,調(diào)整螺釘,三、凸輪軸的傳動方式,(三)齒形皮帶傳動: (1)優(yōu)點:兼顧齒輪傳動和鏈條傳動的主要優(yōu)點(配氣相位準(zhǔn)確,但要解決皮帶松弛問題;空間布置自由度大;磨損、噪聲小)。 (2)缺點:工作可靠性、耐久性差,摩擦阻力大,怕機(jī)油

7、(一般用齒形皮帶罩殼密封?。?,工作性能隨溫度變化大 。,(一)齒輪傳動: (1)優(yōu)點:配氣相位準(zhǔn)確,工作可靠性和耐久性好。 (2)缺點:噪音、磨損較大,空間布置困難,重量大。 一般用斜齒,以提高工作平穩(wěn)性。,(二)鏈傳動: (1)優(yōu)點:空間布置自由度大,對機(jī)型變化適應(yīng)性強(qiáng),制造成本低,工作可靠,維修方便。 (2)缺點:鏈條容易松弛,須帶張緊器,配氣相位容易變化,需定期調(diào)整,噪聲、磨損大,耐久性較差。,序列齒輪傳動結(jié)構(gòu)圖,鏈條傳動結(jié)構(gòu)圖,上鏈條張緊裝置,下鏈條張緊輪,曲軸鏈輪,中間鏈輪,凸輪軸鏈輪,導(dǎo)鏈板,四、多氣門機(jī)構(gòu),(1)三氣門(二進(jìn)、一排) (2)四氣門(二進(jìn)、二排)(常見) (3)五氣

8、門(三進(jìn)、二排) (4)七氣門(四進(jìn)、三排)(國外實驗研究過,不理想).,多氣門優(yōu)點: 1、在相同缸徑條件下,氣門頭部尺寸小,重量輕,氣門升程小,有利于高速化; 2、進(jìn)氣總通過斷面積增加,有利于提高充氣效率; 3、有利于形成結(jié)構(gòu)緊湊的燃燒室; 4、排氣門熱負(fù)荷低。,多氣門缺點:結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本高。,四氣門,五氣門機(jī)構(gòu),五氣門機(jī)構(gòu) (單頂置凸輪軸、單搖臂驅(qū)動氣門),五、氣門間隙,原因:發(fā)動機(jī)工作時氣門及氣門傳動件受熱膨脹,如果冷態(tài)時無氣門間隙或氣門間隙過小,則在熱態(tài)時勢必引起氣門關(guān)閉不嚴(yán),造成在壓縮和作功行程中漏氣,導(dǎo)致發(fā)動機(jī)功率下降,排氣門燒壞,嚴(yán)重時甚至不能起動。氣門間隙過大,則會引起氣門及氣

9、門座、氣門傳動件之間產(chǎn)生撞擊,磨損加劇,機(jī)械噪聲加大,而且氣門開啟時刻推遲、關(guān)閉時刻提前,換氣持續(xù)時間縮短,也會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)功率下降。,2)頂置凸輪軸:,(2)頂置氣門式配氣機(jī)構(gòu):,i、帶單搖臂(圖c所示) ii、直接驅(qū)動(圖d、e所示),1)下置式凸輪軸(圖b所示),為什么發(fā)動機(jī)在冷態(tài)時必須預(yù)留適當(dāng)大小的氣門間隙? 針對不同氣門機(jī)構(gòu)的發(fā)動機(jī),如何調(diào)整氣門間隙?,調(diào)整:,(1)側(cè)置氣門式配氣機(jī)構(gòu)(圖a所示):,圖(a)所示:打開氣缸體側(cè)面挺桿處蓋板,松開鎖緊螺母,調(diào)高調(diào)整螺栓(逆時針方向轉(zhuǎn)動),氣門間隙減小,調(diào)低調(diào)整螺栓(順時針方向轉(zhuǎn)動),氣門間隙增大。用厚薄規(guī)檢查(圖示)。,(b)帶雙搖臂,氣

10、門間隙調(diào)整螺釘在短搖臂端、推桿一側(cè),順時針方向轉(zhuǎn)動調(diào)整螺釘,搖臂繞搖臂軸逆時針方向轉(zhuǎn)動(凸輪、推桿靜止不動),氣門間隙減??;逆時針方向轉(zhuǎn)動調(diào)整螺釘,搖臂繞搖臂軸順時針方向轉(zhuǎn)動,氣門間隙增大。,圖c所示,帶單搖臂,凸輪直接驅(qū)動短搖臂端,氣門間隙調(diào)整螺釘在長搖臂端。順時針方向轉(zhuǎn)動調(diào)整螺釘,氣門間隙減小,逆時針方向轉(zhuǎn)動調(diào)整螺釘,氣門間隙增大。,圖d所示,凸輪直接驅(qū)動氣門,無氣門間隙調(diào)整螺釘,氣門間隙調(diào)整墊片在挺柱殼內(nèi),只有卸下凸輪軸后才能更換調(diào)整墊片,調(diào)整氣門間隙非常困難。,圖e所示,凸輪直接驅(qū)動氣門,無氣門間隙調(diào)整螺釘,氣門間隙調(diào)整墊片在挺柱體頂上,用專用工具取出調(diào)整墊片,更換另一厚度的調(diào)整墊片(

11、每個調(diào)整墊片均有厚度值,用厚薄規(guī)測出現(xiàn)在的氣門間隙后,根據(jù)需要調(diào)整到的氣門間隙值換算出所需更換的調(diào)整墊片厚度值)。,日本豐田佳美轎車兩次調(diào)整四缸機(jī)氣門間隙次序表: (發(fā)火次序:1-3-4-2),處于TDC位置的氣缸,進(jìn)氣門調(diào)整,排氣門調(diào)整,1,4,12,34,13,24,請同學(xué)們考慮為什么? 如果發(fā)火次序是1-2-4-3呢?,第二節(jié) 配氣相位,配氣相位:用曲軸轉(zhuǎn)角表示進(jìn)、排氣門開閉時刻,并用圓弧表示氣門的開啟角度和關(guān)閉角度。,活塞頂一般需設(shè)避閥坑(氣門重疊角大者避閥坑較深,壓縮比大者避閥坑較深)。,為什么氣門要提前開啟和遲后關(guān)閉?,原因:1、進(jìn)氣門早開:減少節(jié)流損失 2、進(jìn)氣門遲閉:利用氣流慣

12、性多進(jìn)氣 3、排氣門早開:(1)自由排氣,排除大部分廢氣 (2)減少壓縮負(fù)功 4、排氣門遲閉:利用氣流慣性多排氣.,氣門重疊角:在進(jìn)氣上止點前后,有一段時間進(jìn)、排氣門同時開啟,重疊的曲軸轉(zhuǎn)角叫氣門重疊角。.,汽油機(jī)氣門重疊角為什么不能過大?,原因:如果過大,在怠速或低負(fù)荷運轉(zhuǎn)時,節(jié)氣門開度極小,進(jìn)氣管內(nèi)真空度很大,廢氣會倒流入進(jìn)氣管內(nèi)。這既會造成廢氣稀釋,又會引起進(jìn)氣管內(nèi)“放炮”現(xiàn)象。.,最佳的氣門重疊角隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速上升而增大;. 汽油機(jī)的氣門重疊角柴油機(jī)。.,第三節(jié) 配氣機(jī)構(gòu)的零件和組件一、氣門組,4、氣門彈簧彈力足以克服氣門及氣門傳動件的慣性力,使氣門能迅速開、閉,并保證氣門與氣門座之間有

13、一定的接觸應(yīng)力,以保證密封。,組成:由氣門、氣門導(dǎo)管、氣門座和氣門彈簧等零件組成 作用:密封燃?xì)狻?要求:,1、氣門頭部與氣門座必須貼合緊密;,2、氣門桿在氣門導(dǎo)管內(nèi)孔中上、下滑動自如,無卡滯現(xiàn)象;.,3、氣門彈簧兩端面與氣門桿中心線垂直;.,c、凸球面形-強(qiáng)度高,排氣阻力小,易清除廢氣,但吸熱面 積大,質(zhì)量大,加工復(fù)雜,僅適用于排氣門。.,一、氣門,(1)結(jié)構(gòu):由頭部和桿部組成。.,工作特點:高溫、高壓、潤滑不良、冷卻條件差。.,要求:足夠的強(qiáng)度、剛度、耐熱和耐磨。.,材料:進(jìn)氣門合金鋼(如鉻鋼或鎳鉻鋼等)。. 排氣門耐熱鋼(如硅鉻鋼等),為節(jié)約成本,多采 用頭部用耐熱合金鋼、桿部用合金鋼的

14、堆焊形式。. 結(jié)構(gòu)特點:(1)桿部至頭部圓滑過渡-提高剛度。.,(2)氣門頭部形狀:,a、平頂-結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,吸熱面積小,質(zhì)量小,適用 于進(jìn)、排氣門;.,b、喇叭形-桿部至頭部過渡圓弧半徑大,剛度好,進(jìn)氣阻力小, 但吸熱面積大,僅用于進(jìn)氣門;.,(5)氣門桿端形狀: 決定于氣門彈簧座的固定形式:,(2)氣門座圈過盈壓配-耐高溫、耐磨的合金鑄鐵或奧氏體鋼材料制成的氣門座圈,但容易脫落,導(dǎo)熱性差。,1)兩半錐形鎖片-尾端沉割槽; 2)鎖銷-尾端徑向小孔。.,2、氣門座,作用:1)傳熱(氣門頭部熱量); 2)密封(燃燒室)。.,工作特點:高溫、高接觸應(yīng)力、潤滑不良、冷卻條件差。.,結(jié)構(gòu):(1)

15、氣缸蓋或氣缸體上直接鏜出-鑄鐵氣缸蓋,低性能要求;.,柴油機(jī)大部分用鑄鐵氣缸蓋,氣門座圈過盈壓配,但容易壓碎;汽油機(jī)用鋁合金氣缸蓋,采用氣門座圈過盈壓配方式時,需在氣門座圈外圓上切幾道環(huán)槽(圖示)。.,材料:灰鑄鐵、球墨鑄鐵、鐵基粉末冶金。,3、氣門導(dǎo)管:,作用:導(dǎo)向-氣門桿直線運動; 傳熱-氣門桿熱量。.,結(jié)構(gòu):臺階圓筒,過盈壓配在氣缸蓋上,下端伸入氣道內(nèi)部。.,工作特點:高溫、潤滑不良、與氣門桿高速滑動。.,要求:耐熱、耐磨。.,作用:克服氣門及傳動件慣性力,防止 出現(xiàn)間隙,保證氣門及時關(guān)閉且 緊密貼合,不會因發(fā)動機(jī)振動等 原因出現(xiàn)氣門不正常開啟現(xiàn)象。.,(1)壓縮彈簧:,1)圓柱彈簧(等

16、螺距、變螺距); 2)圓錐彈簧。.,(2)內(nèi)外兩根彈簧,可使安裝高度減小,注意螺旋方向相反。,4、氣門彈簧,要求:(1)足夠的剛度及安裝預(yù)緊力 (2) 疲勞強(qiáng)度高 (3)加工精度高,如垂直度要求、 自由公差小等。.,材料:高碳錳鋼、鉻釩鋼等冷拔鋼絲, 加工后要經(jīng)熱處理。.,結(jié)構(gòu)特點:,二、氣門傳動組,b:搖臂驅(qū)動氣門式: 凸輪軸、氣門搖臂及搖臂軸、正時齒輪(帶中間齒輪)或正時鏈輪(帶鏈條、張緊器等)或正時帶輪(帶齒形皮帶、張緊器等)。,作用:使進(jìn)、排氣門按各缸發(fā)火次序及配氣相位規(guī)定的時刻開、閉,且保證一定的氣門升程和合適的氣門運動規(guī)律。.,組成:與氣門布置形式、凸輪軸布置形式及傳動方式有關(guān)。.

17、,(一)側(cè)置氣門式配氣機(jī)構(gòu):正時齒輪副、下置凸輪軸、挺桿。.,(二)頂置氣門式配氣機(jī)構(gòu):,1、下置凸輪軸:正時齒輪副、下置凸輪軸、挺柱、推桿、氣門 搖臂及搖臂軸。.,2、頂置凸輪軸:,a:凸輪直接驅(qū)動氣門式: 凸輪軸、正時齒輪(帶中間齒輪)或正時鏈輪(帶鏈條、張緊器等)或正時帶輪(帶齒形皮帶、張緊器等)。.,氣門錐角較小,則在氣門升程相同的情況下,氣流通過斷面較大。但頭部厚度較薄,剛度差,密封性差,僅適用于進(jìn)氣門( 30 ),排氣門均用45錐角(熱負(fù)荷高)。,原因:進(jìn)氣壓差小,流速低,排氣壓差大,流速高,按進(jìn)出氣體流量相等原則,可以進(jìn)大、排小。此外,進(jìn)氣門頭部直徑較大的好處是增加進(jìn)氣量,提高充

18、氣效率,從而提高發(fā)電機(jī)功率。排氣門頭部直徑較小的好處是減輕了排氣門的熱負(fù)荷。,(4)氣門直徑:同一氣缸上進(jìn)氣門頭部直徑大、排氣門頭部直徑小。,(3)氣門錐角:45或30 。.,凸輪:(1)各缸同名凸輪之間夾角-各缸發(fā)火次序確定的 發(fā)火間隔角確定。如4缸機(jī),為720/2/4=90凸 輪夾角(圖示).,1、凸輪軸:,工作特點:受到氣門間歇性開啟的周期性沖擊性載荷。.,要求:足夠的(心部)沖擊韌性和剛度,凸輪表面耐磨。.,材料:優(yōu)質(zhì)鋼模鍛,合金鑄鐵或球墨鑄鐵鑄造,凸輪和軸頸表 面經(jīng)熱處理后精磨。.,結(jié)構(gòu):凸輪、軸頸、驅(qū)動機(jī)油泵和分電盤的蝸輪、驅(qū)動汽油泵 的偏心輪(傳統(tǒng)汽油機(jī)的混合式凸輪軸,如圖示)。

19、.,分類:a:混合式凸輪軸-進(jìn)、排氣凸輪在一根凸輪軸上。 b:單一凸輪軸-同名凸輪在一根凸輪軸上。,(2)每缸進(jìn)、排氣凸輪之間夾角-配氣相位及氣門 機(jī)構(gòu)幾何運動關(guān)系確定。如6100Q型汽油機(jī),氣 門垂直布置,氣門及挺柱、推桿皆直上直下運動, 凸輪外形對稱,e1=40CA, e2=19CA, i1=20CA, i2=56CA。,180CA,180CA,2 CA,BDC,TDC,BDC,排氣行程,進(jìn)氣行程,e1,i2,i1,e2,(180 + e1+ e2)/2 CA,(180 + i1+ i2)/2 CA,2 =(e1+ 180+ 180+ i2) - (180 + e1+ e2)/2 -(18

20、0 + i1+ i2)/2, =90+(e1+ i2- e2- i1)/4 = 90+(40+56-19-20) =10415(凸輪轉(zhuǎn)角),(3)凸輪幾何形線:,1)保證配氣相位; 2)合適的氣門升程及其運動規(guī)律。.,如圖示,A點:挺柱始升點 B點:氣門始升點 C點:最高點。 BCD段:工作段-決定了凸輪(最大)升程及其 運動規(guī)律。 D點:氣門最早落座點。 E點:挺柱運動終點。,緩沖段-消除氣門間隙,控制氣門開啟和落座速度。,c:氣門升程愈大,容易與活塞頂發(fā)生干涉,避閥坑較深。解決辦法-采用多氣門方案。,氣門升程大小直接影響氣門開啟時流通截面積的大小,但也不是愈大愈好:,a:氣門升程有上限-不

21、超過進(jìn)氣道最小流 通截面積;,b:氣門升程愈大,最大負(fù)加速度愈大,慣性力愈大,容易發(fā)生脫離;,凸輪軸的正時傳動:正時齒輪有正時記號,裝配時必須對準(zhǔn),如 圖示。,凸輪軸安裝與拆卸時軸承蓋連接螺栓應(yīng)有一定的次序要求:,(5)凸輪軸的軸向定位:,2、挺柱:,工作特點:將凸輪推力傳給推桿或氣門桿,并承受凸輪旋轉(zhuǎn)時所施加的側(cè)向力。.,要求:質(zhì)量小、剛度大、耐磨。.,材料:鎳鉻合金鑄鐵或冷激合金鑄鐵,其摩擦表面應(yīng)經(jīng)熱處理后精磨。,(3)滾輪式:底面是滾輪,改善磨損,減小側(cè)壓力,船用機(jī)。,結(jié)構(gòu)特點:,(1)筒式:上面凹腔與推桿球面接觸,推桿作小幅度擺動,適用于頂置氣門式配氣機(jī)構(gòu)(質(zhì)量?。?(2)菌式:實心

22、體,適用于側(cè)置氣門式配氣機(jī)構(gòu)。,主油道來的機(jī)油經(jīng)過氣缸蓋油道2通過挺柱體9側(cè)面的油孔、上蓋底部的鍵形槽7流入柱塞11內(nèi)腔形成低壓油腔。.,凸輪轉(zhuǎn)動時,挺柱體9與柱塞11下移,液壓缸12底部容積減小,油壓升高,加上補(bǔ)償彈簧13的作用,使單向球閥5關(guān)閉,形成高壓油腔。由于液體不可壓縮性,液壓挺柱猶如剛體一樣移動,打開氣門。此時氣缸蓋油道2不再向低壓油腔供油。,能自動消除氣門間隙液壓挺柱結(jié)構(gòu)示意圖:,挺柱體9由上蓋和圓柱體激光堆焊而成。.,液壓缸12與挺柱體9內(nèi)孔精密配合,座落在氣門桿尾端。.,柱塞11與液壓缸12內(nèi)孔精密配合。.,液壓缸12底部裝有補(bǔ)償彈簧13,上端座落單向球閥5。.,液壓挺柱開始上行時,由于氣門彈簧和凸輪

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