第三章-配氣機(jī)構(gòu).ppt

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