課題三 配氣機構

1、第三章 配氣機構 知識要點 1.配氣機構的結構與工作原理 2.充氣系數(shù)的概念及其影響因素 3.凸輪軸的輪廓形狀及其磨損后對柴油機的影響 4.配氣相位的概念（重點） 5.氣門間隙的概念與調氣門間隙（重點） 6.渦輪增壓器器的結構與工作原理第三章 配氣機構 1.功用 按照柴油機各缸工作循環(huán)的需要，定時開啟和關閉進、排氣門，使新鮮空氣及時進入汽缸，廢氣及時的排除汽缸。曲軸轉2圈，凸輪軸轉1圈。2.充氣系數(shù)新鮮空氣和可燃混合氣體充滿汽缸的程度。進氣狀態(tài)下，實際進入汽缸的新鮮空氣質量與進氣狀態(tài)下充滿汽缸工作容積的新鮮氣體質量的比值，叫充氣系數(shù)。由于進氣氣流的阻力 ，殘留的高溫廢氣，高溫的零件（氣門 活塞

2、）對新氣加熱，使進氣終了時溫度升高。因此充氣系數(shù)總是小于1，大約0.8-0.9。發(fā)動機轉速低，進氣氣流速度低，近期質量減少發(fā)動機轉速高，進氣時間短，氣流高，阻力大，也減少。3.配氣機構的組成及工作原理配氣機構的組成及工作原理組成：氣門組和氣門傳動組氣門組：氣門 氣門導管 氣門鎖片 氣門彈簧 彈簧座傳動組：搖臂軸 搖臂 推桿 挺桿 凸輪軸 正時齒輪原理（1.開啟過程 曲軸-凸輪軸-挺桿-推桿-調整螺釘-搖臂擺動消除S后-壓彈簧-氣門開啟想一下 關閉過程？4.配氣機構的分類 1）按氣門的布置可分為氣門頂置式和氣門側置式兩種 2）按凸輪軸的位置可分為：上置式凸輪，中置式凸輪，下置式凸輪。 3）按曲軸

3、和凸輪軸的傳動方式可分為：齒輪傳動和鏈條傳動 4）按每缸的氣門數(shù)分類 兩氣門式和多氣門式驅動齒輪工程機械多采用頂置氣門式配氣機構：如圖優(yōu)點：充氣性能好，使內燃機有良好動力性和經(jīng)濟性，燃燒室結構緊湊，可減小進，排氣系統(tǒng)的阻力。缺點：傳動鏈的零件多，質量大因而慣性載荷較大。側置式配氣機構，燃燒室結構不好，限制了壓縮比的提高。進氣阻力大，彎道多，應用少只要在小汽油機。中置式凸輪軸（上）頂置式凸輪軸下置式凸輪軸 1）下置式凸輪軸 如圖 優(yōu)點：凸輪軸與曲軸距離近，傳動方便。 缺點：傳動距離遠，傳動組件多，慣性大， 加劇了零件的震動和磨損。 下置式凸輪軸 2）中置式凸輪軸 如圖 優(yōu)點：凸輪直接作用于搖臂，

4、省去了挺柱和頂桿 缺點：曲軸到凸輪軸傳動機構復雜。中置式凸輪軸 3）上置式凸輪軸 如圖 優(yōu)點： 凸輪軸直接驅動氣閥，無慣性載荷的作用。 缺點：氣門桿受側推力的作用磨損大。 曲軸到凸輪軸傳動復雜，拆裝汽缸蓋也較麻煩。雙頂置式凸輪軸 1）每氣缸兩個氣門的布置（一個進氣門，一個排氣門）每缸兩氣門，總是采用較大的氣門道路面積，且進氣門直徑大于排氣門直徑。布置方式： a.合用氣道氣門將機體縱向排成一列相鄰兩個進氣門或排氣門合 用一個氣道，氣道簡化，并可得到較大的氣道通道面積；b.交替布置每缸單獨用一個進、排氣道，可使汽缸均勻冷卻， 對 熱負荷較嚴重的發(fā)動機更適宜；c.分開布置 進、排氣道分置于機體兩側，

5、以免排氣加熱進氣，而汽油機為了使汽油更好地霧化，多置于機體一側。 按氣門數(shù)量分 兩進，兩排，增大進，排通道面積。加大氣門直徑，充氣效率高工作溫度減低，提高了可靠性。 采用四氣門還可以減小氣門升程，改善配氣機構的動力性。a.串聯(lián)形式 (同名氣門排成兩列)(1)可通用一根凸輪軸及驅動桿傳動；(2)排氣門的熱負荷也不相同。b.并聯(lián)形式 (同名氣門排成一列)(1)進氣效率與熱負荷基本相同；(2)需用兩根凸輪軸傳動。2）.氣缸四個氣門的布置n 主要元件1進氣門2排氣門3挺桿4挺柱5凸輪軸6止推板7凸輪軸齒輪8凸輪軸襯套9搖臂支架10調整螺釘11鎖緊螺母俯視圖主視圖第二節(jié) 主要機件 氣門式配氣機構是由氣門

6、組和氣門傳動組組成。 氣門傳動組：凸輪軸 挺柱 推桿 搖臂 搖臂軸正時齒輪 氣門組：氣門 氣門座 氣門彈簧 氣門導管 第一 氣門傳動組正時齒輪室曲軸轉兩圈時凸輪軸才轉一圈，所以凸輪軸齒輪的齒數(shù)是曲軸齒輪的兩倍相互嚙合的輪齒上打印有相配的標記，一般采用斜齒輪該齒輪傳動系靠曲軸齒輪驅動旋轉 配氣機構的驅動一配氣機構的驅動一不同的凸輪軸布置驅動齒輪有所不同。2,3,4,5 1.凸輪軸 (1)結構形式：進氣 排氣凸輪，凸輪軸軸頸組成 a.功用：控制氣門運動，各個氣缸的進 排氣門的開啟和關閉； b.凸輪數(shù)目：決定于氣缸數(shù)目及其傳動關系。 c.材料要求：由于受到氣門間歇性開啟的周期性沖擊載荷，因此對凸輪表

7、面要求耐磨，有足夠的硬度，較高的精度，良好的潤滑，對凸輪本身則要求有足夠的韌性和剛度，在工作中變形最小。 一般用合金鑄鐵 球磨鑄鐵鑄造而成。 (2)凸輪軸頸：凸輪軸各軸頸的直徑一般均取直徑相同的，以使機械加工簡單。但為了拆裝方便，也有采用前端向后遞減直徑的。在小型內燃機上一般每兩個氣缸裝用一個凸輪軸頸支撐，在大型發(fā)動機上相鄰之間都有一個軸頸支撐。 (3)傳動方式：凸輪軸的傳動方式多用斜齒輪，因而易使凸輪軸產(chǎn)生軸向串動，影響配氣正時。因此凸輪軸須有軸向定位裝置。 a.止推片、止推片螺栓（中小型內燃機） b.止推軸軸承（高速、大型內燃機） P76頁圖3-17挺柱平板式、滾輪式、液力式及滾輪搖臂式。

8、作用：將凸輪的運動傳給推桿。材料：碳鋼表面熱處理。為了使圓柱導向面和底面磨損均勻，中心線偏移一定距離a菌形b筒形c滾輪式d 液壓式e滾輪搖臂式 3.頂桿推桿 頂桿用于下置式凸輪軸的配氣機構，向搖臂傳遞凸輪軸經(jīng)挺柱傳來的推力。對于頂桿的要求是剛性好，重量輕。 為了減輕重量，頂桿一般用空心管制成，小型內燃機的頂桿也有用實心鋼棒制成的。 頂桿上端凹球形接頭與搖臂調節(jié)螺釘?shù)那蝾^相配合； 下端焊有球形接頭，支撐在挺柱的凹球承座內。 頂桿的兩端都經(jīng)過熱處理。4.搖臂功用：推桿與氣門的傳動元件，功用：推桿與氣門的傳動元件，用于改變運動方向，驅動氣門啟用于改變運動方向，驅動氣門啟閉。閉。搖臂圓孔內鑲有襯套搖臂

9、上加工有油孔，潤滑油通過搖臂座上的油孔送到搖臂軸內，一部分作為搖臂襯套潤滑用；另一部分則通過搖臂軸內的油孔送到搖臂兩端供傳動元件用。搖臂兩端不等長，長臂與氣門接觸，這樣推桿較小的移動就會使氣門有較大的升程。5. 搖臂軸及搖臂座搖臂軸及搖臂座搖臂軸用來支撐搖臂，并兼作油道。搖臂軸用來支撐搖臂，并兼作油道。搖臂軸都是空心軸，通過搖臂軸座固定在氣缸蓋上，搖臂軸都是空心軸，通過搖臂軸座固定在氣缸蓋上，為了防止搖臂在軸上軸向移動，相鄰兩搖臂間裝為了防止搖臂在軸上軸向移動，相鄰兩搖臂間裝有定位彈簧。有定位彈簧。注意：不是每個搖臂座都有油道，一定要裝有油道注意：不是每個搖臂座都有油道，一定要裝有油道的那個搖

10、臂的那個搖臂軸座裝在缸蓋軸座裝在缸蓋上有油孔的位上有油孔的位置，否則組件置，否則組件將得不到潤滑。將得不到潤滑。 第二 氣門組主要由：氣門、氣門座、氣門彈簧、氣門導管 氣門鎖片 氣門彈簧座等組成。 發(fā)動機對氣門組的最基本要求是：氣門與氣門座能緊密配合，在高溫條件下工作可靠，并并具有足夠的剛度和耐磨性。 因此，氣門組必須滿足：氣門與氣門座配合錐面精密；氣門導管對氣門的導向正確，不使氣門傾斜；氣門彈簧要有足夠的剛度和預緊力，且其兩端面應與氣門中心線垂直，保證氣門關閉迅速、嚴密。氣門的功用：控制進排氣道的開啟和關閉。氣門的功用：控制進排氣道的開啟和關閉。工作條件：氣門室燃燒室的組成部分，又是氣體進出

11、燃燒室的工作條件：氣門室燃燒室的組成部分，又是氣體進出燃燒室的通道，所以要承受很大的沖擊載荷，且在高溫下工作，潤滑和通道，所以要承受很大的沖擊載荷，且在高溫下工作，潤滑和冷卻較差，尤其是排氣門的熱負荷嚴重，還要承受高溫氣體的冷卻較差，尤其是排氣門的熱負荷嚴重，還要承受高溫氣體的強烈沖刷，因此應具有足夠的剛度、強度、耐熱性、耐磨性、強烈沖刷，因此應具有足夠的剛度、強度、耐熱性、耐磨性、和耐蝕性，且要密封可靠。和耐蝕性，且要密封可靠。結構：結構： 氣門桿部，氣門頭部氣門桿部，氣門頭部氣門頭部有平頂、凸頂、凹頂氣門頭部有平頂、凸頂、凹頂3 3種形式平頂應用最廣泛。種形式平頂應用最廣泛。氣門錐角一般為

12、氣門錐角一般為4545度。度。 2.氣門座氣門座 直接加工在缸蓋直接加工在缸蓋 耐熱合金單獨制成座圈（常用）。耐熱合金單獨制成座圈（常用）。 3. 氣門導管氣門導管 4. 氣門彈簧氣門彈簧 功用：克服氣門在關閉過程中氣門與傳動件的慣性力，防功用：克服氣門在關閉過程中氣門與傳動件的慣性力，防止各傳動件之間產(chǎn)生間隙保證氣門緊密結合，防止發(fā)生氣止各傳動件之間產(chǎn)生間隙保證氣門緊密結合，防止發(fā)生氣門跳動。門跳動。 剛度剛度 預緊力要好預緊力要好 共振時易斷共振時易斷 防折斷措施：防折斷措施： 提高自振頻率提高自振頻率 雙彈簧（旋向相反）雙彈簧（旋向相反） 不等距彈簧（大螺距向桿頭）不等距彈簧（大螺距向桿

13、頭）5. 氣門油封、氣門鎖片氣門油封、氣門鎖片主要機件的檢修 1.凸輪軸的檢修及安裝的注意事項？（P82） 2.氣門組故障對發(fā)動機的影響？ 性能 功率不足 起動困難 活塞頂缸。 3.氣門與氣門座的故障有哪些？ 如何研氣門？ 第三節(jié) 柴油機配氣相位與氣門間隙 一 配氣相位 用曲軸轉角表示進 排氣門的開閉時刻和開啟持續(xù)的時間。 曲軸轉角：為了改善換氣過程，提高發(fā)動機性能，實際上氣門的開啟和關閉并不恰好在活塞運動到上下止點時刻，而是有所提前和滯后。進氣門的配氣相位1.進氣提前角10-302.進氣滯后角30-80進氣持續(xù)角排氣門的配氣相位1.排氣提前角40-802.排氣滯后角10-30排氣持續(xù)角氣門的

14、重疊開啟有助于廢氣的排出轉速越高提前角和滯后角越大。轉速不同，配氣相位也應不同，但很難實現(xiàn)，只能通過實驗來確定某一常用轉速較適合的配氣相位。30-8010-3010-3040-80 進氣門的配氣相位：1.1.進氣提前角進氣提前角（）：從進氣門開始開啟到到上止）：從進氣門開始開啟到到上止點所對應的曲軸轉角。（一般點所對應的曲軸轉角。（一般1010-30-30）2.2.進氣遲后角（進氣遲后角（ ）：從下止點到進氣門關閉所）：從下止點到進氣門關閉所對應的曲軸轉角。（一般對應的曲軸轉角。（一般4040-80-80）進氣門開啟持續(xù)時間內的曲軸轉角，即進氣持續(xù)角進氣門開啟持續(xù)時間內的曲軸轉角，即進氣持續(xù)角

15、為為+ 180+ 180+排氣門的配氣相位：1.1.排氣提前角（排氣提前角（）：從排氣門開始開啟到下止點）：從排氣門開始開啟到下止點所對應的曲軸轉角。（一般所對應的曲軸轉角。（一般4040-80-80）2.2.排氣遲后角（排氣遲后角（ ）：從上止點到排氣門完全關）：從上止點到排氣門完全關閉所對應的曲軸轉角。（一般閉所對應的曲軸轉角。（一般1010-30-30）排氣門開啟持續(xù)時間內的曲軸轉角，即排氣持續(xù)角排氣門開啟持續(xù)時間內的曲軸轉角，即排氣持續(xù)角為為 + + 180180+ + WD615 柴油機配氣相位圖康明斯NT-855柴油機配氣相位圖配配 氣氣 定定 時時 2.氣門間隙的調整 氣門處于完

16、全關閉狀態(tài) 氣門桿尾端與搖臂之間的間隙. 原則：確認調整狀態(tài)，即冷態(tài)或熱態(tài)。冷態(tài)進氣0.250.30，排氣0.300.35，熱態(tài)比冷態(tài)要小0.05mm，機型不一，區(qū)別較大。 必須在氣門完全關閉時才能調整。將要開、剛關閉均不可調。 方法：逐缸調整法，兩次調整法氣門間隙的檢查及調整 1.檢查工具：厚薄規(guī) 調整 a.逐鋼調整法 只有當活塞處于壓縮上止點時，進排氣門都在關閉狀態(tài)時，才能調整。 也就是說挺柱與凸輪軸基圓接觸時才能完全閉合，才能調整。調整方法： 四（六）沖程發(fā)動機工作順序 1-3-4-2 （1-5-3-6-4-2） 查找壓縮上止點-轉到曲軸-對準殼體記號-1和4處于上止點-擺動飛輪看1-4

17、搖臂（不動為壓縮狀態(tài)）-轉到曲軸180 （6缸為120）-按工作順序逐鋼調整。 優(yōu)點：這種方法簡單 作業(yè)質量可靠 多采用 缺點：曲軸轉動次數(shù)多 影響生產(chǎn)效率兩次檢查 調整法 曲軸只需轉到兩次（0.360）可將氣門調整完畢。 按做功順序 做功間隔相對應的曲軸轉角來確定每次可以調整的氣門。 具體方法：P97表3-1第四節(jié) 進 排氣系統(tǒng)與增壓 一 進排氣系統(tǒng) 組成：進氣管 排氣管 空氣濾清器 增壓器 空氣冷卻器 功用：向汽缸內提供充足，清潔的空氣，同時盡可能干凈地排出燃燒后的廢氣。 1.進 排氣管 材料：鑄鐵 位置：一般是在兩側 以免排氣管的高溫影響進氣。2.排氣消聲器 功用：降低噪聲，溫度和壓力。

18、保證安全。 材料：1mm鋼板卷制而成。 位置：排氣管的出口處 結構：三級共振室3.空氣濾清器功用：清除空氣中的灰塵和雜質，減少由于進氣帶進的灰塵對活塞，汽缸套的磨損。分類：油浴式 （濕式） 過濾式 （干式應用廣泛） 雙級復合式濾清器二 發(fā)動機增壓 提高發(fā)動機功率措施：1.增加供油量2.增加空氣供給量 進氣增壓：提高進入發(fā)動機的空氣壓強和密度，從而達到提高動力性和經(jīng)濟性的目的，同時還有利于降低噪聲和排放。 組成：壓氣機 中間體 渦輪機 分類：機械增壓和 廢氣渦輪增壓（應用廣泛） 先看結構P105廢氣渦輪增壓工作原理 看圖P103 柴油機排出的廢氣經(jīng)排氣管進入渦輪殼的噴嘴環(huán)，由于噴嘴環(huán)的面積逐漸收縮，所以廢氣動能增加，隨后沖擊渦輪葉片，使渦輪旋轉，因為渦輪和壓氣機葉輪在同一根軸，所以兩者同速旋轉，廢氣壓力不斷升高，速度越快，渦輪越快，最終廢氣通過渦輪出口排入大氣，同時，壓氣機葉片高速旋轉是濾過的空氣進入擴壓器，使空氣速度壓力增大，最終經(jīng)進氣管進入汽缸與柴油混合燃燒。隨著廢氣渦輪增壓器制造質量的提高，以及廢氣渦輪增壓器與柴油機匹配技術的發(fā)展，現(xiàn)在柴油機正向著高增壓的方向發(fā)展。 按渦輪形式分類：徑流式（常用） 軸流式 混流式按廢氣能量利用分類：恒壓式和變壓式（脈沖式）常用P104圖3-54廢氣渦