汽車發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)課件

1、第三章 配氣機(jī)構(gòu)的構(gòu)造與維修6/29/20221第一節(jié) 概述 一、功用 按照發(fā)動機(jī)的工作順序和工作循環(huán)的要求，定時開啟和關(guān)閉各缸的進(jìn)、排氣門，使新鮮可燃混合氣或空氣得以及時進(jìn)入氣缸，燃燒產(chǎn)生的廢氣從汽缸排出，使換氣過程最正確，以保證發(fā)動機(jī)在各種工況下工作時發(fā)揮最好的性能。6/29/20222充氣效率 發(fā)動機(jī)在吸氣過程中，吸入的新鮮空氣或可燃混合氣越多，發(fā)動機(jī)發(fā)出的功率和扭矩越大，新鮮空氣或可燃混合氣充滿汽缸的程度常用充氣效率表示，也稱充氣系數(shù)，用v。 在進(jìn)氣過程中，實際進(jìn)入汽缸內(nèi)的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量與在理想狀態(tài)下充滿汽缸工作容積的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量之比稱為充氣效率。v=M/M0

2、 對于一定工作容積的發(fā)動機(jī)而言，充氣效率與進(jìn)氣終了時汽缸內(nèi)的壓力和溫度有關(guān)。進(jìn)氣終了壓力愈高，溫度愈低，那么一定容積的氣體質(zhì)量就越大，說明充氣效率愈高。6/29/20223二、 配氣機(jī)構(gòu)的總體組成 由氣門組和氣門傳動組兩局部組成1氣門組 包括氣門、氣門座、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧、氣門彈簧座和氣門鎖夾等；6/29/202242氣門傳動組 包括凸輪軸、挺柱、推桿、搖臂、搖臂軸、搖臂軸座和氣門間隙調(diào)整螺釘?shù)取?/29/20225三、配氣機(jī)構(gòu)的類型 1、按氣門的布置： 氣門頂置式；氣門側(cè)置式壓縮比受到限制，進(jìn)排氣門阻力較大，發(fā)動機(jī)的動力性和高速性均較差，逐漸被淘汰。 目前國產(chǎn)的汽車發(fā)動機(jī)都采用氣門頂置式配

3、氣機(jī)構(gòu)。 6/29/20226 氣門位于汽缸蓋上稱為氣門頂置式配氣機(jī)構(gòu)，由凸輪軸、挺柱、推桿、搖臂總成、氣門、氣門導(dǎo)管、氣門座和氣門彈簧、彈簧座等組成。其特點是進(jìn)氣阻力小，燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊，氣流攪動大，能到達(dá)較高的壓縮比，目前國產(chǎn)的汽車發(fā)動機(jī)都采用氣門頂置式配氣機(jī)構(gòu)。 氣門都布置在汽缸的一側(cè)稱為氣門側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單、零件數(shù)目少，由于氣門布置在同一側(cè)導(dǎo)致燃燒室結(jié)構(gòu)不緊湊、熱量損失大、進(jìn)氣道曲折，進(jìn)氣阻力大，使發(fā)動機(jī)性能下降，現(xiàn)已淘汰。6/29/202272、按凸輪軸布置的位置： 下置式；中置式；上置式6/29/202281)凸輪軸下置優(yōu)點：簡化了曲軸與凸輪軸之間的傳動裝置。 缺點：凸輪軸

4、與氣門相距較遠(yuǎn)，動力傳遞路線較長，不適用于高速發(fā)動機(jī)。6/29/202292凸輪軸中置 傳動方式：凸輪軸經(jīng)過挺柱直接驅(qū)動搖臂，省去了推桿。應(yīng)用：適用于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速較高時，可以減少氣門傳動機(jī)構(gòu)的往復(fù)運動質(zhì)量。凸輪軸挺柱活塞搖臂調(diào)整螺釘6/29/2022103凸輪軸上置應(yīng)用：高速發(fā)動機(jī) 特點： 凸輪軸與氣門距離近，不需要推桿，使往復(fù)運動的慣量減少。凸輪軸凸輪軸活塞雙凸輪軸上置式配氣機(jī)構(gòu)6/29/2022113、按曲軸與凸輪軸的傳動方式： 齒輪傳動；鏈傳動；齒型帶傳動齒輪傳動 凸輪軸下置、中置的配氣機(jī)構(gòu)大多采用圓柱形定時齒輪傳動。一般曲軸與凸輪軸之間的傳動只需一對定時齒輪，必要時可加裝中間齒輪。為了嚙

5、合平穩(wěn)、減小噪聲，定時齒輪多用斜齒輪。在中、小功率發(fā)動機(jī)上，曲軸定時齒輪用鋼來制造，而凸輪軸定時齒輪那么用鑄鐵或夾布膠木制造，以減小噪聲。 鏈傳動 鏈條與鏈輪的傳動特別適用于凸輪軸上置的配氣機(jī)構(gòu)。為使鏈條在工作時具有一定的張力而不致脫鏈，裝有導(dǎo)鏈板、鏈條張緊輪。鏈傳動的主要問題是其工作可靠性不如齒輪傳動。其傳動性能在很大程度上取決于鏈條的制造質(zhì)量。 6/29/2022126/29/202213齒型帶傳動 采用齒形帶傳動，對于減少噪聲、減少結(jié)構(gòu)質(zhì)量和降低本錢都有很大好處。6/29/2022144、按每缸氣門數(shù)目： 兩氣門式；四氣門式;曲軸軸線6/29/202215四、配氣機(jī)構(gòu)的工作原理 發(fā)動機(jī)曲

6、軸通過某一傳動方式驅(qū)動凸輪軸運轉(zhuǎn)。四沖程發(fā)動機(jī)完成一個工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)兩圈，各缸進(jìn)、排氣門各開啟一次，凸輪軸只需轉(zhuǎn)一圈，因此曲軸轉(zhuǎn)速與凸輪軸轉(zhuǎn)速之比為2:1。6/29/202216觀看視頻：配氣機(jī)構(gòu)的工作過程6/29/202217 凸輪下置式配氣機(jī)構(gòu)，當(dāng)凸輪凸起局部與挺柱接觸時，將挺柱頂起，挺柱通過推桿、調(diào)整螺釘使搖臂繞搖臂軸順時針擺動，搖臂的長臂端向下推動氣門，壓縮氣門彈簧，將氣門頭部推離氣門座而翻開。當(dāng)凸輪凸起局部的頂點轉(zhuǎn)過挺柱后，便逐漸減少了對挺柱的推力，氣門在其彈簧張力的作用下，開度逐漸減小，直至最后關(guān)閉，使汽缸密封。 從上述工作過程可以看出，氣門的開啟是通過氣門傳動組的作用完成的，而氣

7、門的關(guān)閉那么是由氣門彈簧來完成的。氣門的開閉時刻與規(guī)律完全取決于凸輪的輪廓曲線形狀。每次氣門翻開時，壓縮彈簧，為氣門關(guān)閉積蓄能量。6/29/202218第二節(jié) 配氣機(jī)構(gòu)的組成一、氣門組6/29/202219A、進(jìn)氣門300-400，排氣門600-800。 B、承受氣體壓力、氣門彈簧力及傳動組零件慣性力 C、冷卻和潤滑條件較差D、被氣缸中燃燒生成物中的物質(zhì)所腐蝕進(jìn)氣門：鉻鋼或鉻鎳鋼； 排氣門：硅鉻鋼耐熱足夠的強度和剛度耐磨損耐腐蝕1、氣門1工作條件及材料功用：燃燒室的組成局部，是氣體進(jìn)、出燃燒室通道的開關(guān)，承受沖擊力、高溫沖擊、高速氣流沖擊。6/29/2022202氣門的構(gòu)造頭部桿部6/29/2

8、02221 氣門分為進(jìn)氣門和排氣門兩種，其作用是密封進(jìn)、排氣道。氣門由頭部、桿身和帶密封錐面的氣門盤組成。頭部用來封閉進(jìn)、排氣道，桿身用來在氣門開閉過程中起導(dǎo)向作用。氣門頭部與具有腐蝕介質(zhì)的高溫燃?xì)饨佑|，并在關(guān)閉時承受很大的落座沖擊力。 6/29/2022221氣門頂部平頂結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，吸熱面積小，質(zhì)量也小，應(yīng)用最多；凹頂適合做進(jìn)氣門，不宜做排氣門；凸頂適合于排氣門。6/29/202223 進(jìn)氣門頂部設(shè)計成凹型結(jié)構(gòu)時，可將進(jìn)氣門頭部與氣門桿部有較大的圓弧過渡，減少進(jìn)氣壓力；一般進(jìn)氣門直徑大于排氣門直徑，通過凹坑設(shè)計，可以減小其慣性質(zhì)量；凹頂氣門彈性較平頂氣門好些，可以適應(yīng)氣門座的變形，但

9、由于其受熱面積大，一般不適用于排氣門。 平頂氣門受熱面積較小，一般適用于排氣門，同時制造簡單。6/29/2022242氣門錐面裝配前應(yīng)將密封錐面研磨。邊緣應(yīng)保持一定的厚度，13mm。6/29/202225 氣門密封錐面與頂平面之間的夾角稱為氣門錐角，其錐角一般為45，有些車為了增大氣流的流通面積，使進(jìn)氣充分，將進(jìn)氣門錐角做成30。工作中，由于氣門與氣門座之間的撞擊及高溫氣體作用，使密封錐面容易產(chǎn)生磨損和凹陷，應(yīng)注意修磨或更換。 氣門頭的邊緣厚度一般為13mm，以減少工作中由于氣門與氣門座之間的沖擊損壞或高溫氣體燒蝕。為了保證良好密合，裝配前應(yīng)將氣門頭與氣門座的密封錐面互相研磨，使其接觸時不漏氣

10、。研配好的氣門不能互換。6/29/2022263氣門桿部較高的加工精度，外表經(jīng)過熱處理和磨光，保證同氣門導(dǎo)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6/29/2022274氣門尾端6/29/202228特殊氣門在某些高度強化的發(fā)動機(jī)上采用中空氣門桿的氣門。為降低排氣門溫度，增強排氣門散熱能力，許多汽車發(fā)動機(jī)上采用納冷卻氣門。6/29/2022292、氣門座 汽缸蓋的進(jìn)、排氣道與氣門錐面相貼合的部位。 它與氣門頭部共同對氣缸起密封作用，并接受氣門傳來的熱量。 氣門座可在氣缸蓋上直接鏜出，但氣門座在高溫下工作，磨損嚴(yán)重，故有不少發(fā)動機(jī)的氣門座是用耐熱合金鋼單獨制成座圈，稱氣門座圈，

11、壓入汽缸蓋中，以提高使用壽命和便于維修更換。6/29/202230氣門座圈特點： 優(yōu)點：提高氣門座的使用壽命，便于更換。 缺點：導(dǎo)熱性差，加工精度高，脫落時易造成嚴(yán)重事故。氣門座圈6/29/2022313、氣門導(dǎo)管1功用 對氣門的運動導(dǎo)向，保證氣門作直線往復(fù)運動，使氣門與氣門座或氣門座圈能正確配合與開閉。此外，氣門導(dǎo)管還在氣門桿與汽缸蓋之間起導(dǎo)熱作用。2工作條件及材料 氣門導(dǎo)管的工作溫度較高，而且潤滑條件較差，靠配氣機(jī)構(gòu)工作時飛濺起來的機(jī)油來潤滑氣門桿和氣門導(dǎo)管孔。 氣門導(dǎo)管由灰鑄鐵、球墨鑄鐵或鐵基粉末冶金制造。6/29/202232 氣門與氣門導(dǎo)管間留有的微量間隙，使氣門能在導(dǎo)管中自由運動，

12、配氣機(jī)構(gòu)飛濺出來的適量潤滑油由此間隙對氣門桿和氣門導(dǎo)管進(jìn)行潤滑。該間隙過小，會導(dǎo)致氣門桿受熱膨脹與氣門導(dǎo)管卡死；間隙過大，會使機(jī)油進(jìn)入燃燒室燃燒，產(chǎn)生積炭，加劇活塞、汽缸和氣門磨損，增加潤滑油消耗，同時造成排氣冒藍(lán)煙。為了防止過多的潤滑油進(jìn)入燃燒室，很多發(fā)動機(jī)在氣門導(dǎo)管上安裝有橡膠油封。氣門導(dǎo)管氣缸蓋過盈配合卡環(huán)：防止氣門導(dǎo)管在使用中脫落。伸入深度應(yīng)適量。錐度可減少氣流阻力。氣門導(dǎo)管氣缸蓋卡環(huán)：防止氣門導(dǎo)管在使用中脫落。6/29/2022334、氣門彈簧氣門彈簧的功用是保證氣門復(fù)位。在氣門關(guān)閉時，保證氣門及時關(guān)閉和緊密貼合，同時防止氣門在發(fā)動機(jī)振動時因跳動而破壞密封；在氣門開啟時，保證氣門不因

13、運動慣性而脫離凸輪。為此，氣門彈簧應(yīng)有足夠的剛度和安裝預(yù)緊力。6/29/202234 現(xiàn)在有些車裝兩根彈簧，彈簧內(nèi)、外直徑不同，旋向不同，它們同心安裝在氣門導(dǎo)管的外面，不僅可以提高彈簧的工作可靠性，防止共振的產(chǎn)生，還可以降低發(fā)動機(jī)的高度，而且當(dāng)一根彈簧折斷時，另一根還能繼續(xù)維持工作，不致使氣門落入汽缸中。6/29/202235二、 氣門傳動組氣門傳動組包括凸輪軸、定時齒輪、挺柱，推桿、搖臂、搖臂軸等。氣門傳動組的作用是使進(jìn)、排氣門能按配氣相位規(guī)定的時刻開閉，且保證有足夠的開度。凸輪軸挺柱推桿搖臂凸輪軸正時齒輪搖臂軸6/29/2022361、凸輪軸功用： 驅(qū)動和控制各缸氣門的開啟和關(guān)閉，使其符合

14、發(fā)動機(jī)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)碳鋼、合金鑄鐵、球墨鑄鐵 結(jié)構(gòu)：軸頸斜齒輪凸輪偏心輪正時齒輪斜齒輪：驅(qū)動分電器、機(jī)油泵偏心輪：驅(qū)動汽油泵止推凸緣 止推座凸輪軸襯套6/29/202237觀看視頻：凸輪軸工作過程6/29/202238凸輪凸輪性能： 凸輪與挺柱線接觸，接觸壓力大，磨損快。工作條件：作用：氣門開啟和關(guān)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的運動規(guī)律。承受氣門彈簧的張力，間歇性的沖擊載荷。 外表有良好的耐磨性，足夠的剛度。 6/29/20

15、2239凸輪的輪廓凸輪輪廓與氣門的運動規(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(guān)閉點出現(xiàn)氣門間隙階段緩沖結(jié)束點6/29/2022402、挺柱 1、功用 是將凸輪的推力傳給推桿或氣門桿，并承受凸輪軸旋轉(zhuǎn)時所施加的側(cè)向力。 2、工作條件及材料 工作條件：磨損嚴(yán)重；承受凸輪側(cè)向力。 材料：碳鋼或合金鋼。6/29/2022416/29/202242液力挺柱結(jié)構(gòu)：見右圖 性能： 消除了配氣機(jī)構(gòu)的間隙，減小了各零件的沖擊載荷和噪聲提高發(fā)動機(jī)高速時的性能?？ōh(huán)閥架支承座單向閥柱塞彈簧單向閥彈簧挺桿體柱塞推桿進(jìn)油孔6/29/2022436/29/2022443、氣門推桿作用： 位于挺柱與搖臂之間，將

16、挺柱傳來的推力傳給搖臂。 工作情況： 是氣門機(jī)構(gòu)中最容易彎曲的零件，要求有很高的剛度。 材料： 硬鋁或鋼。6/29/202245 短臂 長臂4、搖臂功用： 搖臂結(jié)構(gòu)示意圖將推桿或凸輪傳來的力改變方向，作用到氣門桿端以推開氣門。搖臂工作條件：承受很大的彎矩，應(yīng)有足夠的強度和剛度以及較小的質(zhì)量。材料：由鍛鋼、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、鋁合金等制造。6/29/202246第三節(jié) 配氣相位及氣門間隙一、配氣相位 以曲軸轉(zhuǎn)角表示的進(jìn)、排氣門開閉時刻及其開啟的持續(xù)時間稱作配氣相位。 以曲軸轉(zhuǎn)角的環(huán)形圖來表示的配氣相位稱為配氣相位圖。6/29/202247 理論上，氣門開關(guān)時刻是在活塞的上下止點處。但實際情況并非

17、如此。由于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速很高，一個行程時間很短。再加上用凸輪驅(qū)動氣門開啟需要一個過程，氣門全開的時間就更短了，這樣短的時間難以做到進(jìn)氣充分，排氣徹底。為了改善換氣過程，提高發(fā)動機(jī)性能，實際發(fā)動機(jī)的氣門開啟和關(guān)閉并不恰好在活塞的上止點和下止點，而是適當(dāng)?shù)奶崆昂蜏?，以延長進(jìn)排氣時間。6/29/202248上止點下止點6/29/2022491進(jìn)氣門的配氣相位發(fā)動機(jī)工作過程中，進(jìn)氣門是在活塞運行到排氣行程上止點之前就開始翻開的，而在活塞運行到進(jìn)氣行程下止點之后才關(guān)閉。從進(jìn)氣門開啟到上止點所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為進(jìn)氣提前角，進(jìn)氣提前角一般用表示，為1030。進(jìn)氣門早開，使得活塞到達(dá)上止點開始向下運動時，因進(jìn)氣

18、門已有一定開度，所以可較快地獲得較大的進(jìn)氣通道截面，減少進(jìn)氣阻力。從下止點到進(jìn)氣門關(guān)閉所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為進(jìn)氣滯后角。進(jìn)氣滯后角用表示，為4080。一方面利用壓力差繼續(xù)進(jìn)氣，活塞到達(dá)下止點時，由于進(jìn)氣阻力的影響，汽缸內(nèi)的壓力仍低于大氣壓，進(jìn)氣門晚關(guān)，利用壓力差可繼續(xù)進(jìn)氣。另一方面利用進(jìn)氣慣性繼續(xù)進(jìn)氣，活塞到達(dá)下止點時，進(jìn)氣氣流還有相當(dāng)大的慣性，進(jìn)氣門晚關(guān)，仍能繼續(xù)進(jìn)氣。6/29/202250 實際進(jìn)氣時刻和延續(xù)時間： 在排氣行程接近終了時，活塞到達(dá)上止點前，即曲軸轉(zhuǎn)到離上止點還差一個角度，進(jìn)氣門便開始開啟，直到活塞越過下止點后時，進(jìn)氣門才關(guān)閉。整個進(jìn)氣過程延續(xù)時間相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)角180+。 -

19、進(jìn)氣提前角 一般=10-30 - 進(jìn)氣延遲角 一般=40-806/29/2022512排氣門的配氣相位在做功行程的后期，活塞到達(dá)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(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為排氣提前角。用表示，一般為4080。恰當(dāng)?shù)呐艢忾T早開，汽缸內(nèi)還有300500Kpa的壓力，做功作用已經(jīng)不大，但利用此壓力使汽缸內(nèi)的廢氣迅速地自由排出。同時等活塞到達(dá)下止點時，汽缸內(nèi)只剩110120kpa的壓力，使排氣沖程所消耗的功率減小。高溫廢氣早排，還可以防止發(fā)動機(jī)過熱。在活塞越過上止點后，排氣門才關(guān)閉。從上止點到排氣門關(guān)閉所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為排氣滯后角。用表示，一般為1030。一方面活塞到達(dá)上

20、止點時，汽缸內(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。同時，活塞到達(dá)上止點時，廢氣流有一定的慣性，利用慣性可繼續(xù)排氣。因此，排氣門適當(dāng)晚關(guān)可使廢氣排得較干凈。6/29/202252實際排氣時刻和延續(xù)時間： 在作功行程接近終了時，活塞到達(dá)下止點前，即曲軸轉(zhuǎn)到離下止點還差一個角度，排氣門便開始開啟，直到活塞越過上止點后時，排氣門才關(guān)閉。整個排氣過程延續(xù)時間相當(dāng)于曲軸轉(zhuǎn)角180+。 - 排氣提前角 一般=40-80 - 排氣延遲角 一般=10-306/29/202253上止點下止點6/29/202254氣門重疊 由于進(jìn)氣門在上止點前即開啟，而排氣門在上止點后才關(guān)閉，這就出現(xiàn)了一段時間內(nèi)排氣門和進(jìn)氣門同時開啟的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為氣門重疊，重疊時期的曲軸轉(zhuǎn)角稱為氣門重疊角。 氣門重疊角等于+。 由于新鮮氣流和廢氣流的流動慣