第四章-配氣機(jī)構(gòu)課件

配氣機(jī)構(gòu)功用

按照發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序和工作循環(huán)的要求定時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉各缸的進(jìn)、排氣門(mén)使新鮮可燃混合氣(汽油機(jī))或空氣(柴油機(jī))得以及時(shí)進(jìn)入氣缸，廢氣得以從氣缸及時(shí)排除。7/23/20231武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院充氣效率

充氣效率ηv=M/Mo

M：在進(jìn)氣行程中實(shí)際進(jìn)入氣缸內(nèi)新氣質(zhì)量

Mo：在進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣狀態(tài)下，充滿氣缸工作容積的新氣質(zhì)量

對(duì)充氣效率的分析

ηv<1（一般為0.8~0.9）提高ηv方法

1、減少進(jìn)氣和排氣阻力

2、進(jìn)排氣門(mén)的開(kāi)啟時(shí)刻3、和持續(xù)開(kāi)啟時(shí)間適當(dāng)。7/23/20232武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院組成氣門(mén)組氣門(mén)傳動(dòng)組凸輪軸挺柱推桿搖臂氣門(mén)與氣門(mén)座氣門(mén)導(dǎo)管氣門(mén)彈簧7/23/20233武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院配氣機(jī)構(gòu)類(lèi)型氣門(mén)頂置式氣門(mén)布置形式氣門(mén)側(cè)置式凸輪軸下置式凸輪軸布置位置凸輪軸中置式凸輪軸上置式齒輪傳動(dòng)式凸輪軸傳動(dòng)方式鏈傳動(dòng)式齒形帶傳動(dòng)式7/23/20234武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院搖臂驅(qū)動(dòng)式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)形式擺臂驅(qū)動(dòng)式直接驅(qū)動(dòng)式兩氣門(mén)式每缸氣門(mén)數(shù)及其排列方式多氣門(mén)式4氣門(mén)5氣門(mén)3氣門(mén)7/23/20235武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院凸輪軸下置凸輪軸中置氣門(mén)頂置挺柱挺柱推桿搖臂搖臂7/23/20236武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院下置凸輪軸式1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）凸輪軸裝在曲軸箱內(nèi)，而搖臂軸裝在氣缸蓋上，兩者相距較遠(yuǎn)，推桿較長(zhǎng)。（2）凸輪軸距曲軸較近，兩者之間采用正時(shí)齒輪傳動(dòng)。7/23/20237武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院中置凸輪軸式配氣機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為1、凸輪軸位于氣缸體的上部2、推桿較短，運(yùn)動(dòng)慣性小。3、也可省去推桿，而由挺柱直接驅(qū)動(dòng)搖臂。7/23/20238武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院?jiǎn)紊现猛馆嗇S(SOHCSingleOverHeadCamshaft

)氣門(mén)頂置搖臂驅(qū)動(dòng)液力挺柱搖臂驅(qū)動(dòng)氣門(mén)頂置7/23/20239武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院凸輪軸上置氣門(mén)頂置擺臂驅(qū)動(dòng)擺臂支座擺臂支座氣門(mén)間隙調(diào)整塊7/23/202310武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院凸輪軸上置式配氣機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為1、凸輪軸位于氣缸蓋上。2、凸輪軸直接通過(guò)搖臂來(lái)驅(qū)動(dòng)氣門(mén)，沒(méi)有挺柱和推桿，使往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣量大大減小，因此它適用于高速發(fā)動(dòng)機(jī)。7/23/202311武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院凸輪軸上置直接驅(qū)動(dòng)挺柱體氣門(mén)頂置7/23/202312武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院4氣門(mén)配氣機(jī)構(gòu)5氣門(mén)配氣機(jī)構(gòu)雙凸輪軸上置直接驅(qū)動(dòng)氣門(mén)7/23/202313武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院配氣機(jī)構(gòu)工作過(guò)程

（1）氣門(mén)打開(kāi)：曲軸通過(guò)正時(shí)齒輪驅(qū)動(dòng)凸輪軸旋轉(zhuǎn)，凸輪軸上的凸起部分通過(guò)挺柱、推桿、調(diào)整螺釘，推動(dòng)搖臂擺轉(zhuǎn)，搖臂的另一端便向下推開(kāi)氣門(mén)，同時(shí)氣門(mén)彈簧進(jìn)一步壓縮。（2）氣門(mén)關(guān)閉：當(dāng)凸輪的凸起部分的頂點(diǎn)轉(zhuǎn)過(guò)挺柱以后，在氣門(mén)彈簧張力的作用下，氣門(mén)開(kāi)度逐漸減小，直至最后關(guān)閉。7/23/202314武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院配氣相位的必要性

定義：用曲軸轉(zhuǎn)角表示的進(jìn)、排氣門(mén)開(kāi)閉時(shí)刻和開(kāi)啟持續(xù)時(shí)間，稱配氣相位。1、因發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高，氣門(mén)開(kāi)啟的理論持續(xù)時(shí)間極短。例如四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速3000r/min時(shí)，一個(gè)行程時(shí)間只有0.01s。2、氣門(mén)開(kāi)啟需要一個(gè)過(guò)程，氣門(mén)全開(kāi)時(shí)間就更短。在這樣短的時(shí)間內(nèi)，難以做到進(jìn)氣充分和排氣干凈，因此實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣門(mén)都要早開(kāi)和晚關(guān)，氣門(mén)開(kāi)啟的持續(xù)角都大于1800。7/23/202315武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院配氣定時(shí)(配氣相位)進(jìn)氣提前角α

：從進(jìn)氣門(mén)開(kāi)到上止點(diǎn)曲軸所轉(zhuǎn)過(guò)的角度.一般為100～300。進(jìn)氣遲后角β

：從進(jìn)氣行程下止點(diǎn)到進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉曲軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度一般為400～800。目的1）利用缸內(nèi)外的壓力差繼續(xù)進(jìn)氣：到下止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)的壓力仍低于大氣壓2）利用氣流的慣性繼續(xù)進(jìn)氣所以進(jìn)氣門(mén)適當(dāng)晚關(guān)可使進(jìn)氣較充分。7/23/202316武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院排氣提前角γ

：從排氣門(mén)開(kāi)啟到下止點(diǎn)曲軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度.一般為400～800。目的1）利用缸內(nèi)外的壓力差繼續(xù)排氣：排氣門(mén)早開(kāi)，氣缸內(nèi)300kPa～500kPa的壓力，使氣缸內(nèi)的廢氣迅速地自由排出。2）減少排氣沖程所消耗的功率：因排氣門(mén)早開(kāi)，廢氣先排出一部分，活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)只剩約110kPa～120kPa的壓力，使排氣沖程所消耗的功率大為減少。

3）高溫氣體的早排，可以防止發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱。7/23/202317武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院排氣遲后角δ

：從上止點(diǎn)到排氣門(mén)關(guān)閉曲軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度.一般為100～300。目的1）利用缸內(nèi)外的壓力差繼續(xù)排氣：因活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)的壓力仍高于大氣壓，可利用缸內(nèi)外的壓力差繼續(xù)排氣。2）利用廢氣流的慣性繼續(xù)排氣：因活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，廢氣流還有一定的慣性，仍能繼續(xù)排氣。所以排氣門(mén)適當(dāng)晚關(guān)可使廢氣排得較干凈。7/23/202318武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院配氣相位圖

7/23/202319武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院部分車(chē)型配氣相位(°)車(chē)

型αβγδ奧迪A62.8L12423882.4L12363881.8L1638388帕薩特B51638388桑塔納2000GSi224448GLi2344487/23/202320武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院液壓挺柱7/23/202321武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院氣門(mén)組

氣門(mén)鎖片上氣門(mén)彈簧座氣門(mén)彈簧氣門(mén)油封氣門(mén)導(dǎo)管排氣門(mén)座進(jìn)氣門(mén)座排氣門(mén)進(jìn)氣門(mén)7/23/202322武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院氣門(mén)組組成及要求組成：

氣門(mén)、氣門(mén)座、氣門(mén)導(dǎo)管、氣門(mén)彈簧，

有的進(jìn)氣門(mén)還設(shè)有氣門(mén)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)要求：氣門(mén)頭部與氣門(mén)座貼合嚴(yán)密氣門(mén)導(dǎo)管與氣門(mén)桿導(dǎo)向良好氣門(mén)彈簧兩端與氣門(mén)桿的中心垂直氣門(mén)彈簧的彈力足夠7/23/202323武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院氣門(mén)氣門(mén)頂面氣門(mén)錐面氣門(mén)錐角氣門(mén)鎖夾槽氣門(mén)尾端面7/23/202324武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院氣門(mén)傳熱氣門(mén)密封錐面必須嚴(yán)密貼合：研磨氣門(mén)與氣門(mén)座圈；氣門(mén)桿與氣門(mén)導(dǎo)管配合間隙小：減少熱阻。7/23/202325武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院特殊氣門(mén)中空氣門(mén)桿氣門(mén)減輕氣門(mén)質(zhì)量減小氣門(mén)運(yùn)動(dòng)慣性力應(yīng)用某些高度強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)充鈉排氣門(mén)冷卻效果明顯應(yīng)用某些風(fēng)冷和轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)鈉熔點(diǎn)：97.8℃

沸點(diǎn)：880℃充鈉鑲裝硬合金鑲裝硬合金7/23/202326武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院氣門(mén)油封7/23/202327武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院兩氣門(mén)進(jìn)氣門(mén)比排氣門(mén)大減小進(jìn)氣阻力增大進(jìn)氣量

3氣門(mén)2個(gè)進(jìn)氣門(mén)，1個(gè)排氣門(mén)排氣門(mén)比進(jìn)氣門(mén)大進(jìn)氣量有明顯增加火花塞很難布置在中央對(duì)燃燒不利

每缸氣門(mén)數(shù)7/23/202328武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院

4和5氣門(mén)現(xiàn)代高性能汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用每缸三、四、五個(gè)氣門(mén)。其中尤以四氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)為數(shù)最多7/23/202329武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院4氣門(mén)5氣門(mén)優(yōu)點(diǎn)

進(jìn)排氣充分,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和功率提高;

氣門(mén)質(zhì)量減輕,運(yùn)動(dòng)慣性力減小,有利提高轉(zhuǎn)速;

火花塞布置在燃燒室中央,有利于燃燒

能明顯增加進(jìn)氣量,比4氣門(mén)還優(yōu)越3個(gè)進(jìn)氣門(mén)和2個(gè)排氣門(mén)，排氣門(mén)比進(jìn)氣門(mén)大缺點(diǎn)

發(fā)動(dòng)機(jī)零件數(shù)量增多,制造成本增加

結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,增加了燃燒室表面積,對(duì)燃燒不利7/23/202330武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院氣門(mén)間隙1、定義:氣門(mén)完全關(guān)閉時(shí)，氣門(mén)桿尾端與氣門(mén)驅(qū)動(dòng)組零件之間的間隙。2、必要性：如果氣門(mén)及其傳動(dòng)件之間，在冷態(tài)時(shí)無(wú)間隙，則發(fā)動(dòng)機(jī)在熱態(tài)，氣門(mén)及其傳動(dòng)件的受熱膨脹將引起氣門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)，造成發(fā)動(dòng)機(jī)在壓縮和作功行程中漏氣，而使功率下降，嚴(yán)重時(shí)甚至不易起動(dòng)。為此，在冷態(tài)時(shí)應(yīng)該留氣門(mén)間隙。3、氣門(mén)間隙過(guò)大和過(guò)小的危害正常：冷態(tài)時(shí)，進(jìn)氣門(mén)0.25mm~0.35mm，排氣門(mén)0.30mm～0.35mm。過(guò)大：（1）傳動(dòng)零件之間及氣門(mén)和氣門(mén)座之間產(chǎn)生撞擊響聲，并加速磨損。（2）使氣門(mén)開(kāi)啟的持續(xù)時(shí)間減少，氣缸充氣和排氣情況變壞。過(guò)?。簾釕B(tài)下使氣門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)而發(fā)生漏氣，導(dǎo)致功率下降，甚至燒壞氣門(mén)。7/23/202331武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院氣門(mén)傳動(dòng)組

正時(shí)齒輪、凸輪軸、氣門(mén)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7/23/202332武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院凸輪軸結(jié)構(gòu)凸輪軸正時(shí)齒形帶輪凸輪軸油封半圓鍵4缸機(jī)凸輪軸凸輪軸的功用1、驅(qū)動(dòng)和控制各缸氣門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉，使其符合發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序、配氣相位及氣門(mén)開(kāi)度變化規(guī)律等要求。2、驅(qū)動(dòng)汽油泵、機(jī)油泵和分電器等。7/23/202333武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院6缸機(jī)凸輪軸雙上置凸輪軸排氣凸輪軸進(jìn)氣凸輪軸軸頸偏心輪排氣凸輪分電器驅(qū)動(dòng)齒輪進(jìn)氣凸輪鍵槽7/23/202334武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院

凸輪軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

適用于中置式和下置式凸輪軸定時(shí)齒輪圓柱螺旋齒輪曲軸定時(shí)齒輪中碳鋼凸輪軸定時(shí)齒輪鑄鐵或夾布膠木嚙合平順、噪聲低、磨損小齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)適用于中置式和上置式凸輪軸鏈條滾子鏈裝有導(dǎo)鏈板、張緊器和張緊輪

保持一定張緊度不產(chǎn)生振動(dòng)噪聲

鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)7/23/202335武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院適用于上置式凸輪軸轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)多采用伸長(zhǎng)量小適合精確定時(shí)傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)噪聲小、質(zhì)量輕、成本低、工作可靠、不需要潤(rùn)滑齒形帶氯丁橡膠齒形帶齒鋼或鐵基粉末冶金不能與水和機(jī)油接觸容易跳齒保持一定張緊力張緊輪和張緊器齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)7/23/202336武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院齒輪傳動(dòng)鏈傳動(dòng)曲軸正時(shí)齒輪凸輪軸正時(shí)齒輪曲軸正時(shí)鏈輪凸輪軸正時(shí)鏈輪定時(shí)記號(hào)7/23/202337武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院齒形帶傳動(dòng)曲軸正時(shí)齒形帶輪凸輪軸正時(shí)齒形帶輪定時(shí)記號(hào)7/23/202338武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院1、齒輪傳動(dòng)（1）齒輪式用于下置式凸輪軸的驅(qū)動(dòng)。（2）汽油機(jī)用一對(duì)正時(shí)齒輪傳動(dòng)7/23/202339武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院柴油機(jī)上凸輪軸與曲軸中心距較大，且需要同時(shí)驅(qū)動(dòng)噴油泵，需加入中間惰輪傳動(dòng)7/23/202340武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院正時(shí)齒輪都用斜齒輪并用不同材料制成，以減小噪聲和磨損。通常小齒輪用中碳鋼，大齒輪柴油機(jī)用鋼而汽油機(jī)用夾布膠木或塑料。7/23/202341武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院1、凸輪（1）凸輪的輪廓（2）結(jié)構(gòu)：凸輪的輪廓保證氣門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉的持續(xù)時(shí)間符合配氣相位的要求。O為凸輪的中心，EA為凸輪的基圓，AB和DA為凸輪的緩沖段，BCD為凸輪的工作段。CODNEAMB7/23/202342武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院（3）工作：當(dāng)挺柱處于EA上時(shí)，氣門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)至A點(diǎn)時(shí)，挺柱開(kāi)始移動(dòng)，在緩沖段AB內(nèi)的某點(diǎn)M處消除氣門(mén)間隙，氣門(mén)開(kāi)始開(kāi)啟，至C點(diǎn)時(shí)氣門(mén)開(kāi)度最大，而后逐漸關(guān)小，至緩沖段DE內(nèi)的某點(diǎn)N時(shí)，氣門(mén)完全關(guān)閉，此后，挺柱繼續(xù)下落，出現(xiàn)氣門(mén)間隙，至E點(diǎn)時(shí)挺柱又處于最低位置。CODNEAMB7/23/202343武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院(4)同名凸輪的相對(duì)角位置凸輪軸上各缸進(jìn)氣(排氣)凸輪，即同名凸輪的相對(duì)角位置與凸輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向、各缸的工作順序和作功間隔角有關(guān)。直列四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)其同名凸輪間的夾角等于作功間隔角的一半，如四缸為900，六四缸為1200，7/23/202344武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院2、凸輪軸軸頸（1）作用：用來(lái)支承凸輪軸。（2）凸輪軸各道軸頸的直徑有的相等，但也有的從前往后逐漸減小，以便于安裝。7/23/202345武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院（1）有的凸輪軸軸頸上有油孔。為一下置式凸輪軸的最后一道軸頸上鉆一與軸平行的通孔。（2）有的凸輪軸軸頸上有油槽，搖臂的潤(rùn)滑是靠該油槽，通過(guò)缸體上的油道輸送潤(rùn)滑油。7/23/202346武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院

搖臂結(jié)構(gòu)搖臂氣門(mén)間隙調(diào)整螺釘縮緊螺母搖臂襯套搖臂(與液壓挺柱聯(lián)用)搖臂支點(diǎn)球座7/23/202347武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院

搖臂工作7/23/202348武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院可變配氣技術(shù)VVT-i，豐田，吸引買(mǎi)主的法寶

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