發(fā)動機配氣機構授課課件 概述配氣機構的構造氣門間隙配氣相位配氣機構的組成和零件 配氣機構的功用功用：按發(fā)動機所進行的工作循環(huán)和發(fā)火次序的要求，定時開啟和關閉進、排氣門，使新鮮的可燃混合氣得以及時進入氣缸，廢氣得以及時排出氣缸。新鮮的可燃混合氣進入氣缸的愈多，發(fā)動機可能發(fā)出的功率就愈大。由于進氣阻力，殘余廢氣以及溫度升高等因素，進入氣缸內(nèi)新鮮氣體的體積，如果換算到進氣口處狀態(tài)的話，將小于氣缸的工作容積。 充氣效率播放 配氣機構的布置及傳動配氣機構組成：氣門組和氣門傳動機構配氣機構可以從不同的角度分類：按氣門的布置形式：主要有氣門頂置式和氣門側置式；按凸輪軸的布置位置：有凸輪軸下置、凸輪軸中置和凸輪軸下置式；按凸輪軸的數(shù)目：有單凸輪軸和雙凸輪軸式；按同一個凸輪所驅(qū)動搖臂數(shù)目：有驅(qū)動單搖臂和驅(qū)動兩個搖臂式；按凸輪軸的傳動方式：有齒輪傳動和鏈條傳動以及齒形帶傳動方式；按每氣缸的氣門數(shù)目，有二氣門、三氣門式、四氣門、五氣門式等。 氣門的布置形式四行程汽油機的氣門有氣門頂置和氣門側置兩種形式。 凸輪軸頂置凸輪軸布置在氣缸蓋上，這樣布置使氣門的傳動更輕便靈活、功率響應迅速，特別適用于高速發(fā)動機。氣門傳動零件少，質(zhì)量小，不僅減小了氣門傳動機構的慣性力，而且彎曲變形的零件數(shù)也減少了。凸輪軸與曲軸距離長，動力傳動機構復雜。 1、凸輪軸下置有利因素：簡化曲軸與凸輪軸之間的傳動裝置（齒輪傳動），有利于發(fā)動機的布置。不利因素是什么？凸輪軸與氣門相距較遠，動力傳遞路線較長，環(huán)節(jié)多，因此不適用于高速發(fā)動機。 2、凸輪軸中置式傳動方式：凸輪軸經(jīng)過挺柱直接驅(qū)動搖臂，省去了推桿。應用：適用于發(fā)動機轉速較高時，可以減少氣門傳動機構的往復運動質(zhì)量。凸輪軸挺柱活塞搖臂調(diào)整螺釘 3、凸輪軸上置式應用：高速發(fā)動機如：桑塔納轎車發(fā)動機凸輪軸凸輪軸活塞特點：凸輪軸與氣門距離近，不需要推桿、挺柱，使往復運動的慣量減少。雙凸輪軸上置式發(fā)動機 凸輪軸的傳動方式氣門的運動必須同活塞的位置相匹配，凸輪軸傳動機構的作用是使凸輪軸和氣門按活塞的位置正常工作，為此，凸輪軸的轉速應是曲軸轉速的一半，所以傳動機構應有減速功能。其傳動比為2：1。1．齒輪傳動2．鏈傳動3．同步帶傳動播放 傳動方式圖例 鏈傳動的機械自動張緊機構圖示為重型鏈傳動雙棘爪式鏈條自動張緊機構。張緊器包括凸緣安裝塊1，其突出部分為矩形截面；圓柱形的滑動塊2上開有一個狹長的矩形中心槽與凸緣安裝塊1相配合。滑動塊2的外圓柱面與鏈輪的內(nèi)圓面配合并支撐鏈輪，其中預緊彈簧12安裝在凸緣安裝塊1矩形截面一端的孔內(nèi)。因此，預緊彈簧12推動滑動塊2和鏈輪6緊緊地壓靠在鏈條上，保證其張緊狀態(tài)。 鏈傳動的液壓自動張緊機構張緊器是由擰進氣缸蓋中的柱塞套7、支承單向閥3的蓋螺母1、推力柱塞6、預緊彈簧4及溢流閥8等組成。預緊彈簧4對柱塞6施加的軸向推力迫使它將張緊滑軌10輕壓到滾子鏈11上。當發(fā)動機運行時，來自發(fā)動機潤滑系統(tǒng)的機油從氣缸蓋的油道、張緊器的柱塞套和蓋螺母1并通過單向閥3進入柱塞腔。柱塞套7內(nèi)建立的初始機油壓力迫使柱塞6向右移動，引起張緊滑軌10擺動，使鏈條張緊。 同步齒形帶傳動的張緊機構通過彈簧給樞軸板1加上恒定的轉矩，使調(diào)整樞軸板1把張緊輪壓向齒帶的光面，使齒帶張緊并具有正確的張緊力。產(chǎn)生樞軸擺動的彈簧力可由不同類型的彈簧獲得：①壓縮彈簧2(圖3-11a)；②張緊彈簧14(圖3-11b)；③扭簧9(圖3-11c)。圖3-11d為偏心軸套調(diào)整式張緊器。這時同步齒形帶8的張緊是利用偏心軸套11進行的。圖3-12為彈簧加載的滑板式帶傳動的張緊機構。圖3-12a所示的張緊器，其張緊輪4通過一個軸承支柱2安裝在滑動板3上。同步齒形帶5的張緊是通過松開緊固在狹長調(diào)整孔中的螺栓或螺母使預緊的壓縮彈簧6伸張，直至以預定的力把張緊輪推向同步齒形帶5的光面，然后再次擰緊鎖緊螺母，以使滑動板3維持在其調(diào)整好的位置上。另一種同步齒形帶5的張緊輪有一個凸輪8在調(diào)整之前釋放同步齒形帶上的張力，以便它可輕松地滑落或推向帶槽的張緊輪而不破壞同步齒形帶5的纖維結構。 常用氣門頂置配氣機構的類型氣門頂置，下置凸輪軸（OHV）氣門頂置，上置凸輪軸（OHC）氣門頂置，雙搖臂，上置凸輪軸（OHV/OHC）氣門頂置，上置雙凸輪軸（OHV/DOHC）單頂置凸輪軸(SOHC)Singleoverheadcamshaft雙頂置凸輪軸(DOHC)DualOverHeadCamshaft 三氣門的排列方式及氣門的傳動排列方式一般是同名氣門排成一列，采用單頂置凸輪軸時兩個進氣門用一個叉形搖臂來驅(qū)動，采用雙頂置凸輪軸時，由凸輪通過挺柱或下置搖臂直接驅(qū)動氣門。 四氣門的排列方式及氣門的傳動兩種排列方式：一種是四個氣門呈輻射狀排列；另一種是同名氣門軸線互相平行并與氣缸軸線成一定夾角。 氣門間隙氣門工作溫度很高，氣門及其傳動件因溫度升高而膨脹。發(fā)動機在冷態(tài)裝配時，在氣門與其傳動機構中留有適當?shù)拈g隙，以補償氣門及其傳動件受熱后的膨脹伸長量，使氣門在工作狀態(tài)下受熱伸長后，還能與氣門座貼緊，保證具有良好的密封。氣門間隙的大小一般由發(fā)動機制造廠根據(jù)試驗確定。一般在冷態(tài)時，進氣門的間隙為0.25-0.3mm，排氣門的間隙為0.3-0.35mm。使用一定時間后氣門傳動機構會有一定的磨損，磨損后氣門間隙必然增大，在氣門搖臂的一端裝有氣門間隙調(diào)整螺釘，以便根據(jù)需要重新進行調(diào)整。氣門間隙 配氣相位進、排氣門實際開啟時刻到關閉時刻，相對于曲拐所轉過的角度稱為配氣相位。通常用曲軸轉角的環(huán)形圖來表示，這種圖形稱為配氣相位圖。配氣相位圖是表示曲軸旋720°氣門的工作過程，為了簡化起見把它畫在一個圖形中(360°)。配氣相位角 1、用曲軸轉角表示的進、排氣門的實際開閉時刻和開啟的持續(xù)時間，稱為配氣相位。?10°~30°?40°~80°?40°~80°?10°~30°上止點下止點 配氣相位角進氣過程持續(xù)時間排氣過程持續(xù)時間進氣門提前開啟的目的，是為了保證進氣行程開始時進氣門己開大，新鮮氣體能順利地充入氣缸。進氣門晚關的目的，在壓縮行程開始階段，活塞上移速度較慢的情況下，仍可以利用氣流慣性和壓力差繼續(xù)進氣。排氣提前開啟的原因是：作功行程末期，氣體雖有0.3-0.4MPa的壓力，但作用不大。排氣門遲關的原因是：利用排氣時氣流的慣性，可以便廢氣排放得較干凈。 氣門重疊角活塞在排氣上止點時進氣門已經(jīng)開大，而排氣門還未有關閉，這就是說活塞在排氣上止點附近的一定轉角范圍內(nèi)，排氣門和進氣門都同時開啟，這種現(xiàn)象稱為氣門重疊，氣門重疊時的曲軸轉角稱為氣門重疊角。由于在排氣過程中，廢氣都向排氣口流動，排氣流有一定的慣性，在短時間內(nèi)不會改變流向，使進氣門周圍產(chǎn)生一定的真空度，且此時進、排氣門開啟得都很小，因此只要氣門重疊角選擇得合適，就不會有廢氣流入進氣管或新鮮可燃氣被排出的現(xiàn)象，這對于換氣是有利的。氣門重疊角的大小發(fā)動機轉速有關，高速發(fā)動機大一些，低速發(fā)動機則小一些。但應注意，如果氣門重疊角選擇過大，發(fā)動機在小負荷運轉時，節(jié)氣門開啟很小，進氣管內(nèi)壓力很低時，就可能出現(xiàn)廢氣倒流進氣管，致使新鮮可燃氣進入量減少。 氣門組氣門組包括氣門、氣門導管，氣門座及氣門彈簧等零件。氣門組應保證氣能實現(xiàn)氣缸的密封。氣門：頭部與氣門座之間必須貼合嚴密；氣門導管：保證氣門上下運動靈活且有良好的導向作用；氣門座：保證氣門頭部正確貼合在氣門座上不偏斜；氣門彈簧的彈力應足以克服氣門及其傳動件的運動慣性力，使氣門能迅速關閉．并保證氣門與氣門座有一定的接觸應力。 氣門組實物圖 1）氣門功用：燃燒室的組成部分，是氣體進、出燃燒室通道的開關，承受沖擊力、高溫沖擊、高速氣流沖擊。工作條件：A、進氣門600K~700K，排氣門800K~1100K。B、頭部承受氣體壓力、氣門彈簧力、傳動慣性力等，C、冷卻和潤滑條件差，D、被氣缸中燃燒生成物中的物質(zhì)所腐蝕。性能：強度和剛度大、耐熱、耐腐蝕、耐磨進氣門570K~670K（鉻鋼或鉻鎳鋼）排氣門1050K~1200K（硅鉻鋼）頭部桿部 氣門頭部的結構形式平頂式結構簡單，制造方便，吸熱面積小，質(zhì)量也較小，進、排氣門都可采用。凸頂式（球面頂）適用于排氣門，因為其強度高，排氣阻力小，廢氣的清除效果好，但球形的受熱面積大，質(zhì)量和慣性力大，加工較復雜。凹頂式（喇叭頂）凹頂頭部與桿部的過渡部分具有一定的流線形，可以減少進氣阻力，但其頂部受熱面積大，故適用于進氣門，而不宜用于排氣門。 氣門彈簧功用：克服氣門及其傳動機構在工作過程中的運動慣性力，保證氣門能隨配氣凸輪的轉動及時開啟和關閉，關閉后能與氣門座緊密貼合。為此，氣門彈簧應具有一定的剛度和安裝預緊力。材料：采用高錳鋼(65Mn)、鉻釩鋼(50CrVA)等冷拔鋼絲，加工成彈簧后需進行熱處理。鋼絲表面要進行拋光或噴丸處理，借以提高耐疲勞強度，增強彈簧的工作可靠性。共振：采用變螺距圓柱螺旋彈簧同一個氣門采用同心安裝的內(nèi)外兩根彈簧。錐形彈簧 氣門導管作用：為氣門的運動導向，保證氣門直線運動兼起導熱作用。工作條件：工作溫度較高，約500K。潤滑困難，易磨損。材料：用含石墨較多的合金鑄鐵或粉末冶金材料，能提高自潤滑作用。加工方法：外表面加工精度較高，內(nèi)表面精絞裝配：氣門桿與氣門導管間隙0.05～0.12mm。氣門導管氣缸蓋過盈配合卡環(huán)：防止氣門導管在使用中脫落。倒角伸入深度應適量。錐度可減少氣流阻力。 彈簧結構錐形彈簧 氣門旋轉為了改善氣門和氣門座密封面的工作條件，可設法使氣門在工作中能相對氣門座緩慢旋轉、這樣可使氣門頭沿圓周溫度均勿，減小氣門頭部熱變形。氣門自由旋轉機構的氣門鎖片并不直接與彈簧座接觸，而是裝在一個錐形套筒中。氣門強制旋轉機構：氣門升起時，不斷增大的氣門彈簧力將碟形彈簧壓平而迫使鋼球沿著凹槽的斜面該動，帶著碟形彈簧、支承、氣門彈簧和氣門一起轉過一個角度播放 氣門驅(qū)動組1、組成：凸輪軸、挺柱、推桿、搖臂。2、功用：定時驅(qū)動氣門開閉，并保證氣門有足夠的開度和適當?shù)臍忾T間隙。凸輪挺柱推桿搖臂凸輪軸正時齒輪搖臂軸 凸輪軸凸輪軸的作用：按發(fā)動機一定的工作次序和配氣相位及時開、閉進排氣門，保證氣門升程，驅(qū)動機油泵、斷電器等附件。凸輪軸驅(qū)動氣門間歇開啟，受到周期性的沖擊負荷，凸輪與其從動件接觸應力大，相對滑動速度高；因此要求凸輪表面耐磨，凸輪軸有足夠的剛度和韌性，凸輪和軸頸耐磨和良好潤滑。凸輪軸一般用優(yōu)質(zhì)合金鋼(如鉻鉬合金鋼)經(jīng)模鍛制成，也可以采用合金鑄鐵或球墨鑄鐵鑄造，凸輪和軸頸表面一般要經(jīng)熱處理后精磨，以改善其耐磨性能，并保證氣門的升程特性正確。凸輪軸結構支承軸頸：全支承、部分支承凸輪驅(qū)動其它裝置的凸輪、齒輪軸頸凸輪 凸輪工作條件：承受氣門彈簧的張力，間歇性的沖擊載荷。凸輪性能：表面有良好的耐磨性，足夠的剛度、韌性。凸輪與挺柱線接觸，接觸壓力大，磨損快。 同名凸輪的相對角位置同一氣缸的進、排氣凸輪的相對角位置是與相應的配氣相位相對應的。四缸發(fā)動機凸輪投影點火順序：1—2—4—3 凸輪的輪廓凸輪輪廓應保證氣門的運動規(guī)律符合配氣相位的要求氣門開啟點消除氣門間隙階段氣門升程最大時刻氣門關閉點出現(xiàn)氣門間隙階段緩沖結束點 凸輪軸的軸向定位：作用：為了防止凸輪軸在工作中產(chǎn)生軸向竄動和承受斜齒輪產(chǎn)生的軸向力。正時齒輪止推板隔圈（調(diào)節(jié)環(huán)）凸輪軸頸凸輪軸的軸向間隙氣缸體利用調(diào)節(jié)環(huán)控制軸向竄動竄動量 奧迪轎車所采用的液壓挺柱挺柱體9由上蓋和圓筒組成。液壓缸12的外圓與挺柱內(nèi)導向孔相配合，內(nèi)孔則與柱塞11配合，兩者都有相對運動。當球閥5關閉柱塞中間孔時，可將挺柱分成兩個油腔，上部的低壓油腔6和下部的高壓油腔1。當圓筒挺柱體9上的環(huán)形油槽與缸蓋上的斜油孔4對齊時，發(fā)動機潤滑系中的機油經(jīng)量油孔3、斜油孔4和環(huán)形油槽流入低壓油腔6。高壓油腔與低壓油腔被分隔開。整個挺柱如同一個剛體一樣下移，推開氣門并保證了氣門應到達的升程。 桑塔納發(fā)動機液壓挺柱工作示意圖氣門關閉時氣門打開時單向閥彈簧被壓縮 推桿推桿的作用是將從凸輪軸經(jīng)過挺柱傳來的推力傳給搖臂，它是氣門機構中最易彎曲的零件，要求有很高的剛度。推桿可以是實心或空心的。硬鋁棒制成的推桿，推桿兩端配以鋼制的支承。鋼管制成的推桿，有球頭是直接鍛成的，然后經(jīng)過精磨加工；也有球支承則是壓配的，并經(jīng)淬火和磨光。 搖臂搖臂：是一個雙臂杠桿，中間的圓孔套在搖臂軸上作為支點，一端壓在氣門桿端，另一端與凸輪或推桿接觸，接受凸輪傳來的力，使力作用到氣門尾部，以推動氣門作往復直線運動。搖臂比：搖臂兩臂長的比值約為1.0：1.5，其中長臂一端用來推動氣門，以增大氣門升程。