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1、1,章节内容,第一节 换气过程 第二节 配气机构的功用、类型 第三节 气门组 第四节 气门传动组 第五节 可变配气机构简介,2,学习目标,知识目标 能简单叙述四冲程发动机的换气过程及其评价指标； 能准确描述换气机构的功用、组成及工作过程； 能简单叙述气门组的组成及主要零件的结构特点； 能正确描述各种凸轮轴传动机构的组成和使用特点。 能正确描述气阀间隙的定义。并了解气阀间隙过大、过小对柴油机的影响。 技能目标 具有换气机构正确组装的能力； 能进行气阀间隙的检查和调整。,3,第一节 换气过程,换气过程:内燃机工作中，不断地用新鲜气体来取代废气的过程。即上一工作循环排气门开启到下一工作循环进气门关闭
2、的过程。 换气过程进行的完善程度对内燃机性能具有极为重要的影响。,4,第一节 换气过程,对换气过程的基本要求是：进气充分，排气干净。 一、换气过程的四个阶段 自由排气阶段 强制排气阶段 进气阶段 气门重叠和燃烧室扫气阶段,5,一、换气过程的四个阶段,图3-1是四冲程发动机换气过程中，气缸内气体压力p、排气管内压力po随曲轴转角的变化情况。,6,一、换气过程的四个阶段,自由排气阶段 从排气门开启到气缸内压力降到接近排气管内压力为止，称为自由排气阶段，这一阶段靠压力差排气。 由于自由排气阶段排气的流速很高，排出的废气约占其总量的6070。 自由排气阶段一般在下止点后1030（曲柄转角）之间结束。,
3、7,一、换气过程的四个阶段,强制排气阶段 从自由排气结束到排气门关闭为止，活塞从下止点向上止点移动，将废气驱赶出气缸，这一阶段称为强制排气阶段。 此阶段，缸内气体状态由活塞速度、排气门通流截面以及排气管内的气体状态共同决定。 当活塞接近上止点时，由于排气系统的阻力，缸内的废气压力仍高于大气压力，废气可依靠流动惯性继续排气。 在这个阶段的末期，排气门相对于上止点要延迟一个角度关闭，实现惯性排气，使缸内的废气尽量排得干净。,8,一、换气过程的四个阶段,进气阶段 从进气门开启到进气门关闭，这一阶段称为进气阶段。 当活塞从上止点向下止点移动时，随气缸内的容积增大气缸内压力下降，当气缸内压力低于进气管内
4、压力时，新鲜气体开始流入气缸。 气缸内气体状态取决于活塞运动速度、进气门开启规律以及进气管内的气体状态。 当活塞到达下止点时，利用进气的流动惯性仍可以增加进气量，所以进气门都延迟至下止点后关闭。,9,一、换气过程的四个阶段,气门叠开和燃烧室扫气阶段 活塞在换气上止点附近时，进、排气门同时开启，即“气门叠开”，形成燃烧室扫气阶段。 适当的气门叠开时间，有利于提高换气效果。,10,二、充气系数V,为了评价内燃机换气过程的完善程度，引入了充气系数V的概念。 充气系数V是每循环实际进入气缸的新鲜气体量（实际进气量）g与在进气状态下充满气缸工作容积的新鲜气体量（理论进气量）o之比。即 充气系数V也称气缸
5、容积效率。 V越大，表示实际进入气缸中的新鲜气体量越多，也就是换气过程越完善，气缸工作容积的利用率越高。 一般，柴油机的V .，汽油机的V .。,11,二、充气系数V,影响充气系数V的因素主要有： 压缩比 压缩比增加，燃烧室容积相对减小，缸内残余废气量减少，使充气系数V有所增加。（ V ） 进气结束时缸内气体温度a 新鲜气体在进气过程中与高温零件接触被加热，进缸后与残余废气混合再被加热，致使进气结束时气体温度a升高，密度减小，使充气系数V 下降。 （aV ） 排气终点压力Pr 排气终点压力Pr越高，说明缸内残余废气量越多，使充气系数V降低。（ Pr V ）,12,二、充气系数V,影响充气系数V
6、的因素主要有： 进气终点压力pa 进气终点压力Pa越高，缸内新鲜气体密度越大，充气系数V越高。 （ pa V ） 转速 当转速较低时，进气气流流速低， 惯性进气少，V较低。 但随转速的增加，进气流速上升， 惯性进气量增大，V上升，并在某一转速下 达到最大值。 继续增加转速，由于节流阻力增大，将使V下降。如图-所示。,13,二、充气系数V,影响充气系数V的因素主要有：,14,第二节 配气机构的功用与类型,1.配气机构的功用 按照内燃机的发火次序和各缸工作循环的要求，定时开启和关闭进、排气门，完成换气过程。 2.气门式配气机构组成 由气门组和气门传动组两部分组成。 每组的零件组成与气门的位置、凸轮
7、轴的位置和气门驱动形式等有关。,15,16,17,第二节 配气机构的功用与类型,3.配气机构的类型 （1）按气门布置方式分 气门顶置式,即进、排气门置于气缸盖内，倒置于气缸顶上 特点： 气门布置在气缸盖上 气门行程大，燃烧室紧凑，配气准确，便于进行维护 但结构较复杂。,18,第二节 配气机构的功用与类型,3.配气机构的类型 （1）按气门布置方式分 气门侧置式布置 进排气门都布置在气缸的侧面。,特点： 优点:配气机构传动较简单、缸盖形状简化、发动机高度可降低。 缺点是燃烧室结构不紧凑、进气道曲折、进气阻力大，限制了压缩比的提高，动力性、热效率、经济性都有所下降。 目前很少使用。,19,气门顶置式
8、布置,20,第二节 配气机构的功用与类型,3.配气机构的类型: (2)按照凸轮轴所处的位置不同，配气机构可以分成下置式、中置式和上置式三种。,21,第二节 配气机构的功用、类型,(2)按照凸轮轴所处的位置不同 凸轮轴下置式的配气机构 结构原理如图所示。 凸轮轴置于于曲轴箱内的侧面，其进、排气门都倒置在气缸盖上，发动机工作时，曲轴通过正时齿轮副驱动凸轮轴旋转，凸轮轴再通过挺柱、推杆及摇臂控制气门的开启和关闭。 工作原理演示 配气机构的特点: 凸轮轴传动机构比较简单，但因凸轮至气门的距离较远，必须经过多个零件的传动，因此整个系统的刚度较差。多用于转速较低的发动机 。,22,23,凸轮轴下置式,凸轮
9、轴,挺柱,推杆,摇臂,凸轮轴正时齿轮,摇臂轴,24,凸轮轴下置式的配气机构,25,第二节 配气机构的功用、类型,（2）按照凸轮轴所处的位置不同 凸轮轴中置式的配气机构 凸轮轴置于机体的上部，如图所示。 特点: 减少了推杆长度，从而减轻了配气机构的往复运动质量，增大了机构的刚度 适用于转速较高的发动机。,26,27,第二节 配气机构的功用、类型,（2）按照凸轮轴所处的位置不同 上置凸轮轴式的配气机构 结构原理如图所示。 凸轮轴置于气缸盖上，它可以由凸轮轴直接驱动气门,或由凸轮轴通过摆臂驱动气门,来控制气门的启、闭。 这种配气机构没有中间传动件，使整个系统的刚度大大加强。 工作原理演示1 ,工作原
10、理演示2,28,上（顶）置式凸轮轴,29,上置凸轮轴式的配气机构,a.摇臂驱动、单凸轮轴上置式配气机构,30,上置凸轮轴式的配气机构,b.摆臂驱动、凸轮轴上置式配气机构,31,上置凸轮轴式的配气机构,C.直接驱动、凸轮轴上置式配气机构,32,上置凸轮轴式的配气机构,c.直接驱动、凸轮轴上置式配气机构,33,34,第三节 气门组,四冲程发动机的配气机构一般由气门组和气门传动组组成。 一、气门组 组成： 气门、 气门座、 气门导管、 气门弹簧、 气门弹簧座及锁片。,35,36,37,38,第三节 气门组,一、气门组,39,一、气门,气门的功用、工作条件和要求 功用： 工作中控制进、排气通道的启、闭
11、。头部是用来密封气缸的进、排气通道，杆部是用来为气门的运动导向。,40,一、气门,气门的功用、工作条件和要求 工作条件： 气门的工作条件最恶劣，直接与高温燃气接触，尤其排气门还要受到高温废气的冲刷，加之散热条件很差，所以工作温度很高，排气门头部的平均温度可达600800，排气门杆部可达150250。 气门在落座时还要承受较大的撞击和磨损。 此外燃烧产物还会对气门产生腐蚀。 要求 气门必须有足够的强度、刚度、耐热、耐磨、耐冲击和耐腐蚀性能。,41,第三节 气门组,一、气门的功用、工作条件和要求 结构要求： 气门头部与气门座贴合严密； 气门导管与气门杆上下运动有良好的导向； 气门弹簧的两端面与气门
12、杆的中心线相垂直； 气门弹簧的弹力足以克服气门及其传动件的运动惯性。,42,一、气门, 气门材料 进气门：中碳合金钢、耐热合金钢； 排气门：耐热合金钢； 进气门材料一般采用合金钢（如铬钢或铬镍钢等）而排气门则要求采用耐热合金钢（硅铬钢等）。 为了节省耐热合金钢，有的排气门头部用耐热合金钢，而杆部用普通合金钢制造，然后将二者焊在一起。 还有的在排气门的气门锥面上堆焊或喷涂一层钨钴合金，以提高其硬度、耐磨性、耐热性和耐腐蚀性，达到延长气门使用寿命的目的。,43,一、气门, 气门结构 气门的构造可分为头部和杆部两个部分如图所示。 头部的作用：与气门座配合，对气缸进行密封。 杆部的作用：与气门导管配合
13、，为气门的运动起导向作用。,44,一、气门, 气门结构 气门头部 头部结构形状 气门头顶面：平顶、凸顶（球面顶）和凹顶（喇叭顶） 平顶：机构简单、制造方便。目前使用最多。 凸顶：强度高、排气阻力小、废气的清除效果好。用于排气门。 凹顶：进气阻力小、顶部受热面积大。用于进气门。,45,一、气门, 气门结构 气门头部与气门座的密封面 均被加工成锥面以提高其密封效果。 气门锥角：气门头部与气门座接触的平面，和气门顶平面的夹角。一般为30和450. 锥角作用： A、获得较大的气门头部气门座接触压力，提高密封性和导热性。 B、气门落座时有较好的对中、定位作用。 C、避免气流拐弯过大而降低流速。,46,一
14、、气门, 气门结构 气门锥角： 气门头部与气门座之间的密封锥面在装配前，必须相互研磨，以保证良好的配合。研磨后的气门不能互换。,装配前应将密封锥面研磨。,边缘应保持一定的厚度，13mm。,47,一、气门, 气门结构 为了提高内燃机换气效果，应设法加大气门直径。考虑到进气压力差小于排气压力差，所以多数内燃机的进气门头部直径大于排气门头部的直径。 散热：气门头部的热量是通过气门座和气门导管传递给气缸盖中的冷却水的。为了提高排气门的冷却效果。 有些发动机将排气门制成空心式，空腔的一半左右充填金属钠。,48,一、气门, 气门结构 排气门制成空心式,空腔内充填金属钠. 作用:提高排气门的冷却效果 金属钠
15、的熔点较低（97）。在工作时呈液态，并在腔内激烈振荡，不断地将气门头部的热量传递给气门杆，再经气门导管、气缸盖传递给冷却水。 实验证明采用金属钠冷却的气门可使排气门头部的最高温度降低1015左右。,49,一、气门, 气门结构 气门杆 作用:与气门导管配合，引导气门上下运动。 结构:呈圆柱形,尾端有槽或孔. 要求:有气门杆较高的加工精度，表面经过热处理和磨光，保证同气门导管的配合精度和耐磨性。气门杆与气门头部的连接部分有较大的过渡圆弧，减小应力集中，提高强度，减少热流阻力.,50,一、气门,51,一、气门, 气门结构 气门杆的尾端结构与上气门弹簧座的固定方式。 锁夹式固定 气门杆尾端车有锁夹槽，
16、在锁夹槽中装入两个半圆形锁夹7，锁夹外表面为圆锥面,具有锥形孔的气门弹簧座6安装在锁夹外,在气门弹簧3的支撑下,弹簧座将两个半圆锁夹压在凹槽中联成一个整体,并一起运动（图3-11）。,52,一、气门, 气门结构 气门杆的尾端结构与 气门弹簧座的固定方式。 锁销式固定 在气门杆尾端钻孔，孔内安装圆柱销8，弹簧座制成阶梯形，圆柱销正好卡在凹穴中，在弹簧作用下使圆柱销不会脱落（图3-11b）。,53,一、气门, 气门结构 气门数（按每缸气门数） （1）每缸两个气门，即一个进气门和一个排气门。 （2）每缸多气门技术 为进一步提高内燃机充气系数和升功率，近年来在中、小缸径高速内燃机上（缸径在100mm以下）越来越多地采用多气门技术，即每缸四个气门或五个气门，如图所示。,54,
