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1、第三章 换气系统与换气过程,主要内容,3.1 换气系统的作用与组成 3.2 配气机构 3.3 四冲程发动机的配气定时与充气效率 3.4 发动机可变控制技术 3.5 发动机废气涡轮增压 3.6 换气系统的使用维护与常见故障,教学目标与要求 掌握换气系统总体组成、作用与工作原理 掌握配气机构的类型、结构与工作原理 理解四冲程发动机的换气过程 掌握配气相位概念及作用 掌握充气效率概念、意义及其影响因素分析 学会换气系统的拆装 学会配气相位安装及气门间隙调整 理解可变气门控制系统的结构与工作原理 理解发动机废气涡轮增压的结构与工作原理,作用：根据发动机各缸的工作循环和着火次序适时地开启和关闭各缸的进、
2、排气门，使足量的纯净空气或空气与燃油的混合气及时地进入气缸，并及时地将废气排出。,3.1 换气系统的作用与组成,换气系统组成：,1-空气滤清器 2-进气管系 3、4-配气机构 5-排气管系 6-消声器,空气滤清器、进气管系、配气机构、排气管系和消声器。,3.1.1 空气滤清器 1.作用:去除新鲜空气中尘埃和油雾的装置 2.基本结构与工作原理,干式纸滤芯空气滤清器 a）滤清器总成 b）纸滤芯 1-滤芯 2-滤清器外壳 3-滤清器盖 4-金属网 5-打褶滤纸 6-滤芯上盖 7-滤芯下盖,树脂处理过的微孔滤纸,空气滤清器,空气滤清器,(2)带恒温进气装置的空气滤清器,进气预热,发动机冷启动时，温度低
3、于35，4通过控制机构使3关闭1， 打开10.冷空气从8上部的6加热，经10和5进入发动机。当温 度超过53，温度控 制机构使3完全关闭 10，进入5的空气全 部是环境空气。当温 度在35-40时，3部 分开启，两个进气口 均有空气流过。,3. 空气滤清器的分类 （1）按工作原理分: 惯性式-利用气流高速旋转的离心力作用，将空气中的尘埃和杂质分离。 过滤式-利用滤芯材料滤除空气的尘埃和杂质。 （2）按滤芯材料分: 纸滤芯（干、湿式）、铁丝网滤芯等,3.1.2 进气管系,组成: 1)进气总管-空气滤清器至进气支管之间的管道。 2)进气支管-进气总管后向各气缸分配空气的支管。,1-空气滤清器 2-
4、空气流量计 3-进气总管 4-进气支管,进气支管,进气支管的加热方式 （1）利用陶瓷加热器,1-陶瓷热敏电阻加热器 2-密封圈 3-密封垫 4-进气支管,温度升高，电阻增大，温度 升高到180时，电阻无穷大， 切断电源，停止加热。,（2）利用高温排气加热进气,使发动机排气流过进 气管底部对进气加热。,（3）利用循环冷却液加热,1-节气体安装面 2-循环冷却液管 3-进气支管安装面 4-与机体安装面,进气管内设有水套，并与冷却系联通，让冷却液在进气支管水套内循环。,3.1.3 排气管系,组成:排气支管和排气总管。 作用:汇集发动机各缸的废气安全地排入大气中。,1-排气支管 2-排气总管 3-催化
5、转化器 4-排气温度传 感器 5-副消声器 6-后排气管 7-主消声器 8-排气尾管,排气管系,排气总管,催化转化器,排气歧管,分类：根据发动机排气管数分为单排气系统（直列，部分V型）和双排气系统（V型）。,V形发动机排气管布置 a）单排气系统 b）双排气系统 1-发动机 2-排气支管 3-叉形管 4-催化转化器 5-排气总管 6-消声器 7-排气尾管 8-连通管,3.1.4 消声器,作用：减小排气噪声和消除废气中的火焰或火星，使废气安全地排入大气。 （排气门刚打开时，排气压力达0.30.5MPa，温度约600800。）。,噪声； 火星,1-排气入口 2-外壳 3-多孔管 4-隔板 5-排气出
6、口,基本原理： 通过多次地变动排气气流方向或重复地使气流通过收缩又扩大的断面，或将气流分割为许多小的支流并沿着不平滑的平面流动等方法，以消耗废气中的能量，衰减排气气流的压力波，降低噪声。,消声器,3.2 配气机构,根据发动机工作循环和点火次序，适时地开启和关闭各缸的进、排气门，使纯净空气或空气与燃油的混合气及时地进入气缸，废气及时地排出。 进饱排净：进气量尽可能的多；废气要排除干净。 当进排气门关闭时，保证气缸密封。,3.2.1 配气机构的作用,3.2.2 配气机构总体组成与工作原理,1配气机构总体组成 顶置双凸轮轴齿形带传动 1）气门组件9,11 2）气门驱动机构8 3）进排气凸轮轴6,10
7、 4）凸轮轴传动机构1,3，4，5 1-曲轴正时皮带轮 2-中间轴正时皮带轮 3-齿形皮带 4-张紧轮 5-凸轮轴传动皮带轮 6-进气凸轮轴 7-凸轮8-液压挺柱 9-进气门组件10-排气凸轮轴 11-排气门组件,液 压 挺 柱,气门弹簧,气门弹簧座,摇臂与摇臂轴,5凸轮轴正时齿形带轮 6凸轮轴油封 7半轴键 8凸轮轴 9液力挺柱 10气门锁片 11上气门弹簧座 12气门弹簧 13气门油封 14气门导管 15进气门座圈 16排气门座圈 17排气门 18进气门,配气机构,顶置 侧置-（淘汰）,3.2.3 配气机构的分类,1.按气门的布置 位置分,1）气门顶置,结构： 由凸轮、挺柱、推杆、摇臂、气
8、门和气门弹簧等组成。 特点： 进气阻力小，燃烧室结构紧凑，气流搅动大，能达到较高压缩比 目前国产汽车发动机都采用气门顶置式配气机构,2）气门侧置,组成： 由凸轮、挺柱、气门和气门弹簧等组成。省去推杆、摇臂，结构简化 特点： 进、排气门在气缸一侧，压缩比受到限制，进排气门阻力较大 发动机的动力性和高速性均较差，已被淘汰。,2.按凸轮轴的布置位置分,下置 中置 上置,1）下置 凸轮轴位于曲轴箱内 ； 凸轮轴离曲轴近，可以用一对齿轮传动； 传动链长，零件多，机构刚度差，高速动力学性能差； 已趋于淘汰，转速较低的国产轻、中型发动机还有应用 。,2、中置 凸轮轴位于气缸体上部； 经挺柱直接驱动摇臂，省去
9、推杆 ； 减小了往复运动质量，增大了机构刚度，适用于较高转速的发动机 。 3、上置 凸轮轴布置在气缸盖上； 没有推杆，传动链短，运动件少，机构刚度大，适合高速机， 凸轮轴与曲轴距离长，动力传动机构复杂。,广泛用于轿车。,3.按曲轴和配气凸轮轴的传动方式分,链传动 适用于凸轮轴上置的配气机构， 可靠性和耐久性不如齿轮传动。 需要链条张紧装置和导向装置。 齿形带传动 张力可由张紧轮进行调整。 噪声小，结构质量较轻，成本较低。,齿轮传动 凸轮轴下置，中置配气机构大多采用圆柱形正时齿轮传动。 一般只需一对正时齿轮传动，为了啮合平稳，减小噪声，多用斜齿轮。,4.按每缸气门数目及排列方式分,2气门 每缸两
10、个气门，即进/排气门 为改善换气，应尽量加大气门的直径，特别是进气门的直径。由于燃烧室尺寸的限制，气门直径最大一般不能超过气缸直径的一半。,4气门 当气缸直径较大，活塞速度较高时，每缸一进一排的结构不能保证良好换气质量。因此，很多新型汽车发动机上多采用每缸四个气门结构。 气门排列的方式有两种 ：同名气门排成两列 、同名气门排成一列,五气门（3进2排）,5、根据气门驱动方式,1）摇臂驱动、单凸轮轴上置式配气机构,摇臂的材料一般为中碳钢，也有的用球墨铸铁或合金铸铁,2）摆臂驱动、凸轮轴上置式配气机构,由于摆臂驱动比摇臂驱动刚度更好，有利于高速发动机，因此在轿车发动机上的应用比较广泛。,3）直接驱动
11、、凸轮轴上置式配气机构,凸轮通过吊杯形机械或液力挺柱驱动气门。 与上述各种形式的配气机构相比，直接驱动式配气机构的刚度最大，驱动气门的能量损失最小。,3.2.4 配气机构主要组件结构原理,配气机构主要组成 1.气门组件 2.凸轮轴组件 3.凸轮轴传动机构 4.气门驱动机构,1气门组件：由气门、气门座、气门导管、气门弹簧、气门锁夹等零件组成,1-气门锁夹 2-气门弹簧座 3-气门弹簧 4-气门油封 5-气门弹簧垫圈 6-气门导管 7-气门 8-气门座 9-气缸盖,气门组件,42,气门锁片,上气门弹簧座,气门弹簧,气门油封,气门导管,排气门座,进气门座,排气门,进气门,（1）气门,工作条件：进气门
12、570K670K，排气门1050K1200K，头部承受气体压力、气门弹簧力等，冷却和润滑条件差，被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀 要求 足够的强度、刚度、耐磨、耐高温、耐冲击 材料 进气门：合金钢（铬钢或镍铬等） 排气门：耐热合金钢（硅铬钢等）,功用:与气门座相配合，对气缸进行密封 ；按工作循环的要求定时开启和关闭，使新鲜气体进入，使废气排出 。,气门油封,杆身:在气门导管内起导向作用,45,气门传热,气门密封锥面必须严密贴合：研磨气门与气门座圈； 气门杆与气门导管配合间隙小：减少热阻。,气门锥角,气门头部与气门座圈接触的锥面与气门顶部平面的夹角。,锥角作用： A、获得较大的气门座合压力，提高
13、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。,装配前应将密封锥面研磨。,边缘应保持一定的厚度，13mm。,气门头部的结构形式,气门实物图,进气门（大）,排气门（小）,为什么进气门比排气门大?？,由于进气是被“吸”进去的，而排气是“推”出去的：因此进气比排气更困难，而且进气越多，燃烧得越好，发动机的性能就更好。因此，一般都将进气门设计得比排气门大，以降低进气难度，提高进气量。,2）气门导管,功用： 导向作用，保证气门作直线往复运动。 导热作用，将气门头部传给杆身的热量，通过气缸盖传出去。,工作条件：工作温度较高，约500K。润滑困难，易磨损。 材料：
14、 用含石墨较多的铸铁，能提高自润滑作用。,3）气门座： 气门座与气门头部密封锥面配合密封气缸，气门头部的热量亦经过气门座外传。 4）气门弹簧： 保证气门回位 关闭时：保证气门与气门座之间的密封 开启时：保证气门不因运动时产生的惯性力而脱离凸轮。 气门弹簧多为圆柱形螺旋弹簧,气门座,双气门弹簧，弹簧内、外直径不同，旋向不同，它们同心安装在气门导管的外面，不仅可以提高弹簧的工作可靠性，防止共振的产生，还可以降低发动机的高度。,气门座,5）弹簧座和锁夹,弹簧座：承受弹簧力并通过锁夹传给气门杆 锁夹（锁销）：连接气门杆和气门座,2.凸轮轴组件：由凸轮轴、凸轮轴衬套和止推凸缘等组成。,1-螺栓 2-垫圈
15、 3-正时齿轮 4-止推凸缘 5-止推座 6-凸轮轴衬套 7-凸轮轴 8-驱动汽油泵的偏心轮 9-驱动分电器的螺旋齿轮 10-凸轮轴轴颈 11-凸轮,凸轮轴7通过衬套6支撑在机体上，并由3驱动。,凸轮轴,作用： 驱动和控制各缸气门的开启和关闭，使其符合发动机的工作顺序、配气相位和气门开度的变化规律等要求。 工作条件： 承受气门间歇性开启的冲击载荷。 材料： 优质钢、合金铸铁、球墨铸铁 结构：,凸轮,斜齿轮：,驱动分电器、 机油泵,偏心轮：,驱动汽油泵,曲轴每旋转两圈，凸轮轴转一圈。,从各缸进、排凸轮的排列，可以判断出发动机的工作顺序。如图四缸为1243,2,凸轮轮廓与气门的运动规律,气门开启点
16、,消除气门间隙阶段,气门升程最大时刻,气门关闭点,出现气门间隙阶段,缓冲结束点,凸轮轴的轴向定位：为了防止轴向窜动，需轴向定位。 调整止推片2的厚度，可控制其轴向间隙大小。,1-正时齿轮 2-止推片 3-凸轮轴颈,3、凸轮轴的传动机构,A、齿轮传动：应用在下置凸轮轴发动机。采用斜齿齿轮。,B、链条和齿形皮带传动：链条传动噪声小，用于中置式或顶置式凸轮轴发动机。,曲轴正时齿形带轮,中间轴齿形带轮,张紧轮,凸轮轴正时齿形带轮,中间轴，是汽车变速箱里的一根轴，轴本身与齿轮为一体，作用是将一轴和二轴连接，通过换挡杆的变换来选择与不同的齿轮啮合，使二轴能输出不同转速、转向和扭矩。,4.气门驱动机构 是将凸轮轴的旋转运动变为气门 往复运动的机构。 主要由气门挺柱、推杆、 摇臂、摇臂轴、气门间 隙调整螺钉和液压挺柱,1-凸轮轴 2-挺柱 3-推杆 4-摇臂轴 5-锁紧螺母 6-调整螺钉 7-摇臂 8-气门锁夹 9-气门弹簧座 10-气门弹
