第六章配气机构

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1、第六章 配气机构,6.1配气机构 功用： 配气机构是控制内燃机进、排气过程的机构，即呼吸系统。 按气缸的发火顺序和气缸中的工作过程，适时开启和关闭进气阀及排气阀，进入新鲜空气，排出废气。 工作条件： 转速高，若n=1000，四冲程，500次，以很高而变化的速度工作，惯性力和热负荷大，且润滑不良，零件磨损大。 要求： 定时准确； 有足够大的气体流通面积； 振动，噪音小； 工作可靠，寿命长； 结构简单，维修方便。,6.1配气机构的布置及传动配气机构的类型有气阀式，气孔式，气孔-气阀式。 6.1.1气阀式配气机构的布置： 按气阀的布置可分为： 顶置式气阀和侧置式气阀 按凸轮轴的位置可分为： 上置式凸

2、轮和下置式凸轮。 按曲轴和凸轮轴的传动方式可分为 齿轮传动和链条传动,侧置气门式气门机构,3、优缺点：曲轴到气门距离近，方便齿轮传动，气门间隙调整方便，但气道拐弯多，流动阻力大，充气效率低，燃烧室扁平，结构不紧凑，容易爆震，压缩比低。.,1、结构特点：气门布置在气缸体一侧，气门头部朝上，没有摇臂、推杆，下置式凸轮轴，齿轮传动。.,2、工作原理：正时齿轮副带动凸轮轴转动，转到凸轮桃尖顶起气门挺杆，推动气门克服弹簧预紧力开启。凸轮基圆与气门挺杆接触时，气门在气门弹簧预紧力的作用下关闭。.,1.气阀布置形式 顶置式气阀 优点：燃烧室结构紧凑，可减小进，排气系统的阻力。 缺点：传动链的零件多，质量大因

3、而惯性载荷较大。 2凸轮轴布置形式1）下置式凸轮轴 优点：凸轮轴与曲轴距离近，传动方便。 缺点：传动距离远，传动组件多，惯性大，加剧了零件的震动和磨损。,2）上置式凸轮轴 优点：凸轮直接作用于摇臂，省去了挺柱和顶杆 缺点：曲轴到凸轮轴传动机构复杂。,3）顶置式凸轮轴 优点：凸轮轴直接驱动气阀，无惯性载荷的作用。缺点：气阀杆受侧推力的作用磨损大。曲轴列凸轮轴传动复杂，拆装气缸盖也较麻烦。,3气阀数及布置1）每气缸两个气阀的布置 每缸两阀，总是采用较大的气阀道路面积，且进气阀直径大于排气阀直径。 布置方式：,a c,b d,a.合用气道 气阀将机体纵向排成一列相邻两个进气阀或排气阀合用一个气道，气

4、道简化，并可得到较大的气道通道面积； b.交替布置 图 (c) 每缸单独用一个进、排气道，可使气缸均匀冷却，对热负荷较严重的发动机更适宜； c.分开布置 图 (d) 进、排气道分置于机体两侧，以免排气加热进气，而汽油 机为了使汽油更好地雾化，多置于机体一侧。,2）气缸四个气阀的布置 两进，两排，增大进，排通道面积。同名气阀。 a.串联形式 可通用一根凸轮轴及驱动杆传动； 进气阀间的进气效率有差异； 排气阀的热负荷也不相同。 b.并联形式 进气效率与热负荷基本相同； 需用两根凸轮轴传动。 c.斜角布置 可用一根凸轮轴，性能上亦较优越。,6.1.2凸轮轴的传动方式： 1.圆柱齿轮式传动 优点：结构

5、及工艺简单，拆装方便，工艺可靠。 缺点：对于上置式凸轮轴采用齿轮传动时，中间齿轮数多，增加了复杂性和重量。,圆柱齿轮传动的各种方案,2.锥齿轮传动 多用于轻型高速大功率内燃机顶置式凸轮的传动。 特点： 结构紧凑可靠，但很复杂，拆装不方便。 3.链条式传动 上置式凸轮轴气阀机构上，能使气阀机构免受惯性载荷的作用。 特点： 工作可靠性好，但耐性不及齿轮传动装置。,6.2气阀式配气机构的组成及其零件 气阀式配气机构的组成可分为气阀机构和传动机构。 6.2.1气阀机构由气阀、气阀弹簧、气阀导管和气阀座等零件组成 1.气阀 基本结构由阀盘、阀杆组成。反盘上有密封带。 (1)工作条件 a.高温而冷却和润滑

6、困难。排气：900-1100K，进气：600-700K； b.阀盘与阀座受惯性力和弹簧力的作用,气阀机构 气阀导管 气阀 气阀弹簧 气阀座 撞击作用尤其是气阀间隙的存在，冲击负荷显著增加； c.气阀受热膨胀，可引起阀杆在导管中卡住。,配气机构的零件和组件,1、气门组气门、气门座、气门导管、气门弹簧、弹簧座、锁片等零件组成。,要求： 保证气缸的密封。,气门组实物图,1）气门,功用： 燃烧室的组成部分，是气体进、出燃烧室通道的开关，承受冲击力、高温冲击、高速气流冲击。 工作条件： A、进气门600K700K，排气门800K1100K。 B、头部承受气体压力、气门弹簧力、传动惯性力等， C、冷却和润

7、滑条件差， D、被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。 性能： 强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨,进气门570K670K（铬钢或铬镍钢） 排气门1050K1200K（硅铬钢）,头部,杆部,气门头部的结构形式,气门与气门座实物图,进气门,排气门,气门锥角,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。,气门锥角的大小,进气门：一般为30，原因是在相同气门升程情况下，锥角小时进气阻力小；但由于头部

8、边缘较薄，刚度差，密封性及导热性均差。 排气门：一般为45。因其热负荷较大,气门杆,圆柱形，不断做往复运动。,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,气门杆尾部：其形状决定于弹簧座固定方式,凹槽,易断裂处,气门杆弹簧座的固定形式,凹槽（环槽）：安装两半锥形锁片。 锁销孔：用锁销固定。,充钠气门,由于发动机工作时,排气门经常处于高温条件下工作,钠约在970时为液态,具有良好的热传导能力。通过液态纳的来回运动,热量能很快从气门头部传到根部.可降低温度约l00。这样有利于降低混合气自燃的危险,从而握高了气门的使用寿命。 在维修发动时,进、排气门不能修整,只允许研磨。捷

9、达l.6L发动机排气门内部注有钠。,充钠,2）气门座,气门座： 气缸盖的进、排气道与气门锥面相结 合的部位。 作用： 靠其内锥面与气门锥面的紧密贴合密封气缸。 接受气门传来的热量。,气门座,合金铸铁、奥氏体钢,气门座圈： 以较大过盈量镶嵌在气门座上的圆环。 镶嵌式气门座特点： 优点：提高气门座的使用寿命，便于更换。 缺点：导热性差，加工精度高，脱落时易造成严重事故。 汽油机：排气门采用镶嵌式气门座，进气门直接在缸盖镗柴油机：进排气门均采用镶嵌式气门座,铝合金气缸盖为何气门座都要镶嵌气门座圈？,3）气门导管,作用： 为气门的运动导向，保证气门直线运动兼起导热作用。 工作条件： 工作温度较高，约5

10、00K。润滑困难，易磨损。 材料： 用含石墨较多的合金铸铁或粉末冶金材料，能提高自润滑作用。 加工方法： 外表面加工精度较高 ，内表面精绞 装配： 气门杆与气门导管间隙0.050.12mm。,气门导管,气缸盖,过盈配合,卡环：防止气门导管在使用中脱落。,倒角,伸入深度应适量。锥度可减少气流阻力。,4）气门弹簧,功用：保证气门的回位，使气门与气门座紧密贴合。 材料：高锰碳钢、铬钒钢,气门弹簧的装配,气门弹簧,气门弹簧座,锁片,气门弹簧,圆柱形螺旋弹簧,圆柱等螺距弹簧,不等距弹簧,随着有效圈数的减少，自然频率提高。,气门弹簧要避免发生共振（当工作频率和自身频率相等或成某一倍数时），主要措施有：不等

11、距弹簧、双弹簧,提高弹簧自身刚度，改变其自振频率,双弹簧布置,旋向相反的两个弹簧，防止断裂的弹簧卡入另一弹簧，一根折断后另一根可继续工作,应用车型： 奥迪100，捷达，桑塔纳, 广州标致505,5）气门旋转机构,通过发动机运转振动力作用，使气门在气门座上自由的做不规则的旋转的装置，其作用是：减小气门头部受热变形，防止沉积物形成。,锥形套筒,锁片,锁 片,强制旋转机构,弹簧座,气门弹簧,支承板,碟形弹簧,壳体,a菌形 b筒形 c滚轮式,d 液压式 e滚轮摇臂式 各种挺柱,顶杆 顶杆用于顶置式气阀、下置式凸轮轴的配气机构，向摇臂传递凸轮轴经顶柱传来的推力。对于顶杆的要求是刚性好，重量轻。 为了减轻

12、重量，顶杆一般用空心管制成，小型内燃机的顶杆也有用实心钢棒制成的。顶杆上端焊有钢质的凹球形接头与摇臂调节螺钉的球头相配合；下端焊有球形接头，支撑在挺柱的凹球承座内。 摇臂 改变顶杆传递的运动方向以推开气阀。由钢模制造或球墨铸铁制造，摇臂的断面一般为T字形或工字形，以减轻重量并有足够的刚性，摇臂长短臂比值为1.6左右。,6.3配气相位与气阀间隙 6.3.1配气相位,：1030：4070 ：4060：1030,6.3.2气阀间隙 为保证气门关闭严密，通常发动机在冷态装配时，在气门杆尾端与气门驱动零件（摇臂、挺柱或凸轮）之间留有适当的间隙。保证气阀及传动件受热后有伸长的余地。,摇臂结构示意图,气门间

13、隙调节螺钉,调节螺母,摇臂,摇臂轴套,易磨损部位 堆焊耐磨合金,气门间隙 为什么发动机在冷态时必须预留适当大小的气门间隙？ 针对不同气门机构的发动机，如何调整气门间隙？ 原因： 发动机工作时气门及气门传动件受热膨胀，如果冷态时无气门间隙或气门间隙过小，则在热态时势必引起气门关闭不严，造成在压缩和作功行程中漏气，导致发动机功率下降，排气门烧坏，严重时甚至不能起动。气门间隙过大，则会引起气门及气门座、气门传动件之间产生撞击，磨损加剧，机械噪声加大，而且气门开启时刻推迟、关闭时刻提前，换气持续时间缩短，也会导致发动机功率下降。,气门间隙调整螺钉在短摇臂端、推杆一侧。 顺时针方向转动调整螺钉，摇臂绕摇

14、臂轴逆时针方向转动（凸轮、推杆静止不动），气门间隙减小； 逆时针方向转动调整螺钉，摇臂绕摇臂轴顺时针方向转动，气门间隙增大。,已知某四缸直列发动机的配气相位如下：进气门提前开启角=12，进气门滞后关闭角=59；排气门提前开启角=61，排气门滞后关闭角=16。试求：该发动机的进、排气门持续开启角和气门重叠角；并分析当气门凸轮磨损后，对配气相位的影响。 该发动机的进气门持续开启角为： 1801801259251 排气门持续开启角为： 1801806116257 气门重叠角为： 121628 当气门凸轮磨损后，气门的升程变小，气门开启的提前角变小，关闭的迟后角变小，使气门开启的持续角变小。,传动方式

15、图例,每缸4气门排列方式,每缸4气门驱动方式,多气门优点： 在相同缸径条件下，气门头部尺寸小，重量轻，气门升程小，有利于高速化； 进气总通过断面积增加，有利于提高充气效率； 有利于形成结构紧凑的燃烧室； 排气门热负荷低。,可变配气相位和升程：发动机的配气相位和升程可以根据性能需要适时的改变，即根据燃油经济性、动力性和排放控制的要求对不同的工况采用不同的气门正时相位，以达到进气系统的最优化，对降低发动机油耗、提高低速扭矩、改善功率特性有显著效果。 此外，VVT技术在提高发动机性能的同时可以降低污染排放，从而取代或减少在排放控制零部件上的投入，甚至可以免去安装EGR、二次空气等装置就可以达到苛刻的排放法规的要求。发动机采用该技术可以达到增加功率、减少油耗，改善排放的目的。,已知某四缸直列发动机的配气相位如下： 进气门提前开启角=12，进气门滞后关闭角=59； 排气门提前开启角=61，排气门滞后关闭角=16。 试求：该发动机的进、排气门持续开启角和气门重叠角； 并分析当气门凸轮磨损后，对配气相位的影响。 答：该发动机的进气门持续开启角为：1801801259251 排气门持续开启角为：1801806116257 气门重叠角为：121628 当气门凸轮磨损后，气门的升程变小，气门开启的提前角变小，关闭的迟后角变小，使气门开启的持续角变小。,