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第4章配氣機構,二、換氣機構形式氣門式、氣口式、氣門-氣口式。,一、作用按照發(fā)動機的工作順序定時、定量實現(xiàn)換氣過程。達到進氣盡可能充分、排氣盡可能干凈的目的（吸足排凈）。,衡量進氣充分程度的指標充量系數(shù)φc,實際進氣量與進氣狀態(tài)下理論上充滿氣缸工作容積的新鮮充量之比。,桑塔納發(fā)動機配氣機構,進、排氣過程合在一起通常為換氣過程,二沖程汽油機,二沖程柴油機,第4章配氣機構4.1.氣門式配氣機構的布置和傳動,一、分類（一）按氣門布置的位置來分,1、氣門頂置式氣門布置在缸蓋上。由凸輪、挺柱、推桿、搖臂、氣門和氣門彈簧等組成。,工作過程,(1)氣門打開：曲軸通過正時齒輪驅(qū)動凸輪軸旋轉，使凸輪軸上的凸輪凸起部分通過挺柱、推桿、調(diào)整螺釘，推動搖臂擺轉，搖臂的另一端便向下推開氣門，同時使彈簧進一步壓縮。,(2)氣門關閉：當凸輪的凸起部分的頂點轉過挺柱以后，氣門在其彈簧張力的作用下，開度逐漸減小，直至最后關閉，進氣或排氣過程即告結束。,第4章配氣機構4.1.氣門式配氣機構的布置和傳動,特點：氣門行程大，結構較復雜；進氣阻力小，氣流攪動大，能達到較高的壓縮比；燃燒室緊湊，表面積小，熱效率高且具有良好的抗爆性和高速性，易于提高發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性，目前的汽車發(fā)動機都采用氣門頂置式配氣機構。,第4章配氣機構4.1.氣門式配氣機構的布置和傳動,進排氣門都布置在氣缸的一側，結構簡單、零件數(shù)目少。,2、氣門側置式,氣門布置在同一側導致燃燒室結構不緊湊、熱量損失大、進氣道曲折、進氣阻力大，使發(fā)動機性能下降，已趨于淘汰。,第4章配氣機構4.1.氣門式配氣機構的布置和傳動,（二）按凸輪軸的布置位置來分,1、凸輪軸下置2、凸輪軸中置3、凸輪軸上置,第4章配氣機構4.1.氣門式配氣機構的布置和傳動,不利因素：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)動機有利因素：簡化曲軸與凸輪軸之間才傳動裝置，有利于發(fā)動機的布置。,1、凸輪軸下置,第4章配氣機構4.1.氣門式配氣機構的布置和傳動,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,2、凸輪軸中置式,凸輪軸上置有兩種結構，一是凸輪軸直接通過搖臂來驅(qū)動氣門，這樣既無挺柱，又無推桿，往復運動質(zhì)量大大減小，此結構適于高速發(fā)動機。,3、凸輪軸上置,第4章配氣機構4.1.氣門式配氣機構的布置和傳動,另一種是凸輪軸直接驅(qū)動氣門或帶液力挺柱的氣門，此種配氣機構的往復運動質(zhì)量更小，特別適應于高速發(fā)動機。,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,（三）、按照曲軸和凸輪軸的傳動方式分1、齒輪傳動2、鏈條傳動3、齒形帶傳動,第4章配氣機構4.1.氣門式配氣機構的布置和傳動,第4章配氣機構4.1.氣門式配氣機構的布置和傳動,特點：配氣相位準確，工作可靠性和耐久性好。噪音、磨損較大，空間布置困難，重量大；一般從曲軸到凸輪軸只需一對正時齒輪傳動，若齒輪直徑過大，可增加一個中間齒輪。為了嚙合平穩(wěn)，減小噪聲，正時齒輪多用圓柱形斜齒輪材料：曲軸正時齒輪：鋼制凸輪軸正時齒輪：鑄鐵，夾布膠木,1、齒輪傳動,傳動路線：曲軸正時齒輪→凸輪軸正時齒輪,應用：凸輪軸下置、中置式配氣機構，多用于低速發(fā)動機。,第4章配氣機構4.1.氣門式配氣機構的布置和傳動,特點：優(yōu)點：空間布置自由度大，對機型變化適應性強，制造成本低，工作可靠，維修方便。缺點：鏈條容易松弛，須帶張緊器，配氣相位容易變化，需定期調(diào)整，噪聲、磨損大，耐久性較差。,2、鏈條傳動,傳動路線：曲軸→鏈條→凸輪軸正時齒輪,應用：凸輪軸上置式配氣機構,第4章配氣機構4.1.氣門式配氣機構的布置和傳動,特點：優(yōu)點：兼顧齒輪傳動和鏈條傳動的主要優(yōu)點，配氣相位準確，但要解決皮帶松弛問題；空間布置自由度大；傳動效率高，磨損、噪聲小不需潤滑，齒形帶傳動，噪聲小、成本低缺點：工作可靠性、耐久性差，摩擦阻力大，怕機油（一般用齒形皮帶罩殼密封?。?，工作性能隨溫度變化大。,3、齒形帶傳動,傳動路線：曲軸→齒形皮帶→凸輪軸正時齒輪,應用：凸輪軸上置式配氣機構,齒形皮帶材料：氯丁橡膠,（四）、按氣門數(shù)及排列方式來分,第4章配氣機構4.1.氣門式配氣機構的布置和傳動,雙氣門和多氣門。1、雙氣門一般發(fā)動機都采用每缸兩個氣門，即一個進氣門和一個排氣門的結構。為了改善換氣，在可能的條件下，應盡量加大氣門的直徑，特別是進氣門的直徑。,排列：一列驅(qū)動：一根凸輪軸驅(qū)動進排氣道：汽油機：置于機體一側，進氣預熱，提高汽油揮發(fā)性柴油機：置于機體兩側，防止進氣預熱，提高充氣效率,2.多氣門的排列及驅(qū)動大排量、高轉速、高功率的新型汽車發(fā)動機多采用多氣門結構。如四氣門、五氣門（三進兩出）、八氣門等。,1).同名氣門排成兩列，由一個凸輪通過T形驅(qū)動桿同時驅(qū)動，并且所有氣門都可以由一根凸輪軸驅(qū)動。2).同名氣門排成一列，進排氣門分別位于曲軸中心線的兩側，分別采用兩凸輪軸驅(qū)動，每缸兩同名氣門采用兩個形狀和位置相同的凸輪驅(qū)動。,第4章配氣機構4.1.氣門式配氣機構的布置和傳動,四氣門的布置,寶來1.8T五氣門,第4章配氣機構4.2.配氣相位,一、定義：配氣相位是用曲軸轉角表示的進、排氣門的實際開閉時刻及開啟的持續(xù)時間。通常用環(huán)形配氣相位圖來表示進氣門打開持續(xù)時間：180+α+β排氣門打開持續(xù)時間：180+γ+δ,配氣相位演示,第4章配氣機構4.2.配氣相位,理論上講進、壓、功、排各占180，也就是說進、排氣門都是在上、下止點開閉，延續(xù)時間都是曲軸轉角180。但實際上，高速發(fā)動機各個行程持續(xù)時間非常短，使發(fā)動機進氣不足，排氣不凈，因此需對簡單配氣相位進行改進。改進措施有：進氣門早開：增大了進氣行程開始時氣門的開啟高度，減小進氣阻力，增加進氣量。進氣門晚關：延長了進氣時間，在大氣壓和氣體慣性力的作用下，增加進氣量。排氣門早開：借助氣缸內(nèi)的高壓自行排氣，大大減小了排氣阻力，使排氣干凈。排氣門晚關：延長了排氣時間，在廢氣壓力和廢氣慣性力的作用下，使排氣干凈。,二、氣門重疊由于進氣門早開，排氣門晚關，進氣門在上止點前開啟，而排氣門在上止點后關閉，勢必造成在同一時間內(nèi)兩個氣門同時開啟的現(xiàn)象，這個現(xiàn)象叫氣門重疊，把兩個氣門同時開啟時間相當?shù)那S轉角叫作氣門重疊角α+δ。,在這段時間內(nèi)，可燃混合氣和廢氣是否會亂串呢？,不會的，這是因為：a.進、排氣流各自有自己的流動方向和流動慣性，而重疊時間又很短，不至于混亂，即吸入的可燃混合氣不會隨同廢氣排出，廢氣也不會經(jīng)進氣門倒流入進氣管，而只能從排氣門排出；b.進氣門附近有降壓作用，有利于進氣。,第4章配氣機構4.2.配氣相位,提前開啟作用：可以減少進氣阻力，減少進排氣消耗功。延時關閉作用：利用進排氣慣性，以增大進排氣量。,α-進氣提前角β-進氣延遲角γ-排氣提前角δ-進氣延遲角,氣門疊開角：α+δ,三、氣門間隙（一）定義及其存在位置1、定義：在發(fā)動機冷態(tài)裝配時，在氣門及其相鄰傳動機構之間留有適當?shù)亻g隙，以補償氣門受熱后的膨脹量。這一間隙就稱為氣門間隙。2、位置：在氣門與其相鄰傳動件之間。,（二）、氣門間隙過大與過小的危害：間隙過大：進、排氣門開啟遲后，縮短了進排氣時間，降低了氣門的開啟高度，改變了正常的配氣相位，使發(fā)動機因進氣不足，排氣不凈而功率下降；此外，還使配氣機構零件的撞擊增加，磨損加快。無間隙或間隙過?。喊l(fā)動機工作后，零件受熱膨脹，將氣門推開，使氣門關閉不嚴，造成漏氣，功率下降，并使氣門的密封表面嚴重積碳或燒壞，甚至氣門撞擊活塞。,柴油機：進氣門0.30～0.35mm排氣門0.35～0.40mm,汽油機：進氣門0.25～0.30mm排氣門0.30～0.35mm,（四）、氣門間隙的調(diào)整：,（三）、氣門間隙的大?。ɡ滠囬g隙）,氣門間隙調(diào)整原則：1、不可調(diào)區(qū)域：將要排氣，正在排氣，排氣剛完的排氣門不可調(diào)。將要進氣，正在進氣，進氣剛完的進氣門不可調(diào)。2、二次調(diào)整法口訣：當一缸在壓縮上止點時，發(fā)動機各缸按工作順序，依次可調(diào)的氣門為：雙-排-不-進（雙-排-排-不-進-進）,1缸,3缸,2缸,4缸,,,,α,β,γ,δ,進,壓,功,排,,,,點火次序：1—3—4—2,1缸a,,,3缸a,2缸b,6缸b,4缸b,5缸a,,,,α,β,γ,δ,測量氣門間隙，前后移動厚薄規(guī)時有一點拖滯感,擰松鎖緊螺母，調(diào)整調(diào)節(jié)螺釘,3、氣門間隙調(diào)整的方法：,厚薄規(guī),一字改刀,梅花扳手,第4章配氣機構4.3.頂置氣門式配氣機構的零件和組件,組成：氣門組和氣門傳動組,一、氣門組組成：氣門、氣門座圈、氣門導管、氣門彈簧（座）、氣門鎖片等。作用：保證氣門能夠?qū)崿F(xiàn)氣缸的密封。（一）氣門:進氣門和排氣門工作條件：高溫、高壓沖擊、腐蝕、磨損、潤滑困難等。要求：足夠的強度、剛度、耐磨、耐高溫、耐腐蝕、耐沖擊。材料：進氣門：合金鋼，如40Cr、35CrMo等。排氣門：高級耐熱合金鋼，如4Cr9Si2等。,1、氣門頭部氣門頭部是一個具有圓錐斜面的圓盤，氣門錐角進氣門一般為30，排氣門為45，氣門頭邊緣應保持一定厚度，一般為1-3mm，以防工作中沖擊損壞和被高溫燒蝕。氣門密封錐面與氣門座配對研磨。氣門頭部直徑越大，氣門口通道截面就越大，進、排氣阻力就越小。通常進氣門頭部直徑大于排氣門。如果兩氣門一樣大時，排氣門有記號。,第4章配氣機構4.3.頂置氣門式配氣機構的零件和組件,,,30,45,氣門頭頂部形狀氣門頭頂部形狀有平頂，球面頂和喇叭形頂?shù)?平頂：結構簡單、制造方便、吸熱面積小，質(zhì)量小、進、排氣門均可采用。球面頂：適用于排氣門，強度高，排氣阻力小，廢氣的清除效果好，但受熱面積大，質(zhì)量和慣性力大，加工較復雜。喇叭形頂：適用于進氣門，進氣阻力小，但受熱面積大，不適于排氣門。,2、桿身桿身與頭部制成一體，裝在氣門導管內(nèi)起導向、傳熱的作用，桿身與頭部采用圓滑過渡連接。氣門桿表面經(jīng)過熱處理并且磨光，一般是實心的，有的是空心的，空心桿質(zhì)量輕，運動慣性力小。,凹槽,3、尾部：,尾部制有凹槽（錐形槽或環(huán)形槽）用來安裝鎖緊件。起固定彈簧座的作用。,錐形鎖夾,較高的加工精度，表面經(jīng)過熱處理和磨光，保證同氣門導管的配合精度和耐磨性,（二）、氣門導管功用：①導向作用，保證氣門作直線往復運動。②導熱作用，將氣門頭部傳給桿身的熱量，通過氣缸蓋傳出去。工作條件：工作溫度較高，約500K。潤滑困難，易磨損材料：氣門導管和氣門的潤滑是靠配氣機構飛濺出來的機油進行潤滑的，因此易磨損。為了改善潤滑性能，氣門導管常用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：導管內(nèi)、外圓面加工后壓入氣缸蓋的氣門導管孔內(nèi)，然后再精鉸內(nèi)孔。為了防止氣門導管在使用過程中松脫，有的發(fā)動機對氣門導管用卡環(huán)定位。,裝配：氣門桿與氣門導管間隙0.05～0.12mm。,（三）氣門座：氣門座與氣門頭部密封錐面配合密封氣缸，氣門頭部的熱量亦經(jīng)過氣門座外傳。氣門座可以在缸蓋或缸體上直接鏜出，也可以采用鑲嵌式結構。鑲嵌式結構氣門座都采用較好的材料（合金鑄鐵、奧氏體鋼等）單獨制作。同缸蓋是過盈配合。鋁合金缸蓋必須鑲氣門座圈。,鑲嵌式氣門座圈,（四）氣門彈簧保證氣門緊貼氣門座，防止氣門落座時發(fā)生跳動等。常用雙彈簧結構。型式：圓柱螺旋彈簧、變螺距的圓柱彈簧、同心安裝的兩根彈簧,不等距彈簧,圓柱等螺距彈簧,工作時工作圈數(shù)不是常數(shù)，振動頻率經(jīng)常變化，防止彈簧與氣門產(chǎn)生共振，,旋向相反的兩個彈簧振動頻率不一樣；防止斷裂的彈簧卡入另一彈簧，一根折斷后另一根可繼續(xù)工作,雙彈簧結構,（五）氣門旋轉機構安裝在氣門尾部，在氣門工作時發(fā)生一定的轉動，以使氣門受熱、磨損均勻，同時可以擠出氣門密封錐面的積碳等物質(zhì)。有自由、強制旋轉兩種,二、氣門傳動組功用：將由曲軸傳來的動力傳給氣門，使進、排氣門能按照配氣相位規(guī)定時刻開閉，并保證有足夠的開度。組成：正時齒輪、配氣凸輪軸、挺柱、推桿、搖臂、搖臂軸、氣門間隙調(diào)整螺釘?shù)取?凸輪,凸輪軸正時齒輪,推桿,搖臂,搖臂軸,挺柱,（一）、凸輪軸功用：控制氣門的開啟和關閉，每一個進、排氣門分別有相應的進氣凸輪和排氣凸輪。工作條件：承受氣門間歇性開啟的沖擊載荷。耐磨，抗沖擊韌性，剛度材料：優(yōu)質(zhì)鋼、合金鑄鐵、球墨鑄鐵結構：凸輪、軸頸、偏心輪、螺旋齒輪；每2氣缸一個軸頸；軸頸直徑前后依次減小；另有空心凸輪軸，如捷達EA113,凸輪,驅(qū)動分電器的螺旋齒輪,凸輪軸軸頸,要求：1、四沖程配氣凸輪軸與曲軸轉速之比：1：22、凸輪軸的凸輪是根據(jù)發(fā)動機的發(fā)火順序和配氣相位來設計。3、凸輪軸的軸向定位4、凸輪軸定時齒輪的安裝必須根據(jù)記號進行，以保證發(fā)動機的配氣相位與發(fā)動機的發(fā)火順序相符。,,（二）、挺柱,作用：將凸輪的推力傳給推桿或氣門，并承受凸輪軸旋轉時所施加的側向力。挺柱的分類：菌式、筒式、滾輪式材料：鎳硌合金、冷激合金鑄鐵。,液力挺柱,結構：挺柱體、卡簧、球座、柱塞、單向閥架、柱塞彈簧、單向閥、碟形彈簧等性能：可消除配氣機構中間隙，減小個零件的沖擊載荷和噪聲，同時凸輪輪廓可設計得比較陡些，使氣門開啟和關閉更快，以減少進排氣阻力，改善發(fā)動機的換氣，提高發(fā)動機的性能，特別是高速。,挺柱體,柱塞,球形支座,卡簧,柱塞彈簧,單向閥,單向閥架,柱塞腔A,挺柱體腔B,進油口,進油通道,,,,（三）、氣門推桿,作用：將挺柱傳來的推力傳給搖臂。工作情況：是氣門機構中最容易彎曲的零件。強度要求高，盡量短。材料：硬鋁或鋼,實心推桿,硬鋁推桿,鋼支承,（四）、搖臂,搖臂結構示意圖,氣門間隙調(diào)節(jié)螺釘,調(diào)節(jié)螺母,搖臂,搖臂軸套,易磨損部位堆焊耐磨合金,功用：將推桿或凸輪傳來的力改變方向，作用到氣門桿端以推開氣門。搖臂比=1.2～1.8,潤滑油道,油槽,潤滑油道,搖臂組示意圖,搖臂軸,螺栓,搖臂軸支座,搖臂軸緊固螺釘,搖臂襯套,調(diào)整螺釘,搖臂,定位彈簧,第4章配氣機構4.4.可變配氣相位,1．VTEC（VariableValveTimingandLifeElectricalContral）功用使配氣正時和氣門升程根據(jù)發(fā)動機轉速變化作出相應的實時調(diào)整，使氣缸的充氣量同時滿足發(fā)動機低轉速和高轉速下的不同需要，從而提高了發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性,一、氣門定時和氣門升程控制機構（VTEC）,理想的配氣系統(tǒng)應當要滿足以下要求：1)低速時，采用較小的氣門疊開角以及較小的氣門升程，防止出現(xiàn)缸內(nèi)新鮮充量向進氣系統(tǒng)的倒流，以便增加轉矩，提高燃油經(jīng)濟性。2)高速時應具有最大的氣門升程和進氣門遲閉角，以最大限度地減小流動阻力，充分利用過后充氣，提高充量系數(shù)，以滿足動力性要求。3)配合以上變化，對進氣門從開啟到關閉的進氣持續(xù)角也應進行調(diào)整，以實現(xiàn)最佳的進氣定時。,2、VTEC的組成,3．VTEC的工作原理,（1）低轉速下VTEC原理,主、輔搖臂分別由主、輔進氣凸輪驅(qū)動主進氣門按正常的時間和高度開啟輔助進氣門由于輔助凸輪的高度小而稍稍打開，以防止燃油阻塞進氣口中間進氣搖臂由中間凸輪驅(qū)動，但對進氣門的開啟無任何作用進排氣門重疊角和升程都較小，滿足了低速工況的需要,正時活塞無油壓作用，同步活塞處于中間位置,（2）高轉速下VTEC原理,同步活塞將3個搖臂連鎖，成為一體主、輔助進氣搖臂均由中間凸輪驅(qū)動，從而改變了配氣正時增大了進排氣門重疊角和升程，適應了高速工況的需要,來自機油泵的油壓作用于正時活塞，使正時活塞和同步活塞右移,ECM輸出控制信號，使VTEC電磁閥打開,第4章配氣機構4.4.可變配氣相位,1．i-VETC（IntelligentVariableValveTimingandLifeElectricalContral）進排氣門相位角連續(xù)性控制系統(tǒng)(VariableTimingControl，VTC)與VETC結合，VTEC根據(jù)轉速控制氣門開啟的時刻與升程,VTC則根據(jù)轉速和負荷控制進氣門和排氣門同時打開的時機,以便對氣門做更加精確的調(diào)整。（本田）,二、其他類型的可變配氣正時系統(tǒng),二、其他類型的可變配氣正時系統(tǒng),2、VVT（VariableValveTiming）、VVT-i(VariableValveTimingintake)可變氣門相位：,3、VVTL（VariableValveTimingandLeft）可變氣門相位及升程：是在VVT對氣門正時控制的基礎上加入了對氣門升程控制的一種裝置。,是一種控制凸輪軸氣門正時的裝置，它通過調(diào)整凸輪軸轉角配氣正時進行優(yōu)化，從而提高發(fā)動機在所有轉速范圍內(nèi)的動力性、燃油經(jīng)濟性，降低尾氣的排放。（豐田）目前VETC最多可實現(xiàn)3組凸輪切換，即正時和升程為分段可調(diào)而VVT可實現(xiàn)正時的連續(xù)可調(diào),