发动机配气机构PPT课件

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1、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（仅为6）。.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。.第1页/共50页二、顶置气门式气门机构3、优缺点：凸轮轴靠近曲轴，便于齿轮驱动，但凸轮离气门远，气门传动机构复杂，零件多，机构刚性差，动力特性差，难以适应高速化。结构特点：气门布置在气缸盖上

2、，气 门头部朝下。.优点：气道平滑，充气效率高，燃烧室 紧凑，压缩比高。.缺点：气门离曲轴远，传动机构复杂。.（一）下置式凸轮轴.1、结构特点：凸轮轴布置在曲轴侧面，有挺柱、推杆、大摇臂。.2、工作原理：正时齿轮副带动凸轮轴转动，凸轮桃尖顶起挺柱、推杆、大摇臂的一端（调整螺钉），绕摇臂轴转动，另一端（长）镀铬面推动气门克服弹簧预紧力使气门开启第2页/共50页 凸轮轴布置在气缸盖上，气门传动机构容易布置，省去刚性较差的推杆等零件，机构动力特性好，容易上高速，但曲轴离凸轮轴远，驱动机构复杂，空间布置困难。A：带单摇臂 适用于半球形燃烧室，进、排气道分置于发动机纵向两侧。 摇臂的镀铬面与凸轮型面接触

3、，摇臂转动时，摇臂的调整螺钉端（长）压迫气门杆克服弹簧预紧力使气门开启优点是气门间隙调整方便，凸轮最大升程可以较小，但气门夹角偏大，不利于布置直的进气道。（二）顶置凸轮轴（OHC）1、单顶置凸轮轴（SOHC）（Single Over Head Camshaft）（1）二气门（传统）第3页/共50页B：凸轮直接驱动气门 完全取消气门摇臂，由凸轮直接驱动气门。一根凸轮轴上有进、排气凸轮（混合凸轮）使得气门只能直上直下运动，不能采用结构紧凑的半球形燃烧室，进排气道左右分置。优点是气门机构刚性好，具有良好的动力特性，更适应高速机，但气门间隙调整困难。.上海桑塔纳时代超人200GSI AJR电喷发动机的

4、配气机构 上海桑塔纳时代超人AJR发动机、红旗488-3发动机、一汽奥迪100以及南汽索菲姆柴油机均使用这一配气机构。第4页/共50页2、双顶置凸轮轴 双顶置凸轮轴一般用于四气门配气机构，齿形皮带传动。大多数是完全取消气门摇臂的气门直接传动方式。与两气门相比，气门质量小，配气机构动力特性更好，更容易上高速机，而且，由于便于采用结构紧凑的半球形燃烧室，气门夹角较小，便于布置直的进气道，进气阻力较小，发动机高速动力性能较高。为便于气门间隙调整，有的发动机带单气门摇臂驱动气门，但凸轮外形一般不对称。第5页/共50页第6页/共50页调整螺钉调整螺钉第7页/共50页三、凸轮轴的传动方式（三）齿形皮带传动

5、：（1）优点：兼顾齿轮传动和链条传动的主要优点（配气相位准确，但要解决皮带松弛问题；空间布置自由度大；磨损、噪声小）。（2）缺点：工作可靠性、耐久性差，摩擦阻力大，怕机油（一般用齿形皮带罩壳密封住），工作性能随温度变化大 。 （一）齿轮传动：（1）优点：配气相位准确，工作可靠性和耐久性好。（2）缺点：噪音、磨损较大，空间布置困难，重量大。 一般用斜齿，以提高工作平稳性。 （二）链传动：（1）优点：空间布置自由度大，对机型变化适应性强，制造成本低，工作可靠，维修方便。（2）缺点：链条容易松弛，须带张紧器，配气相位容易变化，需定期调整，噪声、磨损大，耐久性较差。第8页/共50页序列齿轮传动结构图第

6、9页/共50页第10页/共50页链条传动结构图第11页/共50页上链条张紧装置下链条张紧轮曲轴链轮中间链轮凸轮轴链轮导链板第12页/共50页（1）三气门（二进、一排）（2）四气门（二进、二排）（常见）（3）五气门（三进、二排）（4）七气门（四进、三排）（国外实验研究过，不理想）.多气门优点：1、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；2、进气总通过断面积增加，有利于提高充气效率；3、有利于形成结构紧凑的燃烧室；4、排气门热负荷低。多气门缺点：结构复杂，成本高。第13页/共50页第14页/共50页四气门第15页/共50页第16页/共50页五气门机构第17页/共50页五

7、气门机构（单顶置凸轮轴、单摇臂驱动气门）第18页/共50页原因：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。2）顶置凸轮轴：（2）顶置气门式配气机构：i、带单摇臂（图c所示）ii、直接驱动（图d、e所示）1）下置式凸轮轴（图b所示）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

8、的发动机，如何调整气门间隙？调整：（1）侧置气门式配气机构（图a所示）：第19页/共50页 图（a）所示：打开气缸体侧面挺杆处盖板，松开锁紧螺母，调高调整螺栓（逆时针方向转动），气门间隙减小，调低调整螺栓（顺时针方向转动），气门间隙增大。用厚薄规检查（图示）。第20页/共50页（b）带双摇臂，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。第21页/共50页图c所示，带单摇臂，凸轮直接驱动短摇臂端，气门间隙调整螺钉在长摇臂端。顺时针方向转动调整螺钉，气

9、门间隙减小，逆时针方向转动调整螺钉，气门间隙增大。第22页/共50页图d所示，凸轮直接驱动气门，无气门间隙调整螺钉，气门间隙调整垫片在挺柱壳内，只有卸下凸轮轴后才能更换调整垫片，调整气门间隙非常困难。第23页/共50页图e所示，凸轮直接驱动气门，无气门间隙调整螺钉，气门间隙调整垫片在挺柱体顶上，用专用工具取出调整垫片，更换另一厚度的调整垫片（每个调整垫片均有厚度值，用厚薄规测出现在的气门间隙后，根据需要调整到的气门间隙值换算出所需更换的调整垫片厚度值）。0 0 0h 0000hhhh第24页/共50页日本丰田佳美轿车两次调整四缸机气门间隙次序表：（发火次序：1-3-4-2）处于TDC位置的气缸

10、进气门调整排气门调整1412341324请同学们考虑为什么？如果发火次序是1-2-4-3呢？第25页/共50页第26页/共50页配气相位：用曲轴转角表示进、排气门开闭时刻，并用圆弧表示气门的开启角度和关闭角度。第27页/共50页 活塞顶一般需设避阀坑（气门重叠角大者避阀坑较深，压缩比大者避阀坑较深）。为什么气门要提前开启和迟后关闭？原因：1、进气门早开：减少节流损失 2、进气门迟闭：利用气流惯性多进气 3、排气门早开：（1）自由排气，排除大部分废气 （2）减少压缩负功 4、排气门迟闭：利用气流惯性多排气.气门重叠角：在进气上止点前后，有一段时间进、排气门同时开启，重叠的曲轴转角叫气门重叠角。.

11、汽油机气门重叠角为什么不能过大？原因：如果过大，在怠速或低负荷运转时，节气门开度极小，进气管内真空度很大，废气会倒流入进气管内。这既会造成废气稀释，又会引起进气管内“放炮”现象。.最佳的气门重叠角随发动机转速上升而增大；.汽油机的气门重叠角柴油机。.第28页/共50页4、气门弹簧弹力足以克服气门及气门传动件的惯性力，使气门能迅速开、闭，并保证气门与气门座之间有一定的接触应力，以保证密封。组成：由气门、气门导管、气门座和气门弹簧等零件组成作用：密封燃气。要求：1、气门头部与气门座必须贴合紧密；2、气门杆在气门导管内孔中上、下滑动自如，无卡滞现象；.3、气门弹簧两端面与气门杆中心线垂直；.第29页

12、/共50页c、凸球面形-强度高，排气阻力小，易清除废气，但吸热面 积大，质量大，加工复杂，仅适用于排气门。.一、气门（1）结构：由头部和杆部组成。.工作特点：高温、高压、润滑不良、冷却条件差。.要求：足够的强度、刚度、耐热和耐磨。.材料：进气门合金钢（如铬钢或镍铬钢等）。. 排气门耐热钢（如硅铬钢等），为节约成本，多采 用头部用耐热合金钢、杆部用合金钢的堆焊形式。.结构特点：（1）杆部至头部圆滑过渡-提高刚度。.（2）气门头部形状：a、平顶-结构简单，制造方便，吸热面积小，质量小，适用 于进、排气门；.b、喇叭形-杆部至头部过渡圆弧半径大，刚度好，进气阻力小， 但吸热面积大，仅用于进气门；.第

13、30页/共50页第31页/共50页（5）气门杆端形状： 决定于气门弹簧座的固定形式：（2）气门座圈过盈压配-耐高温、耐磨的合金铸铁或奥氏体钢材料制成的气门座圈，但容易脱落，导热性差。1）两半锥形锁片-尾端沉割槽；2）锁销-尾端径向小孔。.2、气门座作用：1）传热（气门头部热量）； 2）密封（燃烧室）。.工作特点：高温、高接触应力、润滑不良、冷却条件差。.结构：（1）气缸盖或气缸体上直接镗出-铸铁气缸盖，低性能要求；.第32页/共50页柴油机大部分用铸铁气缸盖，气门座圈过盈压配，但容易压碎；汽油机用铝合金气缸盖，采用气门座圈过盈压配方式时，需在气门座圈外圆上切几道环槽（图示）。.材料：灰铸铁、球

14、墨铸铁、铁基粉末冶金。3、气门导管：作用：导向-气门杆直线运动； 传热-气门杆热量。.结构：台阶圆筒，过盈压配在气缸盖上，下端伸入气道内部。.工作特点：高温、润滑不良、与气门杆高速滑动。.要求：耐热、耐磨。.第33页/共50页作用：克服气门及传动件惯性力，防止 出现间隙，保证气门及时关闭且 紧密贴合，不会因发动机振动等 原因出现气门不正常开启现象。.（1）压缩弹簧：1）圆柱弹簧（等螺距、变螺距）；2）圆锥弹簧。.（2）内外两根弹簧，可使安装高度减小，注意螺旋方向相反。4、气门弹簧要求：（1）足够的刚度及安装预紧力 （2） 疲劳强度高 （3）加工精度高，如垂直度要求、 自由公差小等。.材料：高碳

15、锰钢、铬钒钢等冷拔钢丝， 加工后要经热处理。.结构特点：第34页/共50页b：摇臂驱动气门式： 凸轮轴、气门摇臂及摇臂轴、正时齿轮（带中间齿轮）或正时链轮（带链条、张紧器等）或正时带轮（带齿形皮带、张紧器等）。作用：使进、排气门按各缸发火次序及配气相位规定的时刻开、闭，且保证一定的气门升程和合适的气门运动规律。.组成：与气门布置形式、凸轮轴布置形式及传动方式有关。.（一）侧置气门式配气机构：正时齿轮副、下置凸轮轴、挺杆。.（二）顶置气门式配气机构：1、下置凸轮轴：正时齿轮副、下置凸轮轴、挺柱、推杆、气门 摇臂及摇臂轴。.2、顶置凸轮轴：a：凸轮直接驱动气门式： 凸轮轴、正时齿轮（带中间齿轮）或

16、正时链轮（带链条、张紧器等）或正时带轮（带齿形皮带、张紧器等）。.第35页/共50页 气门锥角较小，则在气门升程相同的情况下，气流通过断面较大。但头部厚度较薄，刚度差，密封性差，仅适用于进气门（ 30 ），排气门均用45锥角（热负荷高）。原因：进气压差小，流速低，排气压差大，流速高，按进出气体流量相等原则，可以进大、排小。此外，进气门头部直径较大的好处是增加进气量，提高充气效率，从而提高发电机功率。排气门头部直径较小的好处是减轻了排气门的热负荷。（4）气门直径：同一气缸上进气门头部直径大、排气门头部直径小。（3）气门锥角：45或30 。.第36页/共50页凸轮：（1）各缸同名凸轮之间夹角-各缸

17、发火次序确定的 发火间隔角确定。如4缸机，为720/2/4=90凸 轮夹角（图示）.1、凸轮轴：工作特点：受到气门间歇性开启的周期性冲击性载荷。.要求：足够的（心部）冲击韧性和刚度，凸轮表面耐磨。.材料：优质钢模锻，合金铸铁或球墨铸铁铸造，凸轮和轴颈表 面经热处理后精磨。.结构：凸轮、轴颈、驱动机油泵和分电盘的蜗轮、驱动汽油泵 的偏心轮（传统汽油机的混合式凸轮轴，如图示）。.分类：a：混合式凸轮轴-进、排气凸轮在一根凸轮轴上。 b：单一凸轮轴-同名凸轮在一根凸轮轴上。（2）每缸进、排气凸轮之间夹角-配气相位及气门 机构几何运动关系确定。如6100Q型汽油机，气 门垂直布置，气门及挺柱、推杆皆直

18、上直下运动， 凸轮外形对称， e1=40CA， e2=19CA， i1=20CA， i2=56CA。第37页/共50页第38页/共50页180CA180CA2 CABDCTDCBDC排气行程进气行程 e1 i2 i1 e2(180 + e1+ e2)/2 CA(180 + i1+ i2)/2 CA2 =( e1+ 180+ 180+ i2) - (180 + e1+ e2)/2 -(180 + i1+ i2)/2 =90+( e1+ i2- e2- i1)/4 = 90+(40+56-19-20) =10415（凸轮转角）第39页/共50页（3）凸轮几何形线：1）保证配气相位；2）合适的气门升

19、程及其运动规律。.如图示，A点：挺柱始升点 B点：气门始升点 C点：最高点。 BCD段：工作段-决定了凸轮（最大）升程及其 运动规律。 D点：气门最早落座点。 E点：挺柱运动终点。缓冲段-消除气门间隙，控制气门开启和落座速度。c:气门升程愈大，容易与活塞顶发生干涉，避阀坑较深。解决办法-采用多气门方案。气门升程大小直接影响气门开启时流通截面积的大小，但也不是愈大愈好：a:气门升程有上限-不超过进气道最小流 通截面积；b:气门升程愈大，最大负加速度愈大，惯性力愈大，容易发生脱离；第40页/共50页凸轮轴的正时传动：正时齿轮有正时记号，装配时必须对准，如 图示。第41页/共50页凸轮轴安装与拆卸时

20、轴承盖连接螺栓应有一定的次序要求：第42页/共50页（5）凸轮轴的轴向定位：2、挺柱：工作特点：将凸轮推力传给推杆或气门杆，并承受凸轮旋转时所施加的侧向力。.要求：质量小、刚度大、耐磨。.材料：镍铬合金铸铁或冷激合金铸铁，其摩擦表面应经热处理后精磨。第43页/共50页（3）滚轮式：底面是滚轮，改善磨损，减小侧压力，船用机。结构特点：（1）筒式：上面凹腔与推杆球面接触，推杆作小幅度摆动，适用于顶置气门式配气机构（质量小）。（2）菌式：实心体，适用于侧置气门式配气机构。第44页/共50页主油道来的机油经过气缸盖油道2通过挺柱体9侧面的油孔、上盖底部的键形槽7流入柱塞11内腔形成低压油腔。.凸轮转动

21、时，挺柱体9与柱塞11下移，液压缸12底部容积减小，油压升高，加上补偿弹簧13的作用，使单向球阀5关闭，形成高压油腔。由于液体不可压缩性，液压挺柱犹如刚体一样移动，打开气门。此时气缸盖油道2不再向低压油腔供油。能自动消除气门间隙液压挺柱结构示意图：挺柱体9由上盖和圆柱体激光堆焊而成。.液压缸12与挺柱体9内孔精密配合，座落在气门杆尾端。.柱塞11与液压缸12内孔精密配合。.液压缸12底部装有补偿弹簧13，上端座落单向球阀5。.第45页/共50页液压挺柱开始上行时，由于气门弹簧和凸轮下压的作用，高压油腔继续关闭，直至转到凸轮基圆接触处，气门关闭，此时，气门杆、液压缸12不再上移，高压油腔容积在补

22、偿弹簧13弹力的作用下增大，高压油腔压力下降，在主油道油压的作用下，克服补偿弹簧13弹力，推开单向球阀5，使两腔相通。当气门杆受热伸长时，高压油腔内的油液可经过柱塞11与液压缸12之间的间隙挤入低压油腔，因此，可以不预留气门间隙。补偿弹簧13的作用是始终使液压挺柱顶面与凸轮形线接触，以消除气门间隙。第46页/共50页3、推杆：作用：将从凸轮轴经过挺柱传来的推力传给摇臂。要求：足够的刚度（长度短），质量轻。材料及结构：图示。一般是钢制，对缸体与缸盖都是铝合金的发动机，用硬铝制造。推杆可以是实心或空心的。下端同外凸球面支座锻成一个整体；上端同外凸或内凹球面支座锻成一个整体。注意：在频繁起动时，使低

23、压油腔中存油减少，或者说低压油腔仅部分存油时，储油容量不足以在起动过程中完全充满高压油腔，高压油腔必然要吸入空气。由于空气是可压缩的，挺柱不能再视作刚体，从而使气门传动机构产生敲击声。随着运行的继续，挺柱内存留的空气通过柱塞与油缸之间的间隙，以及挺柱体与缸盖挺柱体孔之间的间隙逃逸，直到空气完全排尽，敲击声消失。第47页/共50页结构：厚度方向呈“工字形”截面，钻有润滑油道，来自凸轮轴中心控油道、摇臂轴承孔的机油通过摇臂自身斜钻的油道流向两端，润滑推杆与气门两端的接触工作表面。4、气门摇臂：作用：双臂杠杆作用，一则改变推杆力方向，从而使气门运动方向不同于推杆运动方向；二则在较小的凸轮升程下增大了气门升程。要求：刚度大（机构刚度的一部分），质量轻（自身质量的1/3作为机构往复惯性质量），两端工作表面耐磨（渡铬）。材料：45号钢冲压或铸铁、铸钢精铸而成。第48页/共50页第49页/共50页感谢您的观看！第50页/共50页