汽车服务工程专业03第三章配气机构

第三章配气机构概述配气相位配气机构的主要零部件可变进气系统§3.1概述一、功用：按照发动机每个气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭气缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气(汽油机)或空气(柴油机)得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。二、充气效率：在进气行程中，实际进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量与在进气系统进口状态下充满气缸工作容积的新鲜空气或可燃混合气的质量之比。ηv=M/M0M——进气过程中，实际进入气缸的新气的质量；Mo——在理想状态下，充满气缸工作容积的新气质量。三、配气机构的布置型式：1、气门顶置式：组成：工作过程特点：气门行程大，结构较复杂，燃烧室紧凑，工艺性好，充气阻力小，具有良好的抗爆性和高速性，易于提高发动机的动力性和经济性指标。2、气门侧置式进排气门都布置在气缸的一侧，结构简单、零件数目少。气门布置在同一侧导致燃烧室结构不紧凑、热量损失大、进气道曲折、进气阻力大，使发动机性能下降，已趋于淘汰。四、凸轮轴的布置型式：1、凸轮轴下置：不利因素：凸轮轴与气门相距较远，动力传递路线较长，环节多，因此不适用于高速发动机。有利因素：简化曲轴与凸轮轴之间的传动装置，有利于发动机的布置。2、凸轮轴中置式：传动方式：凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，省去了推杆。应用：适用于发动机转速较高时，可以减少气门传动机构的往复运动质量。凸轮轴挺柱活塞摇臂调整螺钉3、凸轮轴上置式：应用：高速发动机桑塔纳轿车发动机凸轮轴凸轮轴活塞特点：凸轮轴与气门距离近，不需要推杆、挺柱，使往复运动的惯量减少。双凸轮轴上置式发动机五、凸轮轴的传动方式：1、齿轮传动：凸轮轴下置、中置式配气机构大多数采用圆柱正时齿轮传动。2、链传动和同步带传动：六、气门数目及排列方式：一般发动机都采用一缸两气门，即一个进气门和一个排气门的结构。当气缸直径较大，活塞平均线速度较高时，为保证良好的换气质量，有些发动机采用每缸多气门结构：三气门，四气门或五气门结构。七、气门间隙：1、概念：气门间隙：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。气门杆摇臂气门间隙气门间隙进气门0.25~0.30mm排气门0.30~0.35mm为何排气门间隙大于进气门间隙？§3.2配气相位一、气门从开启到关闭所经历的曲轴转角，称为配气相位。10°~30°40°~80°40°~80°10°~30°上止点下止点配气相位演示二、气门叠开：气门叠开：当进气门早开和排气门晚关时，出现的进排气门同时开启的现象。气门叠开角：气门同时开启的角度（+）。排气过程进气过程可变配气定时机构：功用：使高速和低速都能得到最佳的配气定时。转速高时：进气门早开，晚关。转速低时：进气门晚开，早关。§3.3配气机构的主要零部件一、气门组气门组实物图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570K~670K，排气门1050K~1200K。B、头部承受气体压力、气门弹簧力等，C、冷却和润滑条件差，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570K~670K（铬钢或铬镍钢）排气门1050K~1200K（硅铬钢）头部杆部气门头部的结构形式平顶式结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也较小，进、排气门都可采用。凸顶式（球面顶）适用于排气门，因为其强度高，排气阻力小，废气的清除效果好，但球形的受势面积大，质量和惯性力大加工较复杂。凹顶式（喇叭顶）凹顶头部与杆部的过渡部分具有一定的流线形，可以减少进气阻力，但其顶部受热面积大，故适用于进气门，而不宜用于排气门。气门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，1~3mm。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尾部：环形槽、锁销孔凹槽易断裂处2、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500K。润滑困难，易磨损。材料：用含石墨较多的铸铁，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：气门杆与气门间隙0.05～0.12mm。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。3、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。气门密封干涉角：比气门锥角大0.5~1度的气门座圈锥角。气门座气门座圈：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。4、气门弹簧：功用：使气门自动回位，保证密封，并减少冲击力。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关闭保证气门及时关闭、密封气门开启保证气门不脱离凸轮气门弹簧圆柱形螺旋弹簧圆柱等螺距弹簧不等距弹簧应用：螺距小的一端朝向头部CA7560不等螺距弹簧安装时应注意什么问题？随着有效圈数的减少，自然频率提高。气门弹簧防共振措施钢丝直径较粗的弹簧不等螺距弹簧安装时螺距小的一端朝向缸盖刚度不同的双重弹簧安装时螺旋方向相反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应用车型：奥迪100，捷达，桑塔纳,广州标致505气门旋转机构锥形套筒锁片二、气门传动组：组成：凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂等组成。功用：定时驱动气门开闭，并保证气门有足够的开度和适当的气门间隙。凸轮轴挺柱推杆摇臂凸轮轴正时齿轮摇臂轴1、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：a.采用多轴颈;b.从前向后依次减小凸轮凸轮轴轴颈驱动分电器的螺旋齿轮凸轮：工作条件：承受气门弹簧的张力，间歇性的冲击载荷。凸轮性能：表面有良好的耐磨性，足够的刚度。凸轮与挺柱线接触，接触压力大，磨损快。凸轮的轮廓凸轮轮廓与气门的运动规律气门开启点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同名凸轮的相对角位置同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置是与相应的配气相位相对应的。四缸发动机凸轮投影点火顺序：1—2—4—3凸轮轴正时齿轮正时标记装配时与曲轴正时齿轮正时标记对齐凸轮轴轴向限位作用斜齿轮传动，防止凸轮轴工作时产生轴向位移（外移）和承受斜齿轮产生的轴向力结构止推凸缘+隔圈二者之差即为间隙凸轮轴的轴向定位：正时齿轮止推板隔圈（调节环）凸轮轴颈凸轮轴的轴向间隙气缸体利用调节环控制轴向窜动窜动量凸轮轴的驱动：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作业3-1；3-5；什么是配气相位？什么是气门间隙，为什么要留气门间隙？2、挺柱（1）作用：将凸轮的推力传给推杆或气门。（2）挺柱的分类：菌式气门侧置式筒式气门顶置式滚轮式减小摩擦所造成的对挺柱的侧向力。多用于大缸径柴油机。挺柱端面与凸轮的关系锥形凸轮液力挺柱挺柱体柱塞球形支座卡环柱塞弹簧单向阀单向阀架柱塞腔挺柱体腔进油口进油通道结构：性能：消除了配气机构的间隙，减小了各零件的冲击载荷和噪声提高发动机高速时的性能。液力挺柱构造：挺柱体、柱塞、柱塞回位弹簧、单向阀及弹簧单向阀关闭的过程，即相当于消除气门间隙的过程。温度升高，单向阀关闭时间缩短。工作原理：凸轮↑挺柱体↑柱塞↓其下部油压↑单向阀关，气门开；弹簧使柱塞↑其下部油压↓单向阀开，气门关，进油；单向阀下部油压高时可从柱塞与挺柱内的间隙处泄漏到油道内。油压低时可开启单向阀，向其内部补油桑塔纳发动机液压挺柱工作示意图气门关闭时气门打开时柱塞补偿弹簧特点：液压挺柱倒置，直接推动气门开启；挺柱体的上盖和圆筒经加工后再用激光焊接成一体的薄壁零件；单向阀采用钢球、弹簧式结构。弹簧被压缩斜油道单向阀凸轮气门消除段对应于单向阀关闭段挺柱与凸轮间的最小作用力？3、气门推杆：作用：将挺柱传来的推力传给摇臂。工作情况：是气门机构中最容易弯曲的零件。材料：硬铝或钢4、摇臂：功用：将推杆或凸轮传来的力改变方向，作用到气门杆端以推开气门。摇臂结构示意图气门间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摇臂结构示意图润滑油道油槽润滑油道摇臂组示意图摇臂轴螺栓摇臂轴支座摇臂轴紧固螺钉摇臂衬套调整螺钉摇臂定位弹簧注意：摇臂轴安装方向桑塔纳发动机的配气机构§3.4可变进气系统一、多气门分段工作进气系统：低速时，增强进气涡流；高速时，增加进气量；二、双进气管分段工作进气系统：小负荷时，仅打开副进气道，增加进气流速，改善混合气雾化质量，降低油耗；大负荷时，主、副进气管同时打开，增加充气效率，提高发动机功率；三、进气管长度及面积可变进气系统：四、配气相位可变进气系统：实验表明：进气延迟角对发动机影响最大。低速时，进气惯性小，进气延迟角应减小；高速时，进气惯性大，进气延迟角应增大；关键部件：螺旋形花键；凸轮轴通过花键与带轮内孔相联，活塞可控制带轮的轴向移动，电磁阀通过凸轮轴中间油孔控制活塞移动。五、气门定时和升程可变进气系统VTEC功用•VTEC使配气正时和气门升程根据发动机转速变化作出相应的实时调整•使气缸的充气量同时满足发动机低转速和高转速下的不同需要•从而提高了发动机的动力性和经济性。正时板辅助进气摇臂主进气摇臂凸轮轴中间进气摇臂进气门排气门广本雅阁VTEC结构图两个排气门由单独的凸轮和摇臂驱动；两个进气门由单独的不同升程和相位角的主、次凸轮和主、次摇臂驱动，中间凸轮升程最大；三个摇臂靠气门一侧有柱塞孔，孔中有机油控制的滑动柱塞，受ECU控制的电磁阀控制柱塞运动；低速时，电磁阀关闭油道，柱塞不动，各摇臂独自摆动；处于单进双排状态。高速时，电磁阀开启油道，柱塞移动，将三个摇臂联为一体。由于中间凸轮升程大，因此其他凸轮不起作用，此时，主、次气门开启规律均由中间凸轮决定。处于双进双排状态。VTEC组成及工作原理低转速下VTEC原理中间摇臂中间凸轮低转速下VTEC原理说明•正时活塞无油压作用•同步活塞在图示位置•主、辅摇臂分别由主、辅进气凸轮驱动•主进气门按正常的时间和高度开启•辅助进气门由于辅助凸轮的高度小而稍稍打开，以防止燃油积碳阻塞进气口•中间进气摇臂由中间凸轮驱动，但对进气门的开启无任何作用•进排气门重叠角和升程都较小，满足了低速工况的需要高转速下VTEC原理高转速下VTEC原理说明•ECM输出控制信号，使VTEC电磁阀打开•来自机油泵的油压作用于正时活塞，使正时活塞和同步活塞右移•同步活塞将3个摇臂连锁，成为一体•主、辅助进气摇臂均由中间凸轮驱动，从而改变了配气正时•增大了进排气门重叠角和升程，适应了高速工况的需要大众车系可变气门正时机构VVT丰田车系智能可变气门正时系统VVT-I配气相位变，但配气相位角不变，只是时间平移，但气门重叠角改变；气门升程不变。原理：使进气凸轮相对于正常位置转动一个角度（正传或反转）。作业3-5；3-7；简述VTEC工作原理