第章 配气机构

配气机构2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造配气机构的功用功用按照发动机的工作顺序和工作循环的要求定时开启和关闭各缸的进、排气门使新鲜可燃混合气或空气得以及时进入气缸，废气得以从气缸及时排除2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造3目前国产的汽车发动机都采用气门顶置式配气机构。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，逐渐被淘汰。配气机构种类按气门安装位置气门顶置式气门侧置式2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造41)气门顶置式特点：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。配气机构种类2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造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。2)气门侧置式配气机构种类2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造6凸轮轴下置凸轮轴中置凸轮轴上置按凸轮轴布置位置凸轮轴下置式凸轮轴中置式凸轮轴上置式配气机构种类2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造不利因素：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才传动装置，有利于发动机的布置。配气机构种类1)凸轮轴下置2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造传动方式：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2)凸轮轴中置式配气机构种类2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造应用：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，因此适合于高速发动机。双凸轮轴上置式发动机3)凸轮轴上置式配气机构种类2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造按凸轮轴与曲轴传动形式齿轮传动凸轮轴下、中置式链条传动齿形带传动凸轮轴上置式配气机构种类2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造按气缸门数及其排列方式二气门式三气门式四气门式五气门式配气机构种类2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造配气机构的组成2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造配气机构由气门组和气门传动组组成。气门组包括气门、气门导管、气门座和气门弹簧等主要零部件。气门传动组主要包括凸轮轴、凸轮轴正时齿轮、挺柱、推杆(气门顶置式配气机构)、摇臂和摇臂轴。凸轮轴挺柱推杆摇臂气门与气门座气门导管气门弹簧配气机构的组成2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造一、气门组气门组的作用是实现汽缸的密封。配气机构的组成2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造气门由头部和杆部两部分组成，头部用来封闭汽缸的进、排气通道，杆部则主要为气门的运动导向。1、气门气门顶面气门锥面气门锥角气门锁夹槽气门尾端面配气机构的组成头部杆部2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造气门的作用:与气门座相配合，对汽缸进行密封，并按工作循环的要求定时开启和关闭，使新鲜气体进入汽缸，使废气排出汽缸。配气机构的组成功用：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。2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造配气机构的组成工作条件：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600K~700K（铬钢或铬镍钢）排气门800K~1100K（硅铬钢）头部杆部2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造配气机构的组成为了改善气门的导热性能，在气门内部充注金属钠，钠在970℃时为液态，液态钠可将气门头部的热量传给气门杆，冷却效果十分明显。奥迪A6轿车发动机排气门即采用钠冷却气门。充钠镶装硬合金镶装硬合金2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造配气机构的组成(1)气门头部1）头部形状平顶、球面顶和喇叭形顶平顶喇叭形顶（凹顶）球面顶（凸顶）特点结构简单、制造方便、受热面积小、质量小；目前应用最多头部与杆部有较大的过渡圆弧，可以减小进气阻力；头部弹性较大，能较好适应气门座圈的变形头部刚度大，排气阻力小；但受热面积大，质量大，加工较复杂应用进排气门均可用适用于进气门，不宜用于排气门适用于排气门三种气门顶面的形状比较2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造配气机构的组成2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造配气机构的组成气门头部直径越大，气门口通道截面就越大，进、排气阻力就越小。由于最大尺寸受燃烧室结构的限制，考虑到进气阻力比排气阻力对发动机性能的影响大得多，为尽量减小进气阻力，进气门直径往往大于排气门。2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造配气机构的组成2）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。2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造锥角作用：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。配气机构的组成2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造配气机构的组成•作用：对气门导向和散热•要求：有较高的加工精度有较低的表面粗糙度与气门导管保持较小的配合间隙（2）气门杆部较高的加工精度，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、锁销孔气门杆尾部的结构取决于气门弹簧座的固定方式2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造在杆端制圆柱形径向通孔，把锁销扦入孔中。锁片式：在气门杆端制有凹糟，用两半锥形锁片将弹簧座的内锥面卡住。锁销式：气门尾端:气门弹簧座的固定方式配气机构的组成2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造作用：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：耐磨合金铸铁，粉末冶金材料加工方法：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。伸入深度应适量。锥度可减少气流阻力。2、气门导管配气机构的组成2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造配气机构的组成过盈配合，卡环轴向定位2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造气门座：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。气门座镶圈：为保证气门座的耐磨、耐高温等性能，采用合金铸铁等较好的材料单独制作，然后镶嵌到气缸盖上。以便提高其使用寿命，同时便于更换。气门座铝合金气缸盖为何气门座都要镶嵌气门座圈？３、气门座配气机构的组成2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造配气机构的组成4.气门弹簧保证气门关闭时能紧密地与气门座贴合克服在气门开启时配气机构产生的惯性力使传动件始终受凸轮控制而不相互脱离(1)气门弹簧的功用(2)气门弹簧的工作条件及材料•优质冷拔弹簧钢丝如高碳锰钢、铬钒钢等并经热处理•钢丝表面抛光处理•表面镀锌、磷化•承受交变载荷•为保证其可靠的工作，应具有合适的刚度和足够的抗疲劳强度•避免弹簧锈蚀•两端面必须磨光并与轴线垂直2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造30圆柱形螺旋弹簧圆柱等螺距弹簧不等距弹簧应用：CA7560随着有效圈数的减少，自然频率提高。配气机构的组成2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造31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作用：1、防止共振2、当一根弹簧折断折断时，另一根仍可继续工作3、降低了气门弹簧的整体高度配气机构的组成2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造配气机构的组成二、气门传动组2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造1、组成2、功用：气门传动组的作用是使气门按发动机配气相位规定的时刻及时开、闭，并保证规定的开启时间和开启高度。凸轮轴挺柱推杆摇臂凸轮轴正时齿轮摇臂轴配气机构的组成2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造配气机构的组成1.凸轮轴•要求表面耐磨，足够韧性刚度•由优质碳钢或合金钢锻造，•用合金铸铁或球墨铸铁铸造•凸轮表面经热处理后磨光工作条件•承受周期性的冲击载荷•表面磨损比较严重材料(1)凸轮轴的功用配置有各缸进、排气凸轮，使气门按一定的工作次序和配气相位及时开闭。(2)凸轮轴的工作条件及材料2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造配气机构的组成同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置是与相应的配气相位相对应的。2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造配气机构的组成同名凸轮的相对位置凸轮轴的旋转方向发动机点火顺序气缸数作功间隔角四缸机:发火顺序1-3-4-2作功间隔角180º曲轴转角（90º凸轮轴转角）同名凸轮夹角90º六缸机:发火顺序1-5-3-6-2-4作功间隔角120º曲轴转角（60º凸轮轴转角）同名凸轮夹角60º有关2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造配气机构的组成凸轮轮廓控制进排气门开闭时刻、持续时间及开闭的速度r0:实际基圆半径r´0:理论基圆半径AB/DE:缓冲段，气门运动速度小，防止强烈冲击BCD:工作段挺柱:A点开始升起，E点停止运动气门:最迟在B点开始升起，最早在D点完全关闭2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造凸轮轴的正时传动：正时齿轮有正时记号，装配时必须对准。配气机构的组成2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造配气机构的组成•挺柱工作面应耐磨损并得到良好润滑•碳钢合金钢镍铬合金铸铁和冷激合金铸铁工作条件•摩擦和磨损都相当严重•承受凸轮侧向力而偏磨材料将凸轮的推力传给推杆或气门。并承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力。挺柱可分为普通挺柱和液力挺柱两种。(2)挺柱的工作条件及材料2.挺柱(1)挺柱的功用2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造配气机构的组成(1)普通挺柱有筒式和滚轮式两种结构形式。筒式挺柱圆周钻有通孔，便于筒内收集的机油流出对挺柱底面及凸轮加以润滑；另外，由于挺柱中间为空心，其质量可减轻。滚轮式挺柱可以减少磨损，但结构较复杂，质量较大，多用于大缸径柴油机的配气机构上。挺柱工作时，由于受凸轮侧向推力的作用，会稍有倾斜，并且由于侧向推力方向是一定的，将引起挺柱与导管之间的单面磨损，同时挺柱与凸轮固定不变地在一处接触，也会造成磨损不均匀。2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造配气机构的组成挺柱轴线偏离凸轮的对称轴线凸轮工作面为锥角很小的锥面挺柱底面为球面镶嵌耐磨金属块减轻挺柱底面磨损的结构措施凸轮与挺柱的接触点偏离挺柱轴线，当挺柱被凸轮顶起上升时，接触点的摩擦力使其绕本身轴线转动，以达到均匀磨损的目的。2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造42（2）液力挺柱性能：由于气门间隙的存在，发动机工作时，配气机构中将发生撞击而产生噪声。为解决这一矛盾，有些发动机采用了液力挺柱，尤以高级轿车发动机应用广泛。卡环阀架支承座单向阀柱塞弹簧碟形弹簧挺杆体柱塞推杆配气机构的组成2020年2月26日星期三湖南工程学院—汽车构造43当气门关闭时，柱塞弹簧使柱塞连同压合在柱塞中的支承座紧靠着推杆，整个配气机构不存在间隙。当挺柱被凸轮推举向上时，推杆作用于支承座和柱塞上的反力力图使柱塞克服柱塞弹簧的弹力而相对于挺柱体向下移动，于是柱塞下部空腔内的油压迅速增高，使单向阀关闭。由于液体的不可压缩性，整个挺柱如同一个刚体一样上升，这样可保证了必要的气门升程。