配气机构

第一组配气机构问题二、配气机构有什么作用？问题一：什么是配气机构？配气机构是适时开闭进气门与排气门，控制发动机进气和排气的机构。根据发动机的工作顺序和各缸工作循环的要求，定时开启和关闭进、排气门，使新鲜可燃混合气（汽油机）或空气（柴油机）准时进入气缸，废气得以及时排出气缸。配气机构一、配气机构的要求与组成（二）要求保证气门的密封进、排气的时机要恰当进、排气要充分进、排气阻力要小配气机构（三）配气机构的组成1、气门组2、气门传动组气门组和气门传动组的作用和主要零件？配气机构（三）配气机构的组成1、气门组（1）作用：封闭进、排气道（2）主要零件：包括气门、气门座、气门弹簧和气门导管等2、气门传动组（1）作用：使气门定时开启和关闭（2）主要零件：包括正时齿轮(正时链轮和链条或正时带轮和正时带)、凸轮轴、挺杆、推杆、摇臂轴和摇臂等。发动机工作时，曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴旋转，使凸轮轴上的凸轮凸起部分通过挺杆和推杆推动摇臂绕摇臂轴摆转，摇臂的另一端便向下推开气门，并使气门弹簧进一步压缩。当凸轮的顶点转过挺杆后，气门在气门弹簧的弹力作用下，开度开始逐渐减小，直至最后关闭。（你们想一下运动过程）配气机构配气机构二、配气机构的分类和工作原理（一）配气机构的分类发动机配气机构形式多种多样，其主要区别是气门布置形式和数量、凸轮轴布置形式和驱动方式。1、按气门布置形式分为：侧置气门和顶置气门说明1：顶置气门应用最广泛，侧置气门已被淘汰。以下配气机构如果不特别说明，则都为顶置气门式。说明2：一般发动机都采用每缸两气门，即一个进气门和一个排气门的结构。为了进一步提高气缸的换气性能，许多中、高级新型轿车的发动机上普遍采用每缸多气门结构，如三气门、四气门以及五气门等，其中以四气门为多见。如图3-1所示为发动机每缸五气门(三个进气门、两个排气门)结构。图3-1五气门示意图配气机构气门顶置式气门侧置式1、按气门布置形式分为：侧置气门和顶置气门配气机构2、按凸轮轴的传动方式分类配气机构按凸轮轴的传动方式分有齿轮传动式、链条传动式和齿形带传动式。如图3-2所示。（a）齿轮传动式（b）链条传动式（c）齿形带传动式图3-2凸轮轴的传动方式1）.齿轮传动（1）优点：配气相位准确，工作可靠性好，耐久性好。（2）缺点：噪音、磨损较大，布置困难。（3）应用：凸轮轴下置式、凸轮轴中置式配气机构，尤其是凸轮轴下置式主要采用圆柱形正时齿轮传动。图3-3加中间惰轮的齿轮传动（柴油机用）Ａ、Ｂ、Ｃ正时记号说明2：凸轮轴正时齿轮大，曲轴正时齿轮小，通常采用斜齿，以延长使用寿命，减少噪音，保证传动平稳。安装时，齿轮上的正时记号必须对准，确保配气正时。2）.链条传动（1）优点：布置自由度大，制造成本低，工作可靠。（2）缺点：配气相位易变，噪声、磨损大，耐久性较差，润滑、维修较麻烦。（3）应用：凸轮轴上置式配气机构凸轮轴上置式配气机构的凸轮轴离曲轴较远，采用链条传动或齿形带传动。采用链条传动时，在曲轴和凸轮轴上装有链轮，曲轴通过链条驱动凸轮轴，在链条侧面有张紧机构和链条板，利用张紧机构调整链条张力。3）.齿形带传动（1）优点：配气相位准确，布置自由度大，磨损、传动噪声小。齿形带传动曲轴正时齿形带轮中间轮水泵传动齿形带轮张紧轮凸轮轴正时齿形带轮（2）缺点：可靠性、耐久性差，摩擦阻力大，随温度变化大3）.齿形带传动从20世纪80年代初开始，齿形带传动逐渐得到广泛使用。与链条传动相似，采用齿形带传动时，曲轴上的齿形带轮通过齿形带驱动凸轮轴上的齿形带轮，并用张紧轮调整齿形带张力，如图3-2（ｃ）所示。齿形带由纤维和橡胶制成，一面具有齿形，另一面是平面。齿形带传动噪声小，不需要润滑。齿形带要求汽车每行驶10000ｋｍ检查一次，以确保工作可靠。安装时和齿轮传动式一样，在主动轮和被动轮上都有正时记号，必须按要求对准正时记号，以确保配气正时。图3-2C齿形带传动式3、按凸轮轴布置形式分为类1）.凸轮轴下置式配气机构凸轮轴下置式（1）组成：气门传动组和气门组（2）特点：凸轮轴平行布置在曲轴一侧，位于气门组下方，配气机构的工作通过曲轴和凸轮轴之间的一对正时齿轮啮合将曲轴的动力传给凸轮轴来带动。优点是布置比较灵活，即凸轮轴离曲轴较近，可简单的用对齿轮传动。缺点是传动路线较长，噪音较大且挺柱易发生变形。（3）应用：大多数载货汽车和大中型客车发动机都采用这种结构形式。（4）工作过程：A.气门打开：由曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴旋转，使凸轮轴上的凸轮凸起部分通过挺柱、推杆、调整螺钉，推动摇臂摆转，摇臂的另一端便向下推开气门，同时使弹簧进一步压缩。B.气门关闭：当凸轮的凸起部分的顶点转过挺柱以后，气门在其弹簧张力的作用下，开度逐渐减小，直至最后关闭，进气或排气过程即告结束。（凸轮在旋转过程中，凸轮轴基圆部分与挺柱接触时，挺柱位置不变）压缩和作功行程中，气门在弹簧张力作用下严密关闭，使气缸密闭。（动画演示）凸轮轴正时齿轮凸轮轴挺柱推杆摇臂摇臂轴（4）工作过程(a)气门开启(b)气门关闭图3-7凸轮轴下置式配气机构的结构和工作简图凸轮轴下置式配气机构的结构和工作简图（2）、凸轮轴中置式配气机构凸轮轴中置式1）概念：为减小气门传动组零件的往复运动惯性力，一些速度较高的发动机将下置式凸轮轴的位置抬高到缸体的上部，缩短了传动零件的长度，称之为凸轮轴中置式配气机构，如右图所示。2）传动方式：凸轮轴中置式配气机构可采用中间齿轮、链条（如别克赛欧）或齿形带传动，•3）.配气机构工作原理（前面已经动画演示）如图3-8所示。发动机工作时，正时齿轮带动凸轮轴旋转，当发动机需要进行换气行程时，凸轮凸起部分通过挺柱、推杆以及高速螺钉推动摇臂摆转，使得摇臂的另一端向下推开气门，并压缩气门弹簧。凸轮凸起部分的顶点转过挺柱后，凸轮对挺柱的推力减小，气门在弹簧张力下逐渐关闭，凸轮凸起部分离开挺柱时，气门完全关闭，换气行程结束，压缩和做功行程开始。气门在弹簧张力作用下严密关闭，使气缸密闭。a)气门关闭b)气门打开c)气门关闭图3-8配气机构工作原理（3）、凸轮轴上置式配气机构特点：凸轮轴直接安装于气缸盖上，通过同步齿形带或者链条来驱动（因为凸轮轴离曲轴中心较远），如右图所示。凸轮轴直接通过摇臂驱动气门或者直接通过挺柱驱动气门，省去了推杆。主要优点：运动件少，凸轮轴至气门的传动链短，整个机构的刚度大，适合于高速发动机·主要缺点：凸轮轴与曲轴传动距离较远，一般用齿形带传动或链传动凸轮轴上置式注意：凸轮轴上置式配气机构有单上置和双上置之分。应用：现代轿车使用的高速发动机大多采用这种结构形式，如右图所示。•A.单上置凸轮轴式配气机构。单上置凸轮轴式配气机构在缸盖上布置１根凸轮轴驱动进、排气门。A.单上置凸轮轴式配气机构1、凸轮通过液压挺柱驱动气门的称直接驱动式气门驱动形式凸轮轴上置直接驱动挺柱体气门顶置图3-9凸轮通过挺柱直接驱动气门·直接驱动式配气机构的刚度最大，驱动气门的能量损失最小，在高度强化的轿车发动机上应用广泛2、摇臂驱动式：通过摇臂驱动的称摇臂驱动式，如图3-10所示。图3-10摇臂驱动、单上置凸轮轴式配气机构摇臂驱动气门式·凸轮轴直接驱动摇臂，摇臂驱动气门·还可以是凸轮轴推动挺柱，挺柱推动摇臂，摇臂再驱动气门B.双上置凸轮轴式配气机构双上置凸轮轴式配气机构是在气缸盖上布置２根凸轮轴，一根驱动进气门，一根驱动排气门，这种结构有利于多气门的布置。图3-11气门双上置式凸轮轴配气机构图3-12气门双上置式凸轮轴配气机构B.双上置凸轮轴式配气机构摆臂驱动式·左图为摆臂驱动、双凸轮轴上置式配气机构摆臂驱动比摇臂驱动刚度更好，更有利于高速发动机，在轿车发动机上应用广泛·摆臂与摇臂功用相同，区别是摆臂为单臂杠杆，其支点在摆臂的一端（看左、右图对比）4、按每缸气门的数量分类•1）双气门式配气机构•一般发动机配气机构较多采用一个进气门和一个排气门，其特点是结构简单，能够适应各种燃烧室，但气缸换气受到进气通道的限制，故都用于低速发动机。•2）多气门式配气机构•发动机每缸气门数量超过２个的称多气门发动机。•现代高性能发动机普遍采用3气门、4气门和5气门，目前应用最多的是４气门发动机。•优点：气门通过断面积大，进排气充分，进气量增加，发动机的转矩和功率提高，有利于发动机高速化（单个气门质量减轻）。图3-1五气门示意图•4气门发动机每缸采用2个进气门和2个排气门，其配气机构一般采用双上置式凸轮轴结构，如图3-12所示。4气门发动机的突出优点是气流通过断面的面积大，进、排气充分，进气量增加，发动机的转矩和功率提高。每个气门的头部直径较小、质量减轻、运动惯性力减小，有利于发动机向高速化发展。４气门发动机多采用篷形燃烧室，火花塞布置在燃烧室中央，有利于燃烧。缺点是发动机零件数量增多，制造成本增加。广州本田雅阁、上海别克等轿车发动机均为４气门。图3-12气门双上置式凸轮轴配气机构多气门发动机3、按曲轴和凸轮轴的传动方式2、按各气缸气门数目二气门式（一进一排）齿轮传动式多气门式（二进二排，三进两排）如：奥迪A4齿轮传动式链条传动式齿形皮带传动式链条传动式齿形皮带传动式4、按凸轮轴的安装位置下置凸轮轴式配气机构中置凸轮轴式配气机构上置单凸轮轴式配气机构凸轮轴挺杆推杆摇臂气门气门弹簧下置凸轮轴式配气机构气门挺杆凸轮摇臂中置凸轮轴式配气机构上置单凸轮轴式配气机构上置凸轮轴挺杆驱动式凸轮气门上置双凸轮轴无挺杆式凸轮摇臂气门上置双凸轮轴摇臂驱动式二、配气机构的组成气门组：气门传动组：包括正时齿轮、凸轮轴、挺杆、推杆、摇臂、摇臂轴等。气门、气门座、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座等。用于控制进、排气道的开闭。按照配气相位的要求实时开闭进、排气门,并保证有足够的气门升程。配气相位：气门的开闭时刻和气门的开启持续时间用曲轴转角来表示。配气相位图：配气相位用环形图来表示。理论上：进、排气各占曲轴转角180°实际上：发动机转速高，进排气时间短，进排气过程占曲轴转角要大于180°配气相位进气提前角α进气延迟角β进气1、进气门的早开进气提前角α：10°～38°进气迟闭角β：40°～80°进气持续角：α+180°+β一、气门的早开迟闭2、进气门的迟闭CA6102：α＝12°目的：增大进气开始时的气门开度目的：利用气流惯性和压差多进气CA6102：β＝48°3、排气门的早开排气提前角γ：40°～80°排气迟闭角δ：10°～30°排气持续角：γ+180+δ4、排气门的迟闭CA6102：γ＝42°目的：利用压差大量排气，降低活塞上行的阻力，防止发动机过热目的：利用气流惯性和压差多排气CA6102：δ＝48°δ排气延迟角γ排气提前角排气气门重叠角：α+δ°二、气门叠开αβ进气排气——在上止点处进、排气门同时开启的现象气门开度小气流有惯性转速高，时间短气体不会倒流几点说明：1.结构一定,配气相位角一定；2.最佳的换气效果,只对应发动机某一转速；3.随着发动机技术状况的变化,配气相位角会发生变化；4.增压柴油机的叠开角较一般柴油机要大得多。δγ•气门组的主要零件有哪些？气门组在配气机构中相当与一个阀门，作用是准时接通和切断进排气系统与气缸之间的通道。气门组的组成气门、气门油封气门座圈、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座锁片（锁销）等气门组作用:要求：·气门头部与气门座贴合严密·气门导管与气门杆导向良好·气门弹簧两端与气门杆的中心垂直·气门弹簧的弹力足够控制进、排气道的开闭在任何情况下，必须保证燃烧室的密封性④一、气门作用：用于控制进、排气道的开闭工作条件：气门的工作条件十分恶劣，气门头部的工作温度很高A、进气门570K～670K，排气门1050K～1200K(K为热力学温度，换算关系为：T/℃=T/K-273.15)。B、头部承受气体压力、气门弹簧力及传动组零件惯性力的作用等，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。材料要求：足够的强度和刚度、耐热、耐腐蚀、耐磨，进气门：合金钢(铬钢或镍铬钢)，排气门：耐热合金钢(硅铬钢)。有的排气门头部用耐热合金钢；杆部用铬钢进气门：铬钢或铬镍钢；