汽车发动机构造之配气结构.ppt

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1、第4章 配气机构,二、换气机构形式 气门式、气口式、气门-气口式。,一、作用 按照发动机的工作顺序定时、定量实现换气过程。 达到进气尽可能充分、排气尽可能干净的目的（吸足排净） 。,衡量进气充分程度的指标充量系数c,实际进气量与进气状态下理论上充满气缸工作容积的新鲜充量之比。,桑塔纳发动机配气机构,二冲程汽油机,二冲程柴油机,第4章 配气机构4.1. 气门式配气机构的布置和传动,一、分类 （一）按气门布置的位置来分,1、气门顶置式 气门布置在缸盖上。由凸轮、挺柱、推杆、摇臂、气门和气门弹簧等组成。,工作过程,(1)气门打开：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

2、、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。,(2)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。,第4章 配气机构4.1. 气门式配气机构的布置和传动,特点：气门行程大，结构较复杂；进气阻力小，气流搅动大，能达到较高的压缩比； 燃烧室紧凑，表面积小，热效率高且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，目前的汽车发动机都采用气门顶置式配气机构。,第4章 配气机构4.1. 气门式配气机构的布置和传动,进排气门都布置在气缸的一侧，结构简单、零件数目少。,2、气门侧置式,气门

3、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。,第4章 配气机构4.1. 气门式配气机构的布置和传动,（二）按凸轮轴的布置位置来分,1、凸轮轴下置 2、凸轮轴中置 3、凸轮轴上置,第4章 配气机构4.1. 气门式配气机构的布置和传动,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。,1、凸轮轴下置,第4章 配气机构4.1. 气门式配气机构的布置和传动,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

4、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,凸轮轴上置有两种结构，一是凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，这样既无挺柱，又无推杆，往复运动质量大大减小，此结构适于高速发动机。,3、凸轮轴上置,第4章 配气机构4.1. 气门式配气机构的布置和传动,另一种是凸轮轴直接驱动气门或带液力挺柱的气门，此种配气机构的往复运动质量更小，特别适应于高速发动机。,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,（三）、按照曲轴和凸轮轴的传动方式分 1、齿轮传动 2、链条传动 3、齿形带传动,第4章 配气机构4.1. 气门式配气机构的布置和传动,第4章 配气机构4.1

5、. 气门式配气机构的布置和传动,特点：配气相位准确，工作可靠性和耐久性好。噪音、磨损较大，空间布置困难，重量大；一般从曲轴到凸轮轴只需一对正时齿轮传动，若齿轮直径过大，可增加一个中间齿轮。为了啮合平稳，减小噪声，正时齿轮多用圆柱形斜齿轮 材料：曲轴正时齿轮：钢制 凸轮轴正时齿轮：铸铁，夹布胶木,1、齿轮传动,传动路线：曲轴正时齿轮凸轮轴正时齿轮,应用：凸轮轴下置、中置式配气机构，多用于低速发动机。,第4章 配气机构4.1. 气门式配气机构的布置和传动,特点：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。 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

6、，噪声、磨损大，耐久性较差。,2、链条传动,传动路线：曲轴链条凸轮轴正时齿轮,应用：凸轮轴上置式配气机构,第4章 配气机构4.1. 气门式配气机构的布置和传动,特点：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；传动效率高，磨损、噪声小不需润滑， 齿形带传动，噪声小、成本低缺点：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。,3、齿形带传动,传动路线：曲轴齿形皮带凸轮轴正时齿轮,应用：凸轮轴上置式配气机构,齿形皮带材料：氯丁橡胶,（四）、按气门数及排列方式来分,第4章 配气机构4.1. 气门式配气机构

7、的布置和传动,双气门和多气门。 1、双气门 一般发动机都采用每缸两个气门，即一个进气门和一个排气门的结构。为了改善换气，在可能的条件下，应尽量加大气门的直径，特别是进气门的直径。,排列 ： 一列 驱动：一根凸轮轴驱动 进排气道： 汽油机：置于机体一侧，进气预热 ，提高汽油挥发性 柴油机：置于机体两侧，防止进气预热，提高充气效率,2.多气门的排列及驱动 大排量、高转速、高功率的新型汽车发动机多采用多气门结构。如四气门、五气门（三进两出）、八气门等。,1).同名气门排成两列，由一个凸轮通过T形驱动杆同时驱动，并且所有气门都可以由一根凸轮轴驱动。 2).同名气门排成一列 ，进排气门分别位于曲轴中心线

8、的两侧，分别采用两凸轮轴驱动，每缸两同名气门采用两个形状和位置相同的凸轮驱动。,第4章 配气机构4.1. 气门式配气机构的布置和传动,四气门的布置,宝来1.8T五气门,第4章 配气机构4.2. 配气相位,一、定义：配气相位是用曲轴转角表示的进、排气门的实际开闭时刻及开启的持续时间。通常用环形配气相位图来表示 进气门打开持续时间： 180+ 排气门打开持续时间： 180+,配气相位演示,第4章 配气机构4.2. 配气相位,理论上讲进、压、功、排各占180，也就是说进、排气门都是在上、下止点开闭，延续时间都是曲轴转角180。但实际上，高速发动机各个行程持续时间非常短，使发动机进气不足，排气不净，因

9、此需对简单配气相位进行改进。改进措施有： 进气门早开：增大了进气行程开始时气门的开启高度，减小进气阻力，增加进气量。 进气门晚关：延长了进气时间，在大气压和气体惯性力的作用下，增加进气量。 排气门早开：借助气缸内的高压自行排气，大大减小了排气阻力，使排气干净。 排气门晚关：延长了排气时间，在废气压力和废气惯性力的作用下，使排气干净。,二、 气门重叠 由于进气门早开，排气门晚关，进气门在上止点前开启，而排气门在上止点后关闭，势必造成在同一时间内两个气门同时开启的现象，这个现象叫气门重叠，把两个气门同时开启时间相当的曲轴转角叫作气门重叠角+ 。,在这段时间内，可燃混合气和废气是否会乱串呢？,不会的

10、，这是因为： a. 进、排气流各自有自己的流动方向和流动惯性，而重叠时间又很短，不至于混乱，即吸入的可燃混合气不会随同废气排出，废气也不会经进气门倒流入进气管，而只能从排气门排出； b. 进气门附近有降压作用，有利于进气。,第4章 配气机构4.2. 配气相位,提前开启作用：可以减少进气阻力，减少进排气消耗功。 延时关闭作用：利用进排气惯性，以增大进排气量。,- 进气提前角 - 进气延迟角 - 排气提前角 - 进气延迟角,气门叠开角：+,三、气门间隙 （一）定义及其存在位置 1、定义：在发动机冷态装配时，在气门及其相邻传动机构之间留有适当地间隙，以补偿气门受热后的膨胀量。这一间隙就称为气门间隙。

11、 2、位置：在气门与其相邻传动件之间。,（二）、气门间隙过大与过小的危害： 间隙过大：进、排气门开启迟后，缩短了进排气时间，降低了气门的开启高度，改变了正常的配气相位，使发动机因进气不足，排气不净而功率下降；此外，还使配气机构零件的撞击增加，磨损加快。 无间隙或间隙过小：发动机工作后，零件受热膨胀，将气门推开，使气门关闭不严，造成漏气，功率下降，并使气门的密封表面严重积碳或烧坏，甚至气门撞击活塞。,柴油机： 进气门 0.300.35mm 排气门 0.350.40mm,汽油机： 进气门 0.250.30mm 排气门 0.300.35mm,（四）、气门间隙的调整：,（三）、气门间隙的大小（冷车间隙

12、）,气门间隙调整原则： 1、不可调区域： 将要排气，正在排气，排气刚完的排气门不可调。 将要进气，正在进气，进气刚完的进气门不可调。 2、二次调整法口诀： 当一缸在压缩上止点时，发动机各缸按工作顺序， 依次可调的气门为： 双-排-不-进 （双-排-排-不-进-进）,1缸,3缸,2缸,4缸,进,压,功,排,点火次序：1342,1缸 a,3缸a,2缸b,6缸b,4缸b,5缸a,测量气门间隙，前后移动厚薄规时有一点拖滞感,拧松锁紧螺母，调整调节螺钉,3、气门间隙调整的方法：,厚薄规,一字改刀,梅花扳手,第4章 配气机构4.3. 顶置气门式配气机构的零件和组件,组成：气门组和气门传动组,一、气门组 组

13、成：气门、气门座圈、气门导管、气门弹簧（座）、气门锁片等。 作用：保证气门能够实现气缸的密封。 （一）气门: 进气门和排气门 工作条件： 高温、高压冲击、腐蚀、磨损、润滑困难等。 要求： 足够的强度、刚度、耐磨、耐高温、耐腐蚀、耐冲击。 材料： 进气门：合金钢，如40Cr、 35CrMo等。 排气门：高级耐热合金钢， 如4Cr9Si2等。,1、气门头部 气门头部是一个具有圆锥斜面的圆盘，气门锥角进气门一般为30，排气门为45，气门头边缘应保持一定厚度，一般为1-3 mm，以防工作中冲击损坏和被高温烧蚀。气门密封锥面与气门座配对研磨。 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。

14、通常进气门头部直径大于排气门。如果两气门一样大时，排气门有记号。,第4章 配气机构4.3. 顶置气门式配气机构的零件和组件,30,45,气门头顶部形状 气门头顶部形状有平顶，球面顶和喇叭形顶等,平顶：结构简单、制造方便、吸热面积小，质量小、进、排气门均可采用。 球面顶：适用于排气门，强度高，排气阻力小，废气的清除效果好，但受热面积大，质量和惯性力大，加工较复杂。 喇叭形顶：适用于进气门，进气阻力小，但受热面积大，不适于排气门。,2、杆身 杆身与头部制成一体，装在气门导管内起导向、传热的作用，杆身与头部采用圆滑过渡连接。气门杆表面经过热处理并且磨光，一般是实心的，有的是空心的，空心杆质量轻，运动

15、惯性力小。,凹槽,3、尾部：,尾部制有凹槽（锥形槽或环形槽）用来安装锁紧件。起固定弹簧座的作用。,锥形锁夹,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,（二）、气门导管 功用： 导向作用，保证气门作直线往复运动。 导热作用，将气门头部传给杆身的热量，通过气缸盖传出去。 工作条件： 工作温度较高，约500K。润滑困难，易磨损 材料： 气门导管和气门的润滑是靠配气机构飞溅出来的机油进行润滑的，因此易磨损。为了改善润滑性能，气门导管常用用含石墨较多的合金铸铁或粉末冶金材料，能提高自润滑作用。,加工方法： 导管内、外圆面加工后压入气缸盖的气门导管孔内，然后再精铰内孔。为了防

16、止气门导管在使用过程中松脱，有的发动机对气门导管用卡环定位。,装配： 气门杆与气门导管间隙0.050.12mm。,（三）气门座： 气门座与气门头部密封锥面配合密封气缸，气门头部的热量亦经过气门座外传。气门座可以在缸盖或缸体上直接镗出，也可以采用镶嵌式结构。镶嵌式结构气门座都采用较好的材料（合金铸铁、奥氏体钢等）单独制作。同缸盖是过盈配合。铝合金缸盖必须镶气门座圈。,镶嵌式气门座圈,（四）气门弹簧 保证气门紧贴气门座，防止气门落座时发生跳动等。常用双弹簧结构。 型式：圆柱螺旋弹簧、变螺距的圆柱弹簧、同心安装的两根弹簧,不等距弹簧,圆柱等螺距弹簧,工作时工作圈数不是常数，振动频率经常变化，防止弹簧

17、与气门产生共振，,旋向相反的两个弹簧振动频率不一样；防止断裂的弹簧卡入另一弹簧，一根折断后另一根可继续工作,双弹簧结构,（五）气门旋转机构 安装在气门尾部，在气门工作时发生一定的转动，以使气门受热、磨损均匀，同时可以挤出气门密封锥面的积碳等物质。有自由、强制旋转两种,二、气门传动组 功用：将由曲轴传来的动力传给气门，使进、排气门能按照配气相位规定时刻开闭，并保证有足够的开度。 组成：正时齿轮、配气凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴、气门间隙调整螺钉等。,凸轮,凸轮轴正时齿轮,推杆,摇臂,摇臂轴,挺柱,（一）、凸轮轴 功用： 控制气门的开启和关闭，每一个进、排气门分别有相应的进气凸轮和排气凸轮。

18、工作条件： 承受气门间歇性开启的冲击载荷。 耐磨，抗冲击韧性，刚度 材料： 优质钢、合金铸铁、球墨铸铁 结构：凸轮、轴颈、偏心轮、螺旋齿轮；每2气缸一个轴颈；轴颈直径前后依次减小；另有空心凸轮轴，如捷达EA113,凸轮,驱动分电器的螺旋齿轮,凸轮轴轴颈,要求： 1、四冲程配气凸轮轴与曲轴转速之比：1：2 2、凸轮轴的凸轮是根据发动机的发火顺序和配气相位来设计。 3、凸轮轴的轴向定位 4、凸轮轴定时齿轮的安装必须根据记号进行，以保证发动机的配气相位与发动机的发火顺序相符。,（二）、挺柱,作用： 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。 挺柱的分类： 菌式、筒式、滚轮式 材料

19、： 镍硌合金、冷激合金铸铁。,液力挺柱,结构：挺柱体、卡簧、球座、柱塞、单向阀架、柱塞弹簧、单向阀、碟形弹簧等 性能： 可消除配气机构中间隙，减小个零件的冲击载荷和噪声，同时凸轮轮廓可设计得比较陡些，使气门开启和关闭更快，以减少进排气阻力，改善发动机的换气，提高发动机的性能，特别是高速。,挺柱体,柱塞,球形支座,卡簧,柱塞弹簧,单向阀,单向阀架,柱塞腔A,挺柱体腔B,进油口,进油通道,（三）、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。强度要求高，尽量短。 材料： 硬铝或钢,实心推杆,硬铝推杆,钢支承,（四）、摇臂,摇臂结构示意图,气门间隙调节螺钉,

20、调节螺母,摇臂,摇臂轴套,易磨损部位 堆焊耐磨合金,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。 摇臂比=1.21.8,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,第4章 配气机构4.4.可变配气相位,1VTEC（Variable Valve Timing and Life Electrical Contral）功用 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,一、气门定时和气门升程控制机构（VTEC

21、）,理想的配气系统应当要满足以下要求： 1) 低速时，采用较小的气门叠开角以及较小的气门升程，防止出现缸内新鲜充量向进气系统的倒流，以便增加转矩，提高燃油经济性。 2) 高速时应具有最大的气门升程和进气门迟闭角，以最大限度地减小流动阻力，充分利用过后充气，提高充量系数，以满足动力性要求。 3) 配合以上变化，对进气门从开启到关闭的进气持续角也应进行调整，以实现最佳的进气定时。,2、 VTEC的组成,3VTEC的工作原理,（1）低转速下VTEC原理,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，以防止燃油阻塞进气口 中间进气摇臂由中

22、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,正时活塞无油压作用，同步活塞处于中间位置,（2）高转速下VTEC原理,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,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,ECM输出控制信号，使VTEC电磁阀打开,第4章 配气机构4.4.可变配气相位,1i-VETC（Intelligent Variable Valve Timing and Life Electrical Contral ） 进排气门相位角连续性

23、控制系统(Variable Timing Control，VTC)与VETC结合，VTEC根据转速控制气门开启的时刻与升程, VTC则根据转速和负荷控制进气门和排气门同时打开的时机,以便对气门做更加精确的调整。（本田）,二、其他类型的可变配气正时系统,二、其他类型的可变配气正时系统,2、VVT（Variable Valve Timing）、 VVT-i (Variable Valve Timing intake)可变气门相位：,3、VVTL（Variable Valve Timing and Left）可变气门相位及升程： 是在VVT对气门正时控制的基础上加入了对气门升程控制的一种装置。,是一种控制凸轮轴气门正时的装置，它通过调整凸轮轴转角配气正时进行优化，从而提高发动机在所有转速范围内的动力性、燃油经济性，降低尾气的排放。（丰田） 目前VETC最多可实现3组凸轮切换，即正时和升程为分段可调而VVT可实现正时的连续可调,