汽車結(jié)構(gòu) 第03章配氣機構(gòu)

?汽車構(gòu)造?電子教案

第三章配氣機構(gòu)7/29/20231第三章配氣機構(gòu)概述氣門式配氣機構(gòu)的布置及傳動配氣相位配氣機構(gòu)的零件和組件配氣機構(gòu)的功用是按照發(fā)動機每一氣缸所進行的工作循環(huán)和發(fā)火次序的要求，定時開啟和關(guān)閉進、排氣門，使新鮮可燃混合氣〔汽油機〕或空氣〔柴油機〕得以及時進入氣缸，廢氣得以及時從氣缸排出。新鮮空氣或可燃混合氣被吸進氣缸越多，那么發(fā)動機可能發(fā)出的功率越大。新鮮空氣或可燃混合氣充滿氣缸的程度，用充量系數(shù)來表示。

7/29/20232充量系數(shù)所謂充量系數(shù)就是在進氣過程中，實際進入氣缸內(nèi)的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量與在進氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量之比，即式中，為進氣過程中，實際充入氣缸的新氣的質(zhì)量；為進氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新氣質(zhì)量。充量系數(shù)越高，說明進入氣缸內(nèi)的新鮮空氣或可燃混合氣越多，可燃混合氣燃燒時所放出的熱量越大，所以發(fā)動機發(fā)出的功率越大。充量系數(shù)總是小于1，一般為0.80~0.90。影響發(fā)動機充量系數(shù)的因素很多，故提高充量系數(shù)可以從多方面入手。就配氣機構(gòu)而言，主要是要求其結(jié)構(gòu)有利于減小進氣和排氣的阻力，而且進、排氣門的開啟時刻和持續(xù)開啟時間比較適當(dāng)，使吸氣和排氣都盡可能充分。7/29/20233第一節(jié)

氣門式配氣結(jié)構(gòu)的布置及傳動氣門式配氣機構(gòu)由氣門組和氣門傳動組零件組成。配氣機構(gòu)可以從不同角度分類：按氣門的布置形式，主要有氣門頂置式和氣門側(cè)置式；按凸輪軸的布置位置，可分為凸輪軸下置式，凸輪軸中置式和凸輪軸上置式；按曲軸和凸輪軸的傳動方式，可分為齒輪傳動式、鏈傳動式和帶傳動式。按每氣缸氣門數(shù)目，有二氣門式、四氣門和五氣門等多氣門式。7/29/20234氣門的布置形式1.氣門頂置式配氣機構(gòu)

進氣門和排氣門都倒掛在氣缸上?，F(xiàn)代汽車發(fā)動機均采用氣門頂置式配氣機構(gòu)。2.氣門側(cè)置式配氣機構(gòu)

氣門側(cè)置式配氣機構(gòu)的進氣門和排氣門都裝置在氣缸體的一側(cè)，目前已被淘汰。7/29/20235在圖示的氣門頂置式配氣機構(gòu)中，氣門組包括氣門3，氣門導(dǎo)管2、氣門主、副彈簧4和5、氣門彈簧座6、鎖片7等；氣門傳動組那么由搖臂軸9、搖臂10、推桿13、挺柱14、凸輪軸15和定時齒輪組成。工作過程氣門頂置式配氣機構(gòu)7/29/20236凸輪軸下置和中置的配氣機構(gòu)7/29/20237凸輪軸上置式配氣機構(gòu)7/29/20238上置雙凸輪軸布置上置雙凸輪軸布置適用于多氣門式發(fā)動機，特點是使用兩個凸輪軸分別驅(qū)動進氣門和排氣門。雙凸輪軸結(jié)構(gòu)有利于布置更多的氣門，氣門數(shù)多，能提高發(fā)動機的進、排氣效率，可以進一步提高壓縮比，提高發(fā)動機的轉(zhuǎn)速。這種雙凸輪軸多氣門的配氣機構(gòu)，是高速現(xiàn)代汽車發(fā)動機配氣機構(gòu)的主要形式。圖示為上置雙凸輪軸直接驅(qū)動5氣門的配氣機構(gòu)。7/29/20239上置雙凸輪軸布置7/29/202310凸輪軸的傳動方式齒輪傳動鏈傳動帶傳動7/29/202311齒輪傳動凸輪軸下置、中置的配氣機構(gòu)大多采用圓柱形定時齒輪傳動。一般曲軸與凸輪軸之間的傳動只需一對定時齒輪，必要時可加裝中間齒輪。為了嚙合平穩(wěn)、減小噪聲，定時齒輪多用斜齒輪。在中、小功率發(fā)動機上，曲軸定時齒輪用鋼來制造，而凸輪軸定時齒輪那么用鑄鐵或夾布膠木制造，以減小噪聲。鏈傳動鏈條與鏈輪的傳動特別適用于凸輪軸上置的配氣機構(gòu)。為使鏈條在工作是具有一定的張力而不致脫鏈，裝有導(dǎo)鏈板14，上、下鏈條張緊輪2、11等。為了使鏈條調(diào)整方便，有的發(fā)動機使用一根鏈條傳動。鏈傳動的主要問題是其工作可靠性不如齒輪傳動。其傳動性能在很大程度上取決于鏈條的制造質(zhì)量。7/29/2023127/29/202313帶傳動近年來，在高速汽車發(fā)動機上還廣泛的采用傳動帶來代替?zhèn)鲃渔?，圖3-7所示為一汽--群眾奧迪100型轎車用的齒形帶傳動。這種齒形帶用氯丁橡膠制成，中間夾有玻璃纖維和尼龍織物，以增加強度。采用齒形帶傳動，對于減少噪聲、減少結(jié)構(gòu)質(zhì)量和降低本錢都有很大好處。7/29/202314每缸氣門數(shù)及其排列方式一般發(fā)動機都采用每缸兩個氣門，即一個進氣門和一個排氣門的結(jié)構(gòu)。在很多新型汽車發(fā)動機上多采用每缸4氣門、甚至5氣門的結(jié)構(gòu)，即2~3個進氣門和2個排氣門。采用多氣門發(fā)動機的好處是什么呢？答：為了進一步改善氣缸的換氣，在可能的情況下，應(yīng)盡量加大氣門的直徑，特別是進氣門的直徑。但是，由于燃燒室尺寸的限制，氣門直徑最大不能超過氣缸直徑的一半。當(dāng)氣缸直徑較大，活塞平均速度較高時，每缸一進一排的氣門結(jié)構(gòu)就不能保證良好的換氣質(zhì)量。采用多氣門的結(jié)構(gòu)形式后，進氣門總的通過面積較大，充量系數(shù)較高，排氣門的直徑可適當(dāng)減小，使其工作溫度適當(dāng)降低，提高了工作可靠性。此外，采用多氣門后還可適當(dāng)減小氣門升程，改善配氣機構(gòu)的的動力性，多氣門的汽油機還有利于改善HC和CO的排放性能。7/29/202315每缸兩個氣門時的排列方式當(dāng)每氣缸用兩個氣門時，為使結(jié)構(gòu)簡化，大多數(shù)采用氣門沿機體縱向軸線排成一列的方式。這樣，相鄰兩缸的同名各氣門就有可能合用一個氣道，以使氣道簡化并得到較大的氣道通過截面；另一種是將進、排氣門交替布置，每缸單獨用一個氣道，這樣有助于氣缸蓋冷卻均勻。柴油機的進、排氣道一般分置于機體的兩側(cè)，以免排氣對進氣加熱。老式汽油機的進、排氣道通常置于機體的同一側(cè)，以便進氣受到排氣的預(yù)熱。每缸四個氣門時的排列方式當(dāng)每缸采用四個氣門時，氣門排列的方案有兩種：①同名氣門排成兩列，由一個為凸輪通過T形驅(qū)動桿同時驅(qū)動，并且所有氣門都可以由一根凸輪軸驅(qū)動。兩同名氣門在氣道中的位置不同，可能會使二者的工作條件和工作效果不一致。②同名氣門在同一列，那么沒有上述缺點，但一般用兩根凸輪軸。7/29/2023167/29/202317氣門間隙發(fā)動機工作時，氣門將因溫度的升高而膨脹。如果氣門及其傳動件之間在冷卻時無間隙或間隙過小，那么在熱態(tài)下，氣門及其傳動件的受熱膨脹勢必引起氣門關(guān)閉不嚴，造成發(fā)動機在壓縮行程和作功行程中的漏氣，從而使功率下降，嚴重時甚至不易起動。為了消除這種現(xiàn)象，通常在發(fā)動機冷態(tài)裝配時，在氣門與其傳動機構(gòu)中留有一定的間隙，以補償氣門受熱后的膨脹量。這一間隙稱為氣門間隙。有的發(fā)動機采用液力挺柱，挺柱的長度能自動變化，隨時補償氣門的熱膨脹量，故不需要預(yù)留氣門間隙。一汽488Q發(fā)動機上設(shè)有氣門間隙調(diào)節(jié)器，在安裝時要保證搖臂凸耳與氣門彈簧座之間的間隙大于1.25mm.氣門間隙的大小一般有發(fā)動機制造廠根據(jù)試驗確定。一般在冷態(tài)時，進氣門的間隙為，排氣門的間隙為。如果間隙過小，發(fā)動機在熱態(tài)下可能發(fā)生漏氣，導(dǎo)致功率下降甚至氣門燒壞。如果氣門間隙過大，那么使傳動零件之間以及氣門和氣門座之間產(chǎn)生撞擊響聲，而且加速磨損，同時也會使得氣門開啟的持續(xù)時間減少，氣缸的充氣及排氣情況變壞。7/29/202318配氣相位配氣相位就是進、排氣門的實際開閉時刻，通常用相對與上、下止點曲拐位置的曲軸轉(zhuǎn)角的環(huán)形圖來表示。這種圖形稱為配氣相位圖。7/29/202319〔續(xù)〕理論上四沖程發(fā)動機的進氣門當(dāng)曲拐處在上止點時開啟，在曲拐轉(zhuǎn)到下止點時關(guān)閉；排氣門那么當(dāng)曲拐在下止點時開啟，在上止點時關(guān)閉。進氣時間和排氣時間各占180°曲軸轉(zhuǎn)角。但實際發(fā)動機的曲軸轉(zhuǎn)速都很高，活塞每一個行程都很短，這樣短時間的進氣或排氣過程，往往會使發(fā)動機充氣缺乏或排氣不凈，從而使發(fā)動機的的功率下降。因此，現(xiàn)代發(fā)動機都采用延長進、排氣時間的方法，即氣門的開啟和關(guān)閉時刻并不正好是曲拐處在上止點和下止點的時刻，而是分別提前和延遲一定的曲軸轉(zhuǎn)角，以改善進、排氣狀況，從而提高發(fā)動機的動力性。更進一步7/29/202320氣門重疊由于進氣門在上止點前即開啟，而排氣門在上止點后才關(guān)閉，這就出現(xiàn)了一段時間內(nèi)排氣門和進氣門同時開啟的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為氣門重疊，重疊時期的曲軸轉(zhuǎn)角稱為氣門重疊角。由于新鮮氣流和廢氣流的流動慣性都比較大，在短時間內(nèi)是不會改變流向的，因此只要氣門重疊角選擇適當(dāng)，就不會有廢氣倒流入進氣管和新鮮氣體隨同廢氣排除的可能性。這對換氣是有利的，但應(yīng)注意，如氣門重疊角過大，當(dāng)汽油機小負荷運轉(zhuǎn)、進氣管內(nèi)壓力很低時，就可能出現(xiàn)廢氣倒流，使進氣量減少。重要7/29/202321配氣機構(gòu)的零件和組件氣門組氣門氣門導(dǎo)管氣門座氣門彈簧氣門傳動組凸輪軸挺柱推桿搖臂7/29/202322氣門組氣門組包括氣門、氣門導(dǎo)管、氣門座及氣門彈簧等零件。有的進氣門還設(shè)有氣門旋轉(zhuǎn)機構(gòu)。氣門組應(yīng)保證氣門能夠?qū)崿F(xiàn)氣缸的密封，因此要求：①氣門頭部與氣門座貼合嚴密；②氣門導(dǎo)管對氣門桿的上下運動有良好的導(dǎo)向；③氣門彈簧的兩端面與氣門桿的中心線相垂直，以保證氣門頭在氣門座上不偏斜；④氣門彈簧的彈力足以克服氣門及其傳動件的運動慣性力，使氣門能及時關(guān)閉，并保證氣門緊壓在氣門座上。7/29/202323氣門頭部桿部頭部的工作溫度很高，而且還要承受氣體壓力、氣門彈簧以及傳動組零件慣性力的作用，其冷卻和潤滑條件又較差。因此，要求氣門必須具有足夠的強度、剛度、耐熱和耐磨能力。進氣門的材料采用合金鋼〔如鉻鋼或鎳鉻鋼等〕，排氣門那么采用耐熱合金鋼〔硅鉻鋼等〕。為了節(jié)省耐熱合金鋼，有的發(fā)動機排氣門頭部用耐熱合金鋼制造，而桿部那么用鉻鋼制造，然后將兩者焊在一起。7/29/202324氣門頭部的結(jié)構(gòu)形式7/29/202325氣門組7/29/202326氣門座氣門座可在氣缸蓋上直接鏜出。它與氣門頭部共同對氣缸起密封作用，并接受氣門傳來的熱量。氣門座在高溫下工作，磨損嚴重，故有不少發(fā)動機的氣門座用較好的材料〔合金鑄鐵、奧氏體鋼等〕單獨制作，然后鑲嵌到氣缸蓋上。7/29/202327氣門彈簧氣門彈簧的功用是克服在氣門關(guān)閉過程中氣門及傳動件的慣性力，防止各傳動件之間因慣性力的作用而產(chǎn)生間隙，保證氣門及時落座并緊緊貼合，防止氣門發(fā)生跳動，破壞其密封性。為此，氣門彈簧應(yīng)有足夠的剛度和安裝預(yù)緊力。7/29/202328氣門旋轉(zhuǎn)機構(gòu)氣門旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的實例見圖3-15。7/29/202329有的發(fā)動機采用3-15b所示的強制旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，使氣門每開一次便轉(zhuǎn)過一定角度。7/29/202330氣門傳動組氣門傳動組包括凸輪軸、定時齒輪、挺柱，推桿、搖臂、搖臂軸等。氣門傳動組的作用是使進、排氣門能按配氣相位規(guī)定的時刻開閉，且保證有足夠的開度。7/29/202331凸輪軸凸輪軸〔圖3-16〕上主要配置由各缸進、排氣凸輪1，用以使氣門按一定的工作次序和配氣相位及時開閉，并保證氣門有足夠的升程。凸輪受到氣門間歇性開啟的周期性沖擊載荷，因此對凸輪外表要求耐磨，對凸輪要求有足夠的韌性和剛度。發(fā)動機工作時，凸輪軸的變形會影響配氣相位，因此有的發(fā)動機凸輪軸采用全支承以減小其變形，如圖3-23a所示的發(fā)動機的凸輪軸有五個軸頸2。但是，支承數(shù)多，加工工藝較復(fù)雜，所以一般發(fā)動機的凸輪軸是每隔兩個氣缸設(shè)置一個軸頸1，如圖3-24所示。為安裝方便，凸輪軸的各軸頸直徑是做成從前向后依次減小的。凸輪軸的材料一般用優(yōu)質(zhì)鋼模鍛而成，也可采用合金鑄鐵或球墨鑄鐵鑄造。凸輪各軸頸的工作外表一般進熱處理后精磨，以改善其耐磨性。7/29/202332判定發(fā)動機的發(fā)火次序7/29/202333凸輪軸的驅(qū)動汽油機的凸輪軸布置在曲軸箱上方時，凸輪軸上還具有用以驅(qū)動機油泵及分電器的齒輪和驅(qū)動汽油泵的偏心輪。凸輪軸通常有曲軸通過一對定時齒輪驅(qū)動，小齒輪和大齒輪分別用鍵裝在曲軸與凸輪軸的前端，其傳動比為2:1。在裝配曲軸與凸輪軸時，必須將定時齒輪記號對準，以保證正確的配氣相位和發(fā)火時刻。7/29/202334凸輪軸的驅(qū)動7/29/202335凸

輪

軸7/29/202336挺柱挺柱的功用是將凸輪的推力傳給推桿〔或氣門桿〕，并承受凸輪軸旋轉(zhuǎn)時所施加的側(cè)向力。挺柱在其頂部裝有調(diào)節(jié)螺釘，用來調(diào)節(jié)氣門間隙。氣門頂置式配氣機構(gòu)的挺柱一般制成筒式〔圖3-27b〕，以減輕重量。圖3-27c所示為滾輪式挺柱，其優(yōu)點是可以減小摩擦所造成的對挺柱的側(cè)向力。這種挺柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量較大，一般多用于大缸徑柴油機上。挺柱常用鎳鉻合金鑄鐵或冷激合金鑄鐵制造，其摩擦外表應(yīng)經(jīng)熱處理后研磨。熱膨脹造成的氣門關(guān)閉不嚴的問題用預(yù)留氣門間隙的方法來解決；但由于氣門間隙的存在，配氣機構(gòu)在工作時將產(chǎn)生沖擊而發(fā)出響聲。為了解決這一矛盾，有的發(fā)動機上采用了液壓挺柱。7/29/202337