汽车构造：第3章 配气机构

第3章 配气机构 概述n配气机构的作用： 根据发动机的需要，定时开闭进气门根据发动机的需要，定时开闭进气门使新鲜可燃混合气或空气进入气缸，定时使新鲜可燃混合气或空气进入气缸，定时开闭排气门使废气及时从气缸排出。开闭排气门使废气及时从气缸排出。 门要开得好，不迟也不早，不多也不少， 既要开得快，又要关得严，还得噪声小！ 充气效率：充气效率：在进气行程中，实际进入气缸内的在进气行程中，实际进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量与在大气压力状态新鲜空气或可燃混合气的质量与在大气压力状态下充满气缸工作容积的新鲜空气或可燃混合气的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（一般为质量之比（一般为0.80.90.80.9）。）。充气效率 配气机构组成3.1 配气机构的布置与传动1. 1. 气门的布置气门的布置2. 2. 凸轮轴的布置凸轮轴的布置3. 3. 配气机构的传动配气机构的传动1. 气门的布置 两气门的布置 四气门的布置2. 凸轮轴的布置 凸轮轴的布置视频 单顶置凸轮轴 SOHC 双顶置凸轮轴 DOCH 双顶置凸轮轴驱动 SOHC与DOHC的比较SOHC 中低速性能好，配气不可变，结构中低速性能好，配气不可变，结构简单，成本低。简单，成本低。DOHC 高速性能好，效率高，易实现可变高速性能好，效率高，易实现可变配气，工艺较复杂、成本较高。配气，工艺较复杂、成本较高。结果：DOHC 略胜一筹3. 配气机构的传动三种方式： 齿轮 链条 齿带 链条传动优点：优点：传动准确可靠、传动准确可靠、 紧凑、布置容易。紧凑、布置容易。缺点：缺点：价格高、质量大、价格高、质量大、 噪声大。噪声大。奔驰、宝马、奥迪奔驰、宝马、奥迪等车上常见等车上常见注意：注意：其采用新式链条其采用新式链条 噪音不大。噪音不大。 齿带传动优点：优点：质量轻、结构简质量轻、结构简 单、适合高速、单、适合高速、 噪声小。噪声小。缺点：缺点：可靠性和准确性可靠性和准确性 稍差、需定期检稍差、需定期检 查更换。查更换。使用较普遍使用较普遍 配气机构传动视频4. 小结n 配气机构的作用；配气机构的作用；n 充气效率；充气效率；n 气门的布置；气门的布置；n 凸轮轴的布置；凸轮轴的布置；n 配气机构的传动方式及优缺点。配气机构的传动方式及优缺点。3.2 配气机构的主要零部件1. 1. 气门组气门组2. 2. 气门传动组气门传动组1. 气门组组成：气门气门导管气门弹簧气门弹簧座锁片气门油封 气门组总成 气门 Valve气门温度： 进气门300-400 排气门700-900 材料：合金钢 气门视频 气门顶部形状 气门密封面锥角气门密封锥面的锥角有气门密封锥面的锥角有45450 0和和30300 0，多采用，多采用45450 0 气门座圈 Valve Seat 气门杆尾部弹簧座 气门弹簧 Valve Spring 双气门弹簧作用： 降低高度 提高可靠性 抑制共振 气门导管 Valve Guide卡环气门座气门导管气缸盖 气门油封 Valve Seal2. 气门传动组组成： 凸轮轴 挺柱 推杆 摇臂 摇臂轴等 凸轮轴 Cam Shaft 凸轮轴视频 凸轮形状 凸轮轴轴向定位轴向定位： 止推凸缘 轴承翻边 卡块 润滑油 挺柱 Lifter功用：将来自凸轮 的运动和力 传至推杆形式：平面挺柱 液压挺柱 挺柱与凸轮接触型式作用： 使挺柱旋转 磨损均匀型式： 球面挺柱 偏心驱动 液压挺柱优点：无气门间隙 冲击和噪声小 高速性能好 液压挺柱原理 推杆 Pushrod 摇臂 Rocker arm 滚轮式摇臂 滚轮式摇臂奔驰S320轿车SOHC三气门配气机构3. 小结气门组：气门组：气门、气门导管、气门弹簧、气门、气门导管、气门弹簧、 气门弹簧座、锁片、气门油封气门弹簧座、锁片、气门油封气门传动组：气门传动组： 凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴3.3 配气相位与气门间隙1 1、配气相位、配气相位2 2、气门间隙、气门间隙 1. 什么是配气相位？理论上：四冲程发动机的进气门应该在曲拐处在上止四冲程发动机的进气门应该在曲拐处在上止点时开启，在曲拐转到下止点时关闭；排气门则应点时开启，在曲拐转到下止点时关闭；排气门则应该在曲拐在下止点时开启，在上止点时关闭。该在曲拐在下止点时开启，在上止点时关闭。实际上：进、排气门不按理论时刻开闭。进、排气门不按理论时刻开闭。配气相位：指进、排气门的实际开闭时刻与曲轴转角指进、排气门的实际开闭时刻与曲轴转角的关系，通常用相对于上、下止点曲拐位置的曲轴的关系，通常用相对于上、下止点曲拐位置的曲轴转角的转角的环形图环形图表示。表示。 配气相位图进气排气 为什么气门要早开晚关？发动机的曲轴转速很高，活塞每一行程历时都很短，发动机的曲轴转速很高，活塞每一行程历时都很短，发动机转速为发动机转速为6000rmin时，一个行程历时仅为时，一个行程历时仅为60（60002)0.005s），往往会使发动机），往往会使发动机充气不足或排充气不足或排气不净，从而使发动机功率下降气不净，从而使发动机功率下降。现代发动机都采取延长进、排气时间的方法即：气门现代发动机都采取延长进、排气时间的方法即：气门的开启和关闭的时刻分别提早和延迟一定曲轴转角，以的开启和关闭的时刻分别提早和延迟一定曲轴转角，以改改善进、排气状况，从而提高发动机的动力性善进、排气状况，从而提高发动机的动力性。 进气相位分析进气开始时刻：进气开始时刻：提前提前10100 0-30-300 0开启开启进气关闭时刻：进气关闭时刻：延迟延迟40400 0-80-800 0关闲关闲目的：目的：保证进气行程开始时进气门已开保证进气行程开始时进气门已开大，新鲜气体能顺利地充入气缸。当活大，新鲜气体能顺利地充入气缸。当活塞到达下止点时，气缸内压力仍低于大塞到达下止点时，气缸内压力仍低于大气压力，在压缩行程开始阶段，活塞上气压力，在压缩行程开始阶段，活塞上移速度较慢的情况下，仍可以利用气流移速度较慢的情况下，仍可以利用气流惯性和压力差继续进气，因此进气门晚惯性和压力差继续进气，因此进气门晚关一点是有利于充气的。关一点是有利于充气的。 排气相位分析排气开始时刻：排气开始时刻：提前提前40400 0-80-800 0开启开启排气关闭时刻：排气关闭时刻：延迟延迟10100 0-30-300 0关闭关闭原因分析：原因分析：作功行程活塞接近下止点时，气体有作功行程活塞接近下止点时，气体有0.30.3- -0.4MPa0.4MPa压力，但作功作用不大，若稍开启排气门，大部压力，但作功作用不大，若稍开启排气门，大部分废气在此压力作用下可迅速自缸内排出，当活塞到下分废气在此压力作用下可迅速自缸内排出，当活塞到下止点时，缸内压力已下降约为止点时，缸内压力已下降约为0.1150.115MPaMPa，减少了活塞上减少了活塞上行时的排气阻力，高温废气的迅速排出，还可以防止发行时的排气阻力，高温废气的迅速排出，还可以防止发动机过热。当活塞到达上止点时，废气压力仍高于大气动机过热。当活塞到达上止点时，废气压力仍高于大气压力，加之排气时气流有一定惯性，所以排气门迟一点压力，加之排气时气流有一定惯性，所以排气门迟一点关，可以使废气排放得较干净。关，可以使废气排放得较干净。 气门重叠角分析气门重叠角：气门重叠角：进气门在上止点前开启，排气门在上止点进气门在上止点前开启，排气门在上止点后关闭，这就出现了进、排气门同时开启（气门重叠）后关闭，这就出现了进、排气门同时开启（气门重叠）的现象，重叠的曲轴转角称为气门重叠角。的现象，重叠的曲轴转角称为气门重叠角。分析：分析：由于新鲜气流和废气流的流动惯性都比较大，在由于新鲜气流和废气流的流动惯性都比较大，在短时间内是不会改变流向的。因此只要气门重叠角选择短时间内是不会改变流向的。因此只要气门重叠角选择适当，就不会有废气倒流入进气管和新鲜气体随同废气适当，就不会有废气倒流入进气管和新鲜气体随同废气排出的可能性。这将对于换气是有利的。排出的可能性。这将对于换气是有利的。注意：注意：如气门重叠角过大（适宜的角度由试验确定），如气门重叠角过大（适宜的角度由试验确定），当汽油机小负荷运转，进气管内压力很低时，就可能出当汽油机小负荷运转，进气管内压力很低时，就可能出现废气倒流，使进气量减少。现废气倒流，使进气量减少。这个问题怎么解决呢？这个问题怎么解决呢？ 2. 气门间隙 气门间隙为什么留气门间隙？为什么留气门间隙？ 如果气门与传动件冷态时无间隙或间隙过小，热如果气门与传动件冷态时无间隙或间隙过小，热态下气门及其传动件的受热膨胀，引起气门关闭不严，态下气门及其传动件的受热膨胀，引起气门关闭不严，造成发动机在压缩和作功行程中的漏气、功率下降，造成发动机在压缩和作功行程中的漏气、功率下降，严重时其至不易起动。严重时其至不易起动。气门间隙大小气门间隙大小 冷态时：进气门冷态时：进气门0.250.25-0.3mm-0.3mm，排气门排气门0.30.3-0.35mm-0.35mm间隙不当引起的故障：间隙不当引起的故障： 间隙过间隙过小小气门关闭不严、漏气，致功率下降甚至气门关闭不严、漏气，致功率下降甚至 气门烧坏。气门烧坏。 间隙过间隙过大大撞击、气门脚响，加速磨损，气门开启撞击、气门脚响，加速磨损，气门开启 的持续时间减少，充气效率降低。的持续时间减少，充气效率降低。3. 小结1 1、什么是配气相位？、什么是配气相位？2 2、进排气门配气相位是怎样的？、进排气门配气相位是怎样的？3 3、气门重叠有何作用？、气门重叠有何作用？4 4、为什么要有气门间隙？、为什么要有气门间隙？5 5、气门间隙不当会引起什么故障？、气门间隙不当会引起什么故障？3.4 可变配气机构传统配气机构有什么不足？传统配气机构有什么不足？ 配气正时和升程固定。低速时气流慢且真配气正时和升程固定。低速时气流慢且真空度大，废气倒流，造成怠速不稳、扭矩低空度大，废气倒流，造成怠速不稳、扭矩低等。高速时进气时间短，进气不足、排气不等。高速时进气时间短，进气不足、排气不净、功率下降。净、功率下降。理想配气机构应该什么样？理想配气机构应该什么样？ 配气相位和升程应随着发动机的转速、负配气相位和升程应随着发动机的转速、负荷及其它工况而改变。可提高发动机低速时荷及其它工况而改变。可提高发动机低速时的扭矩和高速时的功率，发动机性能有很大的扭矩和高速时的功率，发动机性能有很大改善。改善。1. 本田VTEC可变配气系统 VTEC VTEC 可变气门正时和升程电子控制系统可变气门正时和升程电子控制系统 (Variable Valve Timing & Valve Lift (Variable Valve Timing & Valve Lift Electronic Control System) Electronic Control System) 1989 1989年推出，是世界上第一个能同时控制年推出，是世界上第一个能同时控制气门开闭时间及升程在两种不同情况下工作气门开闭时间及升程在两种不同情况下工作的气门控制系统。的气门控制系统。 VTEC的作用本田雅阁轿车采用单顶置凸轮轴本田雅阁轿车采用单顶置凸轮轴(SOHC)16(SOHC)16气门，气门，它的它的VTECVTEC系统由发动机控制模块系统由发动机控制模块(ECM)(ECM)控制。控制。发动机低速运转时发动机低速运转时，VTECVTEC不工作，发动机的燃烧不工作，发动机的燃烧效率较高且燃油消耗较低；效率较高且燃油消耗较低；发动机高速运转时发动机高速运转时，发动机控制模块，发动机控制模块ECMECM控制控制VTECVTEC同时改变进气门的正时和升程，增加进气同时改变进气门的正时和升程，增加进气量，使发动机动力性和经济性大大提高。量，使发动机动力性和经济性大大提高。 VTEC结构组成 VTEC在发动机低速运转 VTEC在发动机高速运转 VTEC控制系统排气凸轮轴进气凸轮轴凸轮轴调节阀N205液压缸排气凸轮轴进气凸轮轴凸轮轴调整器（与链条张紧器一体）2. 奥迪可变配气系统功率调整： 调整功率时，链条下部短，调整功率时，链条下部短，上部长，进气门延迟关闭。上部长，进气门延迟关闭。进气管内气流速高，气缸充进气管内气流速高，气缸充气量足。气量足。因此高转速时，功率大。因此高转速时，功率大。排气凸轮轴进气凸轮轴凸轮轴调整器 高速功率调整扭矩调整：凸轮轴调整器向下拉长凸轮轴调整器向下拉长, ,于是链条于是链条上部变短上部变短, ,下部变长。下部变长。因为排气凸轮轴被齿形带固定了因为排气凸轮轴被齿形带固定了, ,此时排气凸轮轴不能被转动此时排气凸轮轴不能被转动, ,进气进气凸轮轴被转一个角度凸轮轴被转一个角度, ,进气门提前进气门提前关闭。关闭。在这个位置时在这个位置时, ,在中、低转速在中、低转速, ,可可获得大扭矩输出获得大扭矩输出. . 低速扭矩调整怠速怠速怠速时，进气门延迟关闭.扭矩调整扭矩调整转速在1000rpm以上时，进气门提 前关闭。左侧凸轮轴调整器向下，右侧调整器向上运动。功率调整功率调整 转速在3700rpm以上时，左侧凸轮轴调整器向上，右侧调整器向下运动，进气门延迟关闭。 怠速调整3. 小结1.1.传统配气机构有什么不足？传统配气机构有什么不足？2.2.理想配气机构应该什么样？理想配气机构应该什么样？3.3.本田本田VTECVTEC可变配气系统结构特点？可变配气系统结构特点？4.4.奥迪可变配气系统结构特点？奥迪可变配气系统结构特点？本章作业1 1、什么是充气效率？什么是充气效率？2 2、进排气门配气相位是怎样的？、进排气门配气相位是怎样的？3 3、为什么要有气门间隙？、为什么要有气门间隙？4 4、本田、本田VTECVTEC可变配气系统结构特点？可变配气系统结构特点？谢谢各位！ 有空多联系 我的地址 E-mail: *2005.4.20*