第4章配气机构课件

第三章第三章 配气机构配气机构本章讲授内容本章讲授内容：配气机构概述配气机构概述配气相位配气相位气门组气门组气门驱动组气门驱动组功用：功用：按发动机各气缸内所进行的工作循环或发火次序的要求，定时开启和关闭每个气缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气（汽油机）或空气（柴油机）得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。组成：组成：由气门组和气门传动组组成。第一节第一节 配气机构的布置形式配气机构的布置形式一、配气机构的布置一、配气机构的布置形式形式按气门布置气门布置的形式：气门顶置、气门侧置压缩比受压缩比受到限制，到限制，进排气门进排气门阻力较大，阻力较大，发动机的发动机的动力性和动力性和高速性均高速性均较差，逐较差，逐渐被淘汰。渐被淘汰。目前发动目前发动机基本都机基本都采用气门采用气门顶置式配顶置式配气机构。气机构。按凸轮轴布置凸轮轴布置的形式：下置、中置、上置上置凸轮轴实物图上置凸轮轴实物图按凸轮轴传动凸轮轴传动的形式：齿轮传动、链传动、齿形带传动传动方式传动路线应用齿轮传动曲轴正时齿轮（钢）凸轮轴正时齿轮（铸铁或胶木）凸轮轴下置、中置式配气机构链条传动曲轴链条凸轮轴正时齿轮凸轮轴上置式配气机构齿形带传动曲轴齿形皮带凸轮轴正时齿轮凸轮轴上置式配气机构按每每缸缸气气门门数数及及其其排排列列方式：二气门、三气门、四气门、五气门同气门串联：同气门串联：影响进气门充气影响进气门充气效率、排气门热效率、排气门热负荷不均匀负荷不均匀同气门并联：同气门并联：提高进气门充气提高进气门充气效率、排气门热效率、排气门热负荷均匀负荷均匀单缸单缸5 5气门气门宝来1.6L,1.8L还有1.8T的、高尔夫1.6L，1.8L,1.8T的都是5气门的 二、气门的工作情况（顶置式的）三、凸轮轴的布置形式第二节 配气相位与气门间隙一、配气相位一、配气相位配配气气相相位位：用曲轴转角表示的进、排气门的实际开闭时刻和开启的持续时间。配配气气相相位位图图：用曲轴转角的环形图来表示的配气相位。配配气气相相位位对对发发动动机机工工作作的的影影响响：影响发动机的动力性、功率。配配气气相相位位对对发发动动机机工工作作的的要要求求：延长进、排气时间。进气门早开晚关，排气门早开晚关。（一）进气门配气相位（一）进气门配气相位（1）进气提前角：排气冲程接近终了，曲轴转到离上止点还差一个角度时，进气门开。一般为：一般为：1030（2）进气迟后角：活塞经进气行程，过下止点后又上行一段，关进气门,一般为：一般为：4080进气过程持续t：180+进气门早开，当进气行程开始，气门已开大，气流可顺利充入。活塞到达下止点时，气缸内p气仍低于po，仍有真空度。在气流惯性和真空吸力下，还可进气，进气门晚关有利于充气。上止点下止点（二）排气门配气相位（二）排气门配气相位（1）排气提前角：作功行程接近终了，活塞到达下止点前，排气门开。一般为：一般为：4080（2）排气迟后角：经整个排气过程，活塞越过上止点之后，排气门才关闭。一般为：一般为：1030 作功行程接近终了，缸内可利用能量已不大，排气门提前开，可利用废气余压加速自由排气。活塞到达上止点,废气气流的惯性，排气门晚关一些，使排气彻底上止点下止点排气过程持续t：180+（三）气门叠开（三）气门叠开 由于进气门早开、排气门晚闭，在一段时间内出现进排气门同时开启的现象。气门叠开：气门叠开角：同时开启角：+气门叠开有利于换气，在换气过程中，气门开度较小，新鲜气体和废气流惯性很大，会保持原来的流动方向，不会产生废气吸入进气道或新鲜气体随废气排除的问题。配气相位演示配气相位演示二、气门间隙：二、气门间隙：为保证气门关闭严密，通常发动机在冷态装配时，在气门杆尾端与气门驱动零件（摇臂、挺柱或凸轮）之间留有适当的间隙。进气门间隙进气门间隙：0.250.30mm排气门间隙排气门间隙：0.300.35mm为何排气为何排气门间隙大门间隙大于进气门于进气门间隙？间隙？气门间隙过大与过小的危害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。第三节第三节 配气机构的主要零件与组件配气机构的主要零件与组件一、气门组一、气门组 组成：组成：气门、气门座、气门导管、气门弹簧、弹簧座及锁片等零件。要求：要求：气门头部与气门座贴合严密；气门导管与气门杆上下运动有 良好的导向；气门弹簧的两端面与气门杆的 中心线相垂直；气门弹簧的弹力足以克服气门 及其传动件的运动惯性。气门气门气门座气门座气门导管气门导管气门弹簧气门弹簧弹簧座弹簧座锁片锁片气门组实物图气门组实物图锁片锁片弹簧座弹簧座1.气门气门组成：组成：头部和杆部。功功用用：头部是用来密封气缸的进、排气通道；杆部是用来为气门的运动导向。工工作作条条件件：高温、高压、气门弹簧力、传动零件惯性力。头部头部杆部杆部进气门：进气门：570K670K（铬钢或铬镍钢）（铬钢或铬镍钢）排气门：排气门：1050K1200K（硅铬钢）（硅铬钢）气门头部结构形式气门头部结构形式气门头顶面形状：平顶、喇叭顶、球面顶。平顶式平顶式结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也较小，进、排气门都可采用。喇叭喇叭顶顶凹顶头部与杆部的过渡部分具有一定的流线形，可以减少进气阻力，但其顶部受热面积大，故适用于进气门，而不宜用于排气门。球面顶球面顶适用于排气门，因为其强度高，排气阻力小，废气的清除效果好，但球形的受热面积大，质量和惯性力大加工较复杂。气门锥角气门锥角气门锥角：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。锥角作用：锥角作用：获得较大的气门座合压力，提高密封性和导热性。气门落座时有较好的对中、定位作用。避免气流拐弯过大而降低流速。边缘应保持一定边缘应保持一定的厚度，的厚度，1 13mm3mm。装配前应将密装配前应将密封锥面研磨。封锥面研磨。气门杆部气门杆部较高的加工精度，表较高的加工精度，表面经过热处理和磨光，面经过热处理和磨光，保证同气门导管的配保证同气门导管的配合精度和耐磨性合精度和耐磨性气门杆尾部：气门杆尾部：环形槽、锁销孔环形槽、锁销孔凹槽凹槽易断裂处易断裂处气门杆尾部的结构取决于气门弹簧座的固定方式2.气门座气门座气缸盖的进、排气道与气门锥面相结合的部位。功功用用：与气门头部共同对气缸起密封作用，并接受气门传来的热量。工作条件：工作条件：高温、磨损严重。类型：类型：直接镗出（进气门座）、镶嵌式（排气门和铝合金发动机的 进、排气门座）。气门座气门座3.气门导管气门导管功用功用：导向作用、导热作用。工作条件工作条件：高温、磨损严重。材料材料：灰铸铁、球墨铸铁或铁基粉末冶金材料。气门导管内外圆柱面经加工后压入气缸盖的气门导管孔中，然后再精铰内孔。并用卡环定位。气门导管气门导管气缸盖气缸盖过盈配合过盈配合卡环卡环：防止气门：防止气门导管在使用中脱导管在使用中脱落。落。伸入深度应适量。锥度可减少伸入深度应适量。锥度可减少气流阻力。气流阻力。3.气门弹簧气门弹簧功功用用：克服在气门关闭过程中气门及传动件的惯性力，保证气门及时落座并紧紧贴合。形状形状：圆柱形螺旋弹簧。材材料料：高碳锰钢、硌钒钢等冷拔钢丝。防防止止共共振振：提高气门弹簧的刚度；采用不等螺距的圆柱弹簧；采用双气门弹簧。气门弹簧气门弹簧气门弹簧座气门弹簧座锁片锁片二、气门传动组二、气门传动组功用功用：使进、排气门能按配气相位规定的时刻开闭，且保证有足够的开度。凸轮轴凸轮轴挺柱挺柱推杆推杆摇臂摇臂凸轮轴正凸轮轴正时齿轮时齿轮摇臂轴摇臂轴1.凸轮轴凸轮轴组组成成：各缸的进、排气门凸轮及驱动汽油泵的偏心轮、驱动分电器的齿轮。功功用用：使气门按一定的工作次序和配气相位及时开闭，并保证气门有足够的升程。材料材料：优质钢模锻、合金铸铁、球墨铸铁。同一气缸的进排气凸轮的相对转角位置是与既定的配气相位相适应的。轴颈轴颈斜齿轮斜齿轮凸轮凸轮偏心轮偏心轮正时齿轮正时齿轮凸轮与挺柱线接凸轮与挺柱线接触，接触压力大，触，接触压力大，磨损快。磨损快。凸轮凸轮工作条件：工作条件：承受气门弹簧的张力，间歇性的冲击载荷。凸轮性能：表面有良好的耐磨性，足够的刚度。凸轮轮廓与气门的运动规律凸轮轮廓与气门的运动规律气门开启点消除气门间隙阶段气门升程最大时刻气门关闭点出现气门间隙阶段缓冲结束点凸轮的轮廓凸轮的轮廓凸轮转过凸轮转过EA段段气门关闭气门关闭凸轮凸轮越越A点点挺柱上移挺柱上移转动至转动至M点点消消除气门间隙除气门间隙气门气门开启开启至至C点气点气门开度最大门开度最大而后而后逐渐关小逐渐关小至至DE中某点中某点N时时气气门关闭门关闭而后挺而后挺柱继续下落柱继续下落出现出现气门间隙气门间隙进、排气凸轮的相对角位置是与相应的配气相位相对应的。点火顺序：点火顺序：1 12 24 43 3同名凸轮的相对角位置同名凸轮的相对角位置四缸发动机凸轮投影四缸发动机凸轮投影1 1、正时齿轮；、正时齿轮；2 2、垫圈；、垫圈；3 3、螺母；螺母；4 4、止推板；、止推板；5 5、螺栓；、螺栓；6 6、隔圈、隔圈（调节环）（调节环）123456凸轮轴轴向定位利用隔圈控制轴向窜动利用隔圈控制轴向窜动窜动量窜动量凸轮轴的轴向定位凸轮轴的轴向定位为了防止凸轮轴在工作中产生轴向窜动和承受斜齿轮产生的轴向力。2.凸轮轴的驱动凸轮轴的驱动A、齿轮传动：应用在下置凸轮轴发动机。采用斜齿齿轮。正时标记对准正时标记对准：保证正确的配气保证正确的配气相位和点火时刻相位和点火时刻B、链条和齿形皮带传动：链条传动噪声小，用于中置式或顶置式凸轮轴发动机。曲轴正时齿形带轮曲轴正时齿形带轮中间轴齿形带轮中间轴齿形带轮张紧轮张紧轮凸轮轴正时齿形带轮凸轮轴正时齿形带轮3.气门挺杆气门挺杆功用功用：将凸轮的推力传给推杆或气门。挺柱的分类：挺柱的分类：普通挺柱和液压挺柱。材料：材料：镍硌合金、冷激合金铸铁。筒式滚轮式普通挺柱：菌形筒形滚轮形菌式气门关闭时气门关闭时气门打开时气门打开时液压挺柱液压挺柱构构 造造：挺柱体内装柱塞，柱塞上端压装球座、柱塞经常被柱塞弹簧推向上方，其最上的位置由卡簧限制。柱塞下的单向阀架内装碟形弹簧和单向阀。工作工作：气门关闭：柱塞弹簧使柱塞连同球座紧靠推杆配气机构无间隙。气门打开：推杆作用于支承座和柱塞的反力力图使柱塞克服柱塞弹簧的力相对于挺杆体向下移动，于是柱塞下部空腔内油压迅速升高，使单向阀关闭。由于液体的不可压缩性，整个挺杆便像一个刚体一样按凸轮的运动规律，使气门开、关闭。推杆推杆功功用用：将从凸轮轴经过挺柱传来的推力传给摇臂。材料：材料：硬铝、钢。结构：结构：硬铝棒、钢管。摇臂摇臂功功用用：将推杆和凸轮传来的力改变方向，作用到气门杆以推开气门。工作过程：工作过程：实际是一个双臂杠杆。易磨损部位易磨损部位堆焊耐磨合金堆焊耐磨合金气门间隙气门间隙调节螺钉调节螺钉调节螺母调节螺母摇臂摇臂摇臂轴套摇臂轴套润滑油道润滑油道摇臂轴摇臂轴螺栓螺栓摇臂轴支座摇臂轴支座摇臂轴紧固螺钉摇臂轴紧固螺钉摇臂称套摇臂称套调整螺钉调整螺钉摇臂摇臂定位弹簧定位弹簧摇臂组示意图摇臂组示意图可变配气相位可变配气相位本田本田-VTEC 分级可变气门升程 分级可变配气正时 iVTEC 分级可变气门升程 连续可变配气正时 丰田丰田-vvt-i 连续可变配气正时；dual vvti 连续可变配气正时(进排气门分别独立控制）；vvtl-i 分级可变气门升程 连续可变配气正时 宝马宝马-Valvetronic 连续可变气门升程；Double VANOS 连续可变配气正时(进排气门分别独立控制）；Variable Valve Timing 连续可变配气正时（进气门）三菱三菱-MIVEC 分级可变气门升程 连续可变配气正时 马自达马自达-s-vt 分级可变气门升程 连续可变配气正时 日产日产-CVTC 连续可变配气正时 高转速时：加大进气门迟闭角，充气效率hv增加有利于最大功率的提高。低速和中速时：应减小进气迟闭角，能防止气体被推回进气管，有利于提高最大扭矩，但降低了最大功率。因此，理想的气门正时应当是根据发动机的工作情况及时做出调整，应具有一定程度的灵活性。显然，对于传统配气相位来说，由于在工作中无法做出相应的调整，也就难于达到上述要求，因而限制了发动机性能的进一步提高。在在Passat B5轿车上的应用轿车上的应用 排气凸轮轴安装在外排气凸轮轴安装在外侧，进气凸轮轴安装在内侧，进气凸轮轴安装在内侧。曲轴通过齿形皮带首侧。曲轴通过齿形皮带首先驱动排气凸轮轴，排气先驱动排气凸轮轴，排气凸轮轴通过链条驱动进气凸轮轴通过链条驱动进气凸轮轴。凸轮轴。（a）图为发动机在高速状态）图为发动机在高速状态下，进气门迟闭角增大后的位下，进气门迟闭角增大后的位置置（b）图为发动机低速状态）图为发动机低速状态 下，下，进气门迟闭角减小后的位置进气门迟闭角减小后的位置 当转速提高时，调节器上当转速提高时，调节器上升，下部链条被放松。排气升，下部链条被放松。排气凸轮轴顺时针旋转，首先要凸轮轴顺时针旋转，首先要拉紧下部链条成为紧边，进拉紧下部链条成为紧边，进气凸轮轴才能被排气凸轮轴气凸轮轴才能被排气凸轮轴带动旋转。就在下部链条由带动旋转。就在下部链条由松变紧的过程中，排气凸轮松变紧的过程中，排气凸轮轴已转过轴已转过角，进气凸轮才角，进气凸轮才开始动作，进气门关闭变慢开始动作，进气门关闭变慢了，亦即进气门迟闭角增大了，亦即进气门迟闭角增大度。度。当发动机转速下降时，可变当发动机转速下降时，可变气门正时调节器下降，上部链气门正时调节器下降，上部链条被放松，下部链条作用着排条被放松，下部链条作用着排气凸轮旋转拉力和调节器向下气凸轮旋转拉力和调节器向下的推力。由于排气凸轮轴在曲的推力。由于排气凸轮轴在曲轴正时皮带的作用下不可能逆轴正时皮带的作用下不可能逆时针反旋，所以进气凸轮轴受时针反旋，所以进气凸轮轴受到两个力的共同作用：一是在到两个力的共同作用：一是在排气凸轮轴正常旋转带动下链排气凸轮轴正常旋转带动下链条的拉力；二是调节器推动链条的拉力；二是调节器推动链条，传递给排气凸轮的拉力。条，传递给排气凸轮的拉力。进气凸轮轴顺时针额外转过进气凸轮轴顺时针额外转过角，角，加快了进气门的关闭，亦即进加快了进气门的关闭，亦即进气门迟闭角减少气门迟闭角减少度。度。小小 结结气气门门组组气门气门气门座气门座气门导管气门导管气门弹簧气门弹簧头部头部杆部杆部密封锥面宽度、密封锥面宽度、角度要合适角度要合适气气门门传传动动组组凸轮轴凸轮轴挺柱挺柱推杆推杆摇臂及摇臂轴摇臂及摇臂轴凸轮、挺柱凸轮、挺柱推杆、摇臂推杆、摇臂普通挺柱普通挺柱液力挺柱液力挺柱气门气门开启开启关闭关闭