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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,3,章 换气系统与换气过程,caixinwang,国家十一五规划教材,在线教务辅导网： :/,教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网,QQ:,349134187,或者直接输入下面地址：,教学目标与要求,掌握换气系统总体组成、作用与工作原理,掌握配气机构的类型、结构与工作原理,理解四冲程发动机的换气过程,掌握配气相位概念及作用,掌握充气效率概念、意义及其影响因素分析,学会换气系统的拆装,学会配气相位安装及气门间隙调整,理解可变气门控制系统的结构与工作原理,理解发动机废气涡轮增压的结构与工作原理,作用：根据发动机各缸的工作循环和着火次序适时地开启和关闭各缸的进、排气门，使足量的纯洁空气或空气与燃油的混合气及时地进入气缸，并及时地将废气排出。,3.1,换气系统的作用与组成,换气系统组成：,1-空气滤清器 2-进气管系 3、4-配气机构 5-排气管系 6-消声器,3.1.1 空气滤清器,1.作用:去除新鲜空气中尘埃和油雾的装置,2.根本结构与工作原理,干式纸滤芯空气滤清器,a滤清器总成 b纸滤芯,1-滤芯 2-滤清器外壳 3-滤清器盖 4-金属网,5-打褶滤纸 6-滤芯上盖 7-滤芯下盖,(2)带恒温进气装置的空气滤清器,3. 空气滤清器的分类,1按工作原理分: 惯性式和过滤式,2按滤芯材料分: 纸滤芯、铁丝网滤芯等,3.1.2,进气管系,组成,:,1.,进气总管 空气滤清器至进气支管之间的管道。,2.,进气支管 进气总管后向各气缸分配空气的支管。,1-空气滤清器,2-空气流量计,3-进气总管,4-进气支管,进气支管的加热方式,1利用陶瓷加热器,1-陶瓷热敏电阻加热器,2-密封圈,3-密封垫,4-进气支管,2利用高温排气加热进气,3利用循环冷却液加热,1-节气体安装面 2-循环冷却液管 3-进气支管安装面 4-与机体安装面,3.1.3,排气管系,组成:排气支管和排气总管。,作用:聚集发动机各缸的废气平安地排入大气中。,1-排气支管,2-排气总管,3-催化转化器,4-排气温度传感器,5-副消声器,6-后排气管,7-主消声器,8-排气尾管,分类：根据发动机排气管数分为单排气系统和双排气系统。,V形发动机排气管布置,a单排气系统 b双排气系统,1-发动机 2-排气支管 3-叉形管 4-催化转化器 5-排气总管6-消声器 7-排气尾管 8-连通管,3.1.4,消声器,作用：减小排气噪声和消除废气中的火焰或火星，使废气平安地排入大气。,根本原理：通过屡次地变动排气气流方向或重复地使气流通过收缩又扩大的断面，或将气流分割为许多小的支流并沿着不平滑的平面流动等方法，以消耗废气中的能量，衰减排气气流的压力波，降低噪声。,典型的排气消声器构造,1-排气入口 2-外壳 3-多孔管 4-隔板 5-排气出口,3.2,配气机构,根据发动机工作循环和点火次序，适时地开启和关闭各缸的进、排气门，使纯洁空气或空气与燃油的混合气及时地进入气缸，废气及时地排出。,3.2.1,配气机构的作用,3.2.2,配气机构总体组成与工作原理,1,配气机构总体组成,1-曲轴正时皮带轮 2-中间轴正时皮带轮 3-齿形皮带 4-张紧轮 5-凸轮轴传动皮带轮 6-进气凸轮轴 7-凸轮8-液压挺柱 9-进气门组件10-排气凸轮轴 11-排气门组件,2,配气机构工作原理,3.2.3,配气机构的分类,1.按气门的布置位置分,1侧置气门式已淘汰,2顶置气门式。,2.,按凸轮轴布置位置分,1),上置凸轮轴配气机构,1-凸轮轴 2-挺柱 3-推杆 4-摇臂轴 5-锁紧螺母 6-调整螺钉 7-摇臂 8-气门锁夹 9-气门弹簧座 10-气门弹簧 11-气门导管 12-气门 13-气门座,2中置凸轮轴配气机构,1-凸轮轴,2-挺柱,3-支架,4-调整螺钉,5-摇臂,6-摇臂轴,7-锁夹,8-气门弹簧座,9-气门弹簧,10-气门导管,11-气门,3上置凸轮轴配气机构,根据顶置气门凸轮轴的个数分为:单顶置凸轮轴SOHC和双顶置凸轮轴DOHC,1-进气门 2-排气门 3-凸轮轴 4-摇臂,3.,按曲轴和配气凸轮轴的传动方式分,1-曲轴正时齿轮,2-凸轮轴正时齿轮 3-凸轮轴 4-挺柱,5-推杆 6-摇臂座,7-摇臂轴 8-摇臂 9-气门,(1齿轮传动,凸轮轴下置、中置的配气机构大多采用,2链传动,多用在凸轮轴顶置的配气机构中,优点:布置容易,缺点:结构质量及噪声较大,1-曲轴链轮 2-油泵驱动链轮,3-液力张紧装置 4-凸轮轴链轮 5-导链板 6-链条,3齿带传动,现代高速发动机广泛采用，可以减小噪声，减少结构质量和降低本钱。,1-曲轴正时皮带轮 2-中间轴正时皮带轮 3-齿形皮带 4-张紧轮 5-凸轮轴传动皮带轮 6-进气凸轮轴 7-凸轮 8-液压挺柱 9-进气门组件 10-排气凸轮轴 11-排气门组件,4.,按每缸气门的数目分,2,气门、,3,气门、,4,气门、,5,气门,a同名气门排成两列 b同名气门排成一列,1-T形驱动杆 2-气门杆端,3.2.4,配气机构主要组件结构原理,配气机构主要组成,1,气门组件：由气门、气门座、气门导管、气门弹簧、气门锁夹等零件组成,1-气门锁夹 2-气门弹簧座 3-气门弹簧 4-气门油封 5-气门弹簧垫圈 6-气门导管 7-气门 8-气门座 9-气缸盖,1气门 由头部、杆身和带密封锥面的气门盘组成。,气门盘顶面的形状：凸顶、平顶和凹顶,气门弹簧座的固定方式 :锁夹式和锁销式,a锁夹固定 b锁销固定,1-气门杆 2-气门弹簧 3-弹簧座 4-锁夹 5-锁销,2气门座,3气门导管和油封,4气门弹簧,a),等螺距弹簧,b),不等螺距弹簧,c),双弹簧,2.凸轮轴组件：由凸轮轴、凸轮轴衬套和止推凸缘等组成。,1-螺栓 2-垫圈 3-正时齿轮 4-止推凸缘 5-止推座 6-凸轮轴衬套 7-凸轮轴 8-驱动汽油泵的偏心轮 9-驱动分电器的螺旋齿轮 10-凸轮轴轴颈 11-凸轮,从各缸进、排凸轮的排列，可以判断出发动机的工作顺序。如图四缸为,1,3,4,2,2,凸轮轴的轴向定位：调整止推片2的厚度，可控制其轴向间隙大小。,1-正时齿轮 2-止推片 3-凸轮轴颈,正时齿轮安装记号,传动机构安装时应特别注意曲轴正时齿轮或链轮、带轮与凸轮轴正时齿轮或链轮、带轮的相互位置关系,图中齿轮上的点A应与点B相互对齐。,是将凸轮轴的旋转运动变为气门往复运动的机构。主要由气门挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴、气门间隙调整螺钉和液压挺柱等组成 。,1-凸轮轴 2-挺柱 3-推杆 4-摇臂轴 5-锁紧螺母 6-调整螺钉 7-摇臂 8-气门锁夹 9-气门弹簧座 10-气门弹簧 11-气门导管 12-气门 13-气门座,1挺柱,菌形挺柱 平面挺柱 桶形挺柱,1-挺柱 2-凸轮,2推杆,1-上凹球头,2-空心杆,3-下凸球头,3摇臂,A、C-,油道,B-,油槽,摇臂通过青铜衬套或滚针轴承支承在空心的摇臂轴上，再一起固定在摇臂轴支座上,1-垫圈 2、3、4-摇臂轴支座 5-摇臂轴 6、8、10-摇臂 7-弹簧 9-定位销 11-锁簧 12-堵头,C、D、E：,油孔,气门间隙是指发动机冷态，气门关闭时，气门与摇臂之间的间隙。作用是为气门及驱动组件工作时留有受热膨胀的余地。,1-摇臂 2-气门间隙调整螺钉 3-锁紧螺母,4气门间隙调整螺钉,5液压挺杆,桑塔纳和捷达轿车发动机采用的液压挺柱,3.3.1 配气定时配气相位,配气定时：进、排气门实际开启关闭的时刻以曲轴转角表示，也称配气相位 。用环形图表示配气相位称为配气相位图。,进气提前角,进气迟后角,排气提前角,排气迟后角,气门重叠角,发动机的结构不同，转速不同，配气相位也就不同，最正确的配气相位角是根据发动机性能要求，通过反复试验确定。,3.,3.2,充气效率,充气效率：,每循环实际进入气缸的充量与进气状态下充满气缸工作容积的理论充量的比值。,V,1,、,m,1,实际进入气缸充量的体积、质量；,V,h,、,m,s,进气状态下充满气缸工作容积的理论充量的体积、质量,柴油机充气效率一般在0.750.9，汽油机在0.700.85。,3.,4,发动机可变进气控制技术,根据发动机的运行状况而改变配气相位和气门升程。,3.,4 .1,可变气门控制系统,本田,VTEC,1-凸轮轴 2-摇臂轴 3-主摇臂 4-正时板 5-中间摇臂 6-止推活塞 7-辅助摇臂 8-同步活塞,B 9-,同步活塞,A 10-,正时活塞,凸轮轴对应于每一缸有五段凸轮参加工作,1-凸轮轴 2、6-排气凸轮 3-主进气凸轮 4-中间进气凸轮 5-辅助进气凸轮,三个进气凸轮分别驱动三根摇臂，与主凸轮、辅助凸轮和中间凸轮相对应的摇臂分别为主摇臂,7,、辅助摇臂,5,和中间摇臂,6,。三根摇臂内部装有由液压控制移动的同步活塞,3,和,4,、正时活塞,1,等。,摇臂组件,1-正时活塞 2-正时活塞弹簧 3-同步活塞,A 4-,同步活塞,B 5-,辅助摇臂 6-中间摇臂 7-主摇臂,工作过程,2,VTEC,的工作原理,1工作过程,发动机低速时：三个摇臂彼此别离独立，中间摇臂并不参与工作，VTEC工作和普通发动机相似。,发动机高速运转时：三根摇臂锁成一体。由中间凸轮升程最高驱动，进气门开启时间延长，升程增加。 使发动机功率和转矩提高。,2工作过程控制 ：由控制系统控制,主要由传感器、控制单元和执行器组成。,3.,4.2,可变进气管控制系统,进气管长度、直径等进气系统参数都会改变进气压力波，因而适当调整和控制这些参数，可以有效地利用进气压力波提高充气效率。,按照气体压力波传播的特点设计进气道，使进气道的长度、形状都可以改变，利用进气动态效应来提高充气效率。,1进气管长度可变结构,2进气管截面可变结构,增压：就是将空气预先压缩后再供入气缸，以提高进气密度、增加进气量的一项技术。,进气增压程度常用以下两个参数衡量：,1增压度 是指发动机增压后增长的功率与增压前的功率之比。,3.,5,发动机废气涡轮增压,3.5.1 根本概念,P,ek,发动机增压后的有效功率；,P,eo,发动机增压前的有效功率。,2增压比：指增压后空气压力pb与增压前空气压力po之比。,增压发动机按增压比的大小可分为：低增压b 1.5、中增压1.5b2.5、高增压2.5b3.5)和超高增压b。,进气增压的方法有废气涡轮增压、机械增压、气波增压等，其中以废气涡轮增压技术最为成熟，效率也高，应用最广。,3.,5.2,废气涡轮增压,1-排气口,2-涡轮机,3-压气机,4-进气口,5-进气管,6-排气管,2. 径流式涡轮增压器,1-压气机蜗壳 2-无叶式扩压管 3-压气机叶轮 4-密封套 5-增压器轴 6-进气道 7-推力轴承 8-挡油板 9-浮动轴承 10-涡轮机叶轮 11-出气道 12-隔热板 13-涡轮机蜗壳 14-中间体,一种涡轮增压器,1离心式压气机,2径流式涡轮机,3中间体,1增压压力的控制,排气旁通阀,1-膜片式控制阀 2-连动杆 3-排气旁通阀 4-排气管 5-涡轮机叶轮 6-涡轮机蜗壳 7- 增压器轴 8-中间体 9-压气机蜗壳 10-压气机叶轮 11-连通管,现代电控汽油机中，排气旁通阀通常由发动机电脑控制。,2增压空气的冷却,也称中冷器，对进气进行冷却，以提高充气效率，同时降低发动机的热负荷和排气温度。,试验证明，增压空气温度每降低10，柴油机的循环平均温度可降低2530，在压缩比为1.52时，供气量能比不用中冷器时提高10%18%，发动机的动力性和经济性都会得到改善。,3.6,换气系统的维护,定期检查空气滤清器,特别是纸滤芯使用一段时间后，外外表集聚了大量尘埃和杂质，降低了充气效率，应及时清洁或更换空气滤清器，清洁时将滤芯取出用手轻拍或用压缩空气从内圈向外吹去积尘。,在装有空气流量计的电控发动机中,进气通道的各连接处要严密对接,防止漏气。如有发生胶管开裂、老化等现象应更换胶管。,当发现发动机排气噪音增加，废气排放超标时，要检查排气管路、接口处的泄漏情况，及时修理或更换泄漏的部件。,发动机工作时，如发现配气机构异响，应及时拆检，排除故障。,本章小结,1.发动机换气系统由空气滤清器、进气管系、配气机构、排气管系及消声器等组成。,2.配气机构的作用是根据发动机需要，适时地开启和关闭各缸的进、排气门，进行进气和排气。它主要由气门组件、凸轮轴组件、凸轮轴传动组件和气门驱动组件组成。现代轿车发动机较多采用顶置多气门、上置凸轮轴式、齿带传动式结构。,自由排气、强制排气和进气阶段。在换气过程中，进、排气门均早开和迟闭。进、排气门实际开闭时刻曲轴转角来表示，称为配气相位。,4.充气效率是指每循环实际进入气缸的充量与进气状态下充满气缸工作容积的理论充量的比值。影响充气效率的因素有进气终了的气缸压力和温度、剩余废气量、压缩比及配气正时等。正确安装并定时检查调整配气相位，定时检查调整气门间隙，定时清洁保养空气滤清器对提高充气效率影响极大。,5. 可变气门控制系统能根据发动机的运行状况而改变气门升程和气门开启的时间，使发动机在所有工作转速下都能获得较佳的配气相位和气门升程，提高发动机的动力经济性能。,6.可变进气管控制系统可根据发动机转速等的变化，自动调节进气管长度和流通截面，利用气流的波动效应来增加进气量，提高充气效率。,7.发动机增压是提高功率，降低燃料消耗，减少排气污染的有效途径之一。废气涡轮增压是利用发动机排出的具有一定能量的废气，通过增压器，对进气进行增压。它主要由涡轮增压器、增压压力控制阀及冷却器等组成。,8.,注意换气系统的维护和保养，如空气滤清器的清洁与更换、进排气管路的泄漏检查及配气机构的检查、调整或修理。,
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