《港口内燃机》第03章.ppt

1,工程机械内燃机,第三章配气机构,2,配气机构的功用：按照内燃机的工作循环和发火顺序，定时地开启和关闭各缸的进、排气门，使新鲜空气(柴油机)或可燃混合气(汽油机)及时进入气缸，并使废气及时从气缸排出。要求：气缸进气完善、排气充分，振动噪声小，工作可靠，使用寿命长，维修调整方便。,3,4,内容提纲,第一节气门式配气机构的布置与传动第二节气门式配气机构的主要零部件第三节充气效率、配气相位和气门间隙,5,第一节气门式配气机构的布置与传动,气门式配气机构的分类按气门的布置可分为：顶置式气门和侧置式气门；按凸轮轴的位置可分为：上置式凸轮轴、中置式凸轮轴和下置式凸轮轴；按曲轴和凸轮轴的传动方式可分为：齿轮传动、链传动和齿形带传动；按每缸气门数可分为：二气门式和四气门式。,6,内容提纲,第一节气门式配气机构的布置与传动第二节气门式配气机构的主要零部件第三节充气效率、配气相位和气门间隙,7,第二节气门式配气机构的主要零部件,8,第二节气门式配气机构的主要零部件,一、气门组,气门组应保证气门能够实现气缸的密封，因此要求：气门头部与气门座贴合严密；气门导管与气门杆的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，以保证气门头在气门座上不偏斜；气门弹簧的弹力足以克服气门及其传动件的运动惯性力，使气门能迅速关闭，并保证气门紧压在气门座上。,9,第二节气门式配气机构的主要零部件,一、气门组,功用：控制气缸的进气与排气。工作条件：高温、高压、润滑不良。要求：耐热、耐磨、密封性好、对气流的阻力小。结构形式：平顶、凸顶、凹顶。,1.气门,10,第二节气门式配气机构的主要零部件,一、气门组,平顶,凸顶,凹顶,1.气门,11,第二节气门式配气机构的主要零部件,一、气门组,气门锥角,气门密封锥面与气门顶部平面的夹角称为气门锥角。锥角的大小不仅影响密封性，还会影响到气体流动的阻力以及气体流通面积和锥面的磨损，一般为30或45。气门座锥角比气门锥角大0.51，称为气门干涉角。气门密封锥面与气门座配对研磨。,1.气门,12,第二节气门式配气机构的主要零部件,一、气门组,弹簧座的固定方式,常用的结构是在气门杆的端部切出环槽来安装剖分成两半的锥形锁片。有的发动机的气门杆端有一个用来安装锁销的径向孔。,1.气门,13,第二节气门式配气机构的主要零部件,一、气门组,2.气门导管,功用：起导向作用，保证气门作直线往复运动。起导热作用，将气门头部传给杆身的热量，通过气缸盖传出去。,14,第二节气门式配气机构的主要零部件,一、气门组,3.气门座,功用：与气门头部密封锥面配合密封气缸，同时还起传热作用。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。镶嵌式气门座都采用较好的材料（合金铸铁、奥氏体钢等）单独制作。,采用铝合金气缸盖的发动机，气门座必须镶嵌。,15,第二节气门式配气机构的主要零部件,一、气门组,4.气门弹簧,功用：保证气门及时落座并和气门座紧密贴合，防止气门在开闭过程中因气门及传动件的惯性力产生彼此脱开的现象。气门弹簧多为圆柱形螺旋弹簧。,有些高速内燃机上，一个气门同心安装螺旋方向相反的内外两个弹簧，不但能够防止共振，并且当一根弹簧断裂时，另一个仍能正常工作。,16,第二节气门式配气机构的主要零部件,一、气门组,5.气门旋转机构,功用：使气门相对于气门座产生一个间歇的旋转运动。不仅可使气门密封锥面和气门杆磨损均匀，减小头部的热变形，且旋转时可使密封锥面上产生自洁作用。,低摩擦型自由旋转机构,强制旋转机构,17,第二节气门式配气机构的主要零部件,二、气门传动组,功用：使进、排气门按照配气相位的要求正确启闭，并保证有足够的开度。组成：凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、气门间隙调整螺钉等。,18,第二节气门式配气机构的主要零部件,二、气门传动组,1.凸轮轴,凸轮轴工作中，承受气门间歇性开启产生的周期性冲击载荷，凸轮轴表面与挺柱端面又作相对高速滑动，因此要求凸轮轴要有足够的刚度和韧性，凸轮表面要耐磨。,功用：控制气门开闭时刻和运动规律。即根据各缸的工作顺序、配气相位和升程及时地开启和关闭气门。,19,第二节气门式配气机构的主要零部件,2.挺柱,功用：是将凸轮传来的推力传给推杆和摇臂（或气门杆），并将凸轮的旋转运动变成直线运动，使气门按凸轮的轨迹开闭。其端面与凸轮的工作表面相对滑动，因此要求端面的耐磨性要好。,菌式,筒式,滚轮式,二、气门传动组,液压挺柱可消除配气机构的间隙，减小各零件的冲击载荷和噪声，提高发动机高速时的性能，在轿车发动机上被广泛地采用。,20,第二节气门式配气机构的主要零部件,3.推杆,功用：将挺柱传来的推力传给摇臂。它是配气机构中最容易弯曲的零件，要求有很高的刚度。,在动载荷大的发动机中，推杆应尽量地做得短些。,二、气门传动组,21,第二节气门式配气机构的主要零部件,4.摇臂,功用：将推杆传来的推力改变方向，用以推开气门。,摇臂实际上是一个双臂杠杆，其两边臂长比值称为摇臂比，一般为1.21.8，其中长臂用于推动气门。,二、气门传动组,22,内容提纲,第一节气门式配气机构的布置与传动第二节气门式配气机构的主要零部件第三节充气效率、配气相位和气门间隙,23,第三节充气效率、配气相位和气门间隙,一、充气效率及其影响因素,充气效率是指在进气过程中，实际进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量与在进气系统进气状态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。,M进气过程中实际进入气缸的新气质量；M0进气状态下充满气缸工作容积的新气质量。,1定义,24,第三节充气效率、配气相位和气门间隙,一、充气效率及其影响因素,充气效率越高，表明进入气缸的新鲜空气或可燃混合气的质量越多，可燃混合气燃烧后放出的热量也就越大，发动机可发出的功率也就越大。对于非增压内燃机，充气效率总是小于1，一般为0.800.90。,25,第三节充气效率、配气相位和气门间隙,一、充气效率及其影响因素,进气终了时气缸内的压力和温度，残余废气系数，配气相位等。,2充气效率的影响因素,减小进、排气门和进、排气道的流动阻力；减小对充量的热传导；合理地选择配气相位。,3提高充气效率的措施,26,第三节充气效率、配气相位和气门间隙,二、配气相位,配气相位是进、排气门实际开、闭时刻相对于上、下止点位置的曲轴转角。通常用环形图来表示，称为配气相位图。,1定义,2理论上的配气相位分析,理论上进、压、功、排各占180，即进、排气门都是在上、下止点开闭，延续时间都是180曲轴转角。实际表明，简单配气相位对实际工作很不适应，不能满足发动机对进、排气的要求。,27,第三节充气效率、配气相位和气门间隙,二、配气相位,（1）气门的开、闭有个过程。开启：总是由小大；关闭：总是由大小。（2）气体惯性的影响。随着活塞的运动，同样造成进气不足、排气不净。（3）发动机速度的要求。实际发动机曲轴转速很高，活塞每一行程历时都很短，使发动机进气不足，排气不净。,原因：,例如，桑塔纳轿车发动机最大功率时的转速为5600r/min，一个行程只有60/（56002）=0.0054s，即使转速为1500r/min，一个行程也只有0.02s，,28,第三节充气效率、配气相位和气门间隙,二、配气相位,3实际的配气相位分析,1）气门早开晚关的好处,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，增加了进气量。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，增加了进气量。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。,29,第三节充气效率、配气相位和气门间隙,二、配气相位,3实际的配气相位分析,2）进、排气门的实际开闭时刻和延续时间,实际进气时刻和延续时间：在排气行程接近终了时，活塞到达上止点前，进气门便开始开启，进气门开启时刻相对于上止点前的曲轴转角称为进气提前角ia;进气行程直到活塞越过下止点后，进气门才关闭，进气门关闭时刻相对于下止点的曲轴转角称为进气迟后角iL。整个进气过程相当于曲轴转角180+ia+iL，称为进气持续角i。,ia一般1030，iL一般4080，i一般为230290,30,第三节充气效率、配气相位和气门间隙,二、配气相位,2）进、排气门的实际开闭时刻和延续时间,实际排气时刻和延续时间：同样，作功行程接近终了时，活塞在下止点前排气门便开始开启，提前开启的角度称为排气提前角ea，活塞越过上止点后排气门关闭，延迟关闭的角度称为排气迟后角eL。整个排气过程相当于曲轴转角180+ea+eL，称为排气持续角e。,ea一般4080，eL一般1030，e一般230290,3实际的配气相位分析,31,第三节充气效率、配气相位和气门间隙,二、配气相位,3实际的配气相位分析,3）气门重叠,由于进气门提前开启，排气门迟后关闭，因此在排气和进气两个行程之间，在上止点前后，会出现进、排气门同时开启的现象，这种现象称为气门重叠。气门重叠期用曲轴转角表示，其值为ia+eL。,ia+eL约2060。,32,第三节充气效率、配气相位和气门间隙,二、配气相位,33,第三节充气效率、配气相位和气门间隙,二、配气相位,实际配气相位，气门要早开晚关，主要是为了满足进气充足，排气干净的要求。但实际中，究竟气门什么时候开，什么时候关最好？这主要根据各种机型，经过实验的方法确定，由凸轮轴的形状、位置及配气机构来保证。,34,第三节充气效率、配气相位和气门间隙,三、气门间隙,气门间隙是指气门完全关闭时，摇臂撞头与气门杆尾端之间的间隙。（对于侧置式气门配气机构而言，则是指气门杆尾端与挺柱之间的间隙。）,1定义,给热膨胀留有余地，保证气门密封。,2作用,35,第三节充气效率、配气相位和气门间隙,三、气门间隙,间隙过大：气门升程减小，导致排气不畅，充气不足，使换气过程恶化，动力性和经济性下降，此外，还会造成不正常的气门敲击声。间隙过小：导致内燃机运转时气门关闭不严，造成漏气，功率下降，并使气门的密封表面严重积碳或烧坏，油耗增加等。,气门间隙有“冷间隙”和“热间隙”之分，冷间隙是指在室温下应留的气门间隙，热间隙是指内燃机运转至正常温度后，在热机状态所测得的气门间隙。,36,第三节充气效率、配气相位和气门间隙,三、气门间隙,检查调整气门间隙，应使被检查调整的气门处于完全关闭状态时进行，其方法有逐缸调整法和两次调整法。,3气门间隙的检查调整方法,在内燃机的安装使用中，应对气门间隙进行及时的检查与调整。在内燃机拆装修理后或长期使用磨损后都应重新测量与调整气门间隙。,37,第三节充气效率、配气相位和气门间隙,三、气门间隙,3气门间隙的检查调整方法,测量气门间隙,拧松紧定螺母，调整调节螺钉,38,第三节充气效率、配气相位和气门间隙,三、气门间隙,将第一缸摇转至压缩行程上止点，使该缸进、排气门完全关闭，此时可以调整第一缸的进、排气门间隙。然后转动曲轴，按内燃机的发火顺序逐缸转至压缩上止点，分别对各缸进、排气门间隙进行调整。,1）逐缸调整法,简单可靠容易操作，但效率太低。,3气门间隙的检查调整方法,39,第三节充气效率、配气相位和气门间隙,三、气门间隙,3气门间隙的检查调整方法,基本原理：根据内燃机的工作循环、发火顺序、气门排列和配气相位，在第一缸或最后一缸处于压缩上止点时，除调整本缸的进、排气门外，还可以调整其他缸的某个气门。这样，多缸内燃机只需摇转两次曲轴，就可调整全部气门间隙。,2）两次调整法,此方法工作效率高，得到广泛使用。,40,例1：发火顺序为1243的四冲程直列四缸机的调整气门间隙调整方法。,根据,到第一缸处于压缩上止点时，各缸处于关闭状态的气门如下表所示：,工作循环表、,发火顺序、气门排列,和配气相位,，得,则此时可对1、2、4、5四只气门的间隙进行调整；将曲轴摇转360度，使第四缸处于压缩上止点位置后，可对余下的3、6、7、8四只气门的间隙进行调整。,第三节充气效率、配气相位和气门间隙,41,例2：发火顺序为153624的四冲程直列六缸机的调整气门间隙调整方法。,根据,到第一缸处于压缩上止点时，各缸处于关闭状态的气门如下表所示：,工作循环表、,发火顺序、气门排列,和配气相位,，得,第三节充气效率、配气相位和气门间隙,42,第三节充气效率、配气相位和气门间隙,则此时可对1、2、3、6、7、10六只气门的间隙进行调整；将曲轴摇转360度，使第六缸处于压缩上止点位置后，可对余下的4、5、8、9、11、12六只气门的间隙进行调整。,43,可变配气系统技术,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，以便增加低速转矩，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后角，以最大程度减小流动阻力，并充分利用过后充气，提高充量系数，满足发动机高速时动力性的要求。3）配合以上变化，进气门从开启到关闭的进气持续角也进行相应的调整，以实现最佳进气正时，将泵气损失降到最低。,为获得最大的充气效率，减少泵气损失，比较理想的进气系统，应满足以下要求：,44,可变配气系统技术,可变配气系统有多种多样的形式，按驱动方式可分为机械式和电子控制无凸轮机构两类。机械式可变配气系统分为可变凸轮机构（VariableCamshaftSystem,缩写VCS）和可变气门正时，（VariableValveTiming，缩写VVT）及其组合等，基本可以实现可变气门正时、可变气门升程和可变气门持续角等功能。电子控制无凸轮机构如美国GM和德国FEV公司推出的无凸轮的电磁气门驱动机构以及美国Ford公司的液压气门驱动机结构等。,45,可变配气系统技术,丰田研发的VVT-i智能可变气门正时系统，重点在于通过控制凸轮轴转动范围以连续调整进气门开启时间，进而达到控制节气门正时的目的。简单来说就是当发动机在高速运转，气缸需要大量充气时，VVT-i便适当延迟进气门的关闭时间，提高气缸内的空气含量，提高发动机的燃烧效率。这套技术在改善燃烧环境以及降低油耗方面有着一定的功效。,VVT-i智能可变气门正时系统,46,可变配气系统技术,本田的i-VTEC是”VariableValveTimingandValveLiftElectronicControlSystem“的英文缩写，其中文全称叫做”可变气门正时和升程电子控制系统“。这套系统技术特点在于其不但能够实现类似VVT-i那样的调整节气门正时时间，同时还能以及根据车辆负载,转速,车速以及水温等多项参数自行改变气门升程，实现气缸的进、排气控制，提升发动机工作效率。,i-VTEC可变气门正时和升程电子控制系统,47,可变配气系统技术,VariableIntakeSystem通过改变进气歧管的形状的长度来兼顾各段转速发动机的表现。即低转速用长进气管，保证空气密度，维持低转的动力输出效率；高转用短进气歧管，加速空气进入汽缸的速度，增强进气气流的流动惯性，保证高转下的进气量。加装VIS后，发动机进气气流的流动惯性和进气效率都有所加强，从而提高了扭矩，并降低了油耗。福特和马自达的车型上多数都在使用。,VIS可变进气系统,48,第三章思考题,1简述配气机构的功用。2气门式配气机构的分类及其特点。3简述气门式配气机构主要零件的功用和结构特点。4充气效率定义及其影响因素。5气门早开、晚关的好处是什么？6什么是配气相位？画出配气相位图，并标出气门重叠角。7气门间隙的定义、作用及气门间隙的二次调整法。,49,课堂作业,某发动机的进气提前角为16，进气迟后角为38，排气提前角为38，排气迟后角为8，请画出该发动机的配气相位图，并计算进气持续角、排气持续角和气门重叠角。,50,四冲程直列式四缸内燃机的发火顺序和曲拐布置：,曲拐对称布置于同一平面内。相邻作功气缸的曲拐夹角为720/4=180。,51,四冲程直列式四缸内燃机的工作循环表：,52,四冲程直列式六缸内燃机的发火顺序和曲拐布置：,曲拐对称布置于三个平面内。相邻作功气缸的曲拐夹角为720/6=120。,53,四冲程直列式六缸内燃机的工作循环表：,