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1、第4章 配氣機構,二、換氣機構形式 氣門式、氣口式、氣門-氣口式。,一、作用 按照發(fā)動機的工作順序定時、定量實現(xiàn)換氣過程。 達到進氣盡可能充分、排氣盡可能干凈的目的（吸足排凈） 。,衡量進氣充分程度的指標充量系數(shù)c,實際進氣量與進氣狀態(tài)下理論上充滿氣缸工作容積的新鮮充量之比。,桑塔納發(fā)動機配氣機構,進、排氣過程合在一起通常為換氣過程,二沖程汽油機,二沖程柴油機,第4章 配氣機構4.1. 氣門式配氣機構的布置和傳動,一、分類 （一）按氣門布置的位置來分,1、氣門頂置式 氣門布置在缸蓋上。由凸輪、挺柱、推桿、搖臂、氣門和氣門彈簧等組成。,工作過程,(1)氣門打開：曲軸通過正時齒輪驅(qū)動凸輪軸旋轉(zhuǎn)，使
2、凸輪軸上的凸輪凸起部分通過挺柱、推桿、調(diào)整螺釘，推動搖臂擺轉(zhuǎn)，搖臂的另一端便向下推開氣門，同時使彈簧進一步壓縮。,(2)氣門關閉：當凸輪的凸起部分的頂點轉(zhuǎn)過挺柱以后，氣門在其彈簧張力的作用下，開度逐漸減小，直至最后關閉，進氣或排氣過程即告結(jié)束。,第4章 配氣機構4.1. 氣門式配氣機構的布置和傳動,特點：氣門行程大，結(jié)構較復雜；進氣阻力小，氣流攪動大，能達到較高的壓縮比； 燃燒室緊湊，表面積小，熱效率高且具有良好的抗爆性和高速性，易于提高發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性，目前的汽車發(fā)動機都采用氣門頂置式配氣機構。,第4章 配氣機構4.1. 氣門式配氣機構的布置和傳動,進排氣門都布置在氣缸的一側(cè)，結(jié)構簡單
3、、零件數(shù)目少。,2、氣門側(cè)置式,氣門布置在同一側(cè)導致燃燒室結(jié)構不緊湊、熱量損失大、進氣道曲折、進氣阻力大，使發(fā)動機性能下降，已趨于淘汰。,第4章 配氣機構4.1. 氣門式配氣機構的布置和傳動,（二）按凸輪軸的布置位置來分,1、凸輪軸下置 2、凸輪軸中置 3、凸輪軸上置,第4章 配氣機構4.1. 氣門式配氣機構的布置和傳動,不利因素：凸輪軸與氣門相距較遠，動力傳遞路線較長，環(huán)節(jié)多，因此不適用于高速發(fā)動機 有利因素：簡化曲軸與凸輪軸之間才傳動裝置，有利于發(fā)動機的布置。,1、凸輪軸下置,第4章 配氣機構4.1. 氣門式配氣機構的布置和傳動,傳動方式：凸輪軸經(jīng)過挺柱直接驅(qū)動搖臂，省去了推桿。 應用：適
4、用于發(fā)動機轉(zhuǎn)速較高時，可以減少氣門傳動機構的往復運動質(zhì)量。,凸輪軸,挺柱,活塞,搖臂,調(diào)整螺釘,2、凸輪軸中置式,凸輪軸上置有兩種結(jié)構，一是凸輪軸直接通過搖臂來驅(qū)動氣門，這樣既無挺柱，又無推桿，往復運動質(zhì)量大大減小，此結(jié)構適于高速發(fā)動機。,3、凸輪軸上置,第4章 配氣機構4.1. 氣門式配氣機構的布置和傳動,另一種是凸輪軸直接驅(qū)動氣門或帶液力挺柱的氣門，此種配氣機構的往復運動質(zhì)量更小，特別適應于高速發(fā)動機。,特點：凸輪軸與氣門距離近，不需要推桿、挺柱，使往復運動的慣量減少,（三）、按照曲軸和凸輪軸的傳動方式分 1、齒輪傳動 2、鏈條傳動 3、齒形帶傳動,第4章 配氣機構4.1. 氣門式配
5、氣機構的布置和傳動,第4章 配氣機構4.1. 氣門式配氣機構的布置和傳動,特點：配氣相位準確，工作可靠性和耐久性好。噪音、磨損較大，空間布置困難，重量大；一般從曲軸到凸輪軸只需一對正時齒輪傳動，若齒輪直徑過大，可增加一個中間齒輪。為了嚙合平穩(wěn)，減小噪聲，正時齒輪多用圓柱形斜齒輪 材料：曲軸正時齒輪：鋼制 凸輪軸正時齒輪：鑄鐵，夾布膠木,1、齒輪傳動,傳動路線：曲軸正時齒輪凸輪軸正時齒輪,應用：凸輪軸下置、中置式配氣機構，多用于低速發(fā)動機。,第4章 配氣機構4.1. 氣門式配氣機構的布置和傳動,特點：優(yōu)點：空間布置自由度大，對機型變化適應性強，制造成本低，工作可靠，維修方便。 缺點：鏈條容易松弛
6、，須帶張緊器，配氣相位容易變化，需定期調(diào)整，噪聲、磨損大，耐久性較差。,2、鏈條傳動,傳動路線：曲軸鏈條凸輪軸正時齒輪,應用：凸輪軸上置式配氣機構,第4章 配氣機構4.1. 氣門式配氣機構的布置和傳動,特點：優(yōu)點：兼顧齒輪傳動和鏈條傳動的主要優(yōu)點，配氣相位準確，但要解決皮帶松弛問題；空間布置自由度大；傳動效率高，磨損、噪聲小不需潤滑， 齒形帶傳動，噪聲小、成本低缺點：工作可靠性、耐久性差，摩擦阻力大，怕機油（一般用齒形皮帶罩殼密封住），工作性能隨溫度變化大。,3、齒形帶傳動,傳動路線：曲軸齒形皮帶凸輪軸正時齒輪,應用：凸輪軸上置式配氣機構,齒形皮帶材料：氯丁橡膠,（四）、按氣門數(shù)及排列方式來分
7、,第4章 配氣機構4.1. 氣門式配氣機構的布置和傳動,雙氣門和多氣門。 1、雙氣門 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。為了改善換氣，在可能的條件下，應盡量加大氣門的直徑，特別是進氣門的直徑。,排列 ： 一列 驅(qū)動：一根凸輪軸驅(qū)動 進排氣道： 汽油機：置于機體一側(cè)，進氣預熱 ，提高汽油揮發(fā)性 柴油機：置于機體兩側(cè)，防止進氣預熱，提高充氣效率,2.多氣門的排列及驅(qū)動 大排量、高轉(zhuǎn)速、高功率的新型汽車發(fā)動機多采用多氣門結(jié)構。如四氣門、五氣門（三進兩出）、八氣門等。,1).同名氣門排成兩列，由一個凸輪通過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。 2).同名
8、氣門排成一列 ，進排氣門分別位于曲軸中心線的兩側(cè)，分別采用兩凸輪軸驅(qū)動，每缸兩同名氣門采用兩個形狀和位置相同的凸輪驅(qū)動。,第4章 配氣機構4.1. 氣門式配氣機構的布置和傳動,四氣門的布置,寶來1.8T五氣門,第4章 配氣機構4.2. 配氣相位,一、定義：配氣相位是用曲軸轉(zhuǎn)角表示的進、排氣門的實際開閉時刻及開啟的持續(xù)時間。通常用環(huán)形配氣相位圖來表示 進氣門打開持續(xù)時間： 180++ 排氣門打開持續(xù)時間： 180++,配氣相位演示,第4章 配氣機構4.2. 配氣相位,理論上講進、壓、功、排各占180，也就是說進、排氣門都是在上、下止點開閉，延續(xù)時間都是曲軸轉(zhuǎn)角180。但實際上，高速發(fā)動機
9、各個行程持續(xù)時間非常短，使發(fā)動機進氣不足，排氣不凈，因此需對簡單配氣相位進行改進。改進措施有： 進氣門早開：增大了進氣行程開始時氣門的開啟高度，減小進氣阻力，增加進氣量。 進氣門晚關：延長了進氣時間，在大氣壓和氣體慣性力的作用下，增加進氣量。 排氣門早開：借助氣缸內(nèi)的高壓自行排氣，大大減小了排氣阻力，使排氣干凈。 排氣門晚關：延長了排氣時間，在廢氣壓力和廢氣慣性力的作用下，使排氣干凈。,二、 氣門重疊 由于進氣門早開，排氣門晚關，進氣門在上止點前開啟，而排氣門在上止點后關閉，勢必造成在同一時間內(nèi)兩個氣門同時開啟的現(xiàn)象，這個現(xiàn)象叫氣門重疊，把兩個氣門同時開啟時間相當?shù)那S轉(zhuǎn)角叫作氣門重疊角+ 。
10、,在這段時間內(nèi)，可燃混合氣和廢氣是否會亂串呢？,不會的，這是因為： a. 進、排氣流各自有自己的流動方向和流動慣性，而重疊時間又很短，不至于混亂，即吸入的可燃混合氣不會隨同廢氣排出，廢氣也不會經(jīng)進氣門倒流入進氣管，而只能從排氣門排出； b. 進氣門附近有降壓作用，有利于進氣。,第4章 配氣機構4.2. 配氣相位,提前開啟作用：可以減少進氣阻力，減少進排氣消耗功。 延時關閉作用：利用進排氣慣性，以增大進排氣量。,- 進氣提前角 - 進氣延遲角 - 排氣提前角 - 進氣延遲角,氣門疊開角：+,三、氣門間隙 （一）定義及其存在位置 1、定義：在發(fā)動機冷態(tài)裝配時，在氣門及其相鄰傳動機構之間留有適當?shù)?/p>
11、間隙，以補償氣門受熱后的膨脹量。這一間隙就稱為氣門間隙。 2、位置：在氣門與其相鄰傳動件之間。,（二）、氣門間隙過大與過小的危害： 間隙過大：進、排氣門開啟遲后，縮短了進排氣時間，降低了氣門的開啟高度，改變了正常的配氣相位，使發(fā)動機因進氣不足，排氣不凈而功率下降；此外，還使配氣機構零件的撞擊增加，磨損加快。 無間隙或間隙過?。喊l(fā)動機工作后，零件受熱膨脹，將氣門推開，使氣門關閉不嚴，造成漏氣，功率下降，并使氣門的密封表面嚴重積碳或燒壞，甚至氣門撞擊活塞。,柴油機： 進氣門 0.300.35mm 排氣門 0.350.40mm,汽油機： 進氣門 0.250.30mm 排氣門 0.300.35mm,
12、（四）、氣門間隙的調(diào)整：,（三）、氣門間隙的大?。ɡ滠囬g隙）,氣門間隙調(diào)整原則： 1、不可調(diào)區(qū)域： 將要排氣，正在排氣，排氣剛完的排氣門不可調(diào)。 將要進氣，正在進氣，進氣剛完的進氣門不可調(diào)。 2、二次調(diào)整法口訣： 當一缸在壓縮上止點時，發(fā)動機各缸按工作順序， 依次可調(diào)的氣門為： 雙-排-不-進 （雙-排-排-不-進-進）,1缸,3缸,2缸,4缸,,,,,,,,進,壓,功,排,,,,點火次序：1342,1缸 a,,,3缸a,2缸b,6缸b,4缸b,5缸a,,,,,,,,測量氣門間隙，前后移動厚薄規(guī)時有一點拖滯感,擰松鎖緊螺母，調(diào)整調(diào)節(jié)螺釘,3、氣門間隙調(diào)整的方法：,厚薄規(guī),一字改刀,梅花
13、扳手,第4章 配氣機構4.3. 頂置氣門式配氣機構的零件和組件,組成：氣門組和氣門傳動組,一、氣門組 組成：氣門、氣門座圈、氣門導管、氣門彈簧（座）、氣門鎖片等。 作用：保證氣門能夠?qū)崿F(xiàn)氣缸的密封。 （一）氣門: 進氣門和排氣門 工作條件： 高溫、高壓沖擊、腐蝕、磨損、潤滑困難等。 要求： 足夠的強度、剛度、耐磨、耐高溫、耐腐蝕、耐沖擊。 材料： 進氣門：合金鋼，如40Cr、 35CrMo等。 排氣門：高級耐熱合金鋼， 如4Cr9Si2等。,1、氣門頭部 氣門頭部是一個具有圓錐斜面的圓盤，氣門錐角進氣門一般為30，排氣門為45，氣門頭邊緣應保持一定厚度，一般為1-3 mm，以防工作中
14、沖擊損壞和被高溫燒蝕。氣門密封錐面與氣門座配對研磨。 氣門頭部直徑越大，氣門口通道截面就越大，進、排氣阻力就越小。通常進氣門頭部直徑大于排氣門。如果兩氣門一樣大時，排氣門有記號。,第4章 配氣機構4.3. 頂置氣門式配氣機構的零件和組件,,,30,45,氣門頭頂部形狀 氣門頭頂部形狀有平頂，球面頂和喇叭形頂?shù)?平頂：結(jié)構簡單、制造方便、吸熱面積小，質(zhì)量小、進、排氣門均可采用。 球面頂：適用于排氣門，強度高，排氣阻力小，廢氣的清除效果好，但受熱面積大，質(zhì)量和慣性力大，加工較復雜。 喇叭形頂：適用于進氣門，進氣阻力小，但受熱面積大，不適于排氣門。,2、桿身 桿身與頭部制成一體，裝在氣門導管內(nèi)起導
15、向、傳熱的作用，桿身與頭部采用圓滑過渡連接。氣門桿表面經(jīng)過熱處理并且磨光，一般是實心的，有的是空心的，空心桿質(zhì)量輕，運動慣性力小。,凹槽,3、尾部：,尾部制有凹槽（錐形槽或環(huán)形槽）用來安裝鎖緊件。起固定彈簧座的作用。,錐形鎖夾,較高的加工精度，表面經(jīng)過熱處理和磨光，保證同氣門導管的配合精度和耐磨性,（二）、氣門導管 功用： 導向作用，保證氣門作直線往復運動。 導熱作用，將氣門頭部傳給桿身的熱量，通過氣缸蓋傳出去。 工作條件： 工作溫度較高，約500K。潤滑困難，易磨損 材料： 氣門導管和氣門的潤滑是靠配氣機構飛濺出來的機油進行潤滑的，因此易磨損。為了改善潤滑性能，氣門導管常用用含石墨較
16、多的合金鑄鐵或粉末冶金材料，能提高自潤滑作用。,加工方法： 導管內(nèi)、外圓面加工后壓入氣缸蓋的氣門導管孔內(nèi)，然后再精鉸內(nèi)孔。為了防止氣門導管在使用過程中松脫，有的發(fā)動機對氣門導管用卡環(huán)定位。,裝配： 氣門桿與氣門導管間隙0.050.12mm。,（三）氣門座： 氣門座與氣門頭部密封錐面配合密封氣缸，氣門頭部的熱量亦經(jīng)過氣門座外傳。氣門座可以在缸蓋或缸體上直接鏜出，也可以采用鑲嵌式結(jié)構。鑲嵌式結(jié)構氣門座都采用較好的材料（合金鑄鐵、奧氏體鋼等）單獨制作。同缸蓋是過盈配合。鋁合金缸蓋必須鑲氣門座圈。,鑲嵌式氣門座圈,（四）氣門彈簧 保證氣門緊貼氣門座，防止氣門落座時發(fā)生跳動等。常用雙彈簧結(jié)構。 型式：
17、圓柱螺旋彈簧、變螺距的圓柱彈簧、同心安裝的兩根彈簧,不等距彈簧,圓柱等螺距彈簧,工作時工作圈數(shù)不是常數(shù)，振動頻率經(jīng)常變化，防止彈簧與氣門產(chǎn)生共振，,旋向相反的兩個彈簧振動頻率不一樣；防止斷裂的彈簧卡入另一彈簧，一根折斷后另一根可繼續(xù)工作,雙彈簧結(jié)構,（五）氣門旋轉(zhuǎn)機構 安裝在氣門尾部，在氣門工作時發(fā)生一定的轉(zhuǎn)動，以使氣門受熱、磨損均勻，同時可以擠出氣門密封錐面的積碳等物質(zhì)。有自由、強制旋轉(zhuǎn)兩種,二、氣門傳動組 功用：將由曲軸傳來的動力傳給氣門，使進、排氣門能按照配氣相位規(guī)定時刻開閉，并保證有足夠的開度。 組成：正時齒輪、配氣凸輪軸、挺柱、推桿、搖臂、搖臂軸、氣門間隙調(diào)整螺釘?shù)取?凸輪,凸輪
18、軸正時齒輪,推桿,搖臂,搖臂軸,挺柱,（一）、凸輪軸 功用： 控制氣門的開啟和關閉，每一個進、排氣門分別有相應的進氣凸輪和排氣凸輪。 工作條件： 承受氣門間歇性開啟的沖擊載荷。 耐磨，抗沖擊韌性，剛度 材料： 優(yōu)質(zhì)鋼、合金鑄鐵、球墨鑄鐵 結(jié)構：凸輪、軸頸、偏心輪、螺旋齒輪；每2氣缸一個軸頸；軸頸直徑前后依次減小；另有空心凸輪軸，如捷達EA113,凸輪,驅(qū)動分電器的螺旋齒輪,凸輪軸軸頸,要求： 1、四沖程配氣凸輪軸與曲軸轉(zhuǎn)速之比：1：2 2、凸輪軸的凸輪是根據(jù)發(fā)動機的發(fā)火順序和配氣相位來設計。 3、凸輪軸的軸向定位 4、凸輪軸定時
19、齒輪的安裝必須根據(jù)記號進行，以保證發(fā)動機的配氣相位與發(fā)動機的發(fā)火順序相符。,,（二）、挺柱,作用： 將凸輪的推力傳給推桿或氣門，并承受凸輪軸旋轉(zhuǎn)時所施加的側(cè)向力。 挺柱的分類： 菌式、筒式、滾輪式 材料： 鎳硌合金、冷激合金鑄鐵。,液力挺柱,結(jié)構：挺柱體、卡簧、球座、柱塞、單向閥架、柱塞彈簧、單向閥、碟形彈簧等 性能： 可消除配氣機構中間隙，減小個零件的沖擊載荷和噪聲，同時凸輪輪廓可設計得比較陡些，使氣門開啟和關閉更快，以減少進排氣阻力，改善發(fā)動機的換氣，提高發(fā)動機的性能，特別是高速。,挺柱體,柱塞,球形支座,卡簧,柱塞彈簧,單向閥,單向閥架,柱塞腔A,挺柱體腔B,進油口,進油通道,,,,（三
20、）、氣門推桿,作用： 將挺柱傳來的推力傳給搖臂。 工作情況： 是氣門機構中最容易彎曲的零件。強度要求高，盡量短。 材料： 硬鋁或鋼,實心推桿,硬鋁推桿,鋼支承,（四）、搖臂,搖臂結(jié)構示意圖,氣門間隙調(diào)節(jié)螺釘,調(diào)節(jié)螺母,搖臂,搖臂軸套,易磨損部位 堆焊耐磨合金,功用：將推桿或凸輪傳來的力改變方向，作用到氣門桿端以推開氣門。 搖臂比=1.21.8,潤滑油道,油槽,潤滑油道,搖臂組示意圖,搖臂軸,螺栓,搖臂軸支座,搖臂軸緊固螺釘,搖臂襯套,調(diào)整螺釘,搖臂,定位彈簧,第4章 配氣機構4.4.可變配氣相位,1VTEC（Variable Valve Timing and Life Electrical C
21、ontral）功用 使配氣正時和氣門升程根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化作出相應的實時調(diào)整，使氣缸的充氣量同時滿足發(fā)動機低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速下的不同需要，從而提高了發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性,一、氣門定時和氣門升程控制機構（VTEC）,理想的配氣系統(tǒng)應當要滿足以下要求： 1) 低速時，采用較小的氣門疊開角以及較小的氣門升程，防止出現(xiàn)缸內(nèi)新鮮充量向進氣系統(tǒng)的倒流，以便增加轉(zhuǎn)矩，提高燃油經(jīng)濟性。 2) 高速時應具有最大的氣門升程和進氣門遲閉角，以最大限度地減小流動阻力，充分利用過后充氣，提高充量系數(shù)，以滿足動力性要求。 3) 配合以上變化，對進氣門從開啟到關閉的進氣持續(xù)角也應進行調(diào)整，以實現(xiàn)最佳的進氣定時。,2、 VTE
22、C的組成,3VTEC的工作原理,（1）低轉(zhuǎn)速下VTEC原理,主、輔搖臂分別由主、輔進氣凸輪驅(qū)動 主進氣門按正常的時間和高度開啟 輔助進氣門由于輔助凸輪的高度小而稍稍打開，以防止燃油阻塞進氣口 中間進氣搖臂由中間凸輪驅(qū)動，但對進氣門的開啟無任何作用 進排氣門重疊角和升程都較小，滿足了低速工況的需要,正時活塞無油壓作用，同步活塞處于中間位置,（2）高轉(zhuǎn)速下VTEC原理,同步活塞將3個搖臂連鎖，成為一體 主、輔助進氣搖臂均由中間凸輪驅(qū)動，從而改變了配氣正時 增大了進排氣門重疊角和升程，適應了高速工況的需要,來自機油泵的油壓作用于正時活塞，使正時活塞和同步活塞右移,ECM輸出控制信號，使VTEC電磁閥
23、打開,第4章 配氣機構4.4.可變配氣相位,1i-VETC（Intelligent Variable Valve Timing and Life Electrical Contral ） 進排氣門相位角連續(xù)性控制系統(tǒng)(Variable Timing Control，VTC)與VETC結(jié)合，VTEC根據(jù)轉(zhuǎn)速控制氣門開啟的時刻與升程, VTC則根據(jù)轉(zhuǎn)速和負荷控制進氣門和排氣門同時打開的時機,以便對氣門做更加精確的調(diào)整。（本田）,二、其他類型的可變配氣正時系統(tǒng),二、其他類型的可變配氣正時系統(tǒng),2、VVT（Variable Valve Timing）、 VVT-i (Variable Valve Timing intake)可變氣門相位：,3、VVTL（Variable Valve Timing and Left）可變氣門相位及升程： 是在VVT對氣門正時控制的基礎上加入了對氣門升程控制的一種裝置。,是一種控制凸輪軸氣門正時的裝置，它通過調(diào)整凸輪軸轉(zhuǎn)角配氣正時進行優(yōu)化，從而提高發(fā)動機在所有轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的動力性、燃油經(jīng)濟性，降低尾氣的排放。（豐田） 目前VETC最多可實現(xiàn)3組凸輪切換，即正時和升程為分段可調(diào)而VVT可實現(xiàn)正時的連續(xù)可調(diào),
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