陈家瑞《汽车构造》-第三章--配气机构.

配气机构(VVT-i)配气机构(VTEC)配气机构(16V)配气机构(DOHC、12V)配气机构(TWINCAM)配气机构(TWINCAM)配气机构(DOHC16V)配气机构(5V)第三章配气机构配气机构的主要零部件概述配气定时第一节概述按照发动机每个气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭气缸的进、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。一、功用Φc=M/M0M——进气过程中，实际进入气缸的充量；Mo——进气状态下，充满气缸工作容积的理论充量。二、充气系数（充气效率）发动机每一工作循环进入气缸的实际充量与进气状态下充满气缸工作容积的理论充量的比值。表示新鲜充量充满气缸的程度。Φc↑，M↑，燃烧热量↑，发动机功率↑。Φc总是小于1。一般Φc=0.80~0.90。三、配气机构的布置和传动目前国产的汽车发动机都采用气门顶置式配气机构。压缩比受到限制，进排气门阻力较大，发动机的动力性和高速性均较差，逐渐被淘汰。1、气门的布置型式气门侧置式气门顶置式气门传动组由正时齿轮、凸轮轴、气门挺柱、推杆、调整螺钉和锁紧螺母、摇臂、摇臂轴、摇臂轴支架等组成。气门组主要由气门锁片、气门弹簧座、气门弹簧、气门、气门导管、气门座等组成。工作过程气门打开：曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴旋转，凸轮轴上的凸起部分通过挺柱、推杆、调整螺钉，推动摇臂摆转，摇臂的另一端便向下推开气门，同时气门弹簧进一步压缩。气门关闭：当凸轮的凸起部分的顶点转过挺柱以后，在气门弹簧张力的作用下，气门开度逐渐减小，直至最后关闭。2、凸轮轴的布置型式凸轮轴下置凸轮轴中置凸轮轴上置凸轮轴下置结构特征：凸轮轴置于曲轴箱内优点：凸轮轴离曲轴近，可以简单地用一对齿轮传动缺点：气门和凸轮轴相距较远，因而气门传动另件较多，结构较复杂，发动机高度也有所增加，整机刚度差。凸轮轴中置式结构特征：凸轮轴置于机体上部优点：减少了推杆，从而减轻了配气机构的往复运动质量、增大了机构的刚度说明：有些凸轮轴中置的配气机构和下置式没什么区别，只是推杆较短凸轮轴上置式结构特征：凸轮轴置于气缸盖上优点：运动件少、整机刚度大、传动机构紧凑、适用于高速发动机缺点：凸轮轴距曲轴距离较远使得正时传动机构复杂、气缸盖结构复杂广泛使用返回3、凸轮轴的传动方式（1）齿轮传动优点：配气定时准确，工作可靠性和耐久性好。适用于高转速。缺点：噪音、磨损较大，空间布置困难，重量大。一般用斜齿，以提高工作平稳性。（2）链条传动优点：空间布置自由度大，对机型变化适应性强，可靠性好，寿命长。缺点：链条容易松弛，需张紧机构，配气定时容易变化，需定期调整、润滑，噪声大，维修保养麻烦。（3）齿形带传动优点：兼顾齿轮传动和链条传动的主要优点（配气定时准确，但要解决皮带松弛问题；空间布置自由度大；磨损、噪声小，无需润滑）。缺点：工作可靠性、耐久性差，摩擦阻力大，怕机油（一般用齿形皮带罩壳密封住）。传动方式图示应用齿轮传动凸轮轴下置、中置式配气机构链条传动凸轮轴上置式配气机构齿形带传动凸轮轴上置式配气机构4、气门的驱动形式（1）摇臂驱动、单凸轮轴上置式配气机构（2）摆臂驱动、凸轮轴上置式配气机构（3）直接驱动、凸轮轴上置式配气机构四、每缸气门数目及排列方式单缸2气门单缸4气门单缸5气门捷达王轿车EA113型发动机每缸五气门的布置五、气门间隙发动机冷态装配时，在气门与其传动机构中留有一定的间隙，以补偿受热之后的膨胀量。通常发动机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。1、概念气门杆凸轮轴气门间隙进气门0.25～0.30mm排气门0.30～0.35mm实物图测量气门间隙拧松紧定螺母，调整调节螺钉2、气门间隙对发动机工作的影响无间隙或间隙过小：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。间隙过大：进、排气门开启迟后，缩短了进排气时间，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。采用液压挺柱的配气机构不需要留气门间隙。第二节配气定时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。通常用环形配气定时图来表示。（也称配气相位）上止点下止点一、概念二、实际的配气定时分析1、进气门早开：可使进气一开始就有一个较大的通道面积，减小进气阻力，增加进气量。2、进气门晚关：延长了进气时间，在大气压力和气体惯性力的作用下，增加进气量。3、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。4、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。三、配气定时图10°~30°40°~80°40°~80°10°~30°四、气门重叠气门重叠：由于进气门早开，排气门晚关，进气门在上止点前开启，而排气门在上止点后关闭，势必造成在同一时间内两个气门同时开启的现象。气门重叠角：重叠时期的曲轴转角（+）。排气过程进气过程气门重叠角第三节配气机构的主要零部件一、气门组气门气门座气门导管气门弹簧弹簧座锁片气门组组成：气门、气门座、气门导管、气门弹簧、弹簧座及锁片等零件。气门组实物图锁片弹簧座1、气门A、进气门570K～670K，排气门1050K～1200K；B、头部承受气体压力、气门弹簧力等；C、冷却和润滑条件差；D、被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。功用：控制进、排气门的开闭。头部杆部工作条件：性能和材料：强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨进气门：铬钢或铬镍钢；排气门：硅铬钢尾部气门头部的结构形式平顶式结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也较小，进、排气门都可采用。凸顶式（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。凹顶式（喇叭顶）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。气门锥角气门密封面的锥角（气门锥面与顶平面的夹角）。α锥角作用：就向锥形塞子可以塞紧瓶口一样，能获得较大的气门座合压力，以提高密封性和导热性；气门落座时有自动定位作用；避免气流拐弯过大而降低流速；气门落座时能挤掉接触面的沉积物，即有自洁作用。装配前应将密封锥面研磨。边缘应保持一定的厚度，1～3mm。一般地，进排气门锥角都采用45°的，但有的采用30°的，目的是：气流通过断面较大，进气阻力小，提高充气效率。但锥角小的气门头部边缘较薄，刚度小，强度差，密封及导热性差。气门杆部较高的加工精度，表面经过热处理和磨光，保证同气门导管的配合精度和耐磨性气门杆尾部：环形槽、锁销孔凹槽易断裂处钠冷却气门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：温度很高，又承受频率极高的冲击载荷，容易磨损。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）。安装：过盈配合压入气缸盖上的座孔中与气门锥面的密封：比气门锥角大0.5～1度的气门座圈锥角。镶嵌式气门座特点：优点：提高气门座的使用寿命，便于更换。缺点：导热性差，加工精度高，如配合不当易脱落造成严重事故。气门座圈3、气门导管作用：为气门的运动导向，保证气门直线运动兼起导热作用。工作条件：工作温度较高，约500K。润滑困难，易磨损。材料：用含石墨较多的铸铁，能提高自润滑作用。加工方法：外表面加工精度较高，内表面精绞装配：气门杆与气门间隙0.05～0.12mm。气门导管气缸盖过盈配合卡环：防止气门导管在使用中脱落。伸入深度应适量。锥度可减少气流阻力。4、气门弹簧功用：保证气门的回位。材料：高锰碳钢、铬钒钢。气门弹簧气门弹簧座锁片气门关闭保证气门及时关闭、密封气门开启保证气门不脱离凸轮圆柱螺旋弹簧变螺距的圆柱弹簧同心安装的两根弹簧二、气门传动组组成：凸轮轴、正时齿轮、挺柱、导管、推杆、摇臂及摇臂轴功用：定时驱动气门开闭，并保证气门有足够的开度和适当的气门间隙。凸轮轴挺柱推杆摇臂凸轮轴正时齿轮摇臂轴1、凸轮轴作用：驱动和控制各缸气门的开启和关闭，使其符合发动机的工作顺序、配气相位和气门开度的变化规律等要求。工作条件：承受气门间歇性开启的冲击载荷。材料：优质钢或合金钢模锻，合金铸铁，球墨铸铁结构：轴颈斜齿轮凸轮偏心轮正时齿轮斜齿轮：驱动分电器、（机油泵）偏心轮：驱动汽油泵凸轮凸轮性能：承受气门弹簧的张力，间歇性的冲击载荷。表面有良好的耐磨性，足够的刚度。凸轮与挺柱线接触，接触压力大，磨损快。工作条件：凸轮的轮廓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凸轮相对角位置同名凸轮相对角位置决定于凸轮轴旋转方向、发动机工作顺序及气缸数或作功间隔角。异名凸轮轴相对角位置决定于配气定时及凸轮轴旋转方向。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。正时齿轮及正时标记①曲轴与配气凸轮轴正时齿轮的直径比为1:2③曲轴与凸轮轴之间的传动比为2:1②曲轴与配气凸轮轴正时齿轮齿数比为1:2B、链条和齿形皮带传动：用于中置式或顶置式凸轮轴发动机。曲轴正时齿形带轮中间轴齿形带轮张紧轮凸轮轴正时齿形带轮凸轮轴的轴向定位2、挺柱（1）作用：将凸轮的推力传给推杆或气门。（2）挺柱的分类：普通挺柱和液力挺柱。普通挺柱用途图示筒式气门顶置式滚轮式减小摩擦所造成的对挺柱的侧向力。多用于大缸径柴油机。液力挺柱推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧特点：可消除配气机构中间隙，减小零件的冲击载荷和噪声，同时凸轮轮廓可设计得比较陡些，使气门开启和关闭更快，以减少进排气阻力，改善发动机的换气，提高发动机的性能，特别适合高速发动机。进油口结构：液力挺柱由挺柱体、柱塞、球座、柱塞弹簧、单向阀和单向阀弹簧等组成。挺柱体和柱塞上有油孔与发动机机体上相应的油孔相通。球座为推杆的支承座。单向阀有片式和球式两种。推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞回位弹簧进油口工作原理①当凸轮转到工作面使挺柱上推时，挺柱像一个刚体一样推动气门开启；②当凸轮转到非工作面，解除了对推杆的推力，挺杆体腔内油压降低。③若气门、推杆受热膨胀，挺柱回落后向挺柱体腔内的补油过程便会减少补油量或使挺柱体腔内的油液从柱塞与挺柱体间隙中泄漏一部分。机油碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮当凸轮不驱动柱塞时碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮A碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮B碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮52碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮当凸轮推动挺柱时凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸