搜索
第三章配气机构第一节概述一、功用：按照发动机各缸工作过程的需要，定时地开启和关闭进、排气门，使新鲜可燃混合气(汽油机)或空气(柴油机)及时进入气缸，废气及时排出气缸。配气机构功用二、类型：根据凸轮轴的位置分为下置式中置式上置式(一)下置凸轮轴式配气机构组成与工作原理1.结构特点（1）凸轮轴装在曲轴箱内，而摇臂轴装在气缸盖上，两者相距较远，推杆较长。（2）凸轮轴距曲轴较近，两者之间采用正时齿轮传动。2.组成：气门驱动组气门组气门驱动组正时齿轮、凸轮轴、气门挺柱、推杆、调整螺钉锁紧螺母摇臂摇臂轴摇臂轴支架气门组3.工作过程（1）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。（2）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。凸轮轴下置式配气机构组成与原理动画(三)凸轮轴上置式配气机构其结构特点为1、凸轮轴位于气缸盖上。2、凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，没有挺柱和推杆，使往复运动惯量大大减小，因此它适用于高速发动机。组成与原理凸轮顶置配气机构组成与原理动画（三）中置凸轮轴式配气机构其结构特点为1.凸轮轴位于气缸体的上部2.推杆较短，运动惯性小。3.也可省去推杆，而由挺柱直接驱动摇臂。三、气门间隙1.定义气门完全关闭时，气门杆尾端与气门驱动组零件之间的间隙。2.必要性如果气门及其传动件之间，在冷态时无间隙，则发动机在热态，气门及其传动件的受热膨胀将引起气门关闭不严，造成发动机在压缩和作功行程中漏气，而使功率下降，严重时甚至不易起动。为此，在冷态时应该留气门间隙。3.气门间隙过大和过小的危害正常：冷态时，进气门0.25mm~0.35mm，排气门0.30mm～0.35mm。过大：（1）传动零件之间及气门和气门座之间产生撞击响声，并加速磨损。（2）使气门开启的持续时间减少，气缸充气和排气情况变坏。过小：热态下使气门关闭不严而发生漏气，导致功率下降，甚至烧坏气门。四、配气相位（一）定义：用曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻和开启持续时间，称配气相位。（一）配气相位的必要性1.因发动机转速高，气门开启的理论持续时间极短。例如四冲程发动机转速3000r/min时，一个行程时间只有0.01s。2.气门开启需要一个过程，气门全开时间就更短。在这样短的时间内，难以做到进气充分和排气干净，因此实际发动机的进、排气门都要早开和晚关，气门开启的持续角都大于1800。(三）进气门的配气相位1.进气提前角（1）定义：从进气门开始开启到上止点所对应的曲轴转角称为进气提前角(或早开角)。进气提前角用α表示，α一般为100～300。（2）进气提前角的目的进气门早开，使得活塞到达上止点开始向下运动时，进气门已有一定的开度，可获得较大的进气通道截面，减少进气阻力。2.进气滞后角（1）定义：从下止点到进气门关闭所对应的曲轴转角称为进气滞后角(或晚关角)。进气滞后角用β表示，β一般为400～800。（2）目的1）利用缸内外的压力差继续进气：到下止点时，气缸内的压力仍低于大气压2）利用气流的惯性继续进气所以进气门适当晚关可使进气较充分。(四)排气门的配气相位1.排气提前角(或早开角)（1）定义：从排气门开始开启到下止点所对应的曲轴转角。排气提前角用γ表示，γ一般为400～800。（1）目的1）利用缸内外的压力差继续排气：排气门早开，气缸内300kPa～500kPa的压力，使气缸内的废气迅速地自由排出。2）减少排气冲程所消耗的功率：因排气门早开，废气先排出一部分，活塞到达下止点时，气缸内只剩约110kPa～120kPa的压力，使排气冲程所消耗的功率大为减少。3）高温气体的早排，可以防止发动机过热。2.排气滞后角（1）定义：从上止点到排气门关闭所对应的曲轴转角称为排气滞后角(或晚关角)。排气滞后角用δ表示，δ一般为100～300。（2）排气滞后角的目的1）利用缸内外的压力差继续排气：因活塞到达上止点时，气缸内的压力仍高于大气压，可利用缸内外的压力差继续排气。2）利用废气流的惯性继续排气：因活塞到达上止点时，废气流还有一定的惯性，仍能继续排气。所以排气门适当晚关可使废气排得较干净。（五）气门的叠开1.定义：由于进气门早开和排气门晚关，就出现了一段进排气门同时开启的现象，称为气门叠开。进排气门同时开启的角度，即进气门早开角与排气门晚关角的和（α+δ），称为气门叠开角。第二节气门驱动组的主要机件一、凸轮轴及其驱动装置(一)凸轮轴的功用1.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、配气相位及气门开度变化规律等要求。2.驱动汽油泵、机油泵和分电器等。（二）凸轮轴的构造凸轮轴主要由凸轮、凸轮轴轴颈等组成。对于下置式凸轮轴，还有偏心轮(用于驱动汽油泵)、螺旋齿轮(用于驱动机油泵和分电器)。1.凸轮凸轮的轮廓保证气门开启和关闭的持续时间符合配气相位的要求。O为凸轮的中心，EA为凸轮的基圆，AB和DA为凸轮的缓冲段，BCD为凸轮的工作段。CODNEAMB1.凸轮当挺柱处于EA上时，气门处于关闭状态。当凸轮转至A点时，挺柱开始移动，在缓冲段AB内的某点M处消除气门间隙，气门开始开启，至C点时气门开度最大，而后逐渐关小，至缓冲段DE内的某点N时，气门完全关闭，此后，挺柱继续下落，出现气门间隙，至E点时挺柱又处于最低位置。CODNEAMB1.凸轮同名凸轮的相对角位置凸轮轴上各缸进气(排气)凸轮，即同名凸轮的相对角位置与凸轮轴的转动方向、各缸的工作顺序和作功间隔角有关。直列四冲程发动机其同名凸轮间的夹角等于作功间隔角的一半，如四缸为900，六四缸为1200，2.凸轮轴轴颈作用：用来支承凸轮轴。2.凸轮轴轴颈（1）有的凸轮轴轴颈上有油孔，其目的是防止油堵处漏油（2）有的凸轮轴轴颈上有油槽，润滑通过该油槽由缸体上的油道输送到摇臂。(三)凸轮轴的驱动凸轮轴是通过传动装置来驱动的，其传动装置有齿轮式、链条式和齿形皮带式。1.齿轮传动（1）齿轮式用于下置式凸轮轴的驱动。（2）汽油机用一对正时齿轮传动，柴油机上凸轮轴与曲轴中心距较大，且需要同时驱动喷油泵，需加入中间惰轮传动1.齿轮传动（3）正时齿轮都用斜齿轮并用不同材料制成，以减小噪声和磨损。通常小齿轮用中碳钢，大齿轮柴油机用钢而汽油机用夹布胶木或塑料。1.齿轮传动（4）正时齿轮上有正时记号，装配时必须使记号对齐，以保证配气正时。2.链条传动（1）链条传动使用寿命长，但噪声大，一般用于上置凸轮轴的发动机上。2.链条传动为了防止链条抖振，设有导链板和张紧装置，张紧装置有机械式和液压式两种。3.齿形皮带传动在高速发动机上广泛采用氯丁橡胶齿形皮带传动代替链条传动，噪声显著减少，且质量轻、包角大、啮合量大，齿向压强小，工作可靠。（四）凸轮轴的轴向限位装置1.作用：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。（四）凸轮轴的轴向限位装置2.结构：在凸轮轴前轴颈与正时齿轮之间压装有调节环，调节环外面松套一止推板，止推板用螺钉固定于气缸体前端面，调节环的厚度大于止推板的厚度，二者之差称为凸轮轴的轴向间隙(0.08mm～0.20mm)。二、气门挺柱与推杆（一）挺柱1.功用将凸轮的推力传给推杆或气门。2.普通挺柱的构造1）型式：常见挺柱有a-筒式；b-滚轮式2）挺柱的旋转目的：使挺柱磨损均匀。因挺柱工作时，由于受凸轮侧向推力的作用会引起挺柱与导管之间单面磨损，又因挺柱底面与凸轮始终在一处接触，也会造成磨损不均匀。2）挺柱的旋转措施：挺柱底部工作面多制成球面，并且把凸轮制成锥形。这样，在工作时，由于凸轮与挺柱的接触点偏离挺柱轴线，当挺柱挺起时，接触点的摩擦力使其绕本身轴线转动，以达到磨损均匀的目的。3.液力挺柱（1）目的：解决了因有气门间隙而产生的冲击及噪音问题。3.液力挺柱（2）组成3.液力挺柱（3）工作原理3.液力挺柱工作原理动画(4)使用液力挺柱的发动机应注意以下问题：1）对润滑油的压力和滤清质量要求较严格。当润滑油压力过低时，补油能力下降，气门间隙大；2）液力挺柱拆洗后，装机前必须人工排气，否则起动困难；3）冷机或停放时间长时，起动后有短暂气门响声，这是正常现象。(二)推杆1.作用：将挺柱传来的推力传给摇臂。2.结构：推杆一般采用冷拔无缝钢管制成杆的两端焊接或压配有不同形状的端头，下端通常是圆球形，以便与挺柱的凹球形支座相适应；上端一般采用凹球形。三、摇臂和摇臂组1.功用：将推杆或凸轮传来的推力传给气门使其开启。2.结构摇臂装在摇臂轴上，摇臂轴通过摇臂轴支座装在气缸盖上。摇臂是一个不等臂杠杆，其长臂一端驱动气门。3.浮动式摇臂其摇臂没有中间支承轴，是在导槽中浮动的安装。摇臂的一端安装在气缸盖的液力挺柱上，另一端驱动气门，凸轮抵在摇臂的中部。1-浮动摇臂；2-柱塞；3-壳体；4-进油孔；5-单向阀；6-柱塞弹簧；7-高压腔；8-单向阀保架及单向阀弹簧；9-滚轮；10-销轴；11-滚针第四节气门组的主要机件气门组的主要机件有气门气门弹簧气门导管一、气门(一)材料1、进气门：采用中碳合金钢，如铬钢、镍铬钢、铬钼钢等。2、排气门：因排气门热负荷大，所以采用耐热钢，如硅铬钢、硅铬钼钢、等硅铬锰钢等。（二）气门的一般构造1）头部形状（1）平顶：结构简单、制造方便、受热面积小，进排气门均用。（2）凸顶：受热面积大，用于某些排气门。1）头部形状3）凹顶：也称漏斗形，质量小、惯性小，头部与杆部有较大的过渡圆弧，使气流阻力小，有较大的弹性，对气门座的适应性好，但受热面积大，易存废气，容易过热及受热易变形，所以仅用作进气门。2）气门锥角（1）定义：气门锥面与顶平面的夹角称气门锥角。α2）气门锥角的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。3）进、排气门锥角的大小进气门锥角较小，多用300。因锥角越小，进气通道截面越大，进气量越多。排气门锥角较大，通常为450。因锥角越大，气门头部边缘的厚度大，不易变形。排气门热负荷较大而用较大的锥角，以加强散热和避免受热变形。且锥角越大，座合压力越大，自洁作用越大。气门弹簧座的固定方式a-气门锁片固定；b-圆柱销固定1-气缸盖；2-气门杆；3-气门弹簧；4-气门弹簧振动阻尼器；5-气门油封；6-气门弹簧座；7-气门锁片；8-圆柱销；9-气门导管三、气门导管1.作用（1）为气门运动导向。（2）为气门杆传热。2.材料：用含石墨较多的铸铁或粉末冶金制成。以提高自润滑性能。2.结构1)防脱落结构（1)一般外表面为无台肩的圆柱形，其外表面加工精度较高，与缸盖(体)过盈配合，以保证良好地传热和防止松脱。2）气门导管压入进、排气歧管的深度（1）过深：气流阻力大，对排气门来说，还因废气对导管的冲刷面积加大，提高了工作温度，而影响气门的散热。2）气门导管压入进、排气歧管的深度（2）过浅：气门杆受热面积加大，气门杆温度升高，会影响气门头部的散热。措施：加大压入深度，而将伸入端的内孔及外圆做成锥形，这样既减少了废气对气门杆的冲刷，也避免了导管高温部分与气门杆的接触。伸入端的外圆做成锥形，是为了减小气流阻力。四、气门弹簧1.作用(1)保证气门自动回位关闭而密封。(2)保证气门与气门座的座合压力。(2)吸收气门在开启和关闭过程中传动零件所产生的惯性力，以防止各种传动件彼此分离而破坏配气机构正常工作。2.要求因气门弹簧承受着频繁的交变载荷，为保证气门弹簧可靠地工作，要求气门弹簧（1）具有合适的弹力；（2）具有足够的强度和抗疲劳强度；采用优质冷拔弹簧钢丝制成。钢丝表面经抛光或喷丸处理。3.气门弹簧防共振的结构措施当气门弹簧的工作频率与其自然振动频率相等或成某一倍数时，将会发生共振，造成气门反跳、落座冲击，并可使弹簧折断。为此，采取以下几种防共振的结构措施：3.气门弹簧防共振的结构措施(1)提高气门弹簧的自然振动频率，即提高弹簧的刚度：如加粗钢丝直径