配气相位

配气机构复习回顾：1、配气机构主要有哪两部分组成？2、气门布置形式有哪两种？各有何特点3、凸轮轴布置形式有几种？4、凸轮轴传动方式有几种？一、配气机构组成与功用组成气门组气门传动组凸轮轴挺柱推杆摇臂气门与气门座气门导管气门弹簧返回1.气门布置形式气门顶置式气门倒装在气缸盖上气门行程大燃烧室紧凑提高压缩比、改善动力性气门侧置式气门装在气缸体一侧燃烧室不紧凑、进气阻力大已经淘汰2.凸轮轴布置形式凸轮轴下置凸轮轴布置在曲轴箱内凸轮轴中置凸轮轴布置在气缸体上部凸轮轴上置凸轮轴布置在气缸盖上3.凸轮轴传动方式齿轮传动凸轮轴下置和中置大多采用链轮传动一般用于凸轮轴中置齿形带传动一般用于凸轮轴上置高速发动机传动方式图例传动路线应用齿轮传动曲轴正时齿轮（钢）→凸轮轴正时齿轮（铸铁或胶木）凸轮轴下置、中置式配气机构链条传动曲轴链轮→链条→凸轮轴正时链轮(张紧器)凸轮轴上置式配气机构齿形带传动曲轴正时带轮→齿形带→凸轮轴正时带轮（张紧轮）凸轮轴上置式配气机构皮带传动链传动张紧器链传动气门排列及其驱动装置1.两气门的排列及驱动为了改善换气，在可能的条件下，应尽量加大气门的直径，特别是进气门的直径。进排气道：汽油机：置于机体一侧，进气预热，提高汽油挥发性柴油机：置于机体两侧，防止进气预热，提高充气效率新授气门排列及其驱动装置2.四气门的排列及驱动某些大排量、高转速、高功率的发动机，由于气门尺寸的限制，每缸两个气门不能满足换气的需要，而采用三气门(两进一排)或四气门(两进两排)。必须有使两同名气门同步开闭的驱动装置。每缸采用四个气门时，其气门排列的方案有二种：同名双列、同名同列气门排列及其驱动装置2.四气门的排列及驱动1)同名气门排成两列由一个凸轮通过T形驱动杆同时驱动，并且所有气门都可以由一根凸轮轴驱动。2)同名气门排成一列进排气门分别位于曲轴中心线的两侧，分别采用两凸轮轴驱动，每缸两同名气门采用两个形状和位置相同的凸轮驱动。同名双列同名同列气门排列及其驱动装置3.五气门的排列及驱动三个进气门，两个排气门配气机构分类按气门数分类两气门四气门五气门五气门（3进2排）第二节配气相位和气门间隙一、配气定时原理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。即进、排气门的开闭时刻与活塞行程的关系。四冲程汽油机的工作过程？提问四冲程汽油机的工作原理此时排气门关闭，进气门开启。活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。在活塞移动过程中，气缸容积逐渐增大，气缸内形成一定的真空度。空气和汽油的混合物通过进气门被吸入气缸，并在气缸内进一步混合形成可燃混合气。排气门关闭进气门开启活塞1.进气行程这时，进、排气门均关闭。活塞在曲轴的带动下由下止点移至上止点。随着活塞移动，气缸容积不断减小，气缸内的混合气被压缩，其压力和温度同时升高。四冲程汽油机的工作原理排气门关闭进气门关闭2.压缩行程活塞四冲程汽油机的工作原理排气门关闭进气门关闭活塞进气门、排气门保持关闭，安装在气缸盖上的火花塞产生电火花，将气缸内的可燃混合气点燃，火焰迅速传遍整个燃烧室，同时放出大量的热能。燃烧气体的体积急剧膨胀，压力和温度迅速升高。在气体压力的作用下，活塞由上止点移至下止点，并通过连杆推动曲轴旋转作功。3.作功行程排气门开启，进气门仍然关闭，活塞在曲轴的带动下由下止点移至上止点，此时膨胀过后的燃烧气体(或称废气)在其自身剩余压力和在活塞的推动下，经排气门排出气缸之外。当活塞到达上止点时，排气行程结束，排气门关闭。四冲程汽油机的工作原理4.排气行程排气门开启进气门关闭活塞理论上讲进、压、功、排各占180°，也就是说进、排气门都是在上、下止点开闭，延续时间都是曲轴转角180°。但实际表明，简单配气相位对实际工作是很不适应的，它不能满足发动机对进、排气门的要求。张紧器张紧轮原因：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，当转速为5600r/min时一个行程只有60/（5600×2）=0.0054s，就是转速为1500r/min，一个行程也只有0.02s，这样短的进气或排气过程，使发动机进气不足，排气不净。可见，理论上的配气相位不能满足发动机进饱排净的要求，实际配气相位演示上止点下止点10°~30°40°~80°40°~80°10°~30°二、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10°~30°。(2)目的：进气门早开，使得活塞到达上止点开始向下运动时，因进气门已有一定开度，所以可较快地获得较大的进气通道截面，减少进气阻力。2.进气迟后角(1)定义：在进气冲程下止点过后，活塞重又上行一段，进气门才关闭。从下止点到进气门关闭所对应的曲轴转角称为进气迟后角(或晚关角)。进气迟后角用β表示，β一般为40°~80°。三、排气门的配气相位1.排气提前角(1)定义：在作功行程的后期，活塞到达下止点前，排气门便开始开启。从排气门开始开启到下止点所对应的曲轴转角称为排气提前角(或早开角)。排气提前角用γ表示，γ一般为40°~80°。(2)目的：①利用气缸内的废气压力提前自由排气：恰当的排气门早开，气缸内还有大约300kPa~500kPa的压力，作功作用已经不大，可利用此压力使气缸内的废气迅速地自由排出。②减少排气消耗的功率：提前排气，等活塞到达下止点时，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小。③高温废气的早排，还可以防止发动机过热。2.排气迟后角(1)定义：在活塞越过上止点后，排气门才关闭。从上止点到排气门关闭所对应的曲轴转角称为排气迟后角(或晚关角)。排气迟后角用δ表示，δ一般为10°~30°。(2)目的：①利用缸内外压力差继续排气：活塞到达上止点时，气缸内的压力仍高于大气压，利用缸内外压力差可继续排气。②利用惯性继续排气：活塞到达上止点时，废气气流有一定的惯性，利用惯性可继续排气。所以排气门适当晚关可使废气排得较干净。由此可见，气门开启持续时间内的曲轴转角，即排气持续角为γ+180°+δ。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。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。2.废气倒排回进气管和新鲜气体随废气排出的问题：由于叠开时气门的开度较小，且新鲜气体和废气流的惯性要保持原来的流动方向，所以只要叠开角适当，就不会产生废气倒排回进气管和新鲜气体随废气排出的问题。发动机的结构不同、转速不同，配气相位也就不同。四、气门叠开目的：①利用压力差继续进气：活塞到达下止点时，由于进气阻力的影响，气缸内的压力仍低于大气压，进气门晚关，利用压力差可继续进气。②利用进气惯性继续进气：活塞到达下止点时，进气气流还有相当大的惯性，进气门晚关，仍能继续进气。下止点过后，随着活塞的上行，气缸内压力逐渐增大，进气气流速度也逐渐减小，至流速等于零时，进气门便关闭的β角最适宜。若β过大便会将进入气缸内的气体重新又压回进气管。由上可见，进气门开启持续时间内的曲轴转角，即进气持续角为：α+180°+β。从上面的分析，可以看出实际配气相位和理论上的配气相位相差很大，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？什么时候关最好呢？这主要根据各种车型，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。气门叠开角过大:小负荷运转时，由于进气管压力很低，易出现废气倒流。增压柴油机气门叠开角一般很大，因进气压力大，扫气，甚至有一部分新鲜空气从排气门排出。气门间隙1.定义：发动机冷状态下，当气门处于关闭状态，气门与传动部件之间的间隙。2.作用：预留间隙，防止工作时气门或传动件受热膨胀顶开气门，造成漏气。气门杆摇臂气门间隙气门间隙3.必要性：发动机工作时，气门将因温度升高而膨胀，如果气门及其传动件之间，在冷态时无间隙或间隙过小，则在热态时，气门及其传动件的受热膨胀势必引起气门关闭不严，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。为了消除这种现象，通常在发动机冷态装配时，留有气门间隙，以补偿气门受热后的膨胀量。有的发动机采用液力挺柱，挺柱的长度能自动变化，随时补偿气门的热膨胀量，故不需要预留气门间隙。气门间隙3、气门间隙大小：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。气门间隙进气门0.25~0.30mm排气门0.30~0.35mm为何排气门间隙大于进气门间隙？进气门进入的是可燃混合气，排气门排出的是燃烧废气，排气门温度较高，热胀冷缩的原因气门间隙测量气门间隙拧松紧定螺母，调正调节螺钉1995年，装备改进版VVT系统的VVT-i面世了，装备的发动机是当时另一副性能发动机1JZ-GE。VVT-i中多出的I，意思是Intelligent-“智能”，VVT-i取消了两段式的开启和关闭选择，演化成为可以对进气侧凸轮轴进行无级地提前或延后的工作，就像普通的自动波箱与CVT波箱间的区别一样。除了控制系统的升级以外，VVT-i工作的原理上与VVT基本上是相同的。如图3-26所示。2．丰田发动机的VVTi与VVTLi技术丰田的VVTL-i发动机全名就是-VariableValve正时&升程-Intelligent，它跟VVT-i是不同的发动机，这发动机也用类似HondaVTEC的原理，在原来的VVT-i发动机上的凸轮轴，多了可以切换大小不同角度的凸轮（凸轮），也利用“摇臂”的机置来决定是否顶到高角或小角度的凸轮，而作到“可连续式”地改变发动机的正时（正时），重叠时间（重叠相位角）与“两阶段式”的升程（升程）！如图3-27所示。VVT-i控制器通过转动凸轮轴，从而达到气门的正时改变（此为VVTL-i的凸轮轴）。VVT-i发动机是如何做到变化进气时的气门正时的呢？它就是在如图3-28中，有一个VVT-i控制器，通过转动此控制盘，而来提早或延迟气阀的开与关的时间。所以，VVT-i与BMWVanos一样的原理，VVT-i用类似的机置来做到“连续式”的可变气门正时，只是VVT-i是用电动方式来驱动控制器，而Vanos则是用油压的方式，两者皆能跟着不同发动机转速来达到气门正时的连续性变化！课堂小结：1、气门排列形式及特点2、配气相位3、气门间隙