第八章配气机构设计.
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2、函数凸轮 从发动机性能对配气机构、气门通过能力等的性能 要求出发,先拟出挺柱(或气门)的运动规律,然 后求出凸轮外形。典型的函数凸轮如高次方凸轮 。
三、凸轮型线设计
如图所示,发动机配气凸轮由三部分组成:基圆段、缓冲(过渡) 段、工作段。
缓冲段作用:控制气门的开始升起和落座速度,缓和气门开闭时对 气门座的冲击,降低噪声,并确保时面值。为克服配 气机构的热变形,保证气门在任何工况下都能闭合, 必须留有气门间隙;为克服配气机构的弹性变形,保 证时面值,必须留有缓冲段。设计的缓冲段升程h0应 保证大于两者所需凸轮升程之和。
2、具有良好的动力性,工作平稳,振动噪声小; 3、布置紧凑; 4、磨损小,使用寿命长; 5、结构简单,便于调节。
二、结构型式与布置
1、结构型式:有顶置凸轮轴式(overhead camshaft,OHC) 和下置凸轮轴式两类。
a)下置凸轮轴侧置气门
下 置
b)下置凸轮轴顶置一列气门
凸 轮
c)下置凸轮轴顶置两列气门 轴
(c)二冲程直流扫气发动机用 (d)进排气阀分置曲轴中心线两侧,气阀中心线可以同气缸中心
线布置成一倾斜角度,从而可以增大气阀直径;但此方案气门 驱动机构较复杂,采用顶置凸轮轴时,须通过摇臂驱动
②每缸4气门布置方案
(a) 同名气门排成两列,并与曲轴轴线方向垂直:气门驱 动结构简单;但由于同名气门位于同一气道中前后串
1、缓冲段设计
缓冲段设计包括缓冲段升程h0、所占凸轮转角φ0和缓冲段 函数的选择。h0必须保证大于气门间隙和配气机构的弹性变形 量之和;φ0必须依据h0确定。常用的缓冲段曲线型式有等加 速—等速型、余弦函数型、等加速型等。 以等加速—等速型为例,其方程式为:
C 2
hT
f max
H
cos
(d h
1 2
H
sin
2
)
如右图所示,实际的丰满系数 因为有气门的提前开启、推迟 关闭比上式的计算值大。
可见,气门时面值和丰满系 数取决于dh、γ、H、气门升程 变化规律和配气相位。
(2)流量系数μm 平均流量系数μm需在不同气门升程下作稳流实验,
由实测流量与计算得出的理论流量之比,绘出曲线求 平均值。
(c) 同名气门同曲轴轴线成斜线两列布置:两个进气门有 单独的气道,有利于组织进气涡流,对于两个同气道 的排气门易于采取措施改善排气门及缸盖热负荷的均 匀性
3、凸轮轴的布置及传动 (1)下置式凸轮轴:齿轮传动 (2)顶置式凸轮轴:链条或齿带传动
§8-2 凸轮型线设计
一、凸轮设计要求: (1)保证获得尽可能大的时间断面值,即气门开启和关闭得快,
连,两个进气门进气效率不一致影响充气效果,两个 排气门中靠近排气管的排气门将受到两股排气气流的 冲击,引起较高的热负荷,设计时须采取措施。
(b) 同名气门排成两列分置曲轴轴线两侧平行方向:气道 通畅,流动性能较好,缸盖热负荷较均匀,气缸盖中 央便于布置预燃室;但要采用两根凸轮轴或用一根凸 轮轴并采用复杂的气门驱动机构。
2
h cos
sin
)
dh
]
h
cos
(dh
1 2
h sin
2
)
式中:h-任意时刻气门升程 γ-气门锥角 dh-气门喉口直径
气门的时间-断面值(角度-断面值)为
t2 f (t)dt
( 2 f ()d )
t可1 用下图表示
1
气门通过能力还可以用时间-断面丰满系数表示:
f fm / fmax
fm-气门平均通过截面, fmax-气门最大通过截面:
D<80mm时,每缸4气门火花塞不易布置,可采用 3进、2排方案;
对排量1.5L以下的4缸小型轿车发动机采用每缸2进、 1排方案,可保证性能、且结构简单
高速柴油机:一般D>120mm时采用每缸2进、2排方案,现 代D=80~90mm的直喷柴油机上亦开始采用4阀 方案
采用多气门技术的优点:气缸充量更换彻底;气门组尺寸小、 质 量轻,更适应高速运转;排气门 热负荷小,工作可靠性易于保证; 喷油器或火花塞可以布置在燃烧室 中心位置,便于燃烧过程的组织。
流量系数反映了气门处的流动阻力特性。阻力的影
响可通过马赫指数Z考核:
Z
平进均气流马量赫系数数=
D dh
2
vm
ma
a kRT
式中:a-气门座处的音速
k-绝热指数
R-气体常数
T-气门处气体绝对温度
μm-平均流量系数 D-气缸直径
实验表明:进气门的Z>0.6时,充气系数就大幅下降,设 计时一般Z值在0.5以下。现代发动机最大扭矩时Z=0.4- 0.45;最大功率时Z=0.65-0.75,相应的充气系数在0.8 左右。马赫指数与充气系数的关系如下图所示:
以保证在尽可能大的凸轮转角内气门接近全开位置; (2)保证配气机构各零件所受的冲击和跳动尽可能小,即正负加
速度尽可能小且不产生突变,以保证配气机构的可靠性和寿 命。 二、分类 按工作段曲线型式,发动机上采用两类配气凸轮: 1、几何凸轮 先选定凸轮的几何形状和气门驱动形式,计算挺柱(
或气门)的运动规律,然后校核所设计凸轮的几何形 状是否满足设Leabharlann Baidu要求。典型的几何凸轮如组合圆弧凸 轮
缺点:气缸盖结构复杂,制造困难;气门 驱动机构复杂;零件数量增加。
(2)气门布置 ①每缸2气门布置方案
(a)相邻两缸可以共用进气道,可使进气道结构简化,并可获得 较大的通道
(b)进排气阀交替配置,气道单独布置,冷却效果好,气缸盖温 度场均匀,热变形小,适合热负荷较大发动机;对采用螺旋进 气道的高速柴油机必须采用此方案
第八章 配气机构
8-1 概 述 一、配气机构设计要求
1、保证发动机气缸的换气质量:排气尽量干净,进气尽量充分,因 此要求气门的通过能力足够;
气门 通过 能力
时间-断面值(角度-断面值) 流量系数
(1)气门时面值(角面值)
任意气门升程h时刻气门的通 过断面为:
f
h
2
(d
d
h
)
(h cos
2
)
[(d h
式
a)顶置凸轮轴摆臂驱动气门
顶 置
b)顶置凸轮轴摇臂驱动气门
凸 轮
c)顶置凸轮轴直接驱动气门
轴 式
典型的气门凸轮机构
2、每缸气门数及布置 (1)每缸气门数
现代内燃机绝大多数仍采用每缸一进气门、一排气门的方案, 但多气门技术仍是发展趋势
对车用汽油机:D>80mm时,每缸2进、2排可得最大的进气通流面 积;