发动机配气机构与换气系统

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汽车拖拉机学
第3章 发动机配气机构与换气系统
汽车拖拉机学
AUTOMOBILE AND TRACTOR
第3章 发动机配气机构与换气系统 张黎骅
2009年8月
四川农业大学农机系
汽车拖拉机学
§3.1
第3章 发动机配气机构与换气系统
配气机构
1、功用:
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。
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一 、配气机构的类型
•气门组:密封、传热 •气门驱动组:打开气门
第3章 发动机配气机构与换气系统
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1、气门的布置型式
1)气门顶置式 2)气门侧置式已很少使用
第3章 发动机配气机构与换气系统
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第3章 发动机配气机构与换气系统
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二、 配气机构的构造
1、配气机构的零件和组件
1)、气门组 气门、气门座、气门导管、气门弹簧、 弹簧座、锁片等零件组成。 要求:保证气缸的密封。
第3章 发动机配气机构与换气系统
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气门组实物图
第3章 发动机配气机构与换气系统
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驱动方式 优缺点
代表车型
一根凸轮轴驱动
前者:1根凸轮轴和 分别用2根凸轮轴
T型杆驱动;
驱动同名气门
后者:两根凸轮轴
气道结构简单,利于 充气效率高,有利
缸盖冷却
于改善排放
充气效率更高, 排放性能好,降 低油耗
货车发动机
多数新款轿车
宝来1.8T
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第3章 发动机配气机构与换气系统
工作条件:
承受气门间歇性开启的冲击载荷。 耐磨,抗冲击韧性,刚度。
材料:
优质钢、合金铸铁、球墨铸铁 结构:凸轮、轴颈、偏心轮、螺旋齿轮;每2气缸一个轴颈;轴颈直径前 后依次减小;另有空心凸轮轴,如捷达EA113
凸轮
驱动分电器的螺旋齿轮
凸轮轴轴颈
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凸轮
工作条件:承受气门弹簧的张力, 间歇性的冲击载荷。
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2)气门
功用:燃烧室的组成部分,是气体进、 出燃烧室通道的开关,承受冲击力、 高温冲击、高速气流冲击。
工作条件:
A、进气门600K~700K,排气门 800K~1100K。
B、头部承受气体压力、气门弹簧力、 传动惯性力等,
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。
性能:
相邻气门共用一个气道
进排气门交替排列
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第3章 发动机配气机构与换气系统
每缸4气门排列方式
每缸4气门驱动方式
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第3章 发动机配气机构与换气系统
常用气门顶置配气机构的类型
气门顶置,下置凸轮轴(OHV) 气门顶置,上置凸轮轴(OHC) 气门顶置,双摇臂,上置凸轮轴(OHV/OHC) 气门顶置,上置双凸轮轴(OHV/DOHC)
气门装在 缸体上
气门装在 缸盖上
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第3章 发动机配气机构与换气系统
3)、气门顶置式配气机构工作过程
A、气门行程大,结构较复杂,燃烧室紧凑。 B、曲轴与凸轮轴传动比为2:1。
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2、凸轮轴的布置型式
1)凸轮轴下置 有利因素:简化曲轴与 凸轮轴之间的传动装置 (齿轮传动),有利于 发动机的布置。
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7)气门导管
第3章 发动机配气机构与换气系统
倒角 气缸盖
作用:
为气门的运动导向,保证气门直 线运动兼起导热作用。
气门导管
工作条件:
工作温度较高,约500K。润滑困 难,易磨损。
卡环:防 止气门导
材料:
管在使用 中脱落。
用含石墨较多的合金铸铁或粉末
冶金材料,能提高自润滑作用。
加工方法:
伸入深度应适量。
外表面加工精度较高 ,内表面精 锥度可减少气流

阻力。
过盈配合
装配: 气门杆与气门导管间隙0.05~0.12mm。
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气门导管
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8)气门弹簧
功用:保证气门的回位,使气门 与气门座紧密贴合。 材料:高锰碳钢、铬钒钢
凸轮轮廓应保证气门的运动规律符合配气相位的要求
缓冲结束点
气门升程最大时刻
气门开启点
气门关闭点
消除气门 间隙阶段
出现气门 间隙阶段
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第3章 发动机配气机构与换气系统
凸轮轴的轴向定位:
作用:为了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。
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9)气门旋转机构
通过发动机运转振动力作用,使气门在气门座上自由的
做不规则的旋转的装置,其作用是:减小气门头部受热
变形,防止沉积物形成。
弹簧座
气门弹簧
锥形套筒
支承板
锁锁片片
壳体
碟形弹簧
强制旋转机构
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第3章 发动机配气机构与换气系统
强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨
第3章 发动机配气机构与换气系统
杆部
头部
进气门570K~670K(铬钢 或铬镍钢) 排气门 1050K~1200K(硅铬钢)
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3)气门头部的结构形式
第3章 发动机配气机构与换气系统
平顶式
凸顶式(球 面顶)
凹顶式(喇 叭顶)
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。
凸轮轴上置 式配气机构
齿形带传 曲轴→齿形皮带→凸轮 成本低,但工作 凸轮轴上置

轴正时齿轮
性能好
式配气机构
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传动方式图例
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齿带传动图例
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凸轮轴
一汽audi轿车的齿形带传动装置
曲轴
2、充气效率ηv: 在进气行程中,实际进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量与
在进气系统进口状态下充满气缸工作容积的新鲜空气或可燃混合气的 质量之比。
ηv=M/M0 M ——进气过程中,实际进入气缸的新气的质量; M0——在理想状态下,充满气缸工作容积的新气质量。 充气效率越高越好,而其大小与配气机构结构有直接的关系
凸轮性能:表面有良好的耐磨性, 足够的刚度、韧性。
第3章 发动机配气机构与换气系统
凸轮与挺柱线 接触,接触压 力大,磨损快。
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同名凸轮的相对角位置
第3章 发动机配气机构与换气系统
同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置是与相应的配气相位相对 应的。
点火顺序: 1—2—4—3
异名凸轮的相对角位置
圆柱等螺距弹簧
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提高弹簧自身刚度, 改变其自振频率
圆柱形螺旋弹簧
不等距弹簧
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双弹簧布置
旋向相反的两 个弹簧,防止 断裂的弹簧卡 入另一弹簧, 一根折断后另 一根可继续工 作
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应用车型: 奥迪100,捷达,桑塔纳, 广州标致505
进气门
排气门
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充钠气门
第3章 发动机配气机构与换气系统
由于发动机工作时,排气门经常处于高
温条件下工作,钠约在970℃时为液态,
具有良好的热传导能力。通过液态纳
的来回运动,热量能很快从气门头部传
到根部,可降低温度约l00℃。这样有利
充钠
于降低混合气自燃的危险,从而握高了
气门的使用寿命。
锁片
气门弹簧座 气门弹簧
气门弹簧的装配
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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
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汽车Baidu Nhomakorabea拉机学
气门弹簧
气门弹簧要避免发生 共振(当工作频率和 自身频率相等或成某 一倍数时),主要措 施有:不等距弹簧、 双弹簧
随着有效圈数的 减少,自然频率 提高。
第3章 发动机配气机构与换气系统
气门座圈: 以较大过盈量镶嵌在气门座上的圆环。
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,脱落时易造成严重事故。
汽油机:排气门采用镶嵌式气门座,进气门直接在缸盖镗 柴油机:进排气门均采用镶嵌式气门座
铝合金气缸盖 为何气门座都 要镶嵌气门座 圈?
在维修发动时,进、排气门不能修整,只
允许研磨。捷达l.6L发动机排气门内部
注有钠。
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第3章 发动机配气机构与换气系统
4)气门锥角
气门锥角:气门头部与气门座圈接触的锥面与气门顶部平面 的夹角。
锥角作用:
A、获得较大的气门座合压力,提高密封性和导热性。 B、气门落座时有较好的对中、定位作用。 C、避免气流拐弯过大而降低流速。
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3、凸轮轴的传动方式
第3章 发动机配气机构与换气系统
传动方式
传动路线
曲轴正时齿轮(钢)→ 齿轮传动 凸轮轴正时齿轮(铸铁
或胶木)
特点
工作可靠,啮合 平稳、噪声小
应用
凸轮轴下置、 中置式配气 机构
链条传动
曲轴→链条→凸轮轴正 时齿轮
可靠性、耐久性 略差,噪声大, 造价高
第3章 发动机配气机构与换气系统
凸轮轴与气门相 距较远,动力传 递路线较长,环 节多,因此不适 用于高速发动机。
不利因素是什么?
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2)、凸轮轴中置式
第3章 发动机配气机构与换气系统
摇臂 调整螺钉
传动方式:凸轮轴经过挺柱直接驱 动摇臂,省去了推杆。
应用:适用于发动机转速较高时, 可以减少气门传动机构的往复运动 质量。
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。
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气门与气门座实物图
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第3章 发动机配气机构与换气系统
4、各缸气门数及其排列方式
每缸气门数 结构特点
每缸2气门
每缸4气门
一进一排,进气门直 两进两排,排气门
径大于排气门
直径可减小
每缸5气门 一般为3进2排
排列方式
所有气门排成一列, 同名气门排成2列, 同名气门排成一 进、排气门交替布置 同名气门排成1列 列
边缘应保持 一定的厚度, 1~3mm。
装配前应将 密封锥面研 磨。
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气门锥角的大小
第3章 发动机配气机构与换气系统
进气门:一般为30°,原因是在相同气门升程情况下,锥角小 时进气阻力小;但由于头部边缘较薄,刚度差,密封性及导热 性均差。
排气门:一般为45°。因其热负荷较大
(柴油机应用较多)
挺柱
凸轮轴
活塞
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3)、凸轮轴上置式
特点: 凸轮轴与气门 距离近,不需要推杆、 挺柱,使往复运动的 惯量减少。
应用:高速发动机 如:桑塔纳轿车发动机
活塞
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凸轮轴
凸轮轴
双凸轮轴上置式发动机
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2、气门驱动组
1、组成:凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂。
2、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。
摇臂轴
摇臂
凸轮
凸轮轴正 时齿轮
推杆 挺柱
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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。
凹槽(环槽):安装两半锥 形锁片。
锁销孔:用锁销固定。
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6)气门座
第3章 发动机配气机构与换气系统
气门座: 气缸盖的进、排气道与气门锥面相结 合的部位。
作用: 靠其内锥面与气门锥面的紧密贴合密封气缸。 接受气门传来的热量。
气门座
合金铸铁、 奥氏体钢
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5)气门杆
圆柱形,不断做往复
运动。
凹槽
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
第3章 发动机配气机构与换气系统
气门杆尾部: 其形状决定于 弹簧座固定方 式
易断裂处
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气门杆弹簧座的固定形式
第3章 发动机配气机构与换气系统
[1 (180o ) 1 (180o ) ] 2
2
2
[1 (180o ) 1 (180o ) ] 2
2
2
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第3章 发动机配气机构与换气系统
凸轮的轮廓
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