2.3配气机构.ppt

汽车构造与使用,-,发动机,配气机构,第二章 第三节 配气机构,汽车,构造与使用,发动机,2.3.1,充气效率,2.3.2,种类,2.3.3,气门间隙,2.3.4,配气相位,2.3.5,配气机构的 主要零件,配气机构功用：,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。,发动机的换气过程：,发动机的换气过程包括排气过程（包括自由排气和强制排气）和进气过程。其任务是排除缸内废气，并吸入新鲜空气或混合气。,为提高发动机的性能，对换气过程的要求是：排气彻底，进气充分，换气损失小。,发动机的换气过程,2.3.1,充气效率,新鲜空气或可燃混合气充满气缸的程度,，,用充气效率来表示。所谓充气效率就是指在进气过程中,，发动机每一工作循环的,实际,充气量,与,理论充气量的比值,。,提高充气效率，改善换气过程的措施：,减小进气阻力,合理选择配气相位,减小排气阻力,降低进气温度,v,=,M/M0,M,进气过程中，实际进入气缸的新气的质量；,M,o,在理想状态下，充满气缸工作容积的新气质量。,2.3.2,配气机构的种类,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。,凸轮轴的位置有下置式、中置式和上置式,3,种,气门顶置式配气机构,结构特点：,气门倒装于缸盖，,位于气缸的顶部；,燃烧式结构紧凑，,压缩比高，工艺性好，,充气阻力小，,抗爆性、高速性好，,动力性、经济性高。,一、气门的布置形式,二、凸轮轴的布置型式,1、凸轮轴下置式,结构：,凸轮轴位于曲轴箱中部，靠近曲轴，通过一对正时齿轮直接驱动。,优点：,传动方式简单，有利于发动机的整体布置。,缺点：,凸轮轴与气门相距较远，路线长，零件多，易变形，噪声大，质量大，不适用于高速发动机。,2、凸轮轴中置式,结构：,凸轮轴位于气缸体的上部，省去了推杆，凸轮通过挺柱直接驱动摇臂。,优点：,减少气门传动机构的往复运动质量。,缺点：,不能通过正时齿轮直接驱动，需加中间齿轮或链传动。,3、凸轮轴上置式,结构特点：,凸轮轴位于气缸盖上。,通过摇臂、液压挺柱或凸轮直接来驱动气门，没有挺杆、推杆等零件，运动质量大大减小，适用于高速发动机。,可以采用双凸轮轴分别驱动进排气门。,必须采用链传动或齿形带传动。,四、凸轮轴的传动方式,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。,传动方式,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,曲轴链条凸轮轴正时齿轮,凸轮轴上置式配气机构,齿形带传动,曲轴齿形皮带凸轮轴正时齿轮,凸轮轴上置式配气机构,凸轮轴传动方式的比较,2、链条传动和齿形皮带传动,（凸轮轴,上置,或中置用）,（1）特点：,链条传动:,噪声小,可靠性、耐久性不如齿轮传动，传动性取决于链条的制造质量。,PEUGEOT 505,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,传动平稳,噪声小,质量轻,成本低,不需润滑,工作可靠;,包角大,啮合量大,齿向压强小。,AUDI 100、SATANAN,（2）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）防止皮带松动，设有,张紧机构,。,一汽,audi,轿车的齿形带传动装置,四、气门数目及排列方式,1、数目：,(1)每缸二气门（一进一排）：,改善换气，加大（进）气门直径，速度高时，不能保证质量。,(2)单缸多气门优点：,大大提高进排气通道横截面积，充气效率高，改善动力性能。,三气门：,两进一排，相对于四气门或者五气门发动机，三气门发动机在低速时能获得更好进气负压，低速时候的进气效率更高。奔驰早期开发的,S280,，,S300,，采用,V6,发动机,3,气门设计，,S500,采用,V8,发动机,3,气门设计,四气门：,五气门：,大众的系列产品，如宝来、帕萨特、奥迪,A6,、,POLO,等都是采用了五气门（三进两排）发动机，其燃烧效率高于四气门。另一方面，由于排气的温度、压力和气流速度明显高于进气，所以排气门的直径相比进气门要小（可以此来区分）。,2、排列,（1）二气门：,汽油机：,沿机体纵向轴线排成一列,同名气门相邻：,共用一个气道，使结构简化，增大气体通过截面积。,进排气门交替布置：,单独占用一个气道，缸盖冷却均匀。,柴油机：,进排气道位于缸盖两侧，防止进气受热影响充气效率。,（2）四气门：,多气门的驱动装置:,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、四气门或五气门，因此必须有使同名气门同步开闭的驱动装置。,同名气门排成两列：一个凸轮轴通过,T,形件同时驱动。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。（气门串联，影响进气效率，热负荷不均匀。）,同名气门排成一列：两个凸轮轴单独驱动。进排气门分别位于曲轴中心线的两侧，分别采用两根凸轮轴驱动，每缸两同名气门采用两个形状和位置相同的位置驱动。（进气涡流好，热负荷均匀。）,（2）四气门：,1、定义：,为保证气门关闭严密，通常发动机在冷态装配时，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。,2.3.3,、气门间隙,1、定义：,为保证气门关闭严密，通常发动机在冷态装配时，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。,2.3.3,、气门间隙,2、作用：,保证气门关闭严密，消除气门与传动件因温度升高发生膨胀而导致漏气的现象。（功率下降，不易起动。）,正常的气门间隙（冷态）,气门,间隙,进气门,0.250.30,mm,排气门,0.300.35,mm,为何排气门间隙大于进气门间隙？,3、气门间隙过大和过小的危害,过大：,（1）运转不平稳，产生撞击，噪声大，磨损加剧。,（2）气门开启时间短，进排气不充分。,过小：,气门关闭不严而漏气，导致功率下降，甚至烧坏气门，不能起动。,4,、气门间隙的调整,调整：,在摇臂或挺柱上装有调整螺钉及锁紧螺母。,调整原则：,气门在完全关闭的情况下，才能调整气门间隙。,气门完全关闭，即挺柱在凸轮的基圆上时，才能调整气门间隙。由于气门开始开启和关闭时，挺柱是在凸轮的缓冲段内某点上，所以气门间隙不能调。,根据该原则，下列情况不可调：,将要排气，正在排气，排气刚完的排气门不可调。,将要进气，正在进气，进气刚完的进气门不可调。,5,、液压挺柱（无气门间隙）,能改变长度，随时补偿膨胀量，故不预留气门间隙。,气门重叠,用曲轴转角表示的进、排气门实际开闭时刻和开启持续时间,，,称为,配气相位,。,通常用相,对于上、下止点曲拐位置的曲轴转角的环形图来表示,，,这种图形称为,配气相位图,。,2.3.4,配气相位,正时,就是发动机凸轮轴与曲轴的转角位置要相互对应，以此来保证进、排气门在正确的刻开启或关闭。如果发生正时错误，就可能造成活塞顶气门的现象。发动机的装配过程中，在曲轴、凸轮轴、正时皮带上都有相应的对齐标记，安装时必须保证三者之间的标记全部对齐，这样才能获得正确的正时。,理论气门开闭时刻：,进气门：,进气行程开始时开启，结束时关闭。,排气门：,排气行程开始时开启，结束时关闭。,影响：,进气不足，排气不净，功率下降。,实际气门开闭时刻：,早开迟闭。（延长开启时间，改善进、排气效果，提高动力性。）,早开迟闭的必要性,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3000,r/min,时，一个行程时间只有0.01,s。,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180,0,。,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,表示，,一般为10,0,30,0,。,（2）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、进气迟后角（,）,（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迟后角(或晚关角)。进气迟后角用,表示，,一般为40,0,80,0,。,（2）目的：,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；,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。,三、排气门的配气相位,1、排气提前角(,),（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(或早开角)用,表示，,一般为40,0,80,0,。,（2）目的：,1）利用缸内外的压力差继续排气：排气门早开，气缸内300,kPa500kPa,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110,kPa120kPa,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、排气迟后角（,）,（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迟后角(或晚关角)。排气迟后角用,表示，,一般为10,0,30,0,。,（2）目的：,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。,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。,气门开启持续时间,进气持续角：,+180,0,+,排气持续角：,+180,0,+,1030,4080,4080,1030,三、气门叠开,气门叠开：,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。,气门叠开角：,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（,+,）,。,提问：气门的叠开会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？,气门的叠开会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？,不会。,因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。,四、配气相位对发动机工作的影响,1、不同发动机，配气相位不同。,2、同一发动机，转速不同，理论的配气相位也不同。,n,提高，,、,、,、,增加。,取常用转速下合适的配气相位。,3、,进气迟后角（,）,对发动及性能影响最大。,五、可变配气相位,在配气相位中，对充气效率影响最大的是进气门的,迟后关闭,角，其次是排气门的,迟后关闭,角。发动机转速变化时，在较低的转速范围内，采用较小的进气门迟后关闭角，可获得较高的充气效率。在较高的转速范围内，采用较大的进气门迟后关闭角，可获得较高的充气效率。,提高充气效率对配气相位的重要性,可变进气系及配气相位改善发动机的性能，主要体现在以下几方面：,能兼顾高速及低速不同工况，提高发动机的动力性和经济性；降低发动机的排放；,德国大众可变配气相位控制机构,排气凸轮轴,进气凸轮轴,凸轮轴调节阀,N205,液压缸,排气凸轮轴,进气凸轮轴,凸轮轴调整器,（与链条张紧器一体）,功率调整,调整功率时，链条下部短，上部长，进气门迟闭角增大。进气管内气流速高，气缸充气量足。因此高转速时，功率大。,排气凸轮轴,进气凸轮轴,凸轮轴调整器,扭矩调整,凸轮轴调整器向下拉长，于是链条上部变短，下部变长。因为排气凸轮轴被齿形带固定了，此时排气凸轮轴不能被转动，进气凸轮轴被转一个角度，进气门迟闭角减小。在这个位置时，在中、低转速，可获得大扭矩输出,.,工作原理：根据发动机,ECU,的指令，当凸轮轴正时控制阀位于图示时，油压作用于气门正时提前侧的叶片室，进气凸轮轴相对于凸轮轴正时带轮提前某一角度。,日本丰田可变配气相位控制机构,当凸轮轴正时控制阀位于图示位置时，油压作用于气门正时延迟侧的叶片室，进气凸轮轴相对于凸轮轴正时带轮延迟某一角度。,凸轮轴正时控制阀关闭油道，保持活塞两侧的压力平衡，从而保持配气相位，由此得到理想的配气正时。,日本丰田可变配气相位控制机构,VTEC,发动机是每个汽缸,4,气门（,2,进,2,排），不同的是凸轮与摇臂的数目及控制方法。,VTEC,是世界上第一个能同时控制气门开闭时间及升程等两种不同情况的气门控制系统。,2.3.3,、配气机构的主要零件,气门组：,气门、气门弹簧、气门导管、气门座等；,作用：,关闭，实现气缸的密封；开启，实现气体的更换。,气门座圈,气门组性能要求：,气门头部与气门座要贴合紧密；,气门导管与气门杆的上下运动有良好的导向；,气门弹簧两端面与气门杆中心线垂直，保证气门头部在气门座上不偏斜。,气门弹簧弹力足以克服气门及其传动件的运动惯性力，使气门能迅速关闭，并保证气门紧压在气门座上。,气门组实物图,1、气门,作用：,燃烧室的组成部分；,根据工作需要，实现燃烧室的开启与密封。,工作条件：,承受热负荷：,进气门570,K670K，,排气门1050,K1200K；,承受机械载荷：,气体压力、气门弹簧力、落座惯性力等；,作高速往复直线运动；冷却和润滑条件差；,易被腐蚀。,性能要求：,足够的强度和刚度，耐热、耐腐蚀、耐磨。,气门实物图,排气门,进气门,材料:,进气门：,中碳合金钢,(铬钢、镍铬钢、铬钼钢等)；,排气门,(热负荷大),：,耐热合金钢,（如硅铬钢、硅铬钼钢、等硅铬锰钢等）。（有些,杆部用合金钢,）,有些排气门在头部锥面堆焊或等离子喷涂一层钨钴等特种合金覆盖层，以提高耐蚀性和耐高温性，延长其使用寿命。,进气门570,K670K（,铬钢或铬镍钢）,排气门1050,K1200K（,硅铬钢）,头部,杆部,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）,适用于进气门，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，,质量小、惯性小，有较大的弹性，对气门座的适应性好，,但其顶部受热面积大，,易存废气，容易过热及受热易变形,。,（1）气门头部,钠冷却气门,有些排气门为改善导热性能，内部充注金属钠；钠在970,时熔化为液态，将气门头部的热量迅速传给气门杆部，冷却效果明显。,应用：,JETTA EA113,气门锥角,定义：,气门头部与气门座圈接触的锥面与气门顶部平面的夹角。,锥角越小：,气门口通道截面越大，气体通过能力越强。,锥角越大：,落座压力越大，密封和导热性也越好；同时，气门头部边缘的厚度大，不易变形。,进气门锥角:,热负荷较小，为获得较大的通道截面，多采用30,0,锥角，有利于提高充气效率。,排气门锥角:,热负荷较大,采用45,0,锥角，以加强散热(大约75%的气门热量从气门座处散失)和避免受热变形。,有些发动机为了制造和维修方便，二者都用45,0,。,锥角作用：,A,锥面能获得较大的气门座合压力，可以提高密封性和导热性；,B,气门落座时有自动定位作用；,C,避免气流拐弯过大,而降低流速，增大进,气面积，减小进气阻,力，提高进气速度和,进气量；,D,气门落座时能挤掉,接触面的沉积物，,有自洁作用。,锥面研磨,为保证良好密合，装配前应将气门头与气门座二者的密封锥面互相研磨，研磨好的零件不能互换。,直径,气门头部直径越大，气门口通道截面就越大，进、排气阻力就越小。,通常进气门头部直径大于排气门。排气门稍小些，还不易变形。,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,(2)气门杆部,结构与作用：,外部呈圆柱形，在气门导管中不断进行上、下往复运动；,杆部应具有较高的加工精度，保证与气门导管保持正确的配合间隙，以减小磨损；,良好的导向，散热作用。,取决于弹簧座的固定方式：,锁片式：,锁销式：,尾部结构,锁销式：,锁销装配在气门杆尾部上对应的径向孔中。,锁片式结构,分成两半的锥形锁片卡在气门杆尾部的凹槽中，锁片锥形外圆与弹簧座的锥形孔贴合，在弹簧作用下，锁片与弹簧座的锥孔相互卡紧不会脱落。,1-气门杆；2-气门弹簧；,3-弹簧座；4-锁片；5-卡环,气门的防脱装置,有些发动机的气门，在杆部锁片槽下面另有一条切槽,装一卡环,以防万一气门弹簧折断时气门有落入气缸的危险。,气门油封,发动机高速化后，进气管中的真空度显著提高，气门室中的机油会通过气门杆与导管之间的间隙被吸入,进气管和气缸内,，使机油消耗增加，在气门上和燃烧室内产生积碳。为此，发动机的气门杆上部都装有机油防漏装置。,1-锁片；2-弹簧座；3-气门杆；,4-防油罩或密封圈；5-气门导管,2、气门导管,作用：,为气门的运动导向，保证气门作直线运动；,保证气门和气门座锥面的精确配合；,为气门杆散热。,工作条件：,工作温度较高，约500,K。,润滑困难（飞溅），易磨损。,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。,材料：,一般用含石墨较多的铸铁或铁基粉末冶金制成，以提高自润滑性能。,加工与安装：,内、外圆柱面经加工(精度较高)后压入气缸盖或气缸体的气门导管孔中，然后再对气门导管内孔进行精铰加工。（导管是易磨损零件，便于修理、降低修理成本或更换。）,配合：,气门杆与气门导管之间的间隙一般是,0.050.12mm，,可以保证气门杆能在导管中自由运动，同时也保证气门和气门座锥面的精确配合。,气门导管压入深度的影响,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。,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：减少废气对气门杆的冲刷，避免了导管高温部分与气门杆的接触；外圆做成锥形，也减小气流阻力。,定义：,气缸盖（或缸体）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。,3、气门座,气门座锥角：,气门座锥角是与气门锥角相适应的，以保证二者紧密座合，可靠地密封。,气门座锥角通常与气门锥角相吻合为45,0,或30,0,。,一般由三部分组成：,45,0,(或30,0,)的锥面是与气门工作锥面相座合的工作面，其宽度,b,通常为1,mm3mm；,过宽时，单位座合压力减小，且易垫上杂物，密封可靠性差；过窄时，面积小，气门头散热能力差。这一锥面应与气门工作,锥面的中部附近相座合。,15,0,和75,0,锥角便是用来,修正工作锥面的宽度,和上下位置的，,以使其达到,规定的要求。,气门密封干涉角：,比气门锥角大0.5,0,1,0,的气门座圈锥角。,0.5,0,1,0,45,0,气门干涉角的作用:,减小二者之间的接触面积，提高了单位压力，加快了,磨合,速度，同时也提高了,密封,性；,可挤出二者之间的夹杂物，具有自洁作用；,在气体压力作用下产生弹性变形时，可趋向全锥面接触；,防止加工时出现负干涉角，而使气门暴露在炽热燃气中的受热面积增加，使气门的热负荷增加。,上述作用中，提高密封能力和加速磨合是主要的，随着走合期的结束，干涉角也逐渐自行消除，恢复了全工作面接触。,气门锥面上镀敷铬钴耐磨合金，气门座或气门座圈经过电感应法硬化处理后，气门与气门座或气门座圈则采用相同的锥角。,形式：,整体式：,直接在缸盖（或缸体）上加工出来。修复困难，不经济。,镶嵌式：,将气门座圈以较大过盈量镶嵌在气门座上。,优点：,可节省好材料，提高了使用寿命，便于更换修理。,材料：,大多数发动机的气门座是用耐热合金钢或合金铸铁单独制成座圈，然后压入气缸盖（体）中。,缺点：,传热差（镶嵌排气门温度提高50,0,60,0,），加工精度高。,如果装配不当，影响散热，甚至松脱造成严重事故。,镶嵌条件：,铝合金气缸盖必须镶嵌座圈：,耐磨、耐热性差。,汽油机镶排气门(有些)：,排气门座热负荷大，而进气管中真空度大，会从气门导管间隙吸进少量机油，对进气门座进行润滑。,柴油机镶进气门(有些)：,废气有未燃完的柴油，可对排气门座进行润滑；柴油机没有节气门，进气管中真空度小，难以从进气门导管处吸进机油，对进气门座进行润滑。,4、气门弹簧,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结合压力。,(3)克服气门在开、闭过程中配气机构产生的惯性力，使传动件始终受凸轮控制而不相互分离。,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,工作条件：,气门弹簧承受着频繁的交变载荷。,性能要求：,具有合适的弹力；,具有足够的刚度和抗疲劳强度。,材料：,采用高碳锰钢、铬钒钢等优质冷拔弹簧钢丝制成并热处理。,热处理及加工：,弹簧表面应镀锌、磷化、发蓝、抛光或喷丸处理。,两端面必须磨光并与轴线垂直。,a),等螺距弹簧；,b),不等螺距弹簧；,c),反向螺旋弹簧,气门弹簧,气门弹簧防共振的结构措施,共振及其危害：,当气门弹簧的工作频率与其固有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。,常用措施：,提高气门弹簧的固有频率（提高弹簧的刚度）：,如加粗钢丝直径或减小弹簧的圈径，即粗丝小径。但由于弹簧刚度大，增加了功率消耗和零件之间的冲击载荷。,采用双气门弹簧：,每个气门装两根,直径不同、旋向相反,的内外弹簧。,由于两弹簧的自然振动频率不同，当某一弹簧发生共振时，另一弹簧可起减振作用。旋向相反，可以防止一根弹簧折断时卡入另一根弹簧内。另外，万一一根弹簧折断时，另一根弹簧仍可保持气门不落入气缸。,应用车型：,奥迪100，捷达，桑塔纳,旋向相反的两个弹簧，防止断裂的弹簧卡入另一弹簧,采用不等螺距气门弹簧,原理：,工作时，螺距小的一端逐渐叠合，有效圈数逐渐减小，固有频率也逐渐提高，使共振成为不可能。,安装：,螺距小的一端应朝向气门头部。,因为弹簧工作时，承受气门杆尾端传来的冲击力，此冲击力向弹簧另一端传递因要克服弹簧本身的惯性而需要一定的时间，所以弹簧的变形，朝向气门杆尾部的一端，先于且往往大于另一端，发动机转速越高，差别越大。若将螺距小的一端朝向气门杆的尾部，则当发动机高速运转时，此端可能首先叠合在一起，此后弹簧的有效圈数基本不再变化，而且叠合后成为刚性质量而参加弹簧的振动，使振动的当量质量增加，弹簧反而容易疲劳折断。螺距小的一端应朝向气门头部时，情况相反，先在螺距大的一端变形，减缓了螺距小的一端的叠合速度，可使有效圈数在整个工作过程中不断变化。而且叠合端是弹簧的静止端，不参加振动，消除了上述弊病。,采用气门弹簧振动阻尼器,在弹簧外圈加装弹簧振动阻尼器（左图）。,在内圈加一个过盈配合的阻尼摩擦片（右图）。,1气缸盖；2气门杆；,3气门弹簧；5气门油封；,4气门弹簧振动阻尼器；,6气门弹簧座；7气门锁夹；,8圆柱销；9气门导管,气门旋转机构,当气门工作时，如能产生缓慢的旋转运动，可使气门头部周向温度分布比较均匀，从而减小气门头部的热变形。同时，气门旋转时，在密封锥面上产生轻微的摩擦力，能够清除锥面上的沉积物。,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。,组成：,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。,凸轮轴,挺柱,推杆,摇臂,凸轮轴,正时齿轮,摇臂轴,凸轮,气门传动组,一、凸轮轴及其驱动装置,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、配气相位及气门开度变化规律等要求。,驱动汽油泵、机油泵和分电器等。,工作条件：,承受气门间歇性开启的冲击载荷。,材料：,优质钢、合金铸铁、球墨铸铁。,结构：,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)。,凸轮,凸轮轴轴颈,驱动分电器的螺旋齿轮,1、凸轮,工作条件：,承受气门弹簧的张力，间歇性的冲击载荷。,凸轮性能：,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。,C,O,D,N,E,A,M,B,（1）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,缓冲结束点,（2）结构：,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。,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，,C,点时气门开度最大，而后逐渐关小，,缓冲段,DE,内的某点,N,时，气门完全关闭，,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。,（3）工作：,如何通过同名凸轮的相对角位置判定发动机的工作顺序？,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。,四缸发动机凸轮投影,点火顺序：,1243,（4）同名凸轮的相对角位置,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90,0,，六缸为60,0,。,2、凸轮轴轴颈,作用：,用来支承凸轮轴,直径:,凸轮轴各道轴颈的直径有的相等，但也有的从前往后逐渐减小，以便于安装。,结构：,（1）有的凸轮轴轴颈上有油孔。,（2）有的凸轮轴轴颈上有油槽，摇臂的润滑是靠该油槽，通过缸体上的油道输送润滑油。,3、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。,凸轮轴,轴向间隙,窜动量,利用调节环控制轴向窜动,菌式,气门侧置式,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。,二、挺柱,1,、挺柱的分类：,锥形凸轮,凸轮为何要成锥形？,挺柱端面与凸轮的关系,2,、液压挺柱,1）目的：,解决了因有气门间隙而产生的冲击及噪音问题。,2）优点：,采用液压挺柱，消除了配气机构中的间隙，减小了各零件的冲击载荷和噪声，同时凸轮轮廓可设计得比较陡一些，气门开启和关闭更快，以减小进排气阻力，改善发动机的换气，提高发动机的性能，特别是高速性能。,3）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。,挺柱体内装有柱塞，有油孔与发动机机体上相应的油孔相通。柱塞上端压有球座作为推杆的支承座，同时将柱塞内腔堵住。,弹簧用来将柱塞经常压向上方，卡簧用来对柱塞限位。柱塞下端单向阀架内装有碟形弹簧，用以关闭单向阀。,单向阀有片式和球式两种。,高压油腔,低压油腔,键形槽,球阀,套筒,柱塞,挺柱体,1-高压油腔；,2-缸盖油道；,3-油量孔；,4-斜油孔；,5-球阀；,6-低压油腔；,7-键形槽；,8-凸轮轴；,9-挺柱体；,10-柱塞焊缝；,11-柱塞；,12-套筒；,13-弹簧；,14-缸盖；,15-气门杆,奥迪轿车发动机液压挺柱,采用倒置的液力挺柱，直接推动气门的开启；,挺柱体是由上盖和圆筒，经加工后再用激光焊接成一体的薄壁零件；,单向阀采用钢球，弹簧式结构。,气门关闭时,气门打开时,单向阀,弹簧被压缩,液压挺柱工作示意图,5、使用液力挺柱的发动机应注意以下问题：,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；,液力挺柱拆洗后，装机前必须人工排气，否则起动困难；,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。,作用：,将挺柱传来的推力传给摇臂。,工作情况：,是气门机构中最容易弯曲的零件。,材料：,硬铝或钢,四、推杆,五、普通摇臂,功用：,将推杆或凸轮传来的力改变方向，作用到气门杆端以推开气门。,摇臂结构示意图,气门间隙调节螺钉,调节螺母,摇臂,摇臂轴套,易磨损部位,堆焊耐磨合金,润滑油道,油槽,润滑油道,摇臂结构示意图,摇臂轴,螺栓,摇臂轴支座,摇臂轴紧固螺钉,摇臂衬套,调整螺钉,摇臂,定位弹簧,摇臂组示意图,在安装完正时皮带后，转动曲轴，使一缸处于压缩结束上止点，意味着此时一缸需要点火,