柴油机四冲程发动机都采用气门式配气机构山东大学课程中心.pptx
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1、第二章第二章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构本章的主要教学内容:本章的主要教学内容:1.1.配气机构的功用及组成配气机构的功用及组成2.2.配气机构及气门间隙配气机构及气门间隙3.3.气门组气门组4.4.气门传动组气门传动组第1页/共35页2-1.配气机构的功用及组成配气机构的功用及组成(1 1)功用)功用 配气机构的功用是按照发动机配气机构的功用是按照发动机的工作循序和工作循环的要求,定的工作循序和工作循环的要求,定时开启和关闭各缸的进、排气门,时开启和关闭各缸的进、排气门,使新气进入气缸,废气从气缸排出;使新气进入气缸,废气从气缸排出;另外,当进、排气门关闭时,保证另外,当进、排气门关闭时,保证
2、气缸密封。气缸密封。新气:汽油与空气的混合物新气:汽油与空气的混合物(汽油(汽油机)机);纯净的空气;纯净的空气(柴油机)(柴油机)。四冲程发动机都采用气门式配气机四冲程发动机都采用气门式配气机构。构。第2页/共35页(2 2)进气量对发动机性能的影响)进气量对发动机性能的影响进入缸内的新气数量(进气量)对发动机的进入缸内的新气数量(进气量)对发动机的性能影响很大,进气量越多,发动机的有效性能影响很大,进气量越多,发动机的有效功率和转矩越大。功率和转矩越大。(3 3)要求)要求进气充分,进气量尽可能多;进气充分,进气量尽可能多;废气要排除干净,因为残余废气影响进气废气要排除干净,因为残余废气影
3、响进气量。量。运动件具有较小的质量和较大的刚度,以运动件具有较小的质量和较大的刚度,以保证配气机构良好的动力特性。保证配气机构良好的动力特性。2-1.配气机构的功用及组成配气机构的功用及组成第3页/共35页(4 4)组成)组成 气门式配气机构:气门组和气门传动组两部分组气门式配气机构:气门组和气门传动组两部分组成;成;凸轮轴位置:下置式、中置式、上置式。凸轮轴位置:下置式、中置式、上置式。气门驱动形式:摇臂驱动、摆臂驱动、直接驱动。气门驱动形式:摇臂驱动、摆臂驱动、直接驱动。现代汽车发动机均采用顶置气门机构。现代汽车发动机均采用顶置气门机构。2-1.配气机构的功用及组成配气机构的功用及组成气门
4、组气门组气门传动气门传动组组第4页/共35页(5 5)凸轮下置式配气机构)凸轮下置式配气机构 定定义义:凸凸轮轮轴轴置置于于曲曲轴轴箱箱内内的的配配气气机机构构,称称为为凸凸轮轮轴轴下下置置式式配气机构。配气机构。下下置置凸凸轮轮轴轴曲曲轴轴定定时时齿齿轮轮驱驱动动。发发动动机机工工作作时时,曲曲轴轴通通过过正正时齿轮驱动凸轮轴。时齿轮驱动凸轮轴。传动比:曲轴与凸轮轴的为传动比:曲轴与凸轮轴的为2 2:1 1。优点:凸轮轴离曲轴近,可以简单地用一对齿轮传动。优点:凸轮轴离曲轴近,可以简单地用一对齿轮传动。缺缺点点:零零件件多多,传传动动链链长长,整整个个机机构构的的刚刚度度差差,高高速速运运动
5、动时时影影响响气气门门的的运运动动规规律律和和气气门门的的定定时时开开启启(气气门门关关闭闭的的准准确确性性)。因此它不适用于高速发动机因此它不适用于高速发动机2-1.配气机构的功用及组成配气机构的功用及组成第5页/共35页(6 6)凸轮中置式配气机构)凸轮中置式配气机构 定定义义:凸凸轮轮轴轴置置于于机机体体上上部部的的配配气气机构,称为凸轮轴中置式配气机构。机构,称为凸轮轴中置式配气机构。特特点点:与与凸凸轮轮轴轴下下置置式式配配气气机机构构相相比比,减减少少了了推推杆杆,减减轻轻了了配配气气机机构构的的往往复复运运动动质质量量,增增大大了了机机构构的的刚刚度度,更适合于较高转速的发动机。
6、更适合于较高转速的发动机。2-1.配气机构的功用及组成配气机构的功用及组成第6页/共35页2-1.配气机构的功用及组成配气机构的功用及组成(7 7)凸轮上置式配气机构)凸轮上置式配气机构 定定义义:凸凸轮轮轴轴置置于于气气缸缸盖盖上上的的配配气气机机构构,称称为凸轮轴上置式配气机构。为凸轮轴上置式配气机构。优优点点:运运动动件件少少,传传动动链链短短,整整个个机机构构的的刚刚度大,适合于高速发动机。度大,适合于高速发动机。缺缺点点:凸凸轮轮轴轴与与曲曲轴轴距距离离长长,动动力力传传动动机机构构复复杂。杂。(8 8)凸轮上置式配气机构结构形式)凸轮上置式配气机构结构形式摇臂驱动、单凸轮轴上置式配
7、气机构;摇臂驱动、单凸轮轴上置式配气机构;摆臂驱动、凸轮轴上置式配气机构;摆臂驱动、凸轮轴上置式配气机构;直接驱动、凸轮轴上置式配气机构。直接驱动、凸轮轴上置式配气机构。第7页/共35页2-2.配气定时及气门间隙配气定时及气门间隙1 1 配气定时配气定时 以以曲曲轴轴转转角角表表示示的的进进、排排气气门门开开闭闭时时刻刻及及其其开开启启的持续时间称为配气定时。的持续时间称为配气定时。(1 1)进气提前角)进气提前角 进进气气门门在在进进气气行行程程上上止止点点之之前前开开启启称称为为早早开开。从从进进气气门门开开到到上上止止点点曲曲轴轴所所转转过过的的角角度度 称称为为进进气气提提前前角。角。
8、目目的的:进进气气开开始始时时,进进气气门门有有较较大大的的开开度度或或较较大大的进气流通截面,减小进气阻力。的进气流通截面,减小进气阻力。(2 2)进气迟后角)进气迟后角 进进气气门门在在进进气气行行程程下下止止点点之之后后关关闭闭称称为为晚晚关关。从从进进气气行行程程下下止止点点到到进进气气门门关关闭闭曲曲轴轴转转过过的的角角度度称称为为进气迟后角。进气迟后角。目目的的:利利用用气气流流惯惯性性,在在进进气气迟迟后后角角内内继继续续进进气气,增加进气量。增加进气量。(3 3)进气持续角)进气持续角:180+180+。第8页/共35页2-2.配气定时及气门间隙配气定时及气门间隙(4 4)排气
9、提前角)排气提前角 排排气气门门在在作作功功行行程程结结束束之之前前,即即在在作作功功行行程程下下止止点点之之前前开开启启,称称为为排排气气门门早早开开。从从排排气气门门开开启启到到下下止点曲轴转过的角度称为排气提前角。止点曲轴转过的角度称为排气提前角。目目的的:排排气气门门开开启启时时气气缸缸内内压压力力较较高高,废废气气高高速速自由排出,减小排气阻力和排气消耗的功率。自由排出,减小排气阻力和排气消耗的功率。(5 5)排气迟后角)排气迟后角 排排气气门门在在排排气气行行程程结结束束之之后后,即即在在排排气气行行程程上上止止点点之之后后关关闭闭,称称为为排排气气门门晚晚关关。从从上上止止点点到
10、到排排气气门门关闭转过的角度称为排气排气迟后角。关闭转过的角度称为排气排气迟后角。目目的的:利利用用废废气气惯惯性性,在在排排气气迟迟后后角角内内继继续续排排气气,减少残余废气。减少残余废气。(6 6)排气持续角)排气持续角:第9页/共35页2-2.配气定时及气门间隙配气定时及气门间隙(7 7)气门重叠角)气门重叠角 由由于于进进气气门门在在上上止止点点前前即即开开启启,而而排排气气门门在在上上止止点点后后才才关关闭闭,致致使使活活塞塞在在上上止止点点附附近近出出现现一一段段时时间间内内排排气气门门和和进进气气门门同同时时开开启启的的现现象象,这这种种现现象象称称为为气气门门重重叠叠,重重叠叠
11、时时期期的的曲曲轴轴转转角角称称为为气气门门重重置角。置角。由由于于新新鲜鲜气气流流和和废废气气流流的的流流动动惯惯性性都都比比较较大大。在在短短时时间间内内是是不不会会改改变变流流向向的的,因因此此只只要要气气门门重重叠叠角角选选择择适适当当,就就不不会会有有废废气气倒倒流流人人进进气气管管和和新新鲜鲜气气体体随随同同废废气气排排除除的的可可能能性性。这这对对换换气气是是有有利利的的,但但应应注注意意,如如气气门门重重叠叠角角过过大大,当当汽汽油油机机小小负负荷荷运运转转、进进气气管管内内压压力力很很低低时时,就就可可能能出出现现废气倒流,使进气量减少。废气倒流,使进气量减少。第10页/共3
12、5页2-2.配气定时及气门间隙配气定时及气门间隙第11页/共35页2-2.配气定时及气门间隙配气定时及气门间隙2 2 气门间隙气门间隙(1 1)含义)含义 在冷态下气门完全关闭时,气门与传动在冷态下气门完全关闭时,气门与传动件之间的间隙称为气门间隙。件之间的间隙称为气门间隙。(2 2)作用)作用给热膨胀留有余地。给热膨胀留有余地。(3 3)气门间隙大小)气门间隙大小 由生产厂通过试验确定。由生产厂通过试验确定。过小:受热时,可能发生气门关闭不严过小:受热时,可能发生气门关闭不严 过大:传动零件之间以及气门和气门座过大:传动零件之间以及气门和气门座之间产生撞击之间产生撞击 气门开启的持续时间减少
13、。气门开启的持续时间减少。一般,进气门间隙一般,进气门间隙排气门间隙排气门间隙第12页/共35页2-3.气门组气门组(1 1)组成:)组成:1 1)气气门门;2 2)气气门门座座;3 3)气气门门导导管管;4 4)气气门门弹弹簧簧5 5)锁片、卡簧;)锁片、卡簧;6 6)气门旋转机构)气门旋转机构(2 2)要求:)要求:为保证气门能够实现气缸的密封,要求:为保证气门能够实现气缸的密封,要求:气门头部与气门座贴合严密;气门头部与气门座贴合严密;气门导管对气门杆的上下运动有良好的导向;气门导管对气门杆的上下运动有良好的导向;气门弹簧的两端面与气门杆的中心线相垂直,气门弹簧的两端面与气门杆的中心线相
14、垂直,以保证气门头在气门座上不偏斜;以保证气门头在气门座上不偏斜;气门弹簧的弹力足以克服气门及其传动件的运气门弹簧的弹力足以克服气门及其传动件的运动惯性力,使气门能及时关闭,保证气门紧压动惯性力,使气门能及时关闭,保证气门紧压在气门座上。在气门座上。第13页/共35页2-3.气门组气门组1 1 气门气门(1 1)工作条件:)工作条件:高温、高压、冲击、润滑困难、腐蚀高温、高压、冲击、润滑困难、腐蚀(2 2)材料:)材料:要求要求:耐热,良好的导热性;足够的强耐热,良好的导热性;足够的强度、刚度,耐冲击;耐磨,耐腐蚀。度、刚度,耐冲击;耐磨,耐腐蚀。进气门:普通合金钢(如铬钢或镍铬钢)进气门:普
15、通合金钢(如铬钢或镍铬钢)排气门:耐热合金钢(如硅铬钢)排气门:耐热合金钢(如硅铬钢)(3 3)气门构造:)气门构造:由头部和杆部组成。由头部和杆部组成。第14页/共35页2-3.气门组气门组a a)气门头部气门头部头部形状:平顶、凹顶和凸顶头部形状:平顶、凹顶和凸顶工艺性、特点、适用范围工艺性、特点、适用范围形状形状制造制造受热受热面积面积刚性刚性进气进气阻力阻力适用适用范围范围平顶平顶容易容易小小差差大大均可均可凹顶凹顶困难困难大大最好最好 最小最小进气门进气门凸顶凸顶困难困难大大好好小小排气门排气门第15页/共35页气门锥角气门锥角 指气门密封锥面的锥角,气门锥面与气门顶面之间的指气门密
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