汽车发动机构造与维修03
176页1、,配气机构的构造与检修,项目3.1 配气机构的 功用和组成,3.1.1 配气机构的功用,配气机构的功用是按照发动机每一气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求,定时地开启和关闭各缸的进、排气门,使新鲜可燃混合气(汽油机)或纯空气(柴油机)得以及时进入气缸,废气得以及时从气缸排出。,新鲜空气或可燃混合气被吸进气缸越多,则发动机发出的有效功率和转矩越大。新鲜空气或可燃混合气充满气缸的程度可用充气效率表示。充气效率越高,表明进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气越多,燃烧所放出的热量越大,发动机发出的功率越大,动力性越好。 影响发动机充气效率的因素很多,提高充气效率可以从多方面人手。就配气机构而言,主要是要求其构造有利于减小进气和排气的阻力,而且进、排气门的开启时刻和持续开启时间比较适当,使进气充分和排气彻底。,3.1.2 配气机构的组成和类型,配气机构主要由气门组、气门传动组两部分组成。气门组包括气门、气门座、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座等零件;气门传动组包括正时齿轮(或带轮、链轮)、正时皮带(或链条)、凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴等零件。配气机构的组成如图3.1所示。 配气机构可以从气门的
2、布置形式、凸轮轴的布置形式等不同的角度来分类。,图3.1 配气机构的组成,1气门的布置形式 按气门的布置形式,配气机构可分为气门顶置式和气门侧置式两种。 气门顶置式配气机构应用广泛,其进气门和排气门都倒挂在气缸上,如图3.2(a)所示。现代汽车发动机均采用气门顶置式配气机构。 气门侧置式配气机构的进气门和排气门都装置在气缸的一侧,如图3.2(b)所示,导致燃烧室构造不紧凑,热量损失大,气道曲折,进气流通阻力大,从而使发动机的经济性和动力性变差,目前在汽车发动机上已不再采用。,图3.2 气门的布置形式,2凸轮轴的布置形式 按凸轮轴的布置位置,配气机构可分为下置凸轮轴式、中置凸轮轴式和上置凸轮轴式3种。 (1)下置凸轮轴式配气机构 凸轮轴位于气缸下部(曲轴箱内)的配气机构为下置凸轮轴式配气机构,如图3.3(a)所示。 下置凸轮轴式配气机构的凸轮轴布置在曲轴箱上,主要优点是凸轮轴离曲轴近,可由曲轴正时齿轮驱动,传动简单。缺点是气门与凸轮轴相距较远,传动链长,零件较多,在高速运转时,整个系统产生弹性变形, 影响气门运动规律和开启、关闭的准确性。因此,多用于转速较低的发动机,现代发动机上已很少采
3、用。,(2)中置凸轮轴式配气机构 中置凸轮轴式配气机构的凸轮轴位于气缸体的中上部,如图3.3(b)所示。与下置凸轮轴式配气机构的组成相比,大大缩短了推杆的长度,甚至可以省去推杆,从而减轻了配气机构的往复运动质量,增大了机构的刚度,相对于下置凸轮轴式更适用于较高转速的发动机。,(3)上置凸轮轴式配气机构 凸轮轴置于气缸盖上。这种配气机构可省去推杆,甚至可省去摇臂,即由凸轮轴通过挺柱直接驱动气门。其主要优点是运动件少,传动距离短,整个机构的刚度大,适合于高速发动机,现代发动机基本上都采用这种构造。,此外,根据发动机每个气缸气门的个数,配气机构可分为2气门式、3气门式、4气门式和5气门式等。根据上置凸轮轴的个数,配气机构又分为单上置凸轮轴( SOHC)和双上置凸轮轴(DOHC)两种。单上置凸轮轴,如图3.3(c)所示,仅用一根凸轮轴同时驱动进、排气门,构造简单,布置紧凑。双上置凸轮轴由两根凸轮轴分别驱动进、排气门,如图3.1所示。,图3.3 凸轮轴的布置形式,3.1.3 配气相位,进气门和排气门的打开和关闭时刻对充气效率有很大的影响,并直接影响发动机的工作性能。用曲轴转角表示的进、排气门开闭
4、时刻和开启的持续时间,称为配气相位。通常将进、排气门的实际开闭时刻和持续时间用曲轴转角的环形图来表示,这种图形称为配气相位图,如图3.4(a)所示。,四行程发动机的每个行程,曲轴旋转180。由于发动机的转速很高,一个行程经历的时间是很短的。例如,当发动机转速为2 800 r/min时,一个行程的时间只有0.01s。为了使进气更充分,排气更彻底,现代发动机让气门早开晚关,以延长进、排气时间,并充分利用进、排气气流的动力效应,改善进、排气状况,提高发动机的动力性。,如图3.4(b)所示,进气门是在排气冲程接近终了,活塞到达上止点前便开始开启,并一直到进气行程下止点之后才关闭。从进气门开始开启到上止点曲轴所转过的角度称为进气提前角,一般为10一30,记作。从进气行程下止点到进气门关闭曲轴转过的角度称为进气滞后角,一般为40 80。,记作。整个进气过程持续的时间或进气持续角为 +180+。由于进气门早开、进气门晚关,因此充分利用气流的惯性,以增加进气量。,同样,如图3.4(c)所示,排气门是在做功后期,活塞到达下止点前开始开启,并在排气行程结束之后。从排气门开始开启到下止点曲轴转过角度称为排气
5、提前角,一般为4080,记作。从上止点到排气门关闭曲轴所转过的角度称为排气滞后角,一般为1030,记作。整个排气过程持续的时间或排气持续角为+180+。,在做功后期,气缸内气体有较高的压力,由于排气门早开,废气能以很高的速度自由排出,当活塞到达上止点,气缸内的压力已大大下降,此时排气门已有一定的开度,从而使强制排气的阻力和排气消耗的功率大为减小。排气门晚关则是利用废气流动的惯性,在排气滞后角内继续排气,以减少气缸内的残余废气量。,图3.4 发动机配气相位图,由于进气门早开和排气门晚关,在上止点附近就出现了一段进、排气门同时开启的现象,称为气门叠开。叠开期间的曲轴转角称为气门叠开角,其值为进气提前角与排气滞后角之和,即+。 由于气门的早开晚关,气门叠开现象是不可避免的。但是由于新鲜气体和废气都有各自的流动惯性,一般不会出现废气倒流回进气道和新鲜气体随废气一起排出的现象。相反,进入气缸内的新鲜气体可增加气缸内气体压力,有利于废气排出。使进气更充分,排气更干净。,项目3.2 气门的构造与检修,气门组包括气门、气门座、气门导管和气门弹簧等。气门组的功用是维持气门的关闭。气门组各零件之间的装配关
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