配气机构-9

nullnull9 配气机构 9.1概述 9.1.1 配气机构的工作情况与要求 四冲程内燃机都采用气门式配气机构。 功用：实现两个工作循环之间气缸充量的更换，即在规定时间内把新鲜充量引入气缸，并把燃烧以后的废气排出气缸。 组成：气门、弹簧、凸轮、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴等 配气机构的总布置影响内燃机的总体设计，配气机构零部件的设计又在很大程度上影响内燃机的动力性与可靠性。配气机构设计的好坏影响内燃机的工作性能。配气机构又是内燃机噪声的主要来源之一。随着内燃机向高速方向发展，对配气机构的要求越来越高。 （1）保证气缸有良好的换气质量，即排气尽量干净，进气尽量充分。 （2）具有良好的动力性能，保证内燃机工作平稳可靠，噪声降至最低。 （3）布置紧凑，内燃机总体协调一致。 （4）磨损小，可延长使用寿命。 （5）结构简单，便于调整。 9.1.2 气门机构的通过能力 气门通道的通过能力与气门开度的大小、开启时间的长短、开启的快慢等因素有关。 气门开度愈大，开启的时间愈长，开启的愉快，气门通道的通过能力就愈大。 nullnull常用开启断面与开启时间的乘积来示气门机构的通过能力。→气门机构的时间断面，简称“时面值”。 气门开启时，气流通过的断面积F与气门头部几何形状及气门升程有关，可用下式表示。 为了评价气门机构的时间断面，引出丰满系数的概念。 丰满系数定义：气门通道的平均通过断面Fm对最大通过断面Fmax的比值 越大越好。 null9.2 配气机构的型式与气门布置 9.2.1 配气机构的型式 型式：指凸轮轴在配气机构中的位置，可大致分两类。 一类是凸轮轴至于气缸盖上→顶置凸轮轴式。按其是否直接作用于气门组又可分为凸轮轴直接驱动气门和凸轮轴带动摇臂而驱动气门两种。 顶置凸轮轴式的配气机构总布置特点： （1）总体布置比较紧凑，但高度较大； （2）零件数较少，减少了运动件的惯性质量，适于高速下工作； （3）刚性好，自振频率高，气门运动规律与凸轮外形所规定的运动规律接近； （4）凸轮作用于气门导管上的侧压力大（凸轮轴直接驱动气门），气门导管气门杆 易磨损，从而造成窜漏机油，增加积碳。 （5）凸轮轴的驱动比较复杂。 另一类是凸轮轴置于气缸体或曲轴箱上→下置凸轮轴式。其配气机构凸轮轴通过挺柱、推杆、摇臂来驱动气门。见下图nullnullnull下置凸轮轴式配气机构的布置特点： （1）凸轮轴的驱动较简单，安装调整容易； （2）气门与气门导管几乎不受侧压力； （3）适宜于系列化，大量生产； （4）整个系统的刚度不如顶置凸轮轴式大； 9.2.2 气门的布置 布置方式与气门数有关，也与配气凸轮轴的布置有关。 现代内燃机每缸气门数多为2个或4个。 两气门→沿曲轴轴线呈一列，也可呈两列布置。 呈一列布置时，其进排气门可以同一根凸轮轴直接驱动或通过挺柱、推杆、摇臂来驱动。 柴油机中，为避免进气空气受到预热，可将进排气道布置在气缸盖两侧。 汽油机中，为预热进气管中的混和气，可将进排气道布置在气缸盖同侧。 呈两列布置时，可用两根凸轮轴分别驱动两列气门，也可用一根凸轮轴通过摇臂来驱动两列气门。 当采用凸轮轴通过摇臂驱动气门这种型式时，气门轴线与气缸中心线呈一定角度，可以增大气门直径。 nullnull气门尺寸受到气缸直径的限制，当直径较大时，或活塞平均速度较高时，两气门的就不能保证换气质量，因此，需要采用四气门方案。 采用四气门方案的优点： （1）当缸径一定时，可大幅度地增加气体通过断面。 （2）由于换气质量提高，使废气温度下降。 （3）气门尺寸减小，可增大气门刚度，并改善了气门的散热条件，使气门的 热负荷下降。 （4）四气门的布置型式对于直接喷射式柴油机则便于安装喷油器，更好地组 织燃烧过程。 （5）由于气体通过断面的增大，可适当地减小气门行程，有利于提高配气机 构的动力性能。 布置型式：两种 （1）一种是同名气门分排在气缸两侧，可减小气道数目，且进排气管的安放较自由。缺点：对进气门来说，里侧气门进气时受到外侧气门的干扰，进气不充分。不常用。 驱动方式：利用一根上置凸轮轴通过压桥来同时驱动两同名气门。 （2）另一种是同名气门排在缸盖的同侧。可避免前一方案的不足。 驱动方式：可采用两根凸轮轴，也可采用一根。nullnullnull9.3 气门组的结构设计 组成：气门、气门导管和气门座三部分。 9.3.1 气门的设计 气门包括气门头部、杆部和尾端。 1. 气门的工作条件 工作条件严酷。 气门在以高频率作开关动作的过程中，气门杆和导管之间有摩擦；每次关闭时，气门和气门座之间有冲击；气门头部顶面直接与高温燃气接触，进排气门都受热，尤其是排气门受热更严重。 排气门烧损是一种常见故障。 2. 气门材料 设计时，首先设法改善气门的冷却条件，降低工作温度，在此基础上寻找合适材料，保证在高温时具有足够的强度和耐磨、耐蚀性。所用材料的临界温度应高于最高的工作温度，保证在反复受热的情况下不翘曲，不发生裂纹。 温度高、工作强度大：用4Cr14Ni14W2Mo等奥氏体钢。高温下的强度、硬度和耐蚀性都好，但线膨胀系数大，低温时硬度比其他材料低。因含大量贵重金属Ni，材料很贵。 工作温度不超650ºC：用4Cr9Si2、4Cr10Si2M等马氏体钢。锻造、切削性好，但耐热性差。 nullnull3. 气门的结构 气门头部形状，常见头部底面形状有三种：平底、凸底和凹底。 平底气门：几何形状简单，工艺性好，受损面积小应用广泛。 凸底气门：能改善气体流出气缸时的性能，且气门头部刚度好。常用于高速强化发动机。 凹底气门：杆部以较大的半径过渡到气门的头部，可以减小进气的流动阻力，但工艺性差，受热面大。 气门头部的背面一般呈圆锥形，锥角在12º~15º之间，然后通过过渡半径rc与杆部相接，过渡半径一般较大，以减小空气阻力。 气门头部直径d1，为保证在气门开启时气流通畅，气门头部的直径尽量大，一般发动机气门头部直径d1=（0.32~0.50）D。 9.3.2 气门座 一般情况下，气门座是直接制做在气缸盖上的，也可在铸件上对座的局部进行高频淬火。 为了延长气缸盖的使用寿命，采用气门座圈。采用座圈带来的问是影响排气门的散热效果。 气门座的材料：一般为合金铸铁、青铜、可锻铸铁、球墨铸铁和奥氏体钢等null9.3.3气门导管 气门杆在导管中上下滑动，设计成没有任何台阶的圆柱形，长度最好为杆径的7倍。 在排气门侧，为了减轻排气对杆部的冲刷，导管和缸盖上的相应凸台应该尽量靠近气门头部，但又不能因此而使气道而受到堵塞。考虑到这一相互矛盾的要求，凸台的顶端与气门座之间的距离取等于3/4倍的喉口直径左右是比较合理的。 导管最好不再从凸台中伸出以免过热。如果为减轻气门杆的受热而必须把导管伸出时，导管的内孔与杆之间应由较大的间隙，以防过热卡住。伸出的长度应小于气门行程，防止在导管内积碳。null（1）导管一般是过盈压入气缸盖的导管中，压入后再加工导管内孔到规定尺寸。 （2）导管与气门杆之间的配合间隙应适当。 过小容易卡住，过大则不利于杆与导管之间的热传导。 气门杆与导管的间隙，进气门取0.005~0.01倍的气门杆直径；排气门取0.008~0.012倍的气门杆直径。 （3）导管与杆之间应有机油润滑，但机油量不能过多，以免积碳把气门粘住。 尤其是在汽油机的进气门侧，由于在进气过程中的气压低于大气压，会把过多的机油经导管与杆间的间隙吸过来。因此，常常不得不采取各种密封措施。 null