第6章 配气机构.docx
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第6章配气机构
第6章配气机构
6.1第六章说明
本章应用了三维模型，对于单个零件的结构演示，主要从各个视角对模型有一个较全面的认识，视图与视角之间的切换安排连贯合理，复杂的结构运用了局部放大，个别还加入了灯光效果处理。
特别指出的是，为便于教师在授课是能够比较自由地突出重点进行讲解，大部分动画都采用了类似“windows播放器”的播放形式，授课教师可方便的随时暂停和播放动画。
对于多个零件组成的部件，在动画制作时，不仅要做一表现每个零件的结构，同时按实际的装配顺序，演示了整个部件的装配过程。
6.1配气机构
功用：
配气机构是控制内燃机进、排气过程的机构。
按汽缸的发火顺序和汽缸中的工作过程，适时开启和关闭进气阀及排气阀，进入新鲜空气，排出废气。
工作条件：
转速高，若n=1000，四冲程，500次，以很高而变化的速度工作，惯性力和热负荷大，且润滑不良，零件磨损大。
要求：
1.定时准确；
2.有足够大的气体流通面积；
3.振动，噪音小；
4.工作可靠，寿命长；
5.结构简单，维修方便。
6.1配气机构的布置及传动
配气机构的类型有气阀式，气孔式，气孔-气阀式。
6.1.1气阀式配气机构的布置：
按气阀的布置可分为：
顶置式气阀和侧置式气阀
按凸轮轴的位置可分为：
上置式凸轮，下置式凸轮。
按曲轴和凸轮轴的传动方式可分为：
齿轮传动和链条传动
1．气阀布置形式
顶置式气阀：
如图6-1
优点：
燃烧室结构紧凑，可减小进，排气系统的阻力。
缺点：
传动链的零件多，质量大因而惯性载荷较大。
3@图6-1顶置式气阀配器机构
2．凸轮轴布置形式
1）下置式凸轮轴如图6-1
优点：
凸轮轴与曲轴距离近，传动方便。
缺点：
传动距离远，传动组件多，惯性大，加剧了零件的震动和磨损。
图6-2上置式土轮轴图6-3顶置式凸轮轴
2）上置式凸轮轴如图6-2
优点：
凸轮直接作用于摇臂，省去了挺柱和顶杆
缺点：
曲轴到凸轮轴传动机构复杂。
3）顶置式凸轮轴如图6-3
优点：
凸轮轴直接驱动气阀，无惯性载荷的作用。
缺点：
气阀杆受侧推力的作用磨损大。
曲轴列凸轮轴传动复杂，，拆装汽缸盖也较麻烦。
3．气阀数及布置
1）每汽缸两个气阀的布置
每缸两阀，总是采用较大的气阀道路面积，且进气阀直径大于排气阀直径。
布置方式：
ac
bd
@图6-4（a）（b）
a.合用气道
气阀将机体纵向排成一列相邻两个进气阀或排气阀合用一个气道，气道简化，并可得到较大的气道通道面积；
b.交替布置图6-4（c）
每缸单独用一个进、排气道，可使汽缸均匀冷却，对热负荷较严重的发动机更适宜；
c.分开布置图6-4（d）
进、排气道分置于机体两侧，以免排气加热进气，而汽油机为了使汽油更好地雾化，多置于机体一侧。
2）汽缸四个气阀的布置
两进，两排，增大进，排通道面积。
同名气阀。
a.串联形式图）
（1）可通用一根凸轮轴及驱动杆传动；
（2）进气阀间的进气效率有差异；
（3）排气阀的热负荷也不相同。
b.并联形式
（1）进气效率与热负荷基本相同；
（2）需用两根凸轮轴传动。
c.斜角布置
可用一根凸轮轴，性能上亦较优越。
6.1.2凸轮轴的传动方式：
1.圆柱齿轮式传动如图6-5
abcde
@图6-5圆柱齿轮传动的各种方案
多采用斜齿轮，啮合平稳，减少噪音。
布置方案如图6-2，a-c为下置凸轮轴，d-e上置凸轮轴。
优点：
结构及工艺简单，拆装方便，工艺可靠。
缺点：
对于上置式凸轮轴采用齿轮传动时，中间齿轮数多，增加了复杂性和重量。
2.锥齿轮传动
多用于轻型高速大功率内燃机顶置式凸轮的传动。
特点：
结构紧凑可靠，但很复杂，拆装不方便。
3.链条式传动
上置式凸轮轴气阀机构上，能使气阀机构免受惯性载荷的作用。
特点：
工作可靠性好，但耐性不及齿轮传动装置。
6.2气阀式配气机构的组成及其零件
气阀式配气机构的组成可分为气阀机构和传动机构。
6.2.1气阀机构由气阀、气阀弹簧、气阀导管和气阀座等零件组成
1.气阀见图6-6，气阀机构。
基本结构由阀盘、阀杆组成。
反盘上有密封带。
（1）工作条件
a.高温而冷却和润滑困难。
排气：
900-1100K，进气：
600-700K；
b.阀盘与阀座受惯性力和弹簧力的冲3@图6-6气阀机构
气阀导管
气阀
气阀弹簧
气阀座
击作用尤其是气阀间隙的存在，冲击负荷显著增加；
c.气阀受热膨胀，可引起阀杆在导管中卡住。
（2）工作要求
前提：
在工作温度下。
a.保持较高的机械性能，耐热和耐磨；
b.气阀与阀座配合的密封性好；
c.外形合理，对气流阻力小。
（3）采用材料
进气阀用普通合金钢，铬钢或镍钢。
排气阀用耐热合金钢。
（4）气阀杆
锁夹和弹簧卡圈对于热负荷大的排气阀
散热：
阀盘-阀杆-气阀导管-冷却介质370K金属钠，可降温度10-15度。
（5）气阀盘
三种形式：
平顶形、球形和喇叭形如图6-7
abc
3@图6-7气阀盘三种形式
a.平顶形：
盘形简单，制造方便，受热面积小。
b.球形：
重量轻，刚性好，较好的流线形，进气阻力小。
c.喇叭形：
高度的刚性，良好的流线形，能改善气体排出汽缸时的流动性能，适合作排气阀盘。
重量和受热面积都较大，可将过渡圆角做成下凸，以减轻重量。
（6）气阀密封面
可堆焊特种合金。
一般作成30度-45度，阀座锥角比气阀大0.5-1度接触带约1-2mm相同开度下，较小的锥角气流通过截面大。
进气阀用30度锥角排气阀用45度锥角。
（30度锥角使阀盘边缘变薄，密封及导热性差。
）
2.气阀导管
（1）作用
a.作导向用，保证气阀作往复直线运动。
b.将阀杆的热量传给冷却介质。
（2）材料
为耐磨材料，内外表面均需加工，内孔精铰。
3．气阀座
主要目的是为了提高耐磨性。
但，导热性差，加工精度高，成本高。
座圈脱落容易造成事故。
材料：
耐热钢，合金铸铁或特种青铜。
4．气阀弹簧
高碳锰钢，硅锰钢或镍铬钢丝冷卷制造，并经喷砂和喷丸表面处理。
注意：
采用同心布置的不等直径的多个弹簧，弹簧圈的绕向不同。
以防止折断的弹簧卡断入到另一个弹簧圈内。
6.2.2气阀的传动机构
气阀式传动机构可分为：
机械式和液压式
机械式传动机构的零件有：
凸轮轴，挺柱，顶杆，摇臂，传动齿轮。
如图6-4
1.凸轮轴
（1）结构形式：
轴，凸轮，凸轮轴承；
a.功用：
控制气阀运动，各个气缸的进、排气凸轮按照配气相位和发次顺的关系配置在凸轮轴上；
b.凸轮数目：
决定于气缸数目及其传动关系。
c.高度及形线：
决定于气阀打开、关闭的时刻和气体流通截面的大小，凸3@图6-8传动机构轮形线应保证气阀平稳光华地移动，并在正常工作所允许的惯性力的情况下，能足够快地打开和关闭气阀；
d.表面要求：
由于受到气阀间歇性开启的周期性冲击载荷，因此对凸轮表面要求耐磨，对凸轮本身则要求有足够的韧性和刚度，在工作中变形最小。
（2）凸轮轴颈：
凸轮轴各轴颈的直径一般均取相同的，以使机械加工简单。
但为了拆装方便，也有采用前端向后递减直径的。
在小型内燃机上一般每两个气缸装用一个凸轮轴颈支撑，在大型发动机上相邻之间都有一个轴颈支撑。
（3）传动方式：
凸轮轴的传动方式多用斜齿轮，因而易使凸轮轴产生轴向串动，影响配气正时。
因此凸轮轴须有轴向定位装置。
a.止推片、止推片螺栓（中小型内燃机）
b.止推轴轴承（高速、大型内燃机）
（4）实物图如图6-9
**图6-9凸轮轴
2.挺柱
平板式、滚轮式、液力式及滚轮摇臂式。
a菌形b筒形c滚轮式
d液压式e滚轮摇臂式
@图6-10各种挺柱
（1）平板式：
菌形和筒形，挺柱在工作中有微小的自转，使工作表面磨损如图6-10（a）（b）
（2）滚轮式如图6-10（c）
（3）液压式如图6-10（d）
（4）滚轮摇臂挺柱如图6-10（e）
3.顶杆
顶杆用于顶置式气阀、下置式凸轮轴的配气机构，向摇臂传递凸轮轴经顶柱传来的推力。
对于顶杆的要求是刚性好，重量轻。
为了减轻重量，顶杆一般用空心管制成，小型内燃机的顶杆也有用实心钢棒制成的。
顶杆上端焊有钢质的凹球形接头与摇臂调节螺钉的球头相配合；下端焊有球形接头，支撑在挺柱的凹球承座内。
4.摇臂
改变顶杆传递的运动方向以推开气阀。
由钢模制造或球墨铸铁制造，摇臂的断面一般为T字形或工字形，以减轻重量并有足够的刚性，摇臂长短臂比值为1.6左右。
6.3配气相位与气阀间隙
6.3.1配气相位
@图6-11配气相位
α：
10°～30°β：
40°～70°
γ：
40°～60°δ：
10°～30°如图6-11
6.3.2气阀间隙
保证气阀及传动件受热后有伸长的余地。
如图6-12c
c
@图6-12气阀间隙
附表一：
配气相位表
几种内燃机的配气相位
内燃机
型号
进气阀
排气阀
开启上死点前
关闭上死点后
开启持续角度
开启下死点前
关闭上死点后
开启持续角度
上柴135系列
20º
48º
248º
48º
20º
248º
解放CA-10B
20º
69º
269º
67º
22º
269º
轻12V180
50º
56º
286º
56º
50º
286º
12V180CL
63º
42º
285º
60º
43º
283º
16V140ZL
40º
40º
260º
40º
40º
260º
630ZL
69º
37º
286º
42º
33º
255º
附表二：
气阀冷态间隙表
几种内燃机的气阀冷态间隙
内燃机
型号
冷阀冷态间隙mm
进气阀
排气阀
上柴135系列
0.30
0.35
解放CA-10B
0.25
0.25
轻12-180
0.98（+0.1；-0.08）
0.98（+0.1；-0.08）
12V-180ZL
0.40
0.45
16V-240ZL
0.40
0.50
新6300ZC
0.50
0.70
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