内燃机构造与设计 15  气 门 机 构 15.1 有关气门机构总布置的一些问题  max.book118.com 气门机构的主要设计要求 发动机中控制其进气、排气的起止时刻及气流通路面积的方式有： 气口控制（回流扫气二冲程机） 气门控制（四冲程发动机） 混合控制（有排气门的直流扫气二冲程机） 四冲程发动机全都采用气门控制进气和排气。其优点是气门口的密封比较可靠而且便于修复密封面，冷却和润滑比较方便，寿命也相对较长。 气门机构的设计质量对于四冲程发动机的性能有着多方面的重要影响。  15.1 有关气门机构总布置的一些问题  对升功率的影响：发动机的最大功率转速nmax正比于进气门通路面积Av除以活塞排量Vh，而升功率Nl则正比于peNnmax。当最大功率工况的peN一样大时，升功率Nl正比于nmax也正比于Av/Vh;所以进气门的相对通路面积Av/Vh越大，升功率Nl越大。 进排气定时的影响：进排气定时影响充气系数随转速变化的情况（进气晚关角），影响泵气损失（排气早开角和进气晚关角），影响换气质量（进排气重叠角），因此对发动机的动力性、燃料经济性和有害排放有影响。此外，气门机构的磨擦损失对发动机在低转速负荷工况下的机械效率和耗油率影响较大。 气门机构的工作可靠性和噪声的影响：直接影响发动机整体可靠性和噪声。排气门的热裂、凸轮一从动件的接触疲劳、气门弹簧的疲劳失效等都是重要的可靠性问题，气门机构的传动链脱节或气门提前落座、反跳等异常现象，使发动机的噪声以及各接触面的磨损都会加剧。  15.1 有关气门机构总布置的一些问题  对气门机构设计的主要要求可归纳为： 气门口有足够大的气流通路面积（也叫做气门通过能力），保证充气量大; 气门机构的动力学特性好，在发动机最高转速工况也不出现机构飞脱和气门反跳; 重要零件的热应力和机械应力水平不过高，选材及表面处理恰当，能耐久工作; 气门机构的磨擦损失和噪声较低; 进排气定时恰当，能兼顾高速和低速工况性能; 便于制造和维修，成本较低。  15.1 有关气门机构总布置的一些问题  max.book118.com 气门的布置及气门机构的类型?  max.book118.com.1  气门的布置  现代汽车发动机的气门都布置在气缸盖上。按照每缸的气门数目和在发动机纵向上的排列情况看来，有三种主要的布置方式： 每缸两个气门（1进1排），在发动机纵向上成一列布置。 绝大多数柴油机和楔形、盆形燃烧室的汽油机是这样布置的。气门的中心线一般相互平行，只有风冷机为了扩大进、排气门间的冷却空气通道要把两气门分开成一小角度。 各缸进、排气门的纵向布置顺序有三种：交替排列，同气门相邻排列和混合排列。采用哪一种顺序要考虑柴油机进气道的型式、汽油机的供油方式以及缸盖的热负荷等情况。 15.1 有关气门机构总布置的一些问题  进、排气道的进口 和出口有的安排在 发动机的同一侧， 有的分别安排在 左、右两侧，还有 的进气道进口安排 在气缸盖的顶面。 采用哪一种要考虑 到汽油机进气需要 加热而柴油机不宜 加热，考虑风冷机 合理安排冷却气流 通道的需要等等。 15.1 有关气门机构总布置的一些问题  每缸两个气门，在发动机纵向上成两列布置。   这样布置气门就得用 两根凸轮轴来驱动或 者用一根凸轮轴和两 个摇轴来驱动。因此 气门驱动机构复杂 化，只用于不得不这 样布置气门的半球形 燃烧室或帐蓬形燃烧 室的汽油机。 15.1 有关气门机构总布置的一些问题  每缸四个气门，纵向成两列布置。 每缸用四个气门的好处，一是加大进气通路相对面积，从而提高发动机的最大功率转速和升功率；二是每一排气门的受热面积缩小而经过气门座散热的距离缩短，可以降低排气门的热负荷；三是可把喷油器布置在气缸中心线上，对直接喷射燃烧室柴油机的性能有利。缺点则是气门驱动机构复杂化。要用两根凸轮轴或两根摇臂轴，甚至有的要用叉形摇臂等驱动机构。 除上述三种气门布置方式外，还有每缸三气门和五气门的汽车发动机。  15.1 有关气门机构总布置的一些问题   max.book118.com.2  气门机构的类型 凸轮轴装在气缸体（或风冷机曲轴箱）中的气门机构简称下置凸轮轴式气门机构，其凸轮经挺柱、推杆、摇臂驱动气门。 15.1 有关气门机构总布置的一些问题  凸轮轴装在缸盖 上的气门机构简 称顶置凸轮轴式 气门机构，其凸 轮或经过摇臂驱 动气门，或经过 挺柱和摇臂驱动 气门，或直接经 导套、T形导杆 驱动气门。 15.1 有关气门机构总布置的一些问题  在最后这两种直接驱动的气门机构中气门运动规律同凸轮型线一致，而在其它各种气门机构中都有摇臂比放大的作用。 下置凸轮轴式气门机构的特点： 主要优点是凸轮轴距曲轴较近，可以采用便宜、可靠、磨擦损失也较小的齿轮传动，而且凸轮轴可以同其它附件共用一个齿轮传动系;还可使发动机的高度较小和便于V型发动机布置。 主要缺点是构件多，运动质量较大而机构刚度较小，因此固有频率较低，出现机构脱节、气门反跳等不正常现象的转速界限低于顶置轮轴式气门机构。 上述优缺点决定了下置凸轮轴式气门机构广泛用于柴油机以及部分汽油机中。 15.1 有关气门机构总布置的一些问题  顶置凸轮轴式气门机构的特点： 主要优点是运动质量小而机构刚度大，可以在很高转速下正常控制气门运动。此外，气缸体的形状简化、刚度改善、重量和成本降低。 主要缺点是凸轮轴要用链传动，既昂贵又不耐用，磨擦损失和噪声也较大。采用齿形皮带传动可以降噪，但传递力矩较小，也不耐用。对于有其它辅助装置需要传动时还得另外安排一套齿轮传动，使整机结构更复杂。 这些情况决定了顶置凸轮轴式气门机构主要用于轿车、赛车用的高速汽油机，以及少数轿车用的小型柴油机。 在几种顶置凸轮轴式气门机构中，直接驱动气门的机构因运动件最少而最有利于上高速，但实际应用较多的却是经摇臂驱动气门的顶置凸轮轴式气门机构。有摇臂时凸轮升程小于气门升程，可以较灵活地选择摇臂比 15.1 有关气门机构总布置的一些问题         使凸轮的h/φ（升程/工作段包角）较合适、轮廓不至于过陡，并且留有改变气门升程的余地。在有摇臂的机构中还可以安排液压自动补偿元件（装在顶气门的摇臂端或作为摇臂的支点），从而取消气门间隙、降低噪声，这对于轿车发动机也是很重要的优点。 max.book118.com  凸轮轴的传动机构 凸轮轴的传动机构由曲轴带着凸轮轴转动，还要使凸轮轴对曲轴保持一定的相位关系以保证气门适时启闭，因此常被称为正时传动机构。 中小型发动机的正时传动机构大多布置在发动机的前端，使装拆方便，但扭振附加载荷和噪声较大。 布置在发动机后端的正时传动机构受扭振的影响较小，但不便拆装，机体结构较复杂，曲轴后端尺寸较大，使凸轮轴上的正时齿轮或链轮也随之加大。 15.1 有关气门机构总布置的一些问题  下置凸轮轴的传动一般用斜齿的圆柱齿轮传动。下图为几种可能的柴油机下置凸轮轴的齿轮传动方案，只画了凸轮轴和喷油泵的传动部分。 方案(a)用于单列式柴油机，由于喷油器和气门机构推杆分置于缸盖两侧，对缸盖的布置较有利。方案(b)也用于单列式柴油机，所用齿轮数目最少，但齿轮尺寸决定于曲轴和凸轮轴中心距，要比方案(a)中的齿轮大一些，使发动机宽度加大，同时由于喷油器和推杆集中于缸盖一侧，进、排气道就只能 都安排在另一侧了。方 案(c)对缸盖设计的限制 同(b)一样，只是发
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