汽车构造配气机构

1、第三章第三章 配气机构配气机构（valve train）第一节：第一节：气门式配气机构的布置气门式配气机构的布置及传动及传动 第二节：配气定时第二节：配气定时 第三节：第三节：配气机构的零件及组成配气机构的零件及组成配气机构配气机构功用：功用：按照发动机每个气缸内所进行的按照发动机每个气缸内所进行的工作工作循环循环和和发火次序发火次序的要求，的要求，定时定时开启和关闭气缸的进、开启和关闭气缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气排气门，使新鲜可燃混合气( (汽油机汽油机) )或空气或空气( (柴油机柴油机) )得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。一、充气

2、效率一、充气效率（充量系数）（充量系数）： 在进气行程中，在进气行程中，发动机每一工作循环发动机每一工作循环进入气缸进入气缸实际冲量（实际冲量（可燃混合气可燃混合气或空气）或空气）与与进气状态下进气状态下充满充满气缸工作容积的气缸工作容积的理论冲量的比值理论冲量的比值。冲量系数冲量系数c cc c=M/M=M/M0 0M M 进气过程中，进气过程中，实际实际进入气缸的新气的质量；进入气缸的新气的质量；MoMo在在理想理想状态下，充满气缸工作容积的新气质量。状态下，充满气缸工作容积的新气质量。作用作用：衡量发动机换气质量的参数。充气效率越高，发：衡量发动机换气质量的参数。充气效率越高，发动机的功

3、率越大。动机的功率越大。决定因素决定因素：进气终了时气缸内的压力和温度：进气终了时气缸内的压力和温度v压力：压力：压力越高，压力越高， c c越高越高v温度：温度：温度越低，温度越低， c c越高越高值值：0.80-0.900.80-0.90提高提高c c的方法的方法：要求配气机构有利于减小进气和排气的：要求配气机构有利于减小进气和排气的阻力阻力，进、排气门的开启时刻和持续开启的，进、排气门的开启时刻和持续开启的时间时间适当，适当，使吸气充分、排气彻底使吸气充分、排气彻底第一节第一节 气门式气门式配气机构的布置配气机构的布置及传动及传动 目前国产的目前国产的汽车发动机汽车发动机都采用气门都采用

4、气门顶置式配气顶置式配气机构。机构。 压缩比受到限压缩比受到限制，进排气门制，进排气门阻力较大，发阻力较大，发动机的动力性动机的动力性和高速性均较和高速性均较差，逐渐被淘差，逐渐被淘汰。汰。 气门顶置式组成：气门顶置式组成：气门组气门组：气门、气门座、气门弹簧、气门导管等：气门、气门座、气门弹簧、气门导管等气门传动组气门传动组：凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂组等：凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂组等工作过程工作过程特点：特点：A A、气门行程大，结构较复杂，燃烧室紧凑。、气门行程大，结构较复杂，燃烧室紧凑。B B、曲轴与凸轮轴传动比为、曲轴与凸轮轴传动比为2:12:1。BottomMiddle Top 二二

5、、凸轮轴的布置型式、凸轮轴的布置型式凸轮轴下置凸轮轴下置凸轮轴中置凸轮轴中置凸轮轴上置凸轮轴上置1 1、凸轮轴下置、凸轮轴下置有利因素：有利因素：简化曲轴与凸简化曲轴与凸轮轴之间的传动装置，轮轴之间的传动装置，有利于发动机的布置。有利于发动机的布置。不利因素：不利因素：凸轮轴与气门凸轮轴与气门相距较远，动力传递路相距较远，动力传递路线较长，环节多，因此线较长，环节多，因此不适用于高速发动机不适用于高速发动机。2 2、凸轮轴中置式、凸轮轴中置式传动方式：传动方式：凸轮轴经凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，过挺柱直接驱动摇臂，省去了推杆。省去了推杆。应用：应用：适用于发动机适用于发动机转速较高时，可以减

6、转速较高时，可以减少气门传动机构的往少气门传动机构的往复运动质量。复运动质量。凸轮凸轮轴轴挺柱挺柱活塞活塞摇臂摇臂调整螺钉调整螺钉3 3、凸轮轴上置式、凸轮轴上置式(OHC)(OHC) 应用：高速发动机应用：高速发动机轿车发动机轿车发动机凸轮轴凸轮轴凸轮轴凸轮轴活塞活塞特点：特点： 凸轮轴与气凸轮轴与气门距离近，不需要推门距离近，不需要推杆、挺柱，使往复运杆、挺柱，使往复运动的惯量减少。动的惯量减少。双凸轮轴上置式发动机双凸轮轴上置式发动机DoubleOverheadCamshaft三、三、凸轮轴的传动方式凸轮轴的传动方式1 1、齿轮传动：、齿轮传动：凸轮轴下置、凸轮轴下置、中置式配气机构大多

7、数采中置式配气机构大多数采用圆柱正时齿轮传动。用圆柱正时齿轮传动。 斜齿轮斜齿轮( (啮合平稳、减小啮合平稳、减小噪声和磨损噪声和磨损) ) 2 2、链传动：、链传动：工作可靠性工作可靠性和耐久性不如齿轮传动和耐久性不如齿轮传动3 3、同步带传动：、同步带传动：减小噪声、减小结构质量、减小噪声、减小结构质量、降低成本降低成本进气门进气门（大）（大）排气门排气门（小）（小）五五 每缸气门数及其排列方式每缸气门数及其排列方式一个观念给大家一个观念给大家v从从2 2气门进化到气门进化到4 4气门，由于进气和排气的呼吸面积提气门，由于进气和排气的呼吸面积提升了升了15%15%以上，所以动力性会有飞跃的

8、进步。以上，所以动力性会有飞跃的进步。v但是从但是从4 4气门进化到气门进化到 5 5气门虽然每缸增加了一个进气气门虽然每缸增加了一个进气门，但必须使得门，但必须使得每缸每缸3 3个进气门的呼吸面积不得大于个进气门的呼吸面积不得大于另另2 2个排气门呼吸面积的总和个排气门呼吸面积的总和（如果进气总面积超过（如果进气总面积超过排气总面积会造成排气不顺产生燃烧不完全现象），排气总面积会造成排气不顺产生燃烧不完全现象），在这种限制下总呼吸面积的增加不容易超过在这种限制下总呼吸面积的增加不容易超过5%5%，对马，对马力的增加是相当有限的，但却使机械结构更加复杂，力的增加是相当有限的，但却使机械结构更加

9、复杂，事实上每缸多一个进气门有可能增加引擎的呼吸量，事实上每缸多一个进气门有可能增加引擎的呼吸量，但进排气门的动作就要更加精密不可，而且每缸多一但进排气门的动作就要更加精密不可，而且每缸多一个进气门对凸轮轴而言也多了一点传动的损耗。这也个进气门对凸轮轴而言也多了一点传动的损耗。这也是为什么有些人觉得是为什么有些人觉得宝来宝来提速有点肉的原因。而且提速有点肉的原因。而且5 5气门的发动机一般普遍反映质量不稳的原因也在于此。气门的发动机一般普遍反映质量不稳的原因也在于此。 SOHUSOHU与与DOHCDOHC的优缺点比较的优缺点比较: : v单凸轮轴机械结构简单，问题比较少，低转速扭单凸轮轴机械结

10、构简单，问题比较少，低转速扭力较大。单凸轮轴的进排气门开启时间是固定的，力较大。单凸轮轴的进排气门开启时间是固定的，但是机械结构简单，维修容易。但是机械结构简单，维修容易。v双凸轮轴因为可以改变气门重迭角，所以可以发双凸轮轴因为可以改变气门重迭角，所以可以发挥出比较大的马力，机械结构的复杂会造成维修挥出比较大的马力，机械结构的复杂会造成维修上一定的困难。双凸轮轴的技术来自于赛车，主上一定的困难。双凸轮轴的技术来自于赛车，主要是可以控制进气门跟排气门的时间差。要是可以控制进气门跟排气门的时间差。 六六、气门间隙、气门间隙1 1、概念：、概念：气门间隙气门间隙：为保证气门关闭严密，通常发动机在冷态

11、装配时，：为保证气门关闭严密，通常发动机在冷态装配时，在气门在气门及其传动机构及其传动机构（摇臂、挺柱或凸轮）之间留有（摇臂、挺柱或凸轮）之间留有一定一定的的间隙间隙，以补偿气门受热后的膨胀量。，以补偿气门受热后的膨胀量。气门气门杆杆摇臂摇臂气门间隙气门间隙为何排气为何排气门间隙大门间隙大于进气门于进气门间隙？间隙？实实 物物 图图测量气门间隙测量气门间隙拧松紧定螺母，拧松紧定螺母，调整调节螺钉调整调节螺钉一、一、配气定时就是进排气门实配气定时就是进排气门实际开闭时刻，通常用相对于上、际开闭时刻，通常用相对于上、下止点曲拐位置的下止点曲拐位置的曲轴转角曲轴转角表表示进排气门开闭时刻及其开启示进

12、排气门开闭时刻及其开启的持续时间，称为配气定时。的持续时间，称为配气定时。上止点上止点下止点下止点第二节第二节 配气定时配气定时进气门的配气相位：进气门的配气相位：(1)(1)进气提前角进气提前角 : :在排气行程接近终了、活塞到达上在排气行程接近终了、活塞到达上止点之前，进气门便开始。从进气门开始开启到活止点之前，进气门便开始。从进气门开始开启到活塞上移到上止点所对应的曲轴转角，称为进气提前塞上移到上止点所对应的曲轴转角，称为进气提前角。角。目的目的:是为了保证进气行程开始时进气门已开大，减小进气阻是为了保证进气行程开始时进气门已开大，减小进气阻力，使新鲜气体能顺利地充入气缸力，使新鲜气体能

13、顺利地充入气缸。(2)(2)进气进气延迟延迟角角 : :在进气行程活塞到达下止点过后，在进气行程活塞到达下止点过后，活塞又上行一段，进气门关闭。从下止点到进气门关活塞又上行一段，进气门关闭。从下止点到进气门关闭所对应的曲轴转角称为进气迟后角。闭所对应的曲轴转角称为进气迟后角。原因原因：活塞到达下止点时，气缸内压力仍低于大气压力、气流：活塞到达下止点时，气缸内压力仍低于大气压力、气流还有相当大的惯性，仍可能利用气流惯性和压力差继续进气。还有相当大的惯性，仍可能利用气流惯性和压力差继续进气。排气门的配气相位排气门的配气相位(1)(1)排气提前角排气提前角 : :在做功行程接近终了，活塞到达下止在做

14、功行程接近终了，活塞到达下止点之前，排气门便开始开启。从排气门开始开启到下点之前，排气门便开始开启。从排气门开始开启到下止点所对应的曲轴转角称为排气提前角。止点所对应的曲轴转角称为排气提前角。目的：目的：当做功行程活塞接近下止点时，气缸内的气体压力对做功当做功行程活塞接近下止点时，气缸内的气体压力对做功的作用已经不大，但仍比大气压力高，因此在此压力作用下，气的作用已经不大，但仍比大气压力高，因此在此压力作用下，气缸内的废气能迅速地自由排出。缸内的废气能迅速地自由排出。(2)(2)排气排气延迟延迟角角 : :在排气行程接近终了，活塞越过上止点在排气行程接近终了，活塞越过上止点后，排气门才关闭。从

15、上止点到排气门关闭所对应的曲后，排气门才关闭。从上止点到排气门关闭所对应的曲轴转角称为排气迟后角。轴转角称为排气迟后角。目的：目的：由于活塞到达上止点时，气缸内的残余废气压力继续高于由于活塞到达上止点时，气缸内的残余废气压力继续高于大气压力，加之排气时气流有一定的惯性，仍可能利用气流惯性大气压力，加之排气时气流有一定的惯性，仍可能利用气流惯性和压力差把废气排放得较充分。和压力差把废气排放得较充分。配气相位演示配气相位演示气门重叠气门重叠气门重叠：当进气门早开和排气门晚关时，出现气门重叠：当进气门早开和排气门晚关时，出现的进排气门同时开启的现象。的进排气门同时开启的现象。气门重叠角：气门同时开启

16、的角度（气门重叠角：气门同时开启的角度（ + + ）。）。排气过程排气过程进气过程进气过程v1 1、进气持续角为、进气持续角为180180+ + +。v2 2、排气持续角为、排气持续角为180180+ + + + 。v3 3、气门重叠角为、气门重叠角为+ + 。丰田的VVT-i技术，其工作原理为：该系统由该系统由ECUECU协调控制，发动机各部位的，发动机各部位的传协调控制，发动机各部位的，发动机各部位的传感器实时向感器实时向ECUECU报告运转情况。由于在报告运转情况。由于在ECUECU中储存有气门最佳正中储存有气门最佳正时参数，所以时参数，所以ECUECU会随时对正时机构进行调整，从而改变

17、气门会随时对正时机构进行调整，从而改变气门的开启和关闭时间，或提前、或滞后、或保持不变的开启和关闭时间，或提前、或滞后、或保持不变，VVT系统就是通过在凸轮轴的传动端加装一套液力构系统就是通过在凸轮轴的传动端加装一套液力构，从而实现凸轮轴在一定范围内的角度调节，也就相当于对从而实现凸轮轴在一定范围内的角度调节，也就相当于对气门的开启和关闭时刻进行了调整气门的开启和关闭时刻进行了调整v本田可变气门升程本田可变气门升程i-VTECi-VTEC一、什么叫VTEC？2.VTEC装备在装备在本田本田汽车汽车上，上，在当今汽车技术中处于领先地位。在当今汽车技术中处于领先地位。3.VTEC的特点：的特点：l

18、低速时低速时：省油，尾气排放环保。l高速时高速时：动力强劲。v 本田汽车公司在本田汽车公司在19891989年推出了自行研制的年推出了自行研制的“可变气可变气门配气相位和气门升程电子控制系统门配气相位和气门升程电子控制系统”，英文全称，英文全称“Variable Valve Timing and Valve Life Variable Valve Timing and Valve Life Electronic Control System”Electronic Control System”，缩写就是，缩写就是“VTEC”VTEC”。v 是世界上第一个能同时控是世界上第一个能同时控制气门开闭

19、时间及升程制气门开闭时间及升程等等两种不同情况的气门控制系统。与普通发动机相比，两种不同情况的气门控制系统。与普通发动机相比，VIECVIEC发动机同样是每缸发动机同样是每缸4 4气门（气门（2 2进进2 2排）、凸轮轴排）、凸轮轴和摇臂等，不同的是凸轮与摇臂的数目及控制方法。和摇臂等，不同的是凸轮与摇臂的数目及控制方法。 VTECVTEC的构造。的构造。大家思考：此构造与我们以前所大家思考：此构造与我们以前所学的配气机构有哪些不同之处？学的配气机构有哪些不同之处？v 当发动机在中、低转速时，三根摇臂处于分离状态，普当发动机在中、低转速时，三根摇臂处于分离状态，普通凸轮推动通凸轮推动主摇臂和副

20、摇臂来控制两个进气门的开闭主摇臂和副摇臂来控制两个进气门的开闭，气，气门升量较小。此时虽然中间凸轮也推动中间摇臂，但由于门升量较小。此时虽然中间凸轮也推动中间摇臂，但由于摇臂之间是分离的，所以两边的摇臂不受它控制，也不会摇臂之间是分离的，所以两边的摇臂不受它控制，也不会影响气门的开闭状态。影响气门的开闭状态。 v 发动机达到某一个设定的转速时，电脑即会指令电磁阀启发动机达到某一个设定的转速时，电脑即会指令电磁阀启动液压系统，推动摇臂内的小活塞，使三根摇臂锁成一体，动液压系统，推动摇臂内的小活塞，使三根摇臂锁成一体，一起由高角度凸轮驱动，这时气门的升程和开启时间都相一起由高角度凸轮驱动，这时气门

21、的升程和开启时间都相应的增大了，使得单位时间内的进气量更大，发动机动力应的增大了，使得单位时间内的进气量更大，发动机动力也更强也更强。v 当发动机转速降到某一转速时，摇臂内的液压也随之降低，当发动机转速降到某一转速时，摇臂内的液压也随之降低，活塞在回位弹簧作用下退回原位，三根摇臂分开。活塞在回位弹簧作用下退回原位，三根摇臂分开。气门组实物图气门组实物图第三节第三节 配气机构的零件和组件配气机构的零件和组件气门组的组成气门组的组成 valveSprings Keepers RetainersSeals 一、气门（一、气门（valve）功用：功用：燃烧室的组成部分，是气体进、出燃烧室通道的开燃烧室

22、的组成部分，是气体进、出燃烧室通道的开关，承受冲击力、高温冲击、高速气流冲击。关，承受冲击力、高温冲击、高速气流冲击。进气门：进气门：合金钢合金钢排气门：耐热合金钢（硅排气门：耐热合金钢（硅铬钢、奥氏体钢）铬钢、奥氏体钢）头部头部杆部杆部工作条件：工作条件：A A、进气门、进气门300-400300-400，排气门，排气门7 700-00-9 90000 ；B B、头部承受气体压力、气门弹簧力等；、头部承受气体压力、气门弹簧力等；C C、冷却和润滑条件差；、冷却和润滑条件差；D D、被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。、被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。性能：性能：强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐

23、磨强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨气门头部的结构形式气门头部的结构形式气门锥角气门锥角气门锥角：气门锥角：气门密封锥面的锥角，一般做成气门密封锥面的锥角，一般做成4545O O 锥角作用：锥角作用：A A、获得较大的气门座合压力，提高密封性和、获得较大的气门座合压力，提高密封性和导热性。导热性。B B、气门落座时有较好的对中、定位作用。、气门落座时有较好的对中、定位作用。C C、避免气流拐弯过大而降低流速。、避免气流拐弯过大而降低流速。装配前应装配前应将密封锥将密封锥面研磨。面研磨。边缘应保持一边缘应保持一定的厚度，定的厚度，1-1-3mm3mm。气门杆气门杆较高的加工精度，表较高的加工精度，

24、表面经过热处理和磨光，面经过热处理和磨光，保证同气门导管的配保证同气门导管的配合精度和耐磨性合精度和耐磨性气门杆尾部：气门杆尾部：环形槽、锁销孔环形槽、锁销孔凹槽凹槽易断裂处易断裂处气门杆气门杆尾部的尾部的结构取结构取决于气决于气门弹簧门弹簧座的固座的固定方式定方式2 2、气门导管、气门导管作用：作用：为气门的运动导为气门的运动导向，保证气门直线运动向，保证气门直线运动兼起导热作用。兼起导热作用。工作条件：工作条件：工作温度较工作温度较高，润滑困难，易磨损。高，润滑困难，易磨损。材料：材料：用含石墨较多的用含石墨较多的铸铁，能提高自润滑作铸铁，能提高自润滑作用。用。加工方法：外表面加工加工方法

25、：外表面加工精度较高精度较高, ,内表面精绞内表面精绞装配：装配：气门杆与气门气门杆与气门导导管管间隙间隙0.050.050.12mm0.12mm。气门气门导管导管3、气门座、气门座气门座：气门座：气缸盖的进、排气道与气门锥气缸盖的进、排气道与气门锥面相结合的部位。面相结合的部位。作用：作用：靠其内锥面与气门锥面的紧密靠其内锥面与气门锥面的紧密贴合密封气缸。贴合密封气缸。 接受气门传来的热量。接受气门传来的热量。气门座气门座4 4、气门弹簧、气门弹簧气门弹簧气门弹簧功用：保证气门的回位。功用：保证气门的回位。材料：高锰碳钢、铬钒钢材料：高锰碳钢、铬钒钢气门弹簧的装配气门弹簧的装配气门弹簧气门弹

26、簧气门弹簧座气门弹簧座锁片锁片气门弹簧气门弹簧圆柱形螺旋弹簧圆柱形螺旋弹簧圆柱等螺距弹簧圆柱等螺距弹簧随着有效圈数的减随着有效圈数的减少，自然频率提高。少，自然频率提高。双弹簧布置双弹簧布置旋向相反旋向相反的两个弹的两个弹簧，防止簧，防止断裂的弹断裂的弹簧卡入另簧卡入另一弹簧一弹簧作用：作用：1 1、防止共振、防止共振2 2、当一根弹簧折、当一根弹簧折断折断时，另一断折断时，另一根仍可继续工作根仍可继续工作3 3、降低了气门弹、降低了气门弹簧的整体高度簧的整体高度凸轮轴凸轮轴（凸轮轴凸轮轴）正时齿轮正时齿轮二二 气门传动组气门传动组1 1、组成、组成: :如图所示如图所示2 2、功用：、功用：

27、使进、排气门能按配气定时规定的时刻开闭，且保证使进、排气门能按配气定时规定的时刻开闭，且保证有足够的开度。有足够的开度。挺柱挺柱推杆推杆摇臂摇臂摇臂轴摇臂轴一、凸轮轴一、凸轮轴作用：作用： 驱动和控制各缸气门的开启和关闭，使其符合发动机的驱动和控制各缸气门的开启和关闭，使其符合发动机的工作顺序、配气相位和气门开度的变化规律等要求。工作顺序、配气相位和气门开度的变化规律等要求。 工作条件：工作条件： 承受气门间歇性开启的冲击载荷。承受气门间歇性开启的冲击载荷。 要求足够的韧性要求足够的韧性和刚度、及耐磨性和刚度、及耐磨性材料：材料： 优质钢、合金铸铁、球墨铸铁优质钢、合金铸铁、球墨铸铁 结构：结

28、构：轴颈轴颈斜齿轮斜齿轮凸轮凸轮偏心轮偏心轮正时齿轮正时齿轮斜齿轮：斜齿轮：驱动分电器、驱动分电器、（机油泵）（机油泵）偏心轮：偏心轮：驱动汽油泵驱动汽油泵凸轮凸轮工作条件：工作条件： 承受气门弹簧的张力，间歇性的冲承受气门弹簧的张力，间歇性的冲击载荷。击载荷。凸轮性能：凸轮性能： 表面有良好的耐磨性，足够的刚度。表面有良好的耐磨性，足够的刚度。凸轮与挺柱线接触，凸轮与挺柱线接触，接触压力大，磨损接触压力大，磨损快。快。凸轮的轮廓凸轮的轮廓凸轮轮廓与气门的运动规律凸轮轮廓与气门的运动规律气门开启点气门开启点消除气门消除气门间隙阶段间隙阶段气门升程最大时刻气门升程最大时刻气门关闭点气门关闭点出现

29、气门出现气门间隙阶段间隙阶段缓冲结束点缓冲结束点同名凸轮的相对角位置同名凸轮的相对角位置 同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置是与相同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置是与相应的应的配气配气定时定时相对应的。相对应的。四缸发动机凸轮投影四缸发动机凸轮投影点火顺序：点火顺序：1243同名凸轮的相对角位置同名凸轮的相对角位置凸轮轴的传动凸轮轴的传动A A、齿轮传动：应用在下置凸轮轴发动机。采用斜齿齿轮。、齿轮传动：应用在下置凸轮轴发动机。采用斜齿齿轮。正时标正时标记对准记对准：保证正保证正确的配确的配气相位气相位和点火和点火时刻时刻链条和齿形皮链条和齿形皮带传动：带传动：齿形皮带传动齿形皮带传动噪声小，用于噪声小，用于中置式或顶置中置式或顶置式凸轮轴发动式凸轮轴发动机。机。曲轴正时曲轴正时齿形带轮齿形带轮中间轴齿中间轴齿形带轮形带轮张紧轮张紧轮凸轮轴正时凸轮轴正时齿形带轮齿形带轮凸轮轴的轴向定位：凸轮轴的轴向定位：作用：为了防止凸轮轴在工作中产生轴向窜动和承受作用：为了防止凸轮轴在工作中产生轴向窜动和承受斜齿轮产生的轴向力。斜齿轮产生的轴向力。正时齿轮正时齿轮止推板止推板隔圈（调节环）隔圈（调节环）凸轮轴颈凸轮轴颈凸轮轴的凸轮轴的轴向间隙轴向间隙气缸体气缸体利用调节环控制轴向