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1、2022-3-201第三章 配气机构配气机构2022-3-202第3章 配气机构l概述概述 l配气机构的构造配气机构的构造l气门间隙气门间隙 l配气相位配气相位 l配气机构的组成和零件配气机构的组成和零件2022-3-203配气机构的功用配气机构的功用l功用：按发动机所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭进、排气门，使新鲜的可燃混合气得以及时进入气缸，废气得以及时排出气缸。l新鲜的可燃混合气进入气缸的愈多，发动机可能发出的功率就愈大。由于进气阻力，残余废气以及温度升高等因素，进入气缸内新鲜气体的体积，如果换算到进气口处状态的话，将小于气缸的工作容积。l 2022-3-204充气效率充

2、气效率0 Tp, T, pmmc质量下充满工作容积的新气在每循环实际进气质量气缸的工作容积下的每循环进气体积换算到播放2022-3-205配气机构的布置及传动配气机构的布置及传动l配气机构组成：气门组和气门传动机构l配气机构可以从不同的角度分类：按气门的布置形式：主要有气门顶置式和气门侧置式；按凸轮轴的布置位置：有凸轮轴下置、凸轮轴中置和凸轮轴下置式；按凸轮轴的数目：有单凸轮轴和双凸轮轴式；按同一个凸轮所驱动摇臂数目：有驱动单摇臂和驱动两个摇臂式；按凸轮轴的传动方式：有齿轮传动和链条传动以及齿形带传动方式；按每气缸的气门数目，有二气门、三气门式、四气门、五气门式等。 2022-3-206气门的

3、布置形式气门的布置形式l 四行程汽油机的气门有气门顶置和气门侧置两种形式。2022-3-2072022-3-208凸轮轴顶置凸轮轴顶置l 凸轮轴布置在气缸盖上，这样布置使气门的传动更轻便灵活、功率响应迅速，特别适用于高速发动机。l气门传动零件少，质量小，不仅减小了气门传动机构的惯性力，而且弯曲变形的零件数也减少了。l凸轮轴与曲轴距离长，动力传动机构复杂。2022-3-2091、凸轮轴下置 有利因素：简化曲轴与凸轮轴之间的传动装置（齿轮传动），有利于发动机的布置。 不利因素是什么？不利因素是什么？凸轮轴与气门相凸轮轴与气门相距较远，动力传距较远，动力传递路线较长，环递路线较长，环节多，因此不适节

4、多，因此不适用于高速发动机。用于高速发动机。 2022-3-20102、凸轮轴中置式、凸轮轴中置式传动方式：凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，省去了推杆。 应 用：适用于发动机转速较高时，可以减少气门传动机构的往复运动质量。凸轮轴凸轮轴挺柱挺柱活塞活塞摇臂摇臂调整螺钉调整螺钉2022-3-20113、凸轮轴上置式、凸轮轴上置式应用：高速发动机 如：桑塔纳轿车发动机凸轮轴凸轮轴活塞特点：特点： 凸轮轴与气门凸轮轴与气门距离近，不需要推杆、距离近，不需要推杆、挺柱，使往复运动的挺柱，使往复运动的惯量减少。惯量减少。双凸轮轴上置式发动机2022-3-2012 2022-3-2013凸轮轴的传动方式凸轮轴的

5、传动方式l气门的运动必须同活塞的位置相匹配，凸轮轴传动机构的作用是使凸轮轴和气门按活塞的位置正常工作，为此，凸轮轴的转速应是曲轴转速的一半，所以传动机构应有减速功能。其传动比为2：1。l1齿轮传动l2链传动l3同步带传动l播放2022-3-2014传动方式图例传动方式图例2022-3-2015链传动的机械自动张紧机构链传动的机械自动张紧机构l图示为重型链传动双棘爪式链条自动张紧机构。l张紧器包括凸缘安装块1，其突出部分为矩形截面；圆柱形的滑动块2上开有一个狭长的矩形中心槽与凸缘安装块1相配合。滑动块2的外圆柱面与链轮的内圆面配合并支撑链轮，其中预紧弹簧12安装在凸缘安装块1矩形截面一端的孔内。

6、因此，预紧弹簧12推动滑动块2和链轮6紧紧地压靠在链条上，保证其张紧状态。2022-3-2016链传动的液压自动张紧机构链传动的液压自动张紧机构l张紧器是由拧进气缸盖中的柱塞套7、支承单向阀3的盖螺母1、推力柱塞6、预紧弹簧4及溢流阀8等组成。预紧弹簧4对柱塞6施加的轴向推力迫使它将张紧滑轨10轻压到滚子链11上。l当发动机运行时，来自发动机润滑系统的机油从气缸盖的油道、张紧器的柱塞套和盖螺母1并通过单向阀3进入柱塞腔。柱塞套7内建立的初始机油压力迫使柱塞6向右移动，引起张紧滑轨10摆动，使链条张紧。2022-3-2017同步齿形带传动的张紧机构同步齿形带传动的张紧机构l通过弹簧给枢轴板1加上

7、恒定的转矩，使调整枢轴板1把张紧轮压向齿带的光面，使齿带张紧并具有正确的张紧力。l产生枢轴摆动的弹簧力可由不同类型的弹簧获得：压缩弹簧2(图3-11a)；张紧弹簧14(图3-11b)；扭簧9(图3-11c)。l图3-11d为偏心轴套调整式张紧器。这时同步齿形带8的张紧是利用偏心轴套11进行的。l图3-12为弹簧加载的滑板式带传动的张紧机构。图3-12a所示的张紧器，其张紧轮4通过一个轴承支柱2安装在滑动板3上。同步齿形带5的张紧是通过松开紧固在狭长调整孔中的螺栓或螺母使预紧的压缩弹簧6伸张，直至以预定的力把张紧轮推向同步齿形带5的光面，然后再次拧紧锁紧螺母，以使滑动板3维持在其调整好的位置上。

8、另一种同步齿形带5的张紧轮有一个凸轮8在调整之前释放同步齿形带上的张力，以便它可轻松地滑落或推向带槽的张紧轮而不破坏同步齿形带5的纤维结构。2022-3-20182022-3-20192022-3-2020常用气门顶置配气机构的类型常用气门顶置配气机构的类型l气门顶置，下置凸轮轴（OHV）l气门顶置，上置凸轮轴（OHC）l气门顶置，双摇臂，上置凸轮轴（OHV/OHC）l气门顶置，上置双凸轮轴（OHV/DOHC）单顶置凸轮轴(SOHC)Single over head camshaft 双顶置凸轮轴(DOHC) Dual Over Head Camshaft 2022-3-2021三气门的排列方

9、式及气门的传动三气门的排列方式及气门的传动l排列方式一般是同名气门排成一列，采用单顶置凸轮轴时两个进气门用一个叉形摇臂来驱动，采用双顶置凸轮轴时，由凸轮通过挺柱或下置摇臂直接驱动气门。2022-3-2022四气门的排列方式及气门的传动四气门的排列方式及气门的传动l两种排列方式：一种是四个气门呈辐射状排列；另一种是同名气门轴线互相平行并与气缸轴线成一定夹角。2022-3-2023气门间隙气门间隙l气门工作温度很高，气门及其传动件因温度升高而膨胀。l发动机在冷态装配时，在气门与其传动机构中留有适当的间隙，以补偿气门及其传动件受热后的膨胀伸长量，使气门在工作状态下受热伸长后，还能与气门座贴紧，保证具

10、有良好的密封。l气门间隙的大小一般由发动机制造厂根据试验确定。一般在冷态时，进气门的间隙为0.25-0.3mm，排气门的间隙为0.3-0.35mm。l使用一定时间后气门传动机构会有一定的磨损，磨损后气门间隙必然增大，在气门摇臂的一端装有气门间隙调整螺钉，以便根据需要重新进行调整。气门间隙2022-3-2024配气相位配气相位l进、排气门实际开启时刻到关闭时刻，相对于曲拐所转过的角度称为配气相位。通常用曲轴转角的环形图来表示，这种图形称为配气相位图。配气相位图是表示曲轴旋720气门的工作过程，为了简化起见把它画在一个图形中(360)。配气相位角2022-3-20251、用曲轴转角表示的进、排气门

11、的实际开闭时刻和开启的持续时间 ，称为配气相位。1030 4080 4080 1030 上止点下止点2022-3-2026配气相位角配气相位角l进气过程持续时间l排气过程持续时间l进气门提前开启的目的，是为了保证进气行程开始时进气门己开大，新鲜气体能顺利地充入气缸。进气门晚关的目的，在压缩行程开始阶段，活塞上移速度较慢的情况下，仍可以利用气流惯性和压力差继续进气。l排气提前开启的原因是：作功行程末期，气体虽有0.3-0.4MPa的压力，但作用不大。排气门迟关的原因是：利用排气时气流的惯性，可以便废气排放得较干净。180相应于曲轴转角：180相应于曲轴转角：2022-3-2027气门重叠角气门重

12、叠角l活塞在排气上止点时进气门已经开大，而排气门还未有关闭，这就是说活塞在排气上止点附近的一定转角范围内，排气门和进气门都同时开启，这种现象称为气门重叠，气门重叠时的曲轴转角称为气门重叠角。l由于在排气过程中，废气都向排气口流动，排气流有一定的惯性，在短时间内不会改变流向，使进气门周围产生一定的真空度，且此时进、排气门开启得都很小，因此只要气门重叠角选择得合适，就不会有废气流入进气管或新鲜可燃气被排出的现象，这对于换气是有利的。l气门重叠角的大小发动机转速有关，高速发动机大一些，低速发动机则小一些。但应注意，如果气门重叠角选择过大，发动机在小负荷运转时，节气门开启很小，进气管内压力很低时，就可

13、能出现废气倒流进气管，致使新鲜可燃气进入量减少。2022-3-2028气门组气门组l气门组包括气门、气门导管，气门座及气门弹簧等零件。气门组应保证气能实现气缸的密封。l气门：头部与气门座之间必须贴合严密；l气门导管：保证气门上下运动灵活且有良好的导向作用；l气门座：保证气门头部正确贴合在气门座上不偏斜；l气门弹簧的弹力应足以克服气门及其传动件的运动惯性力，使气门能迅速关闭并保证气门与气门座有一定的接触应力。2022-3-2029气门组实物图气门组实物图2022-3-20301）气门）气门功用：功用： 燃烧室的组成部分，是气体进、燃烧室的组成部分，是气体进、出燃烧室通道的开关，承受冲击力、出燃烧

14、室通道的开关，承受冲击力、高温冲击、高速气流冲击。高温冲击、高速气流冲击。 工作条件：工作条件： A、进气门进气门600K700K，排气门排气门800K1100K。 B、头部承受气体压力、气门弹簧力、头部承受气体压力、气门弹簧力、传动惯性力等，传动惯性力等， C、冷却和润滑条件差，冷却和润滑条件差， D、被气缸中燃烧生成物中的物质所被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。腐蚀。 性能：性能： 强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨进气门进气门570K670K（铬钢铬钢或铬镍钢）或铬镍钢） 排气门排气门1050K1200K（硅铬钢）硅铬钢）头部头部杆部杆部2022-3-203

15、1气门头部的结构形式气门头部的结构形式平顶式平顶式结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也较小，进、结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也较小，进、排气门都可采用。排气门都可采用。凸顶式凸顶式（球面顶）（球面顶）适用于排气门，因为其强度高，排气阻力小，废气的清适用于排气门，因为其强度高，排气阻力小，废气的清除效果好，但球形的受热面积大，质量和惯性力大，加除效果好，但球形的受热面积大，质量和惯性力大，加工较复杂。工较复杂。 凹顶式凹顶式（喇叭顶）（喇叭顶）凹顶头部与杆部的过渡部分具有一定的流线形，可以减凹顶头部与杆部的过渡部分具有一定的流线形，可以减少进气阻力，但其顶部受热面积大，故适用于进气门，

16、少进气阻力，但其顶部受热面积大，故适用于进气门，而不宜用于排气门。而不宜用于排气门。 2022-3-2032气门弹簧气门弹簧l功用：克服气门及其传动机构在工作过程中的运动惯性力，保证气门能随配气凸轮的转动及时开启和关闭，关闭后能与气门座紧密贴合。为此，气门弹簧应具有一定的刚度和安装预紧力。l材料：采用高锰钢(65Mn)、铬钒钢(50CrVA)等冷拔钢丝，加工成弹簧后需进行热处理。钢丝表面要进行抛光或喷丸处理，借以提高耐疲劳强度，增强弹簧的工作可靠性。l共振：采用变螺距圆柱螺旋弹簧同一个气门采用同心安装的内外两根弹簧。 锥形弹簧2022-3-2033气门导管作用：作用： 为气门的运动导向，保证气

17、门直线运为气门的运动导向，保证气门直线运动兼起导热作用。动兼起导热作用。 工作条件：工作条件： 工作温度较高，约工作温度较高，约500K。润滑困难，润滑困难，易磨损。易磨损。 材料：材料： 用含石墨较多的合金铸铁或粉末冶金用含石墨较多的合金铸铁或粉末冶金材料，能提高自润滑作用。材料，能提高自润滑作用。 加工方法：加工方法： 外表面加工精度较高外表面加工精度较高 ，内表面精绞，内表面精绞 装配：装配： 气门杆与气门导管间隙气门杆与气门导管间隙0.050.12mm。 气门导管气门导管气缸盖气缸盖过盈配合过盈配合卡环：防止卡环：防止气门导管在气门导管在使用中脱落。使用中脱落。倒角倒角伸入深度应适量。

18、伸入深度应适量。锥度可减少气流锥度可减少气流阻力。阻力。2022-3-2034弹簧结构弹簧结构锥形弹簧2022-3-2035气门旋转气门旋转l为了改善气门和气门座密封面的工作条件，可设法使气门在工作中能相对气门座缓慢旋转、这样可使气门头沿圆周温度均勿，减小气门头部热变形。l气门自由旋转机构的气门锁片并不直接与弹簧座接触，而是装在一个锥形套筒中。l气门强制旋转机构：气门升起时，不断增大的气门弹簧力将碟形弹簧压平而迫使钢球沿着凹槽的斜面该动，带着碟形弹簧、支承、气门弹簧和气门一起转过一个角度播放2022-3-2036气门驱动组1、组成：、组成：凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂。凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂。2

19、、功用：定时驱动气门开闭，并保证气门有足够的开度和适、功用：定时驱动气门开闭，并保证气门有足够的开度和适当的气门间隙。当的气门间隙。凸轮凸轮挺柱挺柱推杆推杆摇臂摇臂凸轮轴正凸轮轴正时齿轮时齿轮摇臂轴摇臂轴2022-3-2037凸轮轴凸轮轴l凸轮轴的作用：按发动机一定的工作次序和配气相位及时开、闭进排气门，保证气门升程，驱动机油泵、断电器等附件。l凸轮轴驱动气门间歇开启，受到周期性的冲击负荷，凸轮与其从动件接触应力大，相对滑动速度高；因此要求凸轮表面耐磨，凸轮轴有足够的刚度和韧性，凸轮和轴颈耐磨和良好润滑。l凸轮轴一般用优质合金钢(如铬钼合金钢)经模锻制成，也可以采用合金铸铁或球墨铸铁铸造，凸轮

20、和轴颈表面一般要经热处理后精磨，以改善其耐磨性能，并保证气门的升程特性正确。l凸轮轴结构支承轴颈：全支承、部分支承凸轮驱动其它装置的凸轮、齿轮轴颈凸轮2022-3-2038凸轮工作条件：承受气门弹簧的张力，间工作条件：承受气门弹簧的张力，间歇性的冲击载荷。歇性的冲击载荷。 凸轮性能：表面有良好的耐磨性，足凸轮性能：表面有良好的耐磨性，足够的刚度、韧性。够的刚度、韧性。 凸轮与挺柱线接凸轮与挺柱线接触，接触压力大，触，接触压力大，磨损快。磨损快。2022-3-2039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应的配气相位相对同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置是与相应的配气相位相对应的。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： 12432022-3-2040凸轮的轮廓凸轮轮廓应保证气门的运动规律符合配气相位的要求凸轮轮廓应保证气门的运动规律符合配气相位的要求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气门出现气门间隙阶段间隙阶段缓冲结束点缓冲结束点2022-3-2041凸轮轴的轴向定位：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