单元3 配气机构(1)

1、汽车发动机构造与维修汽车发动机构造与维修单元单元3 配气机构配气机构3.1 概述概述3.2 气门组气门组3.3 气门传动组气门传动组3.4 配气正时及可变配气正时机构配气正时及可变配气正时机构 知识目标：知识目标：1.了解配气机构中各部件的定义和种类；了解配气机构中各部件的定义和种类；2.掌握配气机构中各部件的功用、配气正时的定义及掌握配气机构中各部件的功用、配气正时的定义及配气正时图；配气正时图；3.了解可变配气正时的原理及可变配气正时机构。了解可变配气正时的原理及可变配气正时机构。 能力目标：能力目标：1.掌握配气机构各部件的组成及相对位置；掌握配气机构各部件的组成及相对位置；2.掌握配气

2、机构各部件的构造及结构特点。掌握配气机构各部件的构造及结构特点。 建议学时：建议学时：10学时学时3.1 概述概述 l配气机构的功用是按照发动机每一汽缸所进行配气机构的功用是按照发动机每一汽缸所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开起和关的工作循环和发火次序的要求，定时开起和关闭进、排气门，使新鲜可燃混合气（汽油机）闭进、排气门，使新鲜可燃混合气（汽油机）或空气（柴油机）得以及时进入汽缸，废气得或空气（柴油机）得以及时进入汽缸，废气得以及时从汽缸排出。以及时从汽缸排出。充气效率充气效率对配气机构的要求对配气机构的要求l进气充分进气充分l排气干净排气干净l运动部件质量小刚度大运动部件质量小刚度大

3、配气机构的组成配气机构的组成 配气机构配气机构气门式配气机构由气门组和气门式配气机构由气门组和气门传动组两部分组成，气门传动组两部分组成，每组的零件组成则与气门每组的零件组成则与气门的位置、凸轮轴的位置和的位置、凸轮轴的位置和气门驱动形式等有关。现气门驱动形式等有关。现代汽车发动机均采用顶置代汽车发动机均采用顶置气门，即进、排气门置于气门，即进、排气门置于气缸盖内，倒挂在气缸顶气缸盖内，倒挂在气缸顶上。上。 配气机构分类配气机构分类_按凸轮轴位置分按凸轮轴位置分凸轮轴的位置有下置式、中置式和上置式3种。凸轮轴下置式配气机构凸轮轴下置式配气机构 凸轮轴中置式配气机构凸轮轴中置式配气机构 凸轮轴上

4、置式配气机构凸轮轴上置式配气机构 气门驱动形式有摇臂驱动、摆臂气门驱动形式有摇臂驱动、摆臂驱动和直接驱动三种类型。驱动和直接驱动三种类型。 摇臂驱动、单凸轮轴上置式配摇臂驱动、单凸轮轴上置式配气机构气机构 凸轮轴推动液力挺柱，液力挺柱推动摇臂，摇臂再驱动气门；或凸轮轴直接驱动摇臂，摇臂驱动气门。摆臂驱动、凸轮轴上置式配气摆臂驱动、凸轮轴上置式配气机构机构 由于摆臂驱动气由于摆臂驱动气门的配气机构门的配气机构比摇臂驱动式比摇臂驱动式刚度更好，更刚度更好，更有利于高速发有利于高速发动机，因此在动机，因此在轿车发动机上轿车发动机上的应用比较广的应用比较广泛。泛。 直接驱动、凸轮轴上置式配气直接驱动、

5、凸轮轴上置式配气机构机构 在这种形式的配气机构中，凸轮通过吊杯形机械挺柱驱动气门；在这种形式的配气机构中，凸轮通过吊杯形机械挺柱驱动气门；或通过吊杯形液力挺柱驱动气门。与上述各种形式的配气机或通过吊杯形液力挺柱驱动气门。与上述各种形式的配气机构相比，直接驱动式配气机构的刚度最大，驱动气门的能量构相比，直接驱动式配气机构的刚度最大，驱动气门的能量损失最小。因此，在高度强化的轿车发动机上得到广泛的应损失最小。因此，在高度强化的轿车发动机上得到广泛的应用。用。 3.2 气门组气门组3.2.1 气门应具备的条件气门应具备的条件3.2.2 气门气门3.2.3 气门座气门座3.2.4 气门导管气门导管3.

6、2.5 气门弹簧、气门锁夹气门弹簧、气门锁夹与气门油封与气门油封气门组组成气门组组成对气门组的要求对气门组的要求3.2.1 气门应具备的条件气门应具备的条件（1）具有耐热性及良好导热性。）具有耐热性及良好导热性。（2）在高温下不会发生氧化熔蚀。）在高温下不会发生氧化熔蚀。（3）在高温下仍能保持其硬度与强度，耐冲击。）在高温下仍能保持其硬度与强度，耐冲击。（4）具有良好的耐磨性。）具有良好的耐磨性。3.2.2 气门气门（1）现代发动机所使用气门的结构及各部）现代发动机所使用气门的结构及各部名称。名称。（2）气门的结构要求。）气门的结构要求。（3）通常进气门的头部外径比排气门大，）通常进气门的头部

7、外径比排气门大，以利进气。以利进气。气门材料气门材料 进气门一般用中碳合金钢制造，如铬钢、铬钼钢和镍铬钢等。排气门则采用耐热合金钢制造，如硅铬钢、硅铬钼钢、硅铬锰钢等。气门构造气门构造 汽车发动机的进、排气门均为菌形气门，由气门汽车发动机的进、排气门均为菌形气门，由气门头部和气门杆两部分构成。气门顶面有平顶、头部和气门杆两部分构成。气门顶面有平顶、凹顶和凸顶等形状。目前应用最多的是平顶气凹顶和凸顶等形状。目前应用最多的是平顶气门，其结构简单，制造方便，受热面积小，进、门，其结构简单，制造方便，受热面积小，进、排气门都可采用。排气门都可采用。 气门构造气门构造气门锥角气门锥角气门与气门座或气门座

8、圈之间靠锥面密封。气门锥面与气门顶面之间的夹角称为气门锥角。进、排气门的气门锥角一般均为45，只有少数发动机的进气门锥角为30。上气门弹簧座的固定方式上气门弹簧座的固定方式气门尾端形状气门尾端形状充钠排气门充钠排气门每缸气门数每缸气门数 一般发动机每个气缸有两个气门，即一个进气门和一般发动机每个气缸有两个气门，即一个进气门和一个排气门。进气门头部直径比排气门大一个排气门。进气门头部直径比排气门大1530，目的是增大进气门通过断面面积，减小进，目的是增大进气门通过断面面积，减小进气阻力，增加进气量。凡是进气门和排气门数量气阻力，增加进气量。凡是进气门和排气门数量相同时，进气门头部直径总比排气门大

9、。每缸两相同时，进气门头部直径总比排气门大。每缸两气门的发动机又称两气门发动机。现代高性能汽气门的发动机又称两气门发动机。现代高性能汽车发动机普遍采用每缸三、四、五个气门，其中车发动机普遍采用每缸三、四、五个气门，其中尤以四气门发动机为数最多。尤以四气门发动机为数最多。 四气门发动机每缸两个进气门，两个排气门。其突四气门发动机每缸两个进气门，两个排气门。其突出的优点是气门通过断面积大，进、排气充分，出的优点是气门通过断面积大，进、排气充分，进气量增加，发动机的转矩和功率提高。其次是进气量增加，发动机的转矩和功率提高。其次是每缸四个气门，每个气门的头部直径较小，每个每缸四个气门，每个气门的头部直

10、径较小，每个气门的质量减轻，运动惯性力减小，有利于提高气门的质量减轻，运动惯性力减小，有利于提高发动机转速。最后，四气门发动机多采用篷形燃发动机转速。最后，四气门发动机多采用篷形燃烧室，火花塞布置在燃烧室中央，有利于燃烧。烧室，火花塞布置在燃烧室中央，有利于燃烧。 气门的结构气门的结构3.2.3 气门座气门座1.概述概述2.气门座宽度气门座宽度3.气门座角度气门座角度1.概述概述l气门座与气门配合用以密封，铸铁汽缸盖在铸气门座与气门配合用以密封，铸铁汽缸盖在铸造时直接制成气门座；铝合金汽缸盖，则须另造时直接制成气门座；铝合金汽缸盖，则须另外镶入钨铬钢等耐磨材料制成的气门座。外镶入钨铬钢等耐磨材

11、料制成的气门座。气缸盖上与气门锥面相贴合的部位称气门座。气门座的温度很高，又承受频率极高的冲击载荷，容易磨损。因此，铝气缸盖和大多数铸铁气缸盖均镶嵌由合金铸铁或粉末冶金或奥氏体钢制成的气门座圈。在气缸盖上镶嵌气门座圈可以延长气缸盖的使用寿命。也有一些铸铁气缸盖不镶气门座圈，直接在气缸盖上加工出气门座。2.气门座宽度气门座宽度l气门座应保持一定的宽度，使其与气门保气门座应保持一定的宽度，使其与气门保持良好的气密效果。持良好的气密效果。l一般进气门座宽度较小，约一般进气门座宽度较小，约1mm；排气门；排气门因温度较高，故排气门座宽度较大，约因温度较高，故排气门座宽度较大，约1.5mm，以利散热。以

12、利散热。3.气门座角度气门座角度l气门座角度，进、排气门座通常均为气门座角度，进、排气门座通常均为45 左右。左右。 气门锥面与气门座的配合气门锥面与气门座的配合3.2.4 气门导管气门导管（1）气门导管的目的，在于保持气门正确的直线）气门导管的目的，在于保持气门正确的直线运动。运动。（2）气门杆与气门导管间必须保持适当的间隙。）气门杆与气门导管间必须保持适当的间隙。（3）气门杆与气门导管的间隙大小。）气门杆与气门导管的间隙大小。 气门导管的安装位置气门导管的安装位置3.2.5 气门弹簧、气门锁夹与气门油封气门弹簧、气门锁夹与气门油封1.气门弹簧气门弹簧2.气门锁夹气门锁夹3.气门油封气门油封

13、1.气门弹簧气门弹簧l气门弹簧的作用，是使气门能紧密关闭。气门弹簧的作用，是使气门能紧密关闭。 螺距不等的气门弹簧螺距不等的气门弹簧2.气门锁夹气门锁夹l气门弹簧座与气门杆的固定，均使用气门锁夹，气门弹簧座与气门杆的固定，均使用气门锁夹，以锥体式使用最多。以锥体式使用最多。 锥体式气门锁夹锥体式气门锁夹3.气门油封气门油封l气门油封套在气门杆上或气门导管上方，只气门油封套在气门杆上或气门导管上方，只允许少量机油进入气门导管润滑。允许少量机油进入气门导管润滑。 气门油封的安装位置气门油封的安装位置3.3 气门传动组气门传动组3.3.1 概述概述3.3.2 凸轮轴凸轮轴3.3.3 正时机构正时机构

14、3.3.4 气门挺柱、气门推杆与气门挺柱、气门推杆与气门摇臂气门摇臂3.3.1 概述概述气门传动组作用气门传动组作用:使进、排气门能按配气相位规使进、排气门能按配气相位规定的时刻开闭。并保证有足够的开度。定的时刻开闭。并保证有足够的开度。（1）凸轮轴与正时机构，包括凸轮轴、链轮、）凸轮轴与正时机构，包括凸轮轴、链轮、轴承、链条、张紧轮等，用于轴承、链条、张紧轮等，用于OHV发动机发动机。（2）目前的）目前的OHC发动机发动机，很多采用正时皮带，很多采用正时皮带传动。传动。 OHV发动机凸轮轴及正时机构发动机凸轮轴及正时机构采用正时皮带的采用正时皮带的OHC发动机发动机3.3.2 凸轮轴凸轮轴（

15、1）凸轮轴由曲轴以正时链条或正时皮带带动，）凸轮轴由曲轴以正时链条或正时皮带带动，四冲程发动机其转速为曲轴的一半。四冲程发动机其转速为曲轴的一半。（2）OHV发动机凸轮轴装在汽缸体上，发动机凸轮轴装在汽缸体上，OHC发动机则装在汽缸盖上。发动机则装在汽缸盖上。（3）凸轮轴各凸轮的结构。）凸轮轴各凸轮的结构。凸轮轴工作条件及材料凸轮轴工作条件及材料 l凸轮轴承受周期性的冲击载荷。凸轮轴承受周期性的冲击载荷。l凸轮与挺柱之间的接触应力很凸轮与挺柱之间的接触应力很大，相对滑动速度也很高大，相对滑动速度也很高l因此，凸轮工作表面的磨损比因此，凸轮工作表面的磨损比较严重较严重 凸轮轴构造凸轮轴构造 四缸

16、四缸16气门气门SOHC发动机发动机的凸轮轴的凸轮轴同名凸轮轴相对位置同名凸轮轴相对位置 凸轮的构造凸轮的构造凸轮轴传动机构凸轮轴传动机构l齿轮式齿轮式l链条式链条式l齿形带式齿形带式凸轮轴传动机构凸轮轴传动机构 短链条式正时机构短链条式正时机构 长链条式正时机构长链条式正时机构 正时链条的型式正时链条的型式凸轮轴传动机构凸轮轴传动机构正时皮带式正时机构正时皮带式正时机构 正时皮带的结构正时皮带的结构l价格便宜价格便宜l不需润滑不需润滑l噪声小噪声小3.3.4 气门挺柱、气门推杆与气门摇臂气门挺柱、气门推杆与气门摇臂1.气门挺柱气门挺柱2.气门推杆气门推杆3.气门摇臂气门摇臂4.气门间隙气门间

17、隙 各种气门驱动方式各种气门驱动方式1.气门挺柱l气门挺柱为OHV发动机配气机构的零件之一，装在发动机体内，将凸轮轴的旋转运动变成直线运动，以驱动气门推杆。挺柱的功用挺柱的功用挺柱是凸轮的从动件，其功用是挺柱是凸轮的从动件，其功用是将来自凸轮的运动和作用力传将来自凸轮的运动和作用力传给推杆或气门，同时还承受凸给推杆或气门，同时还承受凸轮所施加的侧向力，并将其传轮所施加的侧向力，并将其传给机体或气缸盖。给机体或气缸盖。挺柱的材料及分类挺柱的材料及分类 制造挺柱的材料有碳钢、合金钢、制造挺柱的材料有碳钢、合金钢、镍铬合金铸铁和冷激合金铸铁等。镍铬合金铸铁和冷激合金铸铁等。挺柱可分为挺柱可分为机械挺

18、柱和液力挺柱机械挺柱和液力挺柱两两大类，每一类中又有平面挺柱和滚大类，每一类中又有平面挺柱和滚子挺柱等多种结构形式。子挺柱等多种结构形式。 机械挺柱机械挺柱 机械挺柱的结构结构简单，机械挺柱的结构结构简单，质量轻，在中、小型发动机质量轻，在中、小型发动机中应用比较广泛。挺柱上的中应用比较广泛。挺柱上的推杆球面支座的半径比推杆推杆球面支座的半径比推杆球头半径略大，以便在两者球头半径略大，以便在两者中间形成楔形油膜来润滑推中间形成楔形油膜来润滑推杆球头和挺柱上的球面支座。杆球头和挺柱上的球面支座。 液力挺柱液力挺柱 在配气机构中预留气门间隙将使发动机工作时配气机构产生撞击和噪声。为了消除这一弊端，

19、有些发动机尤其是轿车发动机采用液力挺柱，借以实现零气门间隙。气门及其传动件因温度升高而膨胀，或因磨损而缩短，都会由液力作用来自行调整或补偿。2.气门推杆l气门推杆也是OHV发动机配气机构的零件之一，由气门挺柱驱动，以带动气门摇臂。推杆推杆 推杆处于挺柱和摇臂之间，其功用是将挺柱传来的运动和作用力传给摇臂。在凸轮轴下置式的配气机构中，推杆是一个细长杆件，加上传递的力很大，所以极易弯曲。因此，要求推杆有较好的纵向稳定性和较大的刚度。推杆一般用冷拔无缝钢管制造，两端焊上球头和球座。也可以用中碳钢制成实心推杆，这时两端的球头或球座与推杆锻成一个整体。3.气门摇臂气门摇臂l气门摇臂常用于气门摇臂常用于O

20、HV及及OHC发动机发动机。l气门摇臂可改变运动方向，并具备杠杆作用，气门摇臂可改变运动方向，并具备杠杆作用，使气门的开启量比凸轮的行程大；另外气门摇使气门的开启量比凸轮的行程大；另外气门摇臂上有调整螺钉，可调整气门间隙。臂上有调整螺钉，可调整气门间隙。摇臂摇臂 摇臂的功用是将推杆和凸轮传来的运动和作用力，改摇臂的功用是将推杆和凸轮传来的运动和作用力，改变方向传给气门使其开启。摇臂在摆动过程中承受变方向传给气门使其开启。摇臂在摆动过程中承受很大的弯矩，因此应有足够的强度和刚度以及较小很大的弯矩，因此应有足够的强度和刚度以及较小的质量。摇臂由锻钢、可锻铸球、球墨铸铁或铝合的质量。摇臂由锻钢、可锻

21、铸球、球墨铸铁或铝合金制造。摇臂是一个双臂杠杆，以摇臂轴为支点，金制造。摇臂是一个双臂杠杆，以摇臂轴为支点，两臂不等长。短臂端加工有螺纹孔，用来拧入气门两臂不等长。短臂端加工有螺纹孔，用来拧入气门间隙调整螺钉。长臂端加工成圆弧面，是推动气门间隙调整螺钉。长臂端加工成圆弧面，是推动气门的工作面的工作面 气门间隙气门间隙发动机在冷态下，当气门处于关发动机在冷态下，当气门处于关闭状态时，气门与传动件之间闭状态时，气门与传动件之间的间隙称为气门间隙的间隙称为气门间隙 气门间隙气门间隙l因气门、气门摇臂等零件受热后会膨胀，因此必因气门、气门摇臂等零件受热后会膨胀，因此必须留有适当的气门间隙，以防止气门无

22、法闭合，须留有适当的气门间隙，以防止气门无法闭合，并保持正确的气门正时。并保持正确的气门正时。l气门间隙的调整方法有以下两种。气门间隙的调整方法有以下两种。 螺钉调整式螺钉调整式 垫片调整式垫片调整式气门间隙的调整气门间隙的调整3.4 配气正时及可变配气正时机构配气正时及可变配气正时机构3.4.1 配气正时配气正时3.4.2 可变配气正时机构可变配气正时机构3.4.1 配气正时配气正时l配气相位就是配气相位就是进、排气门的实际开闭时刻进、排气门的实际开闭时刻，通，通常用相对与上、下止点曲拐位置的曲轴转角的常用相对与上、下止点曲拐位置的曲轴转角的环形图来表示。这种图形称为配气相位图。环形图来表示

23、。这种图形称为配气相位图。配气相位图配气相位图l由图可见，由于进气门在上止点前即开启，而由图可见，由于进气门在上止点前即开启，而排气门在上止点后才关闭，这就出现了一段时排气门在上止点后才关闭，这就出现了一段时间内排气门和进气门同时开启的现象，这种现间内排气门和进气门同时开启的现象，这种现象称为气门重叠，重叠时期的曲轴转角称为气象称为气门重叠，重叠时期的曲轴转角称为气门重叠角。门重叠角。l不同发动机，由于结构形式、转速各不相同，不同发动机，由于结构形式、转速各不相同，因此配气相位也不相同。因此配气相位也不相同。可变配气正时机构优点可变配气正时机构优点能兼顾高速及低速不同工况，提高发能兼顾高速及低速不同工况，提高发动机的动力性和经济性；动机的动力性和经济性； 降低发动机的排放；降低发动机的排放； 改善发动机怠速及低速时的性能及改善发动机怠速及低速时的性能及稳定性稳定性 4.4.2 可变配气正时机构可变配气正时机构1.结构结构2.工作原理工作原理l发动机转速不同，要求不同的配气定时。发动机转速不同，要求不同的配