第四章配气机构

1、导入导入、同生物一样需要呼吸、同生物一样需要呼吸、既包括配气机构又包括配气流程、既包括配气机构又包括配气流程、本章主要内容为：重要概念、基本组成、本章主要内容为：重要概念、基本组成、 主要机件、配气流程和特殊调整主要机件、配气流程和特殊调整、本章难点：抽象概念的理解，气门间隙的、本章难点：抽象概念的理解，气门间隙的 调整调整、见过本机构部分机件吗？、见过本机构部分机件吗？一、功用：按要求供给洁净、足量的空气，并尽可能多的一、功用：按要求供给洁净、足量的空气，并尽可能多的排出废气排出废气二、配气流程：二、配气流程：电控发动机供气系统电控发动机供气系统三、主要机件：三、主要机件： 1、空气滤清器：

2、、空气滤清器：（1）、作用）、作用（实验说明实验说明）（2）、滤清方式：过滤式（干式、湿式）；）、滤清方式：过滤式（干式、湿式）； 惯性式：离心式、变向式（干式变向、湿式变向）惯性式：离心式、变向式（干式变向、湿式变向）（3）、空气滤清器的类型：）、空气滤清器的类型： 、按工作原理分、按工作原理分 、按滤芯材料分、按滤芯材料分 、按复合性分、按复合性分 、按级数分、按级数分（工机空气工机空气滤清器见滤清器见实物实物）汽车用空气滤清器汽车用空气滤清器车用空气滤清器车用空气滤清器Volvo滤芯滤芯柴油机空气滤清器滤芯柴油机空气滤清器滤芯柴油机空气滤清器实物柴油机空气滤清器实物拖拉机空气滤清器实物拖

3、拉机空气滤清器实物2、进气排气管路：、进气排气管路：（1）、进气管路）、进气管路 、普通管路、普通管路 、加热式管路、加热式管路A电阻丝加热式电阻丝加热式B排气加热式排气加热式C热水加热式热水加热式、冷却式管路、冷却式管路 A普通冷空气冷却（散热片、导流罩、压缩气流）普通冷空气冷却（散热片、导流罩、压缩气流） B空调系统冷却（制冷系统增压中冷）空调系统冷却（制冷系统增压中冷）（2）、排气管路）、排气管路 、材料、材料 、布置形式、布置形式单双排气管路系统单双排气管路系统双排气管系统双排气管系统3、消声灭火器：、消声灭火器：（1）、功用：）、功用：（2）、类型：）、类型：、按原理分、按原理分、按

4、结构分、按结构分（3）、构造：）、构造：（4）、原理：）、原理：（5）、实例：）、实例：muffguisher按原理分：按原理分：抗性消声器：抗性消声器： 抗性消声器是在内部通过管道、隔板等抗性消声器是在内部通过管道、隔板等部件组成扩张室、共振室等各种消声单元室，声波在传部件组成扩张室、共振室等各种消声单元室，声波在传播时发生反射和干涉，降低声能量达到消声目的。抗性播时发生反射和干涉，降低声能量达到消声目的。抗性消声器消声频带有限，通常对低、中频带消声效果好，消声器消声频带有限，通常对低、中频带消声效果好，高频消声效果差，货车多采用抗性消声器。高频消声效果差，货车多采用抗性消声器。阻性消声器：

5、阻性消声器： 是在内部排气通过的管道周围填充吸声是在内部排气通过的管道周围填充吸声材料来吸收声能量达到消声目的的消声器。对中、高频材料来吸收声能量达到消声目的的消声器。对中、高频消声效果好，单纯用作汽车排气消声器较少，通常与抗消声效果好，单纯用作汽车排气消声器较少，通常与抗性消声器组合起来使用。性消声器组合起来使用。阻抗复合型消声器：阻抗复合型消声器： 是分别用抗性消声单元和吸声材是分别用抗性消声单元和吸声材料组合构成的消声器，它具有抗性、阻性消声器的共同料组合构成的消声器，它具有抗性、阻性消声器的共同特点。对低、中、高频噪声都有很好的消声效果。特点。对低、中、高频噪声都有很好的消声效果。 抗

6、式消声灭火器抗式消声灭火器 阻性消声器主要是利用多孔吸声材料来降低噪声的。把吸声材料阻性消声器主要是利用多孔吸声材料来降低噪声的。把吸声材料固定在气流通道的内壁上或按照一定方式在管道中排列，就构成固定在气流通道的内壁上或按照一定方式在管道中排列，就构成了阻性消声器。当声波进入阻性消声器时，一部分声能在多孔材了阻性消声器。当声波进入阻性消声器时，一部分声能在多孔材料的孔隙中摩擦而转化成热能耗散掉，使通过消声器的声波减弱。料的孔隙中摩擦而转化成热能耗散掉，使通过消声器的声波减弱。阻性消声器就好象电学上的纯电阻电路，吸声材料类似于电阻。阻性消声器就好象电学上的纯电阻电路，吸声材料类似于电阻。因此，人

7、们就把这种消声器称为阻性消声器。阻性消声器对中高因此，人们就把这种消声器称为阻性消声器。阻性消声器对中高频消声效果奸、对低频消声效果较差。频消声效果奸、对低频消声效果较差。 抗性消声器是由突变界面的管和室组合而成的，好象是一个声学抗性消声器是由突变界面的管和室组合而成的，好象是一个声学滤波器，与电学滤波器相似，每一个带管的小室是滤波器的一个滤波器，与电学滤波器相似，每一个带管的小室是滤波器的一个网孔，管中的空气质量相当于电学上的电感和电阻，称为声质量网孔，管中的空气质量相当于电学上的电感和电阻，称为声质量和声阻。小室中的空气体积相当于电学上的电容，称为声顺。与和声阻。小室中的空气体积相当于电学

8、上的电容，称为声顺。与电学滤波器类似，每一个带管的小室都有自己的固有频率。当包电学滤波器类似，每一个带管的小室都有自己的固有频率。当包含有各种频率成分的声波进入第一个短管时，只有在第一个网孔含有各种频率成分的声波进入第一个短管时，只有在第一个网孔固有频率附近的某些频率的声波才能通过网孔到达第二个短管口，固有频率附近的某些频率的声波才能通过网孔到达第二个短管口，而另外一些频率的声波则不可能通过网孔只能在小室中来回反而另外一些频率的声波则不可能通过网孔只能在小室中来回反射，因此，我们称这种对声波有滤波功能的结构为声学滤波器。射，因此，我们称这种对声波有滤波功能的结构为声学滤波器。选取适当的管和室进

9、行组合就可以滤掉某些频率成分的噪声，选取适当的管和室进行组合就可以滤掉某些频率成分的噪声，从而达到消声的目的。抗性消声器适用于消除中、低频噪声。从而达到消声的目的。抗性消声器适用于消除中、低频噪声。 汽车抗式消声器汽车抗式消声器谐振室谐振室 微穿孔板消声器一般是用厚度小于微穿孔板消声器一般是用厚度小于1mm的纯金属的纯金属薄板制作，在薄板上用孔径小于薄板制作，在薄板上用孔径小于1mm的钻头穿孔，的钻头穿孔，穿孔率为穿孔率为1一一3。选择不同的穿孔率和板厚不。选择不同的穿孔率和板厚不同的腔深，就可以控制消声器的频谱性能，使其同的腔深，就可以控制消声器的频谱性能，使其在需要的频率范围内获得良好的消

10、声效果。在需要的频率范围内获得良好的消声效果。 小孔消声器的结构是一根末端封闭的直管，管壁小孔消声器的结构是一根末端封闭的直管，管壁上钻有很多小孔。小孔消声器的原理是以喷气噪上钻有很多小孔。小孔消声器的原理是以喷气噪声的频谱为依据的，如果保持喷口的总面积不变声的频谱为依据的，如果保持喷口的总面积不变而用很多小喷口来代替，当气流经过小孔时、喷而用很多小喷口来代替，当气流经过小孔时、喷气噪声的频谱就会移向高频或超高频，使频谱中气噪声的频谱就会移向高频或超高频，使频谱中的可听声成分明显降低，从而减少对人的干扰和的可听声成分明显降低，从而减少对人的干扰和伤害。伤害。 复合式消声器复合式消声器组合式消声

11、灭火器实物外观结构组合式消声灭火器实物外观结构排气总管排气总管壳体壳体隔板隔板内隔管内隔管烟囱烟囱吸音材料吸音材料组合式消声灭火器单节结构与原理图组合式消声灭火器单节结构与原理图4、增压器（、增压器（见动画和录像见动画和录像）：）：（1）、功用）、功用:（2）、目的：）、目的： 、增加进气密度，、增加进气密度， 、提高功率、降低油耗，、提高功率、降低油耗， 、减少、减少HC和和CO的排放的排放（3）、反映增压程度的基本参数：）、反映增压程度的基本参数： 、增压度：、增压度： A、定义、定义增压后增长的功率与增压前功率的比值增压后增长的功率与增压前功率的比值 B、表达式、表达式1 1P PP P

12、P PP PP PeoeoebebeoeoeoeoebebBoost OriginalBooster / Blower / Turbocharger 、增压比：、增压比：A、定义、定义增压后增压后 的空气压力与增压前的空气压力与增压前的空气压力之比的空气压力之比B、表达式、表达式o ob bb bP PP PC、增压范围、增压范围（3）、增压器的类型：）、增压器的类型：、按动力源分、按动力源分 废气驱动式（又有定常增压式和脉冲增压式或气波增废气驱动式（又有定常增压式和脉冲增压式或气波增 压式）压式）电力驱动式（个别高端小气车）电力驱动式（个别高端小气车）机械驱动式（应用于小型汽油机）机械驱动式

13、（应用于小型汽油机） 、按复合方式分、按复合方式分串联式复合增压系统串联式复合增压系统：空气先经过涡轮增压器提高压力：空气先经过涡轮增压器提高压力后，进入中间冷却器降温，再经机械增压器增压。这种后，进入中间冷却器降温，再经机械增压器增压。这种增压方式主要用于高增压发动机上。增压方式主要用于高增压发动机上。并联式复合增压系统并联式复合增压系统：由机械增压器和涡轮增压器同时：由机械增压器和涡轮增压器同时向发动机供给增压后的空气。在低速范围内主要靠机械向发动机供给增压后的空气。在低速范围内主要靠机械增压，而在高转速范围内主要靠涡轮增压。这种增压系增压，而在高转速范围内主要靠涡轮增压。这种增压系统使发

14、动机低转速转矩特性得到改善。统使发动机低转速转矩特性得到改善。压气机释压阀压气机释压阀大众机械涡轮增压孪式串联进气系统大众机械涡轮增压孪式串联进气系统机械式增压器机械式增压器双涡轮增压系统双涡轮增压系统排气涡轮增压器排气涡轮增压器（4）、废气涡轮增压器的结构和工作原理）、废气涡轮增压器的结构和工作原理 、组成：、组成：单涡轮增压系统单涡轮增压系统六缸电控汽六缸电控汽油喷射式汽油喷射式汽油机常采用油机常采用双涡轮增压双涡轮增压系统，如图系统，如图示。其中，示。其中，不连续发火不连续发火的的1、2、3缸作为一组，缸作为一组，4、5、6缸缸作为另一组，作为另一组，每组三个气每组三个气缸的排气驱缸的排

15、气驱动一个涡轮动一个涡轮增压器。增压器。 将发动机发出的废将发动机发出的废气引入涡轮机，废气的气引入涡轮机，废气的能量推动涡轮机叶轮旋能量推动涡轮机叶轮旋转，并带动与其同轴安转，并带动与其同轴安装的压气机叶轮工作，装的压气机叶轮工作，新鲜空气在压气机内增新鲜空气在压气机内增压后进入气缸。压后进入气缸。 涡轮增压的最大优涡轮增压的最大优点是燃油经济性好，并点是燃油经济性好，并可大幅度降低有害气体可大幅度降低有害气体的排放和噪声水平。缺的排放和噪声水平。缺点是低速时排气能量低，点是低速时排气能量低，增压效果差，低速加速增压效果差，低速加速性能较差。性能较差。涡轮机涡轮机压气机压气机、具体构造：、具

16、体构造：车车用涡轮增压器由用涡轮增压器由离心式压气机离心式压气机和和径流式涡轮机径流式涡轮机及及中间体中间体三部分组三部分组成。增压器轴成。增压器轴5通过两个浮动轴通过两个浮动轴承承9支承在中间支承在中间体体14内。中间体内。中间体内有润滑和冷却内有润滑和冷却轴承的油道，还轴承的油道，还有防止润滑油漏有防止润滑油漏入压气机或涡轮入压气机或涡轮机中的密封装置机中的密封装置等。等。当压气机旋转时，空气经进气道进入压气机叶轮，并在离心离的作用下沿着压气机叶片当压气机旋转时，空气经进气道进入压气机叶轮，并在离心离的作用下沿着压气机叶片1之间形成的流道，从叶轮中心流向叶轮的周边。空气从旋转的叶轮获得能量

17、，使其流之间形成的流道，从叶轮中心流向叶轮的周边。空气从旋转的叶轮获得能量，使其流速、压力和温度均有较大的提高，然后进入叶片式扩压管速、压力和温度均有较大的提高，然后进入叶片式扩压管3。扩压管为渐扩形流道，空。扩压管为渐扩形流道，空气流过扩压管时气流过扩压管时减速增压减速增压，温度也有所提高。在扩压管中，空气所具有的大部分动能转，温度也有所提高。在扩压管中，空气所具有的大部分动能转变为压力能。变为压力能。扩压管的作用是扩大由于扩压管的作用是扩大由于离心力而产生的气流动能，离心力而产生的气流动能，并将其转化为压力。并将其转化为压力。涡壳的作用是收集从扩压涡壳的作用是收集从扩压管中流出的空气，将其

18、引管中流出的空气，将其引向压气机出口，空气在涡向压气机出口，空气在涡壳中继续减速增压，完成壳中继续减速增压，完成由动能转变为压力能的过由动能转变为压力能的过程。压气机叶轮由铝合金程。压气机叶轮由铝合金精密铸造，涡壳也用铝合精密铸造，涡壳也用铝合金铸造。金铸造。压气机的压气机的构造原理构造原理 涡轮机作用是将发动涡轮机作用是将发动机排气的能量转变为机械机排气的能量转变为机械功。径流式涡轮机由功。径流式涡轮机由涡壳涡壳、喷管喷管、叶轮叶轮和和出气道出气道等组等组成。成。 发动机排气经涡壳引导发动机排气经涡壳引导进入叶片式喷管进入叶片式喷管3。喷管。喷管是由相邻叶片之间构成的是由相邻叶片之间构成的减

19、缩形流道。排气流过减缩形流道。排气流过喷喷管时降压、降温、增速、管时降压、降温、增速、膨胀膨胀，使排气的压力能转，使排气的压力能转变为动能。从喷管高速流变为动能。从喷管高速流出的废气冲击叶轮出的废气冲击叶轮1，并，并在叶片在叶片2所形成的流道中所形成的流道中继续膨胀做功，推动叶轮继续膨胀做功，推动叶轮高速旋转。喷管叶片用耐高速旋转。喷管叶片用耐热和抗腐蚀的合金钢铸造热和抗腐蚀的合金钢铸造或机械加工成形。或机械加工成形。涡轮机叶轮工作温度经常在涡轮机叶轮工作温度经常在900 左右，左右，并承受巨大的离心惯性力作用，所以并承受巨大的离心惯性力作用，所以采用采用镍基耐热合金钢或陶瓷材料镍基耐热合金钢

20、或陶瓷材料制造。制造。陶瓷材料重量减轻陶瓷材料重量减轻2/3，可使涡轮增压，可使涡轮增压加速滞后的问题大大改善，但耐热冲加速滞后的问题大大改善，但耐热冲击性能差。击性能差。 转子转子 涡轮机叶轮涡轮机叶轮、压气机叶轮压气机叶轮和和密封套密封套等零件安装在等零件安装在增压器轴上，构成增压器转子，其转速高达增压器轴上，构成增压器转子，其转速高达10万万20万转万转/分，因分，因此，必须经过动平衡检验、调整。增压器轴一般用韧性好、强度此，必须经过动平衡检验、调整。增压器轴一般用韧性好、强度高的合金钢高的合金钢40Cr或或18CrNiWA制造。制造。 增压器轴承增压器轴承车用发动机增压器轴承采用浮动轴

21、承，实车用发动机增压器轴承采用浮动轴承，实际是套在轴上的圆环，圆环与轴以及圆环与轴承座之间都有间隙，际是套在轴上的圆环，圆环与轴以及圆环与轴承座之间都有间隙，形成双层油膜，圆环浮在轴与轴承座之间。在增压器工作时，圆形成双层油膜，圆环浮在轴与轴承座之间。在增压器工作时，圆环在轴与轴承座之间缓慢转动。环在轴与轴承座之间缓慢转动。 增压器工作时产生轴向推力，由设置在压气机一侧的推力轴承增压器工作时产生轴向推力，由设置在压气机一侧的推力轴承承受。承受。、注意事项：、注意事项： A增压压力需能控增压压力需能控制，以防止爆燃和发动制，以防止爆燃和发动机过热。机过热。 有两种控制方法有两种控制方法 a、SC

22、BVsuper-charger bypass valve，属于纯机械控制属于纯机械控制涡轮增压系统中的排气旁通阀涡轮增压系统中的排气旁通阀3受控制膜盒受控制膜盒1控制。控制膜盒中的膜控制。控制膜盒中的膜片将其分成左室右室。右室通过连通管片将其分成左室右室。右室通过连通管11与压气机出口相通，左室与压气机出口相通，左室通大气，其中的弹簧预紧力向右作用，当压气机出口压力大于弹簧通大气，其中的弹簧预紧力向右作用，当压气机出口压力大于弹簧预紧力时，经过连动杆预紧力时，经过连动杆2迫使排气旁通阀打开，控制增压压力不超迫使排气旁通阀打开，控制增压压力不超过限定值。过限定值。b、ECBVelectric c

23、ontrol bypass valve，属于计算，属于计算 机电控机电控 现代发现代发动机的电控动机的电控单元根据压单元根据压气机出口处气机出口处增压压力传增压压力传感器大小控感器大小控制电磁阀通制电磁阀通电或断电，电或断电，以开闭排气以开闭排气旁通阀旁通阀B必要时采取中冷措施必要时采取中冷措施 增压中冷增压中冷：增压后的空气温度升高，一则发动机进：增压后的空气温度升高，一则发动机进入气缸内的空气密度下降，输出功率降低；二则还会引入气缸内的空气密度下降，输出功率降低；二则还会引起发动机爆燃。因此，对增压后的空气进行冷却，对提起发动机爆燃。因此，对增压后的空气进行冷却，对提高发动机功率、降低燃油

24、消耗率、降低发动机热负荷和高发动机功率、降低燃油消耗率、降低发动机热负荷和减轻发动机爆燃倾向都有利。这是通过在压气机后面连减轻发动机爆燃倾向都有利。这是通过在压气机后面连接一个中冷器实现的。在高增压柴油机上的增压系统中接一个中冷器实现的。在高增压柴油机上的增压系统中也设有中冷器。也设有中冷器。C、良好的冷却措施、良好的冷却措施 汽油机涡轮增汽油机涡轮增压器转速高、的热压器转速高、的热负荷大，因此必须负荷大，因此必须在涡轮机一侧设置在涡轮机一侧设置冷却水套，并用软冷却水套，并用软水管与发动机的冷水管与发动机的冷却系连通。进水口却系连通。进水口3和出水口和出水口4均在中均在中间体上。间体上。 如果

25、只靠机油如果只靠机油和空气对涡轮增压和空气对涡轮增压器进行冷却，则当器进行冷却，则当发动机在大负荷或发动机在大负荷或高转速工作之后，高转速工作之后，如果立即停机，那如果立即停机，那么机油可能因轴承么机油可能因轴承温度太高而燃烧温度太高而燃烧。D、适当控制、适当控制“喘振喘振” 当增压器转速达到一定值时或者说气体流速达到一当增压器转速达到一定值时或者说气体流速达到一定马赫数时，流量反而会随着转速的上升而下降，当流定马赫数时，流量反而会随着转速的上升而下降，当流量下降到一定程度时，便会引起强烈的震动和噪声，俗量下降到一定程度时，便会引起强烈的震动和噪声，俗称称“喘振喘振”。 现代发动机都采用电子控

26、制装置，通过传感设备现代发动机都采用电子控制装置，通过传感设备监控进气压力、流量、爆震、喘振、转速等参数，由电监控进气压力、流量、爆震、喘振、转速等参数，由电脑发出指令，使点火错后、排气旁通阀打开，既可控制脑发出指令，使点火错后、排气旁通阀打开，既可控制 爆震，又可消除喘振爆震，又可消除喘振（5）、机械增压：）、机械增压：图中，机械增压器图中，机械增压器6为罗茨式压气机，由曲为罗茨式压气机，由曲轴带轮轴带轮12经传动带和电磁离合器带轮经传动带和电磁离合器带轮11驱动。驱动。 当发动机在小负荷当发动机在小负荷下工作时，电控单元下工作时，电控单元ECU根据节气门位置传根据节气门位置传感器感器3的信

27、号使电磁离的信号使电磁离合器断电，增压器停止合器断电，增压器停止工作。与此同时，使进工作。与此同时，使进气旁通阀气旁通阀5通电而开启，通电而开启，即在不增压的前提下，即在不增压的前提下，空气经旁通阀空气经旁通阀5以及旁以及旁通管路进入气缸。通管路进入气缸。 带中冷器和点火提带中冷器和点火提前角控制（不发生爆前角控制（不发生爆燃）。燃）。 罗茨式压气机罗茨式压气机由转子由转子3、转子轴、转子轴4、传动齿轮传动齿轮7、壳体、壳体9、后盖后盖5和齿轮室罩和齿轮室罩8等组成。等组成。 在压气机前端在压气机前端装有电磁离合器装有电磁离合器2及电磁离合器带轮及电磁离合器带轮1。有两个转子。有两个转子。发动

28、机曲轴带轮经发动机曲轴带轮经传动带、电磁离合传动带、电磁离合器带轮器带轮1和电磁离和电磁离合器合器2驱动其中一驱动其中一个转子，而另一个个转子，而另一个转子由传动齿轮转子由传动齿轮7带动。带动。 罗茨式压气机有两叶（直线型）和三叶（螺罗茨式压气机有两叶（直线型）和三叶（螺旋型）之分。三叶转子有较低的工作噪声及较好旋型）之分。三叶转子有较低的工作噪声及较好的增压器特性。的增压器特性。 罗茨式压气机工作原理如图示。当转子旋罗茨式压气机工作原理如图示。当转子旋转时，空气从压气机入口吸入，在转子叶片的推转时，空气从压气机入口吸入，在转子叶片的推动下空气被加速，然后从压气机出口压出。出口动下空气被加速，

29、然后从压气机出口压出。出口与进口的压力比可达与进口的压力比可达1.8，供气量与转速成正比。，供气量与转速成正比。1、为什么说增压器已成为现代内燃机的标准配置？、为什么说增压器已成为现代内燃机的标准配置？ 2、汽油机和柴油机哪种发动机更容易增压？、汽油机和柴油机哪种发动机更容易增压？ 3、增压度和增压比有何不同？、增压度和增压比有何不同？4、汽油机增压困难，为什么现代汽车也要增压？、汽油机增压困难，为什么现代汽车也要增压？ 汽油机增压的困难的原因汽油机增压的困难的原因1、进气系统中节气门的存在使得发动机在低速小负荷时、进气系统中节气门的存在使得发动机在低速小负荷时 压气机容易发生压气机容易发生喘

30、振喘振涡轮增压的困难。涡轮增压的困难。2、汽油机增压后、汽油机增压后爆燃爆燃倾向增加：因为温度、压力均升高，倾向增加：因为温度、压力均升高，因此，增压比一般小于因此，增压比一般小于2，功率增加率小于，功率增加率小于50%3、发动机和涡轮增压器的、发动机和涡轮增压器的热负荷热负荷增加：汽油机混合气的增加：汽油机混合气的过量空气系数小，燃烧温度高，比柴油机排气温度高过量空气系数小，燃烧温度高，比柴油机排气温度高3004、汽油机转速高，范围广，发动机和增压器、汽油机转速高，范围广，发动机和增压器匹配困难匹配困难。5、涡轮增压汽油机的、涡轮增压汽油机的加速性较差加速性较差（增压器叶轮的惯（增压器叶轮的

31、惯 性），尤其是低速加速性差，造成加速延迟。性），尤其是低速加速性差，造成加速延迟。汽油喷射式汽油机普及增压的原因汽油喷射式汽油机普及增压的原因1、电控技术电控技术克服了发动机和增压器匹配的困难。克服了发动机和增压器匹配的困难。电控技电控技术的应用，可以方便地对汽油机增压系统进行爆燃控制术的应用，可以方便地对汽油机增压系统进行爆燃控制（即点火提前角控制）、增压压力控制（如，可变截面（即点火提前角控制）、增压压力控制（如，可变截面环喷嘴）和排放控制（如环喷嘴）和排放控制（如EGR）。）。2、增压中冷技术提高了增压的可能性：、增压中冷技术提高了增压的可能性：热负荷降低，动热负荷降低，动力性提高、耗

32、油率下降，氮氧化物减少。力性提高、耗油率下降，氮氧化物减少。3、燃油品质提高。、燃油品质提高。4、汽油机制造技术和增压器新材料的应用。、汽油机制造技术和增压器新材料的应用。一、功用：按工作循环和发火次序的要求，定时开启和关一、功用：按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）及时进入气缸，使废气及时或空气（柴油机）及时进入气缸，使废气及时 排出气缸。排出气缸。二、要求：二、要求： 1、严格按工作顺序打开和关闭进排气门、严格按工作顺序打开和关闭进排气门 2、严格按工作循环（配气相位）打开和关闭进排气门

33、、严格按工作循环（配气相位）打开和关闭进排气门 3、足够高的充气效率、足够高的充气效率 4、工作可靠、工作可靠 5、气门机构有良好的高速动力特性（传动链不飞脱、气门机构有良好的高速动力特性（传动链不飞脱、 不反跳、不提前落座）不反跳、不提前落座）四气门顶置双凸轮轴汽油发动机配气机构四气门顶置双凸轮轴汽油发动机配气机构三、充气效率：评价气缸内换气过程好坏的指标，用三、充气效率：评价气缸内换气过程好坏的指标，用 表示。（表示。（具体见第五节具体见第五节） = 100 愈大，新鲜可燃混合气进入气缸的数量愈多，着愈大，新鲜可燃混合气进入气缸的数量愈多，着火时放热量愈大，输出功率愈大。火时放热量愈大，输

34、出功率愈大。 自然进气的自然进气的 一般一般在在80 %90 % 的影响因素：的影响因素：1）进气终了压力（进气阻力损失）（）进气终了压力（进气阻力损失）（0.750.90bar）2）进气终了温度（残余废气等加热）（）进气终了温度（残余废气等加热）（370400K）3）残余废气量的多少）残余废气量的多少4）配气相位。）配气相位。每循环实际进气量每循环实际进气量常温常压下工作容积量常温常压下工作容积量四、配气机构的型式：按冲程不同分为气孔式和气门式两大类。气四、配气机构的型式：按冲程不同分为气孔式和气门式两大类。气孔是仅用于（链接孔是仅用于（链接二冲程发动机）二冲程发动机），它可被分为回流扫气、

35、横流，它可被分为回流扫气、横流扫气和直流扫气（压气）扫气和直流扫气（压气）3种。本节只讨论气门式配气机构。种。本节只讨论气门式配气机构。 1、按气门的布置形式分：、按气门的布置形式分： 1）、顶置气门式）、顶置气门式 其特点，进气阻力小，其特点，进气阻力小，燃烧室结构紧凑，气流搅燃烧室结构紧凑，气流搅动大，能达到较高的压缩动大，能达到较高的压缩比，目前国产的汽车发动比，目前国产的汽车发动机都采用气门顶置式配气机都采用气门顶置式配气机构。机构。2）、侧置气门式：）、侧置气门式：省去了省去了推杆、摇臂等另件，简化了推杆、摇臂等另件，简化了结构。因为它的进、排气门结构。因为它的进、排气门在气缸的一侧

36、，压缩比受到在气缸的一侧，压缩比受到限制，进排气门阻力较大，限制，进排气门阻力较大，发动机的动力性和高速性均发动机的动力性和高速性均较差，逐渐被淘汰。较差，逐渐被淘汰。 2、按凸轮轴的布置位置分：、按凸轮轴的布置位置分： 1）、下置凸轮轴式）、下置凸轮轴式 2）、顶置（上置）凸轮轴式：）、顶置（上置）凸轮轴式：SOHC和和DOHC两种两种 3）、中置凸轮轴式）、中置凸轮轴式 凸轮轴下置式，主要缺点是气门和凸轮轴相距较凸轮轴下置式，主要缺点是气门和凸轮轴相距较远，因而气门传动另件较多，结构较复杂，发动机高远，因而气门传动另件较多，结构较复杂，发动机高度也有所增加。用于小型单缸柴油机。度也有所增加

37、。用于小型单缸柴油机。 凸轮轴中置凸轮轴中置,凸轮轴位于气缸体的中部由凸轮轴凸轮轴位于气缸体的中部由凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，省去推杆，这种结构称为凸经过挺柱直接驱动摇臂，省去推杆，这种结构称为凸轮轴中置配气机构。轮轴中置配气机构。 凸轮轴上置凸轮轴上置,凸轮轴布置在气缸盖上。凸轮轴上凸轮轴布置在气缸盖上。凸轮轴上置有两种结构，一是凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，置有两种结构，一是凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，这样既无挺柱，又无推杆，往复运动质量大大减小，这样既无挺柱，又无推杆，往复运动质量大大减小，此结构适于高速发动机。另一种是凸轮轴直接驱动气此结构适于高速发动机。另一种是凸轮轴直接驱动气门

38、或带液力挺柱的气门，此种配气机构的往复运动质门或带液力挺柱的气门，此种配气机构的往复运动质量更小，特别适应于高速发动机。量更小，特别适应于高速发动机。直接驱动直接驱动3、按传动方式分：、按传动方式分：（1）、齿轮传动式（用于下置凸轮式、低速柴油机）、齿轮传动式（用于下置凸轮式、低速柴油机） 1）、优点：配气相位准确，工作可靠性和耐久性好。）、优点：配气相位准确，工作可靠性和耐久性好。 2）、缺点：噪音、磨损较大，空间布置困难，重量大。）、缺点：噪音、磨损较大，空间布置困难，重量大。一般用斜齿，以提高工作平稳性。一般用斜齿，以提高工作平稳性。 （2）、链条传动式（日）、链条传动式（日韩系车采用较

39、多）韩系车采用较多） 1）、优点：空间布置）、优点：空间布置自由度大，对机型变化自由度大，对机型变化适应性强，制造成本低，适应性强，制造成本低，工作可靠，维修方便。工作可靠，维修方便。 2）、缺点：链条容易）、缺点：链条容易松弛，须带张紧器，配松弛，须带张紧器，配气相位容易变化，需定气相位容易变化，需定期调整，噪声、磨损大，期调整，噪声、磨损大，耐耐 久性较差。久性较差。3）、齿形皮带传动式）、齿形皮带传动式（和无声链用于高（和无声链用于高速）速）（1）优点：兼顾齿轮）优点：兼顾齿轮传动和链条传动的传动和链条传动的主要优点（配气相主要优点（配气相位准确，但要解决位准确，但要解决皮带松弛问题；空

40、皮带松弛问题；空间布置自由度大；间布置自由度大；磨损、噪声小）。磨损、噪声小）。（2）缺点：工作可靠）缺点：工作可靠性、耐久性差，摩性、耐久性差，摩擦阻力大，怕机油擦阻力大，怕机油（一般用齿形皮带（一般用齿形皮带罩壳密封住），工罩壳密封住），工作性能随温度变化作性能随温度变化大大 。 4、按每缸的气门数目分：、按每缸的气门数目分： 1）、二气门（传统一进一排）、二气门（传统一进一排） 2）、多气门（现代高速顶置式配气机构）、多气门（现代高速顶置式配气机构3、4、5、8均均 有）有）五、各类布置方式的特点五、各类布置方式的特点 1、侧置气门式气门机构、侧置气门式气门机构（1）、结构特点：）、结构

41、特点： 气门布置在气缸体一侧，气门头部朝上，没有摇臂、气门布置在气缸体一侧，气门头部朝上，没有摇臂、推杆，下置式凸轮轴，齿轮传动推杆，下置式凸轮轴，齿轮传动（2）、优缺点：曲轴到气门距离近，方便齿轮传动，气）、优缺点：曲轴到气门距离近，方便齿轮传动，气门间隙调整方便，但气道拐弯多，流动阻力大，充气效门间隙调整方便，但气道拐弯多，流动阻力大，充气效率低，燃烧室扁平，结构不紧凑，容易爆震，压缩比低率低，燃烧室扁平，结构不紧凑，容易爆震，压缩比低（仅为（仅为6-7）。）。.（3）、工作）、工作原理：原理： 正时齿轮副正时齿轮副带动凸轮轴转带动凸轮轴转动，转到凸轮动，转到凸轮桃尖顶起气门桃尖顶起气门挺

42、杆，推动气挺杆，推动气门克服弹簧预门克服弹簧预紧力开启。紧力开启。 凸凸轮基圆与气门轮基圆与气门挺杆接触时，挺杆接触时，气门在气门弹气门在气门弹簧预紧力的作簧预紧力的作用下关闭。用下关闭。2、顶置气门、顶置气门式气门机构式气门机构结构特点：气结构特点：气门布置在气门布置在气缸盖上，气缸盖上，气 门头部朝门头部朝下。下。.优点：气道平优点：气道平滑，充气效滑，充气效率高，燃烧率高，燃烧室紧凑，压室紧凑，压缩比高。缩比高。.缺点：气门离缺点：气门离曲轴远，传曲轴远，传动机构复杂动机构复杂（1）、下置式凸轮轴式（）、下置式凸轮轴式（OBC-on bottom cam见上图）见上图）1）、结构特点：凸

43、轮轴布置在曲轴侧面，有挺柱、推杆、）、结构特点：凸轮轴布置在曲轴侧面，有挺柱、推杆、大摇臂。大摇臂。2）、工作原理：正时齿轮副带动凸轮轴转动，凸轮桃尖）、工作原理：正时齿轮副带动凸轮轴转动，凸轮桃尖顶起挺柱、推杆、大摇臂的一端（调整螺钉），绕摇臂顶起挺柱、推杆、大摇臂的一端（调整螺钉），绕摇臂轴转动，另一端（长）镀铬面推动气门克服弹簧预紧力轴转动，另一端（长）镀铬面推动气门克服弹簧预紧力使气门开启使气门开启3）、优缺点：凸轮轴靠近曲轴，便于齿轮驱动，但凸轮）、优缺点：凸轮轴靠近曲轴，便于齿轮驱动，但凸轮离气门远，气门传动机构复杂，零件多，机构刚性差，离气门远，气门传动机构复杂，零件多，机构刚性

44、差，动力特性差，难以适应高速化。动力特性差，难以适应高速化。（2）、顶置凸轮轴（）、顶置凸轮轴（OHC） 凸轮轴布置在气缸盖上，气凸轮轴布置在气缸盖上，气门传动机构容易布置，省去刚门传动机构容易布置，省去刚性较差的推杆等零件，机构动性较差的推杆等零件，机构动力特性好，容易上高速，但曲力特性好，容易上高速，但曲轴离凸轮轴远，驱动机构复杂，轴离凸轮轴远，驱动机构复杂，空间布置困难。空间布置困难。 A、单顶置凸轮轴（、单顶置凸轮轴（SOHC） （Single Over Head Camshaft） 单摇臂驱动（一个摇臂一个气单摇臂驱动（一个摇臂一个气门）门） 适用于半球形燃烧室适用于半球形燃烧室，进

45、、排，进、排气道分置于发动机纵向两侧。气道分置于发动机纵向两侧。 摇臂的镀铬面与凸轮型面接触，摇臂的镀铬面与凸轮型面接触，摇臂转动时，摇臂的调整螺钉摇臂转动时，摇臂的调整螺钉端（长）压迫气门杆克服弹簧端（长）压迫气门杆克服弹簧预紧力使气门开启预紧力使气门开启优点是气优点是气门间隙调整方便，凸轮最大升门间隙调整方便，凸轮最大升程可以较小，但气门夹角偏大，程可以较小，但气门夹角偏大，不利于布置直的进气道。不利于布置直的进气道。凸轮直接驱动气门凸轮直接驱动气门 完全取消气门摇臂，完全取消气门摇臂，由凸轮直接驱动气门。由凸轮直接驱动气门。一根凸轮轴上有进、排一根凸轮轴上有进、排气凸轮（混合凸轮）使气凸

46、轮（混合凸轮）使得气门只能直上直下运得气门只能直上直下运动，动，不能采用结构紧凑不能采用结构紧凑的半球形燃烧室的半球形燃烧室，进排，进排气道左右分置。优点是气道左右分置。优点是气门机构刚性好，具有气门机构刚性好，具有良好的动力特性，更适良好的动力特性，更适应高速机，但气门间隙应高速机，但气门间隙调整困难。调整困难。（上海桑塔纳时代超人（上海桑塔纳时代超人AJR发动机、红旗发动机、红旗488-3发动机、一汽奥迪发动机、一汽奥迪100以及南汽索菲姆柴油机以及南汽索菲姆柴油机均使用这一配气机构。）均使用这一配气机构。）B、双顶置凸轮轴、双顶置凸轮轴DOHC（Double Over head Cams

47、haft） 双顶置凸轮轴一般用于双顶置凸轮轴一般用于四气门配气机构，齿形四气门配气机构，齿形皮带传动。大多数是完皮带传动。大多数是完全取消气门摇臂的气门全取消气门摇臂的气门直接传动方式。与两气直接传动方式。与两气门相比，气门质量小，门相比，气门质量小，配气机构动力特性更好，配气机构动力特性更好，更容易上高速机，而且，更容易上高速机，而且，由于便于采用结构紧凑由于便于采用结构紧凑的半球形燃烧室的半球形燃烧室，气门，气门夹角较小，便于布置直夹角较小，便于布置直的进气道，进气阻力较的进气道，进气阻力较小，发动机高速动力性小，发动机高速动力性能较高。为便于气门间能较高。为便于气门间隙调整，有的发动机带

48、隙调整，有的发动机带单气门摇臂驱动气门，单气门摇臂驱动气门，但凸轮外形一般不对称。但凸轮外形一般不对称。六、配气机构的组成和工作六、配气机构的组成和工作1、气门组：、气门组：（1）、作用：密封燃气。）、作用：密封燃气。（2）、组成：由气门、气门导管、）、组成：由气门、气门导管、气门座和气门弹簧等零件组成气门座和气门弹簧等零件组成（3）、气门的工作条件）、气门的工作条件 A.进气门温度高。气门直接与高进气门温度高。气门直接与高温燃气接触，受热严重，而散热温燃气接触，受热严重，而散热困难，因此气门温度很高。困难，因此气门温度很高。 B.头部承受气体压力、气门弹簧头部承受气体压力、气门弹簧力等。气门

49、承受气体力和气门弹力等。气门承受气体力和气门弹簧力的作用，以及由于配气机构簧力的作用，以及由于配气机构运动件的惯性使气门落座时受到运动件的惯性使气门落座时受到冲击冲击 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被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。所腐蚀。 气门组的工作部件气门组的工作部件气门实物气门实物（4）、要求：）、要求： 1）、气门头部与气门座必须对中正确、贴合紧密；）、气门头部与气门座必须对中正确、贴合紧密； 2）、气门杆在气门导管内孔中上、下滑动自如，无卡）、气门杆在气门导管内孔中上、下滑动自如，无卡 滞现象；滞现象；. 3）、气门弹簧两端面与气门杆中心线

50、垂）、气门弹簧两端面与气门杆中心线垂 直；直；. 4）、气门弹簧弹力足以克服气门及气门传动件的惯性）、气门弹簧弹力足以克服气门及气门传动件的惯性 力，使气门能迅速开、闭，并保证气门与气门座力，使气门能迅速开、闭，并保证气门与气门座 之间有一定的接触应力，以保证密封。之间有一定的接触应力，以保证密封。（5）、具体构造）、具体构造A、气门、气门: 要求：要求：足够的强度、刚度、耐热和耐磨。材料：进气足够的强度、刚度、耐热和耐磨。材料：进气 门门合金钢（如铬钢或镍铬钢等）排气门合金钢（如铬钢或镍铬钢等）排气门耐耐 热钢（如硅铬钢、硅铬钼钢、硅铬锰钢等），热钢（如硅铬钢、硅铬钼钢、硅铬锰钢等）， 为节

51、约成本，多采用头部用耐热合金钢、杆部用为节约成本，多采用头部用耐热合金钢、杆部用 合金钢的堆焊形式。合金钢的堆焊形式。. 结构特点：结构特点： a、杆部至头部圆滑过渡、杆部至头部圆滑过渡-提高刚度。提高刚度。 b、气门头部形状：、气门头部形状：平平顶顶凹凹顶顶凸凸顶顶平顶式平顶式结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也较小，较小，进、排气门进、排气门都可采用。都可采用。凸顶式凸顶式（球面（球面顶）顶）适用于适用于排气门，排气门，因为其强度高，排气阻力小，因为其强度高，排气阻力小，废气的清除效果好，但球形的受势面积大，废气的清除效果好，但球形的受势面积大，质量

52、和惯性力大加工较复杂。质量和惯性力大加工较复杂。凹顶式凹顶式（喇叭（喇叭顶）顶）凹顶头部与杆部的过渡部分具有一定的流线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，但其顶部受热面形，可以减少进气阻力，但其顶部受热面积大，故适用于积大，故适用于进气门进气门，而不宜用于排气，而不宜用于排气门。门。不同头部形状气门头的比较不同头部形状气门头的比较 气门锥角的作用气门锥角的作用: a、能获得较大的气门座合压力，以提高密封性和导热性；、能获得较大的气门座合压力，以提高密封性和导热性； b、气门落座时有自动定位作用；、气门落座时有自动定位作用； c、避免气流拐弯过大而降低流速；、避免气流拐弯

53、过大而降低流速； d、气门落座时能挤掉接触面的沉积物，即有自洁作用。、气门落座时能挤掉接触面的沉积物，即有自洁作用。 进、排气门锥角的大小进、排气门锥角的大小 a、进气门锥角较小，多用、进气门锥角较小，多用30。因锥角越小，进气通道截面越。因锥角越小，进气通道截面越 大，进气量越多。大，进气量越多。 b、排气门锥角较大，通常为、排气门锥角较大，通常为45。因锥角越大，气门头部边缘。因锥角越大，气门头部边缘 的厚度大，不易变形。排气门热负荷较大而用较大的锥角，的厚度大，不易变形。排气门热负荷较大而用较大的锥角， 以加强散热和避免受热变形。且锥角越大，座合压力越大，以加强散热和避免受热变形。且锥角

54、越大，座合压力越大， 自洁作用越大。自洁作用越大。 气门杆气门杆气门杆有较高的气门杆有较高的加工精度和较加工精度和较低的粗糙度，低的粗糙度，与气门导管保与气门导管保持较小的配合持较小的配合间隙，以减小间隙，以减小磨损，并起到磨损，并起到良好的导向和良好的导向和散热作用。散热作用。 在某些高度强化在某些高度强化的发动机上采的发动机上采用中空气门杆用中空气门杆的气门，旨在的气门，旨在减轻气门质量减轻气门质量和减小气门运和减小气门运动的惯性力。动的惯性力。 对于某些热负荷特别对于某些热负荷特别重，结构尺寸比较大重，结构尺寸比较大的排气门采用钠冷却的排气门采用钠冷却气门：气门：Na的熔点为的熔点为97

55、.8C，在空心气，在空心气门杆中填入一半金属门杆中填入一半金属钠，因此发动机工作钠，因此发动机工作温度下纳呈现液态，温度下纳呈现液态，在气门工作时，钠在在气门工作时，钠在气门杆内上下运动，气门杆内上下运动，不断地从气门头部吸不断地从气门头部吸收热量并传给气门杆收热量并传给气门杆使头部得以冷却。使头部得以冷却。B气门座：气门座： 气缸盖上与气门锥面相贴合的部位称气门座。气缸盖上与气门锥面相贴合的部位称气门座。 其作用是：其作用是： 1）、传热（气门头部热量）；）、传热（气门头部热量）； 2）、密封（燃烧室）。）、密封（燃烧室）。工作特点：工作特点：高温、高接触应力、润滑不良、冷却条件差。高温、高

56、接触应力、润滑不良、冷却条件差。 结结 构：构：（1）、气缸盖或气缸体上直接）、气缸盖或气缸体上直接镗出镗出-铸铁气缸盖，低性能要铸铁气缸盖，低性能要求；求；.称称一致式一致式（2）、气门座圈过盈压配）、气门座圈过盈压配-耐耐高温、耐磨的合金铸铁或奥氏高温、耐磨的合金铸铁或奥氏体钢材料制成的气门座圈，但体钢材料制成的气门座圈，但容易脱落，导热性差。称容易脱落，导热性差。称另镶另镶式式一体式气门座孔一体式气门座孔气门与气门座的接触环带面宽度气门与气门座的接触环带面宽度C气门导管：气门导管：作用作用：气门导管的功用是对气门的运动导向，保证气门作：气门导管的功用是对气门的运动导向，保证气门作直线往复

57、运动，使气门与气门座或气门座圈能正确贴合。直线往复运动，使气门与气门座或气门座圈能正确贴合。此外，还将气门杆接受的热量部分地传给气缸盖。气门此外，还将气门杆接受的热量部分地传给气缸盖。气门导管的工作温度较高，而且润滑条件较差，靠配气机构导管的工作温度较高，而且润滑条件较差，靠配气机构工作时飞溅起来的机油来润滑气门杆和气门导管孔。工作时飞溅起来的机油来润滑气门杆和气门导管孔。材料：材料：气门导管由气门导管由灰铸铁、球墨铸铁或铁基粉末冶金灰铸铁、球墨铸铁或铁基粉末冶金制造。制造。在以一定的过盈将气门导管压入气缸盖上的气门导管座在以一定的过盈将气门导管压入气缸盖上的气门导管座孔之后，再精铰气门导管孔

58、，以保证气门导管与气门杆孔之后，再精铰气门导管孔，以保证气门导管与气门杆的正确配合间隙的正确配合间隙0.050.12mm 。 要求要求：耐热、耐磨。：耐热、耐磨。D气门弹簧气门弹簧作用：作用：克服气门及传动件惯性力，防止出现间隙，保证气克服气门及传动件惯性力，防止出现间隙，保证气门及时关闭且紧密贴合，不会因发动机振动等原因出现门及时关闭且紧密贴合，不会因发动机振动等原因出现气门不正常开启现象。气门不正常开启现象。要求：要求： （1）、足够的刚度及安装预紧力）、足够的刚度及安装预紧力 （2）、）、 疲劳强度高疲劳强度高 （3）、加工精度高，如垂直度要求、自由公差小等。）、加工精度高，如垂直度要求

59、、自由公差小等。气门弹簧气门弹簧 材料：高碳锰钢、铬钒钢等冷拔钢丝材料：高碳锰钢、铬钒钢等冷拔钢丝，加工后要经热处，加工后要经热处理。理。 当气门弹簧的工作频率与其固有的振动频率相等或当气门弹簧的工作频率与其固有的振动频率相等或为整数倍时，气门弹簧就会发生为整数倍时，气门弹簧就会发生共振。共振。共振时将使配气共振时将使配气定时遭到破坏，使气门发生反跳和冲击，甚至使弹簧折定时遭到破坏，使气门发生反跳和冲击，甚至使弹簧折断。为防止共振的发生，可采取下列结构措施：断。为防止共振的发生，可采取下列结构措施： 防止共振措施：防止共振措施： 1）、采用双气门弹簧）、采用双气门弹簧 在柴油机和高性能汽油机上

60、广泛在柴油机和高性能汽油机上广泛采用每个气门安装两个直径不同，旋向相反的采用每个气门安装两个直径不同，旋向相反的内、外弹内、外弹簧簧。由于两个弹簧的固有频率不同，当一个弹簧发生共。由于两个弹簧的固有频率不同，当一个弹簧发生共振时，另一个弹簧能起到阻尼减振作用。采用双气门弹振时，另一个弹簧能起到阻尼减振作用。采用双气门弹簧可以减小气门弹簧的高度，而且当一个弹簧折断时，簧可以减小气门弹簧的高度，而且当一个弹簧折断时，另一个弹簧仍可维持气门工作。弹簧旋向相反，可以防另一个弹簧仍可维持气门工作。弹簧旋向相反，可以防止折断的弹簧圈卡入另一个弹簧圈内使其不能工作或损止折断的弹簧圈卡入另一个弹簧圈内使其不能