单元配气机构构造与维修

单元三配气机构构造与维修

第一节：概述

第二节：气门组的零件结构

第三节：气门组的检修

第四节：气门传动组的结构第五节：气门传动组的检修第六节：配气机构的检查与调整第七节：配气机构常见故障诊断与排除第八节：可变进气系统和配气相位重点：配气机构的组成、结构与工作原理、类型；配气相位，气门间隙；配气相位与气门间隙调整；发动机换气过程。1第一节：概述1.1发动机换气过程。1、发动机换气过程是指发动机排出废气和充入新鲜空气或可燃混合气的全过程。22、四冲程发动机的换气过程

2.1排气过程1自由排气阶段靠缸内压力将气体挤出气缸。

A、超临界排气，B亚临界排气2强制排气阶段靠活塞上行将废气挤出气缸。32.2进气过程

由于气门节流作用,缸内产生负压。2.3气门叠开排气门晚关，进气门早开，引起进、排气门同时开启。2.4配气相位用曲轴转来角表示进排气门实际开闭时刻和开启持续时间。2.5配气相位图用来表示配气相位的曲轴转角环形图。4理论上的配气相位

理论上讲进、压、功、排各占180°，也就是说进、排气门都是在上、下止点开闭，延续时间都是曲轴转角180°。但实际表明，简单配气相位对实际工作是很不适应的，它不能满足发动机对进、排气门的要求

51、气门的开、闭有个过程开启

总是

由小→大

关闭

总是

由大→小2、气体惯性的影响同样造成进气不足、排气不净3、发动机速度的要求实际发动机曲轴转速很高，活塞每一行程历时都很短，当转速为5600r/min时一个行程只有60/（5600×2）=0.0054s，就是转速为1500r/min，一个行程也只有0.02s，这样短的进气或排气过程，使发动机进气不足，排气不净。理论配气的不足6实际的配气相位为了使进气充足，排气干净，除了从结构上进行改进外（如增大进、排气管道），还可以从配气相位上想点办法，即气门能否早开晚闭，延长进、排气时间呢7配气相位892.6进气提前角，进气迟闭角，排气提前角，排气迟闭角，气门叠开角=进气提前角+排气迟闭角。2.7从配气相位图看出实际发动的气门是早开晚关的，那么气门早开晚关对发动机实际工作又有什么好处呢？

A、进气门早开：增大了进气行程开始时气门的开启高度，减小进气阻力，增加进气量。B、进气门晚关：延长了进气时间，在大气压和气体惯性力的作用下，增加进气量。C、排气门早开：借助气缸内的高压自行排气，大大减小了排气阻力，使排气干净。D、排气门晚关：延长了排气时间，在废气压力和废气惯性力的作用下，使排气干净。

102.8四冲程发动机的充气效率1、充气效率

为比较不同大小、不同类型发动机的充气品质和换气过程的完善程度,不受气缸工作容积Vh

的影响,引入充气效率的概念。

由于有进气阻力等因素的影响,实际进入气缸中的新鲜充量必然小于理论上进气状态下充满工作容积的新鲜充量。二者之比称为充气效率。

112、影响充气效率的各种因素

A、进气终了压力。（小，进气阻力大，效率底）B、进气终了温度。（高，密度低，效率低）C、残余废气压力和温度。（高，效率低）D、压缩比。（大，效率高）123提高充气效率的措施1）减小进气系统阻力。

A、减小进气门处的流动损失：增大气门直径，增加气门数，增大气门升程，减小锥角B、减小进气道和进气管的阻力：较大通道面积，减小弯道和截面突变，管道内表面光滑。C、减小化油器的阻力：选用多重喉管化油器，采用多腔化油器，用直接喷射替代化油器。D、减小空滤器阻力。132）减小对新鲜充气量的热传导：A、防止发动机过热，B、进排气管分置。3）减小排气阻力：减小排气门和排气道的排气阻力。4）合理选择配气正时：A、进气迟闭角，B、气门叠开角，C、可变进气正时。5）利用进、排气管内的动态效应。141.2配气机构的功用与分类1功用：配气机构是进、排气门的控制机构，它按照各气缸的工作顺序和每一缸工作循环要求，准时地开闭进、排气门、向气缸供给可燃混合气（汽油机）或新鲜空气（柴油机）并及时排出废气。另外，当进、排气门关闭时,保证气缸密封。进气充分、排气彻底，四行程发动机都采用气门式配气机构。

152配气机构的分类分为凸轮轴上置式、凸轮轴中置式、凸轮轴下置3种式。现代汽车发动机广泛采用上（顶）置凸轮轴结构。

161.3配气机构的工作过程气门开启是通过气门传动组作用而完成，气门的关闭则是由气门弹簧来完成的，气门的开闭时刻和规律完全取决于凸轮的轮廓曲线形状。172气门组的零件结构气门组组成：

18气门组实物图192.1气门

功用：控制进、排气管的开闭工作条件：A、承受高温进气门570K~670K，排气门1050K~1200K。B、头部承受气体压力、气门弹簧力等，C、冷却和润滑条件差，D、被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。性能： 强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨构造：气门由头部、杆身和尾部组成进气门570K~670K（铬钢或铬镍钢）排气门1050K~1200K（硅铬钢）20A、气门头部一个具有圆锥斜面的圆盘，气门锥角一般为450，也有300，气门头边缘应保持一定厚度，一般为1-3mm，以防工作中冲击损坏和被高温烧蚀。气门密封锥面与气门座配对研磨。

锥面的作用？21气门头部的结构形式平顶式结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也较小，进、排气门都可采用。凸顶式（球面顶）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，但球形的受势面积大，质量和惯性力大加工较复杂。凹顶式（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。22锥形工作面的作用(1)提高密封性和导热性；(2)气门落座时有自动定位作用；(3)避免使气流拐弯过大而降低流速;(4)气门落座时能挤掉接触面的沉积物，即有自洁作用。进气门采用较小的锥角，多用30°，有利于提高充气效率；排气门则因热负荷较大而用较大的锥角，通常为45°，以加强散热和避免受热变形。气门头部直径越大，气门口通道截面就越大，进﹑排气阻力就越小。23进、排气门不一样大242.2气门导管功用：①起导向作用，保证气门作直线往复运动。

②起导热作用，将气门头部传给杆身的热量，通过气缸盖传出去。为了保证导向，导管应有一定的长度，气门导管的工作温度也较高，约500k。气门导管和气门的润滑是靠配气机构飞溅出来的机油进行润滑的，因此易磨损。为了改善润滑性能，气门导管常用灰铸铁或球墨铸铁或铁基粉未治金制造。导管内、外圆面加工后压入气缸盖的气门导管孔内，然后再精铰内孔。为了防止气门导管在使用过程中松脱，有的发动机对气门导管用卡环定位。25为了保证导向，导管应有一定的长度，气门导管的工作温度也较高，约500k。气门导管和气门的润滑是靠配气机构飞溅出来的机油进行润滑的，因此易磨损。为了改善润滑性能，气门导管常用灰铸铁或球墨铸铁或铁基粉未治金制造气门导管气缸盖过盈配合卡环：防止气门导管在使用中脱落。伸入深度应适量。锥度可减少气流阻力。262.3气门座

气门座与气门头部密封锥面配合密封气缸，气门头部的热量亦经过气门座外传。气门座可以在缸盖或缸体上直接镗出，也可以采用镶嵌式结构。镶嵌式结构气门座都采用较好的材料（合金铸铁、奥氏体钢等）单独制作。

气门座铝合金气缸盖为何气门座都要镶嵌气门座圈272.4气门弹簧功用：保证气门的回位。材料：高锰碳钢、铬钒钢

在气门关闭时，保证气门与气门座之间的密封，在气门开启时，保证气门不因运动时产生的惯性力而脱离凸轮。为保证上述作用的发挥，气门弹簧的刚度要很大，且安装时进行了预紧压缩，因此预紧力大。

28弹簧共振及其防护措施当气门弹簧的工作频率与其自然振动频率相等或成某一倍数时，将会发生共振，造成气门反跳、落座冲击，并可使弹簧折断。为此，采取如下几种结构措施：

1.加大刚度以提高气门弹簧的自然振动频率

2.采用双气门弹簧

3.采用不等螺距弹簧

2930314

气门传动组的结构功用：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。组成:凸轮轴及其驱动装置，包括挺柱、推杆、摇臂及摇臂轴等。凸轮轴挺柱推杆摇臂凸轮轴正时齿轮摇臂轴32凸轮轴的功用：凸轮轴是气门驱动组中最主要的零件，用来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、配气相位及气门开度的变化规律等要求3334凸轮

工作条件：承受气门弹簧的张力，间歇性的冲击载荷。 凸轮性能：表面有良好的耐磨性，足够的刚度。

凸轮与挺柱线接触，接触压力大，磨损快。35凸轮的轮廓

凸轮轮廓保证气门开启和关闭的持续时间符合配气相位要求,同时也决定了气门的最大升程和升降过程的运动规律。气门开启点消除气门间隙阶段气门升程最大时刻气门关闭点出现气门间隙阶段缓冲结束点36工作过程当凸轮按图中方向转过EA时，挺柱处于最低位置不动，气门处于关闭状态。凸轮转至A点时，挺柱开始移动。继续转动，在缓冲段AB内的某点M处消除气门间隙，气门开始开启，至C点时气门开度最大，而后逐渐关小，至缓冲段DE内某点N时，气门完全关闭。挺柱继续下落，出现气门间隙，至E点时挺柱又处于最低位置。37同名凸轮的相对角位置凸轮轴为顺时针方向（从前端看）转动，工作顺序为1一2—4—3的四缸发动机其作功间隔为720°／4=180°，由于凸轮轴转速为曲轴转速的1／2，所以表现在凸轮轴上同名凸轮间的夹角则为180°／2=90°，如图。38异名凸轮的相对角位置异名凸轮的相对角位置：是由发动机的配气相位和凸轮轴的转向所决定的。由于气门是早开晚关的，且早开角与晚关角不等，则两凸轮的夹角不再是90°，而一般都大于90°。39补充：四冲程两缸机凸轮相对位置40结构凸轮、轴颈（有时有偏心轮或齿轮）41轴颈全支承、非全支承、轴颈尺寸、油槽4243凸轮轴的轴向限位隔圈44凸轮轴的传动方式

凸轮轴是由曲轴通过传动装置来驱动的，所用传动装置有齿轮式、链条式和齿形皮带式。凸轮轴下置，中置的配气机构大多采用圆柱形正时齿轮传动，一般从曲轴到凸轮轴只需一对正时齿轮传动，若齿轮直径过大，可增加一个中间齿轮。为了啮合平稳，减小噪声，正时齿轮多用斜齿。（注意正时记号）45链条传动和齿形皮带传动

为了防止链条抖振，设有导链板和张紧装置，张紧装置有机械式和液压式两种，液压式是用发动机的机油进入液压腔，推动其内部的活塞向外移动，使张紧链轮压向链条，噪声小。齿形皮带传动噪声小显著减小。质量轻、包角大、啮合量大，齿向压强小，工作可靠。46挺柱挺柱的功用是将凸轮的推力传给推杆（或气门杆），并承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力，近年来，液压挺柱被广泛地采用。47液压挺柱1-挺柱体2-卡簧3-球座4-柱塞5-单向阀架6-柱塞弹簧7-单向阀8-碟形弹簧A-柱塞腔B-工作腔48推杆推杆的作用是将从挺柱传来的推力传给摇臂，它是配气机构中最容易弯曲的零件。要求有很高的刚度，在动载荷大的发动机中，推杆应尽量地做得短些。49摇臂和摇臂组

摇臂实际上是一个双臂杠杆，将推杆传来的力改变方向，作用到气门杆端打开气门。50摇臂组516气门间隙的检查与调整定义：气门间隙是指气门完全关闭时，气门杆尾端与摇臂或挺柱之间的间隙。作用：给热膨胀留有余地、保证气门密封52气门间隙对发动性能的影响间隙过大：进、排气门开启持续时间减短，缩短了进排气时间；使气门升程不足，引起进气不充分，排气不彻底，使发动机功率下降。此外，还使配气机构零件的撞击增加，磨损加快。间隙过小：发动机工作后，零件受热膨胀，将气门推开，使气门关闭不严，造成漏气，功率下降，并使气门的密封表面严重积碳或烧坏，甚至气门撞击活塞。53气门间隙大小不同机型，气门间隙的大小不同，根据实验确定，一般冷态时，排气门间隙大于进气门间隙，进气门间隙约为0.25～0.3mm，排气门间隙约为0.3～0.35mm。采用液压挺柱的配气机构不需要留气门间隙。54气门间隙调整方法（1）逐缸调整法（2）两次调整法（“双排不进”法）5556可变进气系统

随着发动机的多气门化，提高了发动机的高速动力性，但又使中小负荷经济性变差和低速扭矩的降低。为了解决此矛盾，近年来高性能轿车发动机广泛采用了可变进气系统、可变排气系统、可变增压系统、可变喷油系统等可变化技术，从而使从高速到低速整个使用范围的性能都得到提高。在可变技术中，可变进气系统应用最为广泛。结构简单、效果显著，被广泛应用在轿车汽油机中。在这里，我们只对可变进气系统做介绍。57可变进气系统一、多气门分段参加工作的可变进气系统二、双进气管分段参加工作的可变进气系统三、采用进气管长度和面积可变的可变进气系统四、配气定时可变的可变进气系统五、气门定时和升程可变的可变进气系统(VTEC)六、气门升程、配气相位可变，停止某缸气门工作（三菱MIVEC)七、通用公司无凸轮轴EVA。八、凌志LS400智能可变配气正时系统VVT-i58一、多气门分段参加工作的可变进气系统丰田2E型1.3L顶置凸轮轴驱动的汽油机采用的是3气门(2进、1排)分段参加工作的可变进气系统。

59二、双进气管分段参加工作的可变进气系统

利用螺旋进气道和进气门通过面积的改变使气门处空气流速改变，并形成旋流来改善混合及燃烧。双进气道是利用进气管通道面积的变化形成可变系统来改善混合和燃烧以及动态效应的利用。丰田汽车公司在4A—GEU型汽油机上，采用了双进气管分段参加工作的4气门可变进气系统。工作过程：高速大负荷；中小负荷。60三、采用进气管长度和面积可变的可变进气系统中小负荷低速运转时，采用长而细的进气管以保证经济性和低速稳定性。高速大负荷时采用短而粗的进气管以保证获得高动力性，其升功率达59kW／L。61四、配气定时可变的可变进气系统

为了获得高速高功率，要求进、排气门开启角大，气门升程也要大，特别是进气迟闭角要大，以充分利用高速惯性充气。为了获得低速大转矩，进气迟闭角要小，以防止低速倒流。为了获得中小负荷良好的经济性，气门重叠角要小。要同时满足上述全部要求，其结构将十分复杂，价格昂贵，难于