第三章-配气机构

*1第三章配气机构配气机构的主要零部件概述

配气相位*2

配气机构*3§3.1 概述一、配气机构功用:

按照发动机每个气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭气缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气(汽油机)或空气(柴油机)得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。二、配气机构组成:

由气门组和气门传动组两部分组成。*4气门气门座或气门座圈气门导管气门弹簧气门锁紧装置凸轮轴挺柱推杆摇臂轴摇臂配气机构的组成气门组气门传动组*5对充气效率的分析

ηv<1（一般为0.8~0.9）提高ηv方法

减少进气和排气阻力，

进排气门的开启时刻和持续开启时间适当。ηv=M/M0M-进气过程中，实际进入气缸的新气的质量；Mo-在理想状态下，充满气缸工作容积的新气质量。

三、充气效率：

在进气行程中，实际进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量与在进气系统进口状态下充满气缸工作容积的新鲜空气或可燃混合气的质量之比。

*6*7配气机构工作过程*8五、配气机构类型气门顶置式气门布置形式气门侧置式凸轮轴下置式凸轮轴布置位置凸轮轴中置式凸轮轴上置式齿轮传动式凸轮轴传动方式链传动式齿形带传动式*9摇臂驱动式气门驱动形式摆臂驱动式直接驱动式两气门式每缸气门数多气门式4气门5气门3气门*10气门顶置式

气门位于气缸盖上；由凸轮、挺柱、推杆、摇臂、气门和气门弹簧等组成；特点：进气阻力小，燃烧室结构紧凑，气流搅动大，能达到较高的压缩比。气门行程大，结构较复杂，曲轴与凸轮轴传动比为2:1。目前国产的汽车发动机都采用气门顶置式配气机构。*11气门侧置式

由凸轮、挺柱、气门和气门弹簧等组成。省去了推杆、摇臂等另件，简化了结构。

进排气门都布置在气缸的一侧，结构简单、零件数目少。气门布置在同一侧导致燃烧室结构不紧凑、压缩比受到限制、热量损失大、进气道曲折、进气阻力大，使发动机性能下降，已趋于淘汰。*12凸轮轴下置式——位于缸体中部

CA6102Q、EQ6100Q、BJ492Q

特点：凸轮轴传动简单气门传动件较多

*13凸轮轴中置式——位于缸体上部凸轮轴上置式——位于缸盖顶上桑塔纳、切诺机*14凸轮轴下置式

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，发动机高度也有所增加。凸轮轴中置

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，这种结构称为凸轮轴中置配气机构。

凸轮轴上置

凸轮轴直接驱动气门或直接通过摇臂来驱动气门，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。*15按照凸轮轴的传动方式分类方式图示应用齿轮传动

为大多数凸轮轴下置，中置的配气机构采用，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。链条传动

适用于凸轮轴上置和中置的配气机构，但其工作可靠性和耐久性不如齿轮传动。齿形带传动

凸轮轴上置式配气机构，在高速汽车发动机上广泛采用齿形皮带来代替传动链，齿形带传动，噪声小、工作可靠、成本低。*16*17按照气门数目分类

一般发动机都采用每缸两个气门，即一个进气门和一个排气门的结构。为了改善换气，在可能的条件下，应尽量加大气门的直径，特别是进气门的直径。但是由于燃烧室尺寸的限制，气门直径最大一般不能超过气缸直径的一半。当气缸直径较大，活塞平均速度较高时，每缸一进一排的气门结构就不能保证良好的换气质量。因此，在很多新型汽车发动机上多采用每缸四个气门结构。即两个进气门和两个排气门。*18凸轮轴下置凸轮轴中置气门顶置挺柱挺柱推杆摇臂摇臂*19单上置凸轮轴(SOHCSingleOverHeadCamshaft

)气门顶置摇臂驱动液力挺柱摇臂驱动气门顶置*20凸轮轴上置气门顶置摆臂驱动摆臂支座摆臂支座气门间隙调整块*21凸轮轴上置直接驱动挺柱体气门顶置*224气门配气机构5气门配气机构双凸轮轴上置直接驱动气门*23§3.2配气相位及气门间隙一、配气相位1.定义：以活塞上下止点为基准，用曲轴转角来表示气门开启和关闭的时刻进气定时：1.进气门早开（进气提前角=0～30°

）2.正常进气（180°）3.进气门晚关（进气迟后角=30～

80°

）4.进气持续角++180

*24排气定时1.排气门早开（排气提前角=40～

800）2.正常排气（1800）3.排气门晚关（排气迟后角=0～

300

）4.排气持续角++180

*25气门叠开进、排气门同时开启气门叠开所占的曲轴转角叫气门重叠角即

+*26二、气门间隙

1.气门间隙定义：为保证气门关闭严密，通常发动机在冷态下，气门处于关闭状态时，气门杆尾端与传动件的间隙。气门杆凸轮轴气门间隙进气门0.25～0.30mm排气门0.30～0.35mm*272.气门间隙作用：给热膨胀留有余地，保证气门密封.间隙过大：进、排气门开启迟后，缩短了进排气时间,降低了气门的开启高度，改变了正常的配气相位，使发动机因进气不足，排气不净而功率下降，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。采用液压挺柱的配气机构不需要留气门间隙。

*28§3.3配气机构的主要零部件一、气门组

包括气门、气门座、气门导管、气门弹簧、锁片、卡簧.*29*30气门组实物图锁片弹簧座*311.气门功用：控制进、排气管的开闭。

构造：头部、杆身和尾部。

工作条件：承受高温、高压、冲击、润滑困难。

性能要求：足够的强度、刚度、耐磨、耐高温、耐腐蚀、耐冲击。

材料：进气门采用合金钢(铬钢或镍铬等)，排气门采用耐热合金钢(硅铬钢等).头部杆部尾部*32进气门（大）排气门（小）如果两气门一样大时则排气门有记号。*33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。*34气门锥角——气门头部与气门座圈接触的锥面与气

门顶部平面的夹角。

A.获得较大的气门座合压力,提高密封性和导热性

B.气门落座时有较好的自动对中、定位作用。

C.避免气流拐弯过大而降低流速。

D.落座时能挤掉接触面的沉积物，即有自洁作用

气门锥角边缘应保持一定1～3mm的厚度，以防工作中冲击损坏和被高温烧蚀。进、排气门*35较高的加工精度，表面经过热处理和磨光，保证同气门导管的配合精度和耐磨性气门杆尾部：环形槽、锁销孔凹槽易断裂处

杆身→杆身与头部制成一体，装在气门导管内起导向作用，杆身与头部采用圆滑过渡连接。尾部→制有凹槽（锥形槽或环形槽）用来安装锁紧件。*362.气门导管作用:为气门运动导向兼起导热作用。工作条件:温度高。润滑难，易磨损.材料:用含石墨较多的铸铁，以提高自润滑作用。加工方法:外表面加工精度较高，内表面精绞。装配:气门杆与气门间

隙0.05～0.12mm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。*373.气门座与气门座圈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。

气门座圈*384.气门弹簧功用：保证气门的回位。吸收传动件惯性力，防止挺柱脱离凸轮。材料：高锰碳钢、铬钒钢。气门弹簧气门弹簧座锁片气门关闭

保证气门及时关闭、密封气门开启

保证气门不脱离传动机构*39圆柱等螺距弹簧不等距弹簧旋向相反的两个弹簧，防止断裂的弹簧卡入另一弹簧*405.气门旋转机构功用：为了使气门头部温度均匀，防止局部过热引起的变形和清除气门座积炭，可设法使气门在工作中相对气门座缓慢旋转*41外端圆孔，可防止应力集中。*42二、气门传动组组成

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。凸轮轴挺柱推杆摇臂凸轮轴正时齿轮摇臂轴气门间隙调整螺钉*431.凸轮轴作用：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：承受气门间歇性开启的冲击载荷。材料：优质钢、合金铸铁、球墨铸铁结构：轴颈斜齿轮凸轮偏心轮正时齿轮偏心轮：驱动汽油泵斜齿轮：驱动分电器、（机油泵）*44（1）凸轮工作条件：承受气门弹簧的张力，间歇性的冲击载荷.凸轮与挺柱线接触，接触压力大，磨损快。性能要求：表面有良好的耐磨性，足够的刚度。

轮廓：开启点消除气门间隙阶段最大升程关闭点出现气门间隙阶段缓冲结束点*45

凸轮轴上各同名凸轮(各进气凸轮或各排气凸轮)的相对角位置与凸轮轴旋转方向、发动机工作顺序及气缸数或作功间隔角有关。如果从发动机风扇端看凸轮轴逆时针方向旋转，则工作顺序为1-3-4-2的四缸发动机其作功间隔角为720°／4＝180°曲轴转角，相当于90°凸轮轴转角，即各同名凸轮间的夹角为90°。对于工作顺序为1-5-3-6-2-4的六缸发动机，其同名凸轮间的夹角为60°。同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置即异名凸轮相对角位置，决定于配气定时及凸轮轴旋转方向。

*46（2）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斜齿轮产生的轴向力。正时齿轮止推板调节环凸轮轴颈凸轮轴的轴向间隙气缸体窜动量止推板轴向定位*47*48（3）凸轮轴的驱动A、齿轮传动：应用在下置凸轮轴发动机。采用斜齿齿轮。正时齿轮及正时标记*49B、链条和齿形皮带传动：链条传动噪声小，用于中置式或顶置式凸轮轴发动机。曲轴正时齿形带轮中间轴齿形带轮张紧轮凸轮轴正时齿形带轮*502.挺柱⑴作用：将凸轮的推力传给推杆或气门。⑵挺柱的分类：机械挺柱和液力挺柱。菌式气门侧置式筒式气门顶置式滚轮式减小摩擦所造成的对挺柱的侧向力。多用于大缸径柴油机。*51（3）挺柱的旋转

旋转的目的：使挺柱磨损均匀。在挺柱工作时，由于受凸轮侧向推力的作用会引起挺柱与导管之间单面磨损，又因挺柱底面与凸轮固定不变地在一处接触，也会造成磨损不均匀。

旋转的措施：1）挺柱轴线偏离凸轮的对称轴线2）将挺柱底面做成球面，将凸轮工作面制成锥度很小的锥面*52（4）液力挺柱⑴目的：消除配气机构的气门间隙，减小各零件的冲击载荷和噪声提高发动机高速时的性能。⑵结构：挺柱体和柱塞上有油孔与发动机机体上相应的油孔相通。球座为推杆的支承座。同时将柱塞内腔堵住。弹簧用来将柱塞经常压向上方。柱塞下端单向阀架内装有碟形弹簧，用以关闭单向阀。推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧*533.气门推杆作用：将挺柱传来的推力传给摇臂。工作情况：是气门机