配气机构综述

第5章

配气机构主要内容概述配气相位气门传动组气门组学习目标了解配气机构的功用、组成和布置形式，理解配气相位和气门间隙的概念。熟悉配气机构主要件的结构。第一节概述

一、功用按照发动机各缸工作过程的需要，定时地开启和关闭进、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，废气及时排出气缸。进饱排净，当进排气门关闭时，保证气缸密封。进气终了时压力越高，温度越低，则充气效率越高充量系数进入气缸的实际充量/进入气缸的理论充量=0.8～0.9二、类型：按凸轮轴的位置分为：下置式、中置式、上置式按曲轴和凸轮轴的传动方式分为：

齿轮传动式、链条传动式和齿形带传动式按每缸气门数分：二气门式、三气门式、四气门式、五气门式。(一)下置凸轮轴式配气机构1.结构特点（1）凸轮轴装在曲轴箱内，而摇臂轴装在气缸盖上，两者相距较远，推杆较长。（2）凸轮轴距曲轴较近，两者之间采用正时齿轮传动。

（3）传动链长，零件多，机构刚度差，高速动力性能差；高速发动机不用。2.组成：气门传动组气门组气门传动组正时齿轮、凸轮轴、气门挺柱、推杆、调整螺钉锁紧螺母摇臂摇臂轴摇臂轴支架气门组3.工作过程凸轮轴下置式配气机构组成与原理动画（1）气门打开：曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴旋转，凸轮轴上的凸起部分通过挺柱、推杆、调整螺钉，推动摇臂摆转，摇臂的另一端便向下推开气门，同时气门弹簧进一步压缩。（2）气门关闭：当凸轮的凸起部分的顶点转过挺柱以后，在气门弹簧张力的作用下，气门开度逐渐减小，直至最后关闭。(二)凸轮轴上置式配气机构其结构特点为1、凸轮轴位于气缸盖上。2、凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，没有挺柱和推杆，使往复运动惯量大大减小，因此它适用于高速发动机。（三）中置凸轮轴式配气机构

其结构特点为1.凸轮轴位于气缸体的上部2.推杆较短，运动惯性小。3.也可省去推杆，而由挺柱直接驱动摇臂。三、配气机构的传动凸轮轴正时齿轮和曲轴正时齿轮的齿数存在什么关系？思考一下四、每缸气门数及其排列方式每缸5气门新型奥迪轿车的V型六缸五气门发动机和捷达EAll3型四缸五气门发动机就采用五气门技术。与四气门相比，采用每缸五气门的发动机其气门流通截面更大，充气效率更高。可以实现燃油消耗低、转矩大及排污少，比四气门发动机达到的性能指标更好。

五、气门间隙1.

定义发动机冷装配时，气门杆尾端与气门驱动组零件之间的间隙。2.必要性

如果气门及其传动件之间，在冷态时无间隙，则发动机在热态，气门及其传动件的受热膨胀将引起气门关闭不严，造成发动机在压缩和作功行程中漏气，而使功率下降，严重时甚至不易起动。为此，在冷态时应该留气门间隙。3.气门间隙过大和过小的危害正常：冷态时，进气门0.25mm~0.35mm，排气门0.30mm～0.35mm。过大：（1）传动零件之间及气门和气门座之间产生撞击响声，并加速磨损。（2）使气门开启的持续时间减少，气缸充气和排气情况变坏。过小：热态下使气门关闭不严而发生漏气，导致功率下降，甚至烧坏气门。1.某车冷启动时动力性好，但是越跑感觉车越没劲，什么原因？2.在发动机的上方气门处，有“哒哒”声，随转速的增加响声变大，冷车时响声大，热车时响声减小，什么原因？思考？第二节配气相位（一）定义：用曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻和开启持续时间，称配气相位。（二）配气相位的必要性1.因发动机转速高，气门开启的理论持续时间极短。例如四冲程发动机转速3000r/min时，一个行程时间只有0.01s。2.气门开启需要一个过程，气门全开时间就更短。在这样短的时间内，难以做到进气充分和排气干净，因此实际发动机的进、排气门都要早开和晚关，气门开启的持续角都大于1800。（三）进气门的配气相位1.进气提前角（1）定义：从进气门开始开启到上止点所对应的曲轴转角称为进气提前角(或早开角)。进气提前角用α表示，α一般为100～300。（2）目的：进气门早开，使得活塞到达上止点开始向下运动时，进气门已有一定的开度，可获得较大的进气通道截面，减少进气阻力。2.进气滞后角（1）定义：从下止点到进气门关闭所对应的曲轴转角称为进气滞后角(或晚关角)。进气滞后角用β表示，β一般为40°～80°。（2）目的：1）利用缸内外的压力差继续进气：到下止点时，气缸内的压力仍低于大气压2）利用气流的惯性继续进气：所以进气门适当晚关可使进气较充分。(四)排气门的配气相位1.排气提前角(或早开角)

（1）定义：从排气门开始开启到下止点所对应的曲轴转角。排气提前角用γ表示，γ一般为40°～80°。（2）目的：1）利用缸内外的压力差继续排气：排气门早开，气缸内300kPa～500kPa的压力，使气缸内的废气迅速地自由排出。2）减少排气冲程所消耗的功率：因排气门早开，废气先排出一部分，活塞到达下止点时，气缸内只剩约110kPa～120kPa的压力，使排气冲程所消耗的功率大为减少。3）高温气体的早排，可以防止发动机过热。2.排气滞后角（2）目的：

1）利用缸内外的压力差继续排气：因活塞到达上止点时，气缸内的压力仍高于大气压，可利用缸内外的压力差继续排气。

2）利用废气流的惯性继续排气：因活塞到达上止点时，废气流还有一定的惯性，仍能继续排气。所以排气门适当晚关可使废气排得较干净。（1）定义：从上止点到排气门关闭所对应的曲轴转角称为排气滞后角(或晚关角)。排气滞后角用δ表示，δ一般为10°～30°。（五）气门的叠开定义：由于进气门早开和排气门晚关，就出现了一段进排气门同时开启的现象，称为气门叠开。进排气门同时开启的角度，即进气门早开角与排气门晚关角的和（α+δ），称为气门叠开角。第三节气门传动组组成：凸轮轴及其驱动装置，包括挺柱、推杆、摇臂及摇臂轴、气门间隙调整螺钉等。一、凸轮轴(一)凸轮轴的功用1.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变化规律等要求。2.驱动汽油泵、机油泵和分电器等。材料：优质碳钢或合金钢锻制，合金铸铁和球墨铸铁铸造。（二）凸轮轴的构造凸轮轴主要由凸轮、凸轮轴轴颈等组成。对于下置式凸轮轴，还有偏心轮(用于驱动汽油泵)、螺旋齿轮(用于驱动机油泵和分电器)。1.凸轮凸轮的轮廓保证气门开启和关闭的持续时间符合配气相位的要求。O为凸轮的中心，EA为凸轮的基圆，AB和DE为凸轮的缓冲段，BCD为凸轮的工作段。CODNEAMB1.凸轮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2.凸轮轴轴颈作用：用来支承凸轮轴。3.凸轮轴轴承凸轮轴轴承做成衬套压入整体式的座孔内，最后再加工，与轴颈配合。上置式凸轮轴各轴颈的直径均相等，下置式凸轮轴轴颈的直径由风扇端向飞轮端依次减小，目的是便于安装。4.凸轮轴的轴向限位装置作用：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。1、正时齿轮；2、垫圈；3、螺母；4、止推片；5、螺栓；6、隔圈。123456二、正时齿轮凸轮轴通常由曲轴通过一对定时齿轮驱动，小齿轮和大齿轮分别用键装在曲轴和凸轮轴的前端，其传动比为2：1。在装配曲轴和凸轮轴时，必须将定时齿轮记号对准，以保证正确的配气正时和发火时刻。三、气门挺柱与推杆（一）挺柱1.功用：将凸轮的推力传给推杆或气门。2.普通挺柱的构造1）型式：常见挺柱有2）挺柱的旋转

目的：使挺柱磨损均匀。

因挺柱工作时，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始终在一处接触，也会造成磨损不均匀。措施：

挺柱底部工作面多制成球面，并且把凸轮制成锥形。这样，在工作时，由于凸轮与挺柱的接触点偏离挺柱轴线，当挺柱挺起时，接触点的摩擦力使其绕本身轴线转动，以达到磨损均匀的目的。3）液力挺柱（1）目的：

解决了因有气门间隙而产生的冲击及噪音问题。（2）组成：（3）工作原理工作原理动画(二)推杆1.作用：将挺柱传来的推力传给摇臂。2.结构：推杆一般采用冷拔无缝钢管制成杆的两端焊接或压配有不同形状的端头，下端通常是圆球形，以便与挺柱的凹球形支座相适应；上端一般采用凹球形。四、摇臂1.功用：将推杆或凸轮传来的推力传给气门使其开启。2.结构：摇臂装在摇臂轴上，摇臂轴通过摇臂轴支座装在气缸盖上。摇臂是一个不等臂杠杆，其长臂一端驱动气门。3.浮动式摇臂其摇臂没有中间支承轴，是在导槽中浮动的安装。摇臂的一端安装在气缸盖的液力挺柱上，另一端驱动气门，凸轮抵在摇臂的中部。1-浮动摇臂；2-柱塞；3-壳体；4-进油孔；5-单向阀；6-柱塞弹簧；7-高压腔；8-单向阀保架及单向阀弹簧；9-滚轮；10-销轴；11-滚针五、摇臂支架第四节气门组气门组的主要机件有气门气门弹簧气门导管一、气门气门的功能气门各部分的名称气门的分类1头部形状2）气门锥角（1）

定义：气门锥面与顶平面的夹角称气门锥角。α2）

气门锥角的作用就像锥形塞子可以塞紧瓶口一样，能获得较大的气门座合压力，以提高密封性和导热性；气门落座时有自动定位作用；避免气流拐弯过大而降低流速；气门落座时能挤掉接触面的沉积物，即有自洁作用。

3）

进、排气门锥角的大小进气门锥角较小，多用300。因锥角越小，进气通道截面越大，进气量越多。排气门锥角较大，通常为450。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，以加强散热和避免受热变形。且锥角越大，座合压力越大，自洁作用越大。

气门弹簧座的固定方式a-气