发动机构造讲义3

第三章配气机构(目录）3.1概述3.2气门间隙3.3配气相位3.4配气机构主要零部件3.5可变配气系统1第三章配气机构23.1概述一、功用配气机构的功用是根据发动机每一气缸内进行的工作循环和发火次序的要求，定时地开启和关闭各气缸的进、排气门，以保证新鲜可燃混合气（汽油机）或空气（柴油机）得以及时进入气缸并把燃烧生成的废气及时排出气缸。汽车发动机一般采用气门式配气机构。3配气机构分类按气门的布置形式，配气机构可分为气门顶置式和气门侧置式；按凸轮轴的布置型式配气机构又可分为凸轮轴下置式和凸轮轴上置式；按凸轮轴的传动方式配气机构还可分为齿轮传动式、链条传动式和齿形带传动式。4二、充气效率所谓充气效率（）就是指在进气过程中，实际进入气缸的新鲜空气或可燃混合气的质量与在理想状况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。其公式如下：式中：M——进气过程中，实际充入气缸的新气质量；

M0——进气状态下，充满气缸工作容积的新气质量。5影响充气效率的因素很多，就配气机构而言，应使其结构有利于减小进、排气阻力，并且进、排气门的开启时刻和持续开启的时间应适当，使吸气和排气过程尽可能充分，充气效率便可以提高。6三、配气机构的布置型式

气门顶置式配气机构

气门顶置式发动机，由于燃烧室结构紧凑，充气阻力小，具有良好的抗爆性和高速性，易于提高发动机的动力性和经济性指标；但气门行程大，结构较复杂。目前国内外汽车发动机几乎都采用气门顶置式配气机构。7四、凸轮轴的布置形式凸轮轴的布置型式可分为下置、中置和上置三种型式。三者都可以用于气门顶置式配气机构，而气门侧置式配气机构的凸轮只能下置。81、凸轮轴下置式配气机构

将凸轮轴布置在曲轴箱内部，称为凸轮轴下置式配气机构。这种方案传动简单，曲轴与凸轮轴距离较近，一般采用齿轮传动，有利于发动机的布置，但气门与凸轮轴距离较远，影响气门关闭的准确性和气门的运动规律。因此它不适用于高速发动机。92、凸轮轴中置式配气机构凸轮轴位置移至气缸体上部，由凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，而省去推杆，这种结构称为凸轮轴中置式配气机构，这种方案大多采用齿轮传动，但凸轮轴的中心线距离曲轴中心线较远，需加中间齿轮（惰轮）。103、凸轮轴上置式配气机构凸轮轴布置在气缸盖上，凸轮轴可直接通过摇臂来驱动气门或凸轮轴直接驱动气门。它省去了挺柱和推杆，使往复运动质量大大减小，因此它适用于高速发动机。11五、凸轮轴的传动方式凸轮轴由曲轴带动旋转，它们之间的传动方式有齿轮传动、链传动及齿形带传动等几种。1、凸轮轴下置、中置式配气机构大多数采用圆柱正时齿轮传动。一般由曲轴到凸轮轴只需一对正时齿轮传动，必要时可加装中间齿轮。为了啮合平稳，减小噪声和磨损，正时齿轮一般都用斜齿轮。为了保证装配时配气正时，齿轮上都有正时记号，装配时必须使记号对齐。122、链传动

链传动特别适合于凸轮轴上置式配气机构，但其主要问题是工作可靠性和耐久性不如齿轮传动。驱动油泵的链轮液力张紧装置导链板曲轴133齿形带传动近年来在高速轿车（一汽奥迪100）发动机上广泛采用齿形带代替传动链。这种传动对于减小噪声，减小结构质量与降低成本都有很大好处。齿形带用氯丁橡胶制成，中间夹有玻璃纤维以增加强度。144缸双凸轮轴发动机的凸轮轴驱动系统15广洲标致505型轿车配气机构采用链条传动；一汽奥迪100、捷达/高尔夫、宝来和上海桑塔纳、大众波罗、赛欧及广洲本田雅阁型轿车配气机构均采用齿形带传动。16六、气门数目及排列方式一般发动机都采用每缸两气门，即一个进气门和一个排气门的结构。为了进一步改善气缸的换气性能，在结构允许的条件下，应尽量增大进气门头部的直径。当气缸直径较大、活塞平均线速度较高时，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，在高级新型轿车和运动型汽车发动机上普遍采用每缸多气门结构。17如日本丰田TOYOTA2E型汽车发动机采用每缸三气门结构，奔驰190E2.3L型和广洲本田雅阁F23AI型发动机采用每缸四气门结构，一汽捷达王EA113型发动机采用每缸五气门结构（三个进气门、二个排气门。气门数目的增加，使发动机的进、排气通道的横截面积大大增加，提高了发动机的充气效率，改善了发动机的动力性能。18发动机五气门的布置型式

一汽捷达王EA113型发动机采用每缸五气门结构（三个进气门、二个排气门）19每缸四气门的布置

a同名气门排成两列20每缸四气门的布置同名气门排成一列213.2气门间隙为保证气门关闭严密，通常发动机在冷态装配时，在气门杆尾端与气门驱动零件（摇臂、挺柱和凸轮）之间留有适当的间隙，这一间隙称为气门间隙。22为什么留有气门间隙？发动机工作时，配气机构各零件，如气门、挺柱和推杆等因温度升高而膨胀。如果气门及其传动件之间，在冷态时无间隙或间隙过小，则在热态下，气门及其传动件的受热膨胀势必会引起气门关闭不严，造成发动机在压缩和做功行程中漏气，从而使发动机功率下降，严重时甚至不易起动。23气门间隙为什么不能过大或过小？通常留有适当的气门间隙，以补偿气门受热后的膨胀量。气门间隙的大小由发动机制造厂根据试验确定，一般在冷态时，进气门的间隙为0.25-0.30mm，排气门的间隙为0.30-0.35mm。气门间隙过大，将影响气门的开启量，同时在气门开启时产生较大的冲击响声。为了能对气门间隙进行调整，在摇臂（或挺柱）上装有调整螺钉及其锁紧螺母。一些中、高级轿车由于采用液力挺柱，故不预留气门间隙。243.3配气相位

用曲轴转角表示的进、排气门实际开闭时刻和开启持续时间，称为配气相位。通常用相对于上、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。25进、排气门为什么早开和晚关？1、进气提前角为了保证进气行程开始时进气门已开大，减小进气阻力，使新鲜气体能顺利地充入气缸。2、进气迟后角进气门迟后关闭的目的，是由于活塞到达下止点时，气缸内压力仍低于大气压力，且气流还有相当大的惯性，这时气流不但没有终止向气缸流动，而且流速还相当高，仍可利用气流惯性和压力差继续进气。ɑ角一般为10°—30°，ß角一般为40°—80°

26排气门为什么早开和晚关？1、排气提前角当做功行程活塞接近下止点时，气缸内的气体大约还有0.30-0.50Mpa的压力，此压力对做功的作用已经不大，但仍比大气压力高，可利用此压力使气缸内的废气迅速的自由排出，待活塞到达下止点时，气缸内只剩约0.11-0.12Mpa的压力，使排气行程所消耗的功率大为减小，此外，高温废气迅速的排出，还可以防止发动机过热。272、排气迟后角由于活塞到达上止点时，气缸内的残余废气压力继续高于大气压力，加之排气时气流有一定的惯性，仍可以利用气流惯性和压力差把废气排放得更干净。由此可见，排气门开启持续时间内的曲轴转角，即排气持续角为+180°+。角一般为40°—80°，角一般为10°—30°。28三、气门重叠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，这就出现了在一段时间内进、排气门同时开启的现象，这种现象称为气门重叠。同时开启的曲轴转角ɑ+

称为气门重叠角。由于新鲜气流和废气流的流动惯性比较大，在短时间内是不会改变流动的，因此只要气门重叠角选择适当，就不会有废气倒流入进气管和新鲜气体随同废气排出的可能性。293.4配气机构主要零部件

配气机构由气门和气门传动组组成，气门组包括气门、气门导管、气门座和气门弹簧等主要零部件。气门传动组主要包括凸轮轴、凸轮轴正时齿轮、挺柱、推杆（气门顶置式配气机构）、摇臂和摇臂轴。30一、气门组1.气门；2.气门弹簧；3.气门弹簧座；4.锁片；5.气门导管311、气门气门的功用：气门由头部和杆部两部分组成，头部用来封闭气缸的进、排气通道，杆部则主要为气门的运动导向。气门的作用是与气门座相配合，对气缸进行密封，并按工作循环的要求定时开启和关闭，使新鲜气体进入气缸、废气排出。32气门的工作条件气门头部受高温作用（进气门温度高达300－400°C，排气门更高，可达700－900°C），而且还要承受气体压力、气门弹簧力以及传动组零件惯性力的作用，气门杆在气门导管中作高速直线往复运动，其冷却和润滑条件差，因此，要求气门必须具有足够的强度、刚度、耐热和耐磨能力。进气门材料常采用合金钢（铬钢和镍铬钢等），排气门则采用耐热合金钢（硅铬钢等）。33⑴气门头部

a平顶b喇叭形顶c球面顶34气门锥角气门头部与气门座圈接触的工作面，是与杆部同心的锥面，通常将这一锥面与气门顶部平面的夹角称为气门锥角，如图所示，一般做成30°或45°。35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。由于最大尺寸受燃烧室结构的限制，考虑到进气阻力比排气阻力对发动机性能的影响大得多，为尽量减小进气阻力，进气门直径往往大于排气门。另外，排气门稍小些，还不易变形。36⑵气门杆部气门杆是圆柱形，在气门导管中不断进行上、下往复运动。气门杆部应具有较高的加工精度和较小的表面粗糙度值，与气门导管保持正确的配合间隙，以减小磨损和起到良好的导向、散热作用。气门杆尾部结构取决于气门弹簧座的固定方式。37气门弹簧座的固定方式1.气门杆；2.气门弹簧；3.气门弹簧座；4.锥形锁片；5.锁销382、气门导管1.气门导管；2.卡环；3.气缸盖；4.气门座

气门导管的功用是给气门的运动导向，并为气门杆散热。气门杆与气门导管之间一般留有0.05-0.12mm的间隙，使气门杆能在导管中自由运动。393、气门座

进、排气道与气门锥面相结合的部位称为气门座。气门座的作用是靠其内锥面与气门锥面的紧密贴合密封气缸，并接受气门传来的热量。因为气门座在高温下工作，磨损严重，故不少发动机的气门座用耐热钢或合金铸铁单独制成气门座圈，然后再镶嵌入气缸盖或气缸体上的气门座圈孔中.404、气门弹簧41二、气门传动组气门传动组的作用是使气门按发动机配气相位规定的时刻及时开、闭，并保证规定的开启时间和开启高度。1、凸轮轴4243凸轮轮廓形状

凸轮工作面的高度决定了气门升程，凸轮工作面的形状决定气门的开闭时间。虽然结构简单，但由于与发动机性能密切相关，所以设计和制造的要求非常严格。44正时齿轮

凸轮轴由曲轴通过传动装置驱动，通常采用一对正时齿轮传动。小齿轮和大齿轮分别用键安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，必须将正时标记对准，以保证正确的配气相位和点火时刻。45凸轮轴的轴向定位1.正时齿轮；2.正时齿轮轮毂；3.锁紧螺母；4.止推板；5.止推板固定螺钉；6.调节隔圈462、挺柱a筒式b滚轮式

普通挺柱液力挺柱473、推杆484、摇臂摇臂是一个中间带有圆孔的不等长双臂杠杆，其作用是将推杆传来的力改变方向，作用到气门杆尾部使其推开气门。

1.气门间隙调整螺钉；2.调节螺母；3.摇臂；4.摇臂轴套49直动式气门驱动机构50摇臂式气门驱动机构51滚子式摇臂有利于减少摩擦阻力52摇臂组

1.摇臂轴；2.摇臂轴支座；3.摇臂衬套；4.摇臂；5.锁紧螺母；6.调整螺钉；7.限位弹簧533.5可变配气系统一、可变配气相位及其作用机理传统的发动机配气机构在发动机制造装配好之后，配气相位角及气门升程便无法改变。但理想的配气相位和升程应随发动机的转速、负荷及其它工况而改变。对进气门和排气门的特性参数控制主要有三个：气门开启相位、气门开启持续角度（指气门保持升起持续的曲轴转角）和气门升程。这三个特性参数对发动机的性能、油耗和排放有重要影响。54出于不同的考虑，对气门特性参数提出了不同要求。为了提高标定功率，要提早开启、推迟关闭进气门，并提高进气门升程；为了提高低速扭矩，要提早关闭进气门；为了改善启动性能并提高怠速稳定性，则要推迟开启进气门，减小气门叠开。显然，进气门特性参数对发动机的影响比排气门特性参数更大，进气门关闭相位的影响比开启相位大。55传统式发动机通过各种不同配气相位的试验，兼顾各种工况从中选取某一固定配气相位，是发动机性能的一种折中方案，因而不可能在各种情况下达到最佳性能。与固定配气相位相比，可变配气相位可以在发动机整个工作范围内的转速和负荷下，提供合适的气门开启、关闭时刻或升程，从而改善发动机进、排气性能，较好地满足高转速和低转速、大负荷和小负荷时的动力性、经济性、废气排放的要求。56可变配气机构（1）改变凸轮与气门之间连结的可变配气相位机构（2）改变凸轮轴相位角的可变配气相位机构

（3）变换凸轮型线的可变配气相位结构

（4）无凸轮轴可变配气相位机构

57（1）改变凸轮与气门之间连结的可变机构该类机构主要是通过改变凸轮与气门之间的连结机构，如挺柱、摇臂或推杆的结构，间接的实现改变凸轮型线作用。这类机构机械式的较多，也有液压式的，可以较好的实现可变配气相位的功能。不足之处是大多数机构从动件比较多，气门系存在冲击，有的结构也很复杂。582改变凸轮轴相位角的可变配气相位机构

该类机构利用凸轮轴调相原理，凸轮型线是固定的而凸轮轴相对曲轴的转角