现代汽车构造教学课件-配气机构

第3章配气机构〔1〕气门式配气机构的布置及传动〔2〕配气相位〔3〕配气机构的组成和零件气门组气门传动组三、影响充量系数因素充量系数的大小与进气终了时缸内的温度和压力有关，进气终了时缸内的温度越低、压力越大，充量系数越高。四、充量系数小于1的原因〔1〕进气系统存在进气阻力，使得进气终了时的压力小于进气系统入口处的压力。〔2〕排气系统存在排气阻力，使得排气终了时，缸内具有一定的剩余废气，剩余废气对新鲜充量进行加热，使新鲜充量的温度升高。〔3〕高温零件对新鲜充量进行加热，也导致新鲜充量的温度升高。§3.1气门式配气机构的布置及传动组成：气门组气门传动组一、气门的布置型式

有两种：一种是气门顶置式，一种是气门侧置式。1、气门顶置式配气机构：进、排气门都布置在气缸盖上。〔1〕组成：

〔2〕气门顶置式配气机构的特点： A、气门行程大，燃烧室紧凑，但结构复杂。

B、曲轴与凸轮轴传动比为2:1。〔3〕工作过程配气机构运动仿真2、气门侧置式配气机构

进、排气门都布置在气缸的一侧，结构简单、零件数目少。进、排气门布置在活塞的同一侧导致燃烧室结构不紧凑、进气阻力大，使发动机性能下降，目前已被淘汰。二、凸轮轴的布置型式1、凸轮轴下置式配气机构 凸轮轴位于曲轴箱内优点：凸轮轴离曲轴近，可以只用一对齿轮进行传动，结构简单。缺点：凸轮轴与气门相距较远，动力传递链长，整个机构的刚度差，不适用于高速发动机。2、凸轮轴中置式配气机构凸轮轴位于气缸体的上部传动方式：凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，省去了推杆。优点：省去了推杆，减少了气门传动机构的往复惯性质量，适用于高速发动机。缺点：当凸轮轴的中心线离曲轴的中心线较远时，需要在两个正时齿轮中间加一个惰轮。3、凸轮轴顶置式：凸轮轴位于气缸盖上特点：凸轮轴离气门近，省去了推杆，甚至挺柱，减少了气门传动机构的惯性质量。凸轮轴顶置式配气机构按驱动方式的不同，分为三类：双凸轮轴顶置式配气机构应用：高速发动机桑塔纳轿车发动机捷达轿车气缸盖实物图上置凸轮轴实物图三、凸轮轴的传动方式1、齿轮传动：一般采用一对圆柱形定时齿轮进行传动，为了传动平稳和减小噪声，定时齿轮的齿形为斜齿。必要时，可加装中间齿轮。适用于：凸轮轴下置和中置式的配气机构。2、链传动

由链条和链轮的相互配合来实现传动。

为了使链条具有一定的张力，而不至脱链，装有导链板和链条张紧器。

适用于：凸轮轴顶置式配气机构。

导链板链条张紧器3、带传动

由齿形带和齿形带轮的

相互配合来实现传动。

由于链传动的工作可靠性较低，在高速汽油机上广泛采用带传动来代替链传动，应用于凸轮轴顶置式配气机构。

带传动具有噪声小、质量轻、本钱低的优点。传动方式传动路线应用齿轮传动曲轴正时齿轮→凸轮轴正时齿轮凸轮轴下置、中置式配气机构链传动曲轴→链条→凸轮轴正时齿轮凸轮轴上置式配气机构带传动曲轴→齿形带→凸轮轴正时齿轮凸轮轴上置式配气机构四、气门数及其布置形式

〔1〕单缸2气门〔2〕单缸4气门目的：提高充量系数，改善换气质量，提高发动机的功率〔3〕单缸5气门：3个进气门、2个排气门

五、气门间隙1、概念：气门间隙：为保证气门在受热膨胀时关闭严密，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、摆臂或凸轮〕之间留有适当的间隙，称为气门间隙气门间隙进气门0.25~0.30mm排气门0.30~0.35mm2、气门间隙不能过大也不能过小，其原因是什么？

如果气门间隙过小，气门及其传动机构受热膨胀时，将引起气门关闭不严，造成漏气。

如果气门间隙过大，气门与气门座之间以及气门传动机构之间产生会强烈的撞击，加剧磨损，引起振动和噪声，另外，会造成气门开启持续时间的减少。§3.2配气相位 1、概念：气门从开启到关闭所经历的曲轴转角，称为配气相位。2、理论配气相位与实际配气相位的差异：理论配气相位：进气门在上止点翻开，下止点关闭，而排气门在下止点翻开，上止点关闭，各自经历180度的曲轴转角。实际的配气相位：进气门在上止点前翻开，下止点后关闭，而排气门在下止点前翻开，上止点后关闭，各自经历的曲轴转角大于180度。配气相位图

10°~30°

40°~80°

40°~80°

10°~30°进气提前角〔〕：从进气门翻开到上止点曲轴所转过的角度。进气迟闭角〔〕：从下止点到进气门关闭曲轴所转过的角度。排气提前角〔〕：从排气门翻开到下止点曲轴所转过的角度。排气迟闭角〔〕：从上止点到排气门关闭曲轴所转过的角度。气门重叠：由于进气门早开和排气门晚关造成的进、排气门同时开启的现象。气门重叠角〔+〕：进、排气门同时开启，所经过的曲轴的转角。实际配气相位演示进气门为什么提前翻开，迟后关闭？提前开启的原因：在进气行程开始时，进气门已有较大的流通面积，减小进气阻力，使新鲜充量顺利进入气缸。迟后关闭的原因：利用气流的惯性继续进气。排气门为什么提前翻开，迟后关闭？提前翻开的原因：在作功行程活塞接近下止点时，缸内的压力较低，对于作功而言，作用不大，但是该压力大于大气压力，排气门稍微翻开，就可以自由的排出缸外，减少活塞的推出功。另外，在排气行程开始时，排气门已有较大的流通面积，排气阻力小，使废气顺利排出气缸。迟后关闭的原因：利用气流惯性继续排气。§3.3 配气机构的零件和组件一、气门组作用：实现气缸的密封。要求：气门头部与气门座贴合严密气门导管与气门杆有良好的导向气门弹簧两端面与气门杆的中心线垂直气门弹簧有足够的弹力，以克服气门的惯性力，使气门及时关闭1、气门〔1〕功用： 是燃烧室的组成局部，是气体进、出燃烧室通道的开关。〔2〕工作条件：A、工作温度高。B、头部承受气体力、气门弹簧力、惯性力等。C、冷却和润滑条件差。〔3〕要求： 具有足够的强度、刚度、耐热和耐磨能力进气门300~400度〔铬钢或铬镍钢〕排气门700~900度〔硅铬钢〕头部杆部〔4〕气门头部的形状平顶式结构简单，制造方便，吸热面积小，质量小，进、排气门都可以使用。球面顶强度高，排气阻力小，废气的清除效果好，适合排气门，但球形的受热面积大，质量和惯性力大，加工较复杂。喇叭顶喇叭形气门的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，适合做进气门，不宜作排气门。(5〕

气门头部直径气门头部直径越大，流通面积就越大，进、排气阻力就越小。为了提高缸内的进气充量，通常进气门头部直径大于排气门。〔6〕气门锥角定义：气门锥面与顶平面的夹角称气门锥角。一般做成45度。α〔7〕

进、排气门锥角的大小进气门锥角较小，多用300。因为锥角越小，气门的流通截面越大，进气量就越多。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，不宜烧蚀。〔8〕气门杆

呈圆柱形，在气门导管中不断地做往复运动，接受气门头部传来的热量，因此外表必须经过热处理和磨光，以防止热变形，并改善耐磨性。2、气门导管1〕作用： 〔1〕导向作用，保证气门作往复直线运动，使气门与气门座能够正确贴合；〔2〕导热作用：将气门杆接受的热量传给气缸盖水套内的冷却液。2〕工作条件： 工作温度较高，约200度。仅靠配气机构飞溅出来的机油进行润滑，易磨损。3〕材料： 灰铸铁，球墨铸铁或铁基粉末冶金制造，以提高其自身的润滑作用。 4〕加工及装配〔1〕精加工内外圆柱面〔2〕压入气缸盖上的气门导管孔中〔属于过盈配合〕〔3〕精绞气门导管内孔为了防止气门导管在使用过程中脱落，有的发动机对气门导管用卡环定位。气门杆和气门导管之间一般留有0.05～0.12mm的间隙。、3、气门座 气门座： 气缸盖进、排气道与气门锥面相结合的部位，气门座可以直接镗在在气缸盖上，也可以采用较好的材料〔合金铸铁、奥氏体钢〕单独制造，镶嵌在气缸盖上。 1〕作用：〔1〕气门座的锥面与气门锥面紧密贴合密封气缸。 〔2〕接受气门头部传来的热量。气门座2〕工作条件工作温度很高，承受频率极高的冲击载荷，润滑条件差，容易磨损3〕柴油机与汽油机进、排气门座的区别进气门座排气门座汽油机工作温度低、可以靠从气门导管漏下的机油润滑，故可在气缸盖上直接镗出（铝合金缸盖的汽油机，进排气门座必须采用镶嵌式）工作温度高、可能因机油在气门导管内被炭化而得不到润滑，极易磨损，故采用镶嵌式柴油机从气门导管漏出的机油很少；柴油机缸内的气体压力高，再加上进气门的直径大，容易变型，这些将导致进气门座的磨损加剧，故采用镶嵌式。可以得到废气中燃烧不完全的柴油、机油以及碳粒的润滑，磨损不强烈，可在气缸盖上直接镗出，也可采用镶嵌式。4、气门弹簧(1)功用：在关闭气门过程中克服气门及传动件的惯性力，防止各传动件之间因为惯性力的存在而产生间隙，保证气门及时落座，并与气门座紧密贴合。因此，弹簧必须具有足够的刚度和预紧力。〔2〕工作条件及要求承受交变载荷为保证其工作的可靠性，必须具有足够的强度和疲劳强度。防止弹簧被锈蚀两端面必须磨光并与轴线垂直〔3〕材料及工艺气门弹簧多为圆柱形螺旋弹簧，其材料为高锰碳钢、铬钒钢等。工艺：冷拔钢丝—热处理—外表抛光或喷丸〔提高弹簧的疲劳强度〕—外表镀锌、镀铜、磷化或发蓝处理〔防锈蚀〕〔4〕气门弹簧的安装气门弹簧的一端支撑在气缸盖上，另一端那么压靠在气门杆尾端的弹簧座上，弹簧座用采用剖分成两半且外外表为锥面的锁夹或者锁销固定在气门杆的尾端。〔5〕防止气门弹簧发生共振的措施：当气门开启和关闭的频率〔气门弹簧的工作频率〕与气门弹簧自身的固有频率相等时，气门弹簧就会发生共振，容易导致气门弹簧折断。防止弹簧发生共振的措施：采用变螺距的圆柱弹簧一个气门同心安装内外两根旋向相反气门弹簧。除了防止气门弹簧发生共振外，还可以降低气门弹簧的高度；另外，一根气门弹簧折断时，不会卡在另一个弹簧圈里，保证另一根弹簧继续工作。双弹簧布置旋向相反的两个弹簧，防止断裂的弹簧卡入另一弹簧应用车型：奥迪100，捷达，桑塔纳,广州标致505二、气门传动组功用：按照配气定时开启和关闭进、排气门，并保证有足够的开度

组成：凸轮轴下置式：凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂和摇臂轴等组成；凸轮轴顶置式：凸轮轴、挺柱、摇臂或摆臂等组成凸轮轴顶置直接驱动气门式：凸轮轴、挺柱等凸轮轴凸轮轴正时齿轮挺柱推杆摇臂座摇臂轴1、凸轮轴凸轮轴结构：螺栓垫片正时齿轮止推凸缘止推座凸轮轴衬套驱动汽油泵的偏心轮驱动分电器的螺旋齿轮凸轮轴轴颈凸轮凸轮轴的安装：为了减小凸轮轴的变形，可以采用全支撑的方式，即：凸轮轴的两端和每两缸之间各有一个轴颈；但因支撑数多，加工复杂，故一般发动机每个两个气缸设置一个轴颈。注意：为了安装方面便，凸轮轴的轴颈是从前向后依次减小的。凸轮的轮廓凸轮轮廓与气门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凸轮的相位置

同一气缸进、排气凸轮的相对位置与既定的配气相位相对应。同一缸排气凸轮的顶点相对于进气凸轮的顶点沿凸轮旋转方向超前的角度为：例如：凸轮轴的轴向定位：作用：

为了防止凸轮轴在工作中承受正时齿轮产生的轴向力而发生轴向窜动。气缸体止推片隔圈〔调节环〕正时齿轮凸轮轴颈凸轮轴的轴向间隙2、挺柱〔1〕作用：将凸轮的推力传给推杆或气门。〔2〕工作条件：承受凸轮的侧向力，容易偏磨。〔3〕材料和工艺：用镍铬合金铸铁或冷激合金铸铁制造，外表经热处理后研磨。〔4〕挺柱的分类：菌式气门侧置式筒式气门顶置式滚轮式减小因摩擦产生的凸轮施加给挺柱的侧向力。多用于大缸径柴油机。

〔1〕特点：消除了配气机构的间隙，减小了气门传动组的冲击载荷和噪声，结构复杂、加工精度要求高，磨损后无法调整，只能更换，一般用高级轿车上。液压挺柱〔2〕结构：〔3〕工作原理挺柱下行，挺柱外圆上的环形油道与缸盖油道接通，机油流入低压油腔，然后经过挺柱上的键型槽进入柱塞上方的低压油腔。挺柱体和柱塞继续向下移动，高压油腔中的机油被压缩，再加上补偿弹簧的作用，使球型阀紧紧贴在柱塞下端的阀座上，此时，高压油腔与低压油腔分开。由于液体具有不可压缩性，整个挺柱如同一个刚体一样下移，推开气门，并且保证了气门应到达的行程。此时，挺柱外圆上的环形槽已经离开了进油的位置，停止供油。当挺柱到达最低点开始上行时，在气门弹簧上顶和凸轮下压的作用下，高压油腔继续封闭，液压挺柱仍是一个刚性挺柱，直至上升到凸轮基圆，使气门关闭为止。此时，缸盖油道与低压油腔接通，同时，补偿弹簧推动柱塞上行，使高压油腔内的压力下降，低压油腔内压力上升，从低压油腔来的压力油推开球阀进入高压油腔，使两腔连通充满机油。在气门受热膨胀时，柱塞和油缸做轴向的相对运动，高压油腔中的机油可经过柱塞与油缸之间