第四章配气机构的构造与维修课件

第四章配气机构的构造与维修学习目标知识目标1．能简单叙述换气过程、配气相位定义；2．能正确描述配气机构的分类、工作过程；3．能正确描述配气机构的组成、主要零部件的构造和装配连接关系；4．能正确描述配气机构的装配要求和调整方法。能力目标1．会进行配气机构主要零部件的正确检修；2．会进行配气机构的装配和调整；3．能对配气机构常见故障进行分析、判断并能排除故障。

第一节

配气机构概述一.配气机构的功用

按照发动机各缸做功顺序和工作循环的要求，定时地开启和关闭进、排气门，使新鲜混合气得以进入气缸，废气排出气缸。

二.配气机构的分类

(一)按气门的位置分:

气门侧置式:

淘汰

气门顶置式:进气阻力小,燃烧室结构紧凑,广泛采用

顶置式侧置式（二）按凸轮轴的位置分1.下置凸轮轴式配气机构(OHV)

组成：气门驱动组：气门驱动组是从正时齿轮开始至推动气门动作的所有零件；主要由正时齿轮、凸轮轴、气门挺柱、推杆、调整螺钉和锁紧螺母、摇臂、摇臂轴、摇臂轴支架等组成。其功用是定时驱动气门使其开闭。

气门组：主要由气门锁片、气门弹簧座、气门弹簧、气门、气门导管、气门座等组成。其功用主要是维持气门的关闭。结构特点

其进、排气门都倒装在气缸盖上。

(1)凸轮轴装在曲轴箱内，摇臂轴装在气缸盖上，两者相距较远，传动机构复杂，零件多，推杆长，机构刚性差，动力特性刚性差，难以适应高速化。(2)凸轮轴距曲轴较近，便于采用正时齿轮传动。

工作过程：

(1)气门打开：由曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴旋转，使凸轮轴上的凸轮凸起部分通过挺柱、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，同时使弹簧进一步压缩。

(2)气门关闭：当凸轮凸起部分的顶点转过挺柱以后，气门在其弹簧张力的作用下，开度逐渐减小，直至最后关闭，进气或排气过程即告结束。压缩和作功行程中，气门在弹簧张力作用下严密关闭，使气缸密闭。

曲轴与凸轮轴的传动比为2∶1。

2.中置凸轮轴式配气机构

（CIH）结构特点：

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，当发动机转速较高时，减小气门传动机构的往复运动质量。4.

链传动、带传动、也有的采用齿轮传动。3.顶置凸轮轴式配气机构

(OHC)结构特点：

1.凸轮轴布置在气缸盖上。2.凸轮轴直接驱动摇臂或气门，没有（挺柱）、推杆，往复运动质量大大减小，因此它适用于高速发动机。大多数轿车3.链传动或带传动。（1）单顶置凸轮轴(SOHC)

A.单顶置凸轮轴、无摇臂、一列气门式

例：桑塔纳时代超人

200GSIAJR电喷发动机的配气机构，红旗488-3发动机、一汽奥迪100以及南汽索菲姆柴油机均使用这一配气机构实物图B.单顶置凸轮轴、单摇臂轴、两列气门式C.单顶置凸轮轴、双摇臂轴、两列气门式D.单顶置凸轮轴、浮动摇臂、一列气门式(2)双顶置凸轮轴（DOHC）

两根凸轮轴，分别驱动排成两列的进排气门。

一般用于四气门发动机，与两气门相比，气门质量小；

便于采用结构紧凑的半球形燃烧室，便于布置直的进气道，进气阻力较小；

发动机高速动力性能较高。

上置凸轮轴式配气机构的驱动方式有：链条驱动和同步齿形带传动同步齿形带传动（三）按每缸气门数分类双气门：一进，一排，进大排小。多气门：每缸气门超过两个，三气门、四气门、五气门四气门应用较多：如广本，别克等。

优点：气流通过截面积大，进气充分，排气彻底，发动机动力性提高。每个气门头部直径小，质量减轻，运动惯性减小，适于高速发动机。多采用半球形燃烧室，火花塞布置在中央，便于燃烧。

缺点：配气机构复杂，制造成本高。三气门配气机构五气门（3进2排）（四）按凸轮轴的传动方式分齿轮传动式：结构简单，传动平稳可靠，不需调整，噪音小。下置中置齿形带传动式：传动噪音小，不需润滑。现代高速发动机广泛采用。顶置链条传动式：工作可靠，寿命长，但传动噪音大、润滑、维修较麻烦。顶置1.齿轮传动2.齿形皮带传动

传动路线：曲轴→齿形皮带→凸轮轴正时齿轮。

应用：凸轮轴上置式配气机构。

3.链条传动传动路线：曲轴→链条→凸轮轴正时齿轮。应用：凸轮轴上置式配气机构三气门间隙定义：气门在完全关闭时，气门杆尾端与气门传动组零件之间的间隙。

必要性：发动机工作时，气门将因温度升高而膨胀，如果气门及其传动件之间，在冷态时无间隙或间隙过小，则在热态时，气门及其传动件的受热膨胀势必引起气门关闭不严，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。通常在发动机冷态装配时，留有气门间隙，以补偿气门受热后的膨胀量。有的发动机采用液力挺柱，挺柱的长度能自动变化，随时补偿气门的热膨胀量，故不需要预留气门间隙。

气门间隙过大和过小的危害

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0.25～0.35mm，排气门的间隙为0.30～0.35mm。

过小：如果气门间隙过小，发动机在热态下可能因气门关闭不严而发生漏气，导致功率下降，甚至气门烧坏。

过大：如果气门间隙过大，则使传动零件之间以及气门和气门座之间产生撞击响声，并加速磨损。同时，也会使气门开启的持续时间减少，气缸的充气以及排气情况变坏。

四配气相位四冲程发动机简单工作循环：一个工作循环

曲轴转两圈，720度。活塞往复四个行程，完成进气、压缩、做功、排气四个连续的过程。

每个过程都看作是在活塞的一个行程，即曲轴转180度内完成的。即气门的开关恰好是在活塞的上下止点处。

但事实并非如此。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，以延长进排气时间，即气门开启的持续角都大于180度。配气相位---气门早开晚关演示配气相位

1.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，称为配气相位。

2.配气相位的内容

1.进气提前角

2.进气迟后角

3.排气提前角

4.排气迟后角（一）进气门的配气相位1.进气提前角

在排气冲程接近终了，活塞到达上止点之前，进气门便开始开启。

(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10°～30°。

(2)目的：进气门早开，使得活塞到达上止点开始向下运动时，因进气门已有一定开度，所以可较快地获得较大的进气通道截面，减少进气阻力。

2.进气迟后角

在进气冲程下止点过后，活塞又上行一段，进气门才关闭。(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迟后角(或晚关角)。进气迟后角用β表示，β一般为40°～80°。

(2)目的：1）到下止点时，由于进气阻力的影响，缸内的压力仍低于大气压，利用缸内外的压差继续进气：

2）利用气流的惯性继续进气。过下止点后随活塞上行，缸内压力渐大，气流流速减小至零时进气门关闭最佳。

但Β过大会将进入气缸的气体又压回进气管。进气持续角：α

＋

1800＋β

（二）排气门的配气相位1.排气提前角

在作功行程的后期，活塞到达下止点前，排气门便开始开启。

(1)定义：从排气门开始开启到下止点所对应的曲轴转角称为排气提前角(或早开角)。排气提前角用γ表示，γ一般为40°～80°。

(2)目的：

①一定的残余压力，做功意义已不大。利用此压力使废气自由排出；②废气的提前排出也可使排气行程消耗的功率减少；③高温废气的早排，还可以防止发动机过热。

但γ过大，将得不偿失。2.排气迟后角在活塞越过上止点后，排气门才关闭。

(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迟后角(或晚关角)。排气迟后角用δ表示，δ一般为10°～30°

(2)目的：

①到达上止点时，缸内压力仍高于大气压，利用缸内外压力差继续排气；②活塞到达上止点时，废气流还有一定的惯性，仍能继续排气。所以可利用气流惯性继续排气。所以排气门适当晚关可使废气排得较干净排气持续角为γ+180°+δ（三）气门叠开气门叠开：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。气门叠开角：进排气门同时开启的角度，称为气门叠开角。即进气门早开角与排气门晚关角的和（α+δ）。▲叠开角较小，且新鲜进气和废气由于惯性要保持原流动方向，只要气门重叠角选择适当，就不会产生废气倒流入进气管或新鲜气体随同废气排出的可能性，有利于换气。（四）对配气相位的要求配气相位对发动机性能有很大影响。1.发动机结构不同，配气相位不同。2.同一台发动机，转速不同，对配气相位的要求也不同，转速越高，早开角和晚关角应增大，反之则要求减小。目前，通过试验确定某一常用转速下合适的配气相位，在装配时对正时记号，保证以确定的配气相位。以确定的配气相位在使用中是不可改变的。则发动机性能只有在这一常用转速下最好。可变配气相位控制机构：VTECVVT,在工作中改变凸轮或凸轮轴和曲轴的相对位置，可实现配气相位的调节。3.进气迟后角的大小对大动机性能的影响最大。第二节配气机构的主要结构一.气门组：实现气门对气缸的可靠密封。气门组的主要机件有：气门气门座气门导管气门弹簧弹簧座气门锁片气门油封等

气门油封气门弹簧气门气门弹簧下座气门锁片气门弹簧上座（一）气门

1.工作条件与材料工作条件：1、高温，进气门为300-400摄氏度，排气门为600-800摄氏度，2、气门头部承受气体压力、气门弹簧力、落座时的惯性冲击力等；3、冷却和润滑条件差；4、被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。材料1、进气门：采用中碳合金钢，如铬钢、镍铬钢、铬钼钢等。2、排气门：因排气门热负荷大，所以采用耐热钢，如硅铬钢、硅铬钼钢、等硅铬锰钢等。2.气门的结构气门是由头部和杆部组成的。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。

1）气门头部

气门头部的形状

①凸顶②平顶③凹顶①平顶结构简单、制造方便，质量小，受热面积小，进排气门都可采用，应用最广泛。②凹顶也称漏斗形质量小、惯性小；头部与杆部有较大的过渡圆弧，使气流阻力小；以及具有较大的弹性，对气门座的适应性好(又称柔性气门)，容易获得较好的磨合；但受热面积大，易存废气，容易过热及受热易变形，所以仅用作进气门。③凸顶凸顶的刚度大，耐高温强，但受热面积也大，加工复杂，排气阻力小，用于某些排气门；

气门锥角

气门密封锥面：气门头部与气门座接触的部位。气门锥角：气门密封锥面与气门顶平面的夹角称为气门锥角（30°/45°）。气门锥角的作用：

①提高密封性和导热性；

②气门落座有自动定位作用；

③避免使气流拐弯过大而降低流速。

④有了锥角，气门落座时能挤掉接触面的沉积物，即有自洁作用。

在气门升程相同时：气门锥角大，通道截面小，但落座压力大，密封和导热性好，边缘厚不易变形；进气门热负荷小，为获得较大的通道截面30°。排气门热负荷大，45°，以加强散热和避免热变形。有的发动机为了制造和维修方便，都用45°。气门直径进气门一般比排气门大一些。

2）气门的杆部

作用：为气门的运动导向，受侧压力，散热。气门杆的尾部

锁片式或锁销式结构固定弹簧座。

气门弹簧座气门油封

发动机高速化后，进气管中的真空度显著提高，气门室中的机油会通过气门杆与导管之间的间隙被吸入进气管和气缸内，使机油消耗增加，在气门上和燃烧室内产生积碳。为此，发动机的气门杆上部都装有机油防漏装置，气门的防脱装置：有些发动机的气门，在杆部锁片槽下面另有一条切槽装一卡环，以防万一气门弹簧折断时气门有落入气缸发生捣缸的危险。（二）气门座1.定义：进排气道口与气门密封锥面接触的部位。2.作用：与气门头部密封锥面配合对气缸起密封作用，散热。3.结构形式

直接镗出式:在缸体或缸盖上直接加工。镶嵌式:单独制成座圈。热负荷大、温度变化大，承受落座冲击为保证散热和防止脱落，

要求：较高的加工精度和较大的过盈配合。压入时，冷缩座圈、加热座孔、点冲法、点焊法气门座的锥角45°或30°锥面是与气门工作锥面相座合的工作面；

宽度1-3mm，过宽，单位座合压力小，且易夹上杂物，密封可靠性差；过窄时，面积小，散热能力差。15°和75°锥角用来修正工作锥面的宽度和上下位置。是否镶座的几种情况1）铝合金气缸盖必须镶双座圈。因其耐磨、耐热性差。2）有的汽油机只有排气门镶座圈。因为排气门座热负荷大，而进气管中真空度大，会从气门导管间隙吸进少量机油，对进气门座进行润滑。3）有的柴油机只镶进气门座圈。这是由于柴油机的废气往往在排气过程中还有未燃完的柴油，可对排气门座进行润滑。而柴油机因没有节气门，进气管中真空度小，难以从近气门导管处吸进机油，对进气门座进行润滑。（三）气门导管作用：给气门的运动导向；给气门杆散热。材料：石墨铸铁或粉末冶金，自润滑性能好。防脱落结构1)一般外表面为无台肩的圆柱形，其外表面加工精度较高，与缸盖(体)过盈配合，以保证良好地传热和防止松脱。拆装不方便2)带凸台和带卡环的导管过盈量较小，因气门弹簧下座将凸台或卡环压住，使导管轴向定位可靠，不致脱落。铝合金缸盖常用带凸台和卡环的导管，其过盈量较小，便于拆装。（四）气门弹簧

作用：(1)保证气门自动回位关闭而密封。(2)保证气门与气门座的座合压力。(3)吸收气门在开启和关闭过程中传动零件所产生的惯性力，以防止各种传动件彼此分离而破坏配气机构正常工作。其形式有：等螺距弹簧不等螺距弹簧双弹簧等螺距弹簧---可能共振防共振措施1）提高自然振动频率，钢丝直径较粗或圈径减小的弹簧。2）不等螺距弹簧

安装时螺距小的一端朝向缸盖3）双气门弹簧，安装时螺旋方向相反。4）采用等螺距的单弹簧，在其内圈加一个过盈配合的阻尼摩擦片来消除共振双气门弹簧内圈加一个过盈配合的阻尼摩擦片来消除共