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1、汽车构造 AUTOMOBILE STRUCTURE,机械与汽车工程学院 汽车工程系 主讲人：孔胜利 kongsl,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,2,第3章 配气机构,充气效率 配气机构的布置形式 配气相位 配气结构的主要零部件 可变进气系统,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,3,3.1 充气效率,配气机构的功用是根据发动机每一缸内进行的工作循环和发火 顺序的要求，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。,配气机构应使发动机在各种工况下工作
2、时获得最佳的进气量， 以保证发动机在各种工况下工作时发出最好的性能。发动机在全负 荷下工作时，需获得最大功率和转矩，这就要求在此工况下，配气 机构应保证获得最大进气充量。吸入的进气越多，发动机发出的功 率和转矩越大。,进气充满气缸的程度，常用充气效率（也称充气系数）表示。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,4,充气效率,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。即,式中：M进气过程中实际充入气缸的进气量； M0-进气状态下充满气缸容积的进气量。,充气效率越高，表明充入气缸
3、的新鲜气量越多，燃烧后放出的热量 越多，发动机发出的功率就越大。 一般情况下发动机充气效率总是小于1的。充气效率的大致范围是： 四冲程汽油机 0.7 0.85；四冲程非增压柴油机 0.75 0.90；四 冲程增压柴油机 0.90 1.05。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,5,充气效率,影响充气效率的主要因素有： 进气终了时的气缸压力； 进气终了时的气缸内温度； 上一循环残留在气缸内的高温废气。,提高充气效率的措施是： 减少进气门处的流动损失； 减少整个进气管道的流通阻力； 减少对空气（或混合气的）热传导； 减少排气系统对气流的阻力； 合理选择配气相位，使吸气和
4、排气过程尽可能充分。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,6,3.2 配气机构的布置形式,气门顶置式配气机构是目前应用最广泛的一种配气机构形式，其进气 门和排气门都倒装在汽缸盖上。其组成主要包括：,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,7,配气机构的布置形式,发动机工作时，曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴旋转。,当凸轮轴转到凸轮的凸起部分顶起挺柱时，通过推杆和调整螺钉 使摇臂绕摇臂轴摆动，压缩气门弹簧，使气门离座，即气门开启。 当凸轮凸起部分离开挺柱后，气门便在气门弹簧力作用下上升而落 座，即气门关闭。,四冲程发动机每完成一个工作循环，曲轴旋转两
5、周，各缸的进、 排气门各开启一次，此时凸轮轴只旋转一周。因此曲轴与凸轮轴 之比即传动比）应为 21。,目前，国内外汽车发动机几乎都采用气门顶置式配气机构。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,8,配气机构的布置形式,气门式配气机构由气门组和气门传动组两部分组成，每组的零件组成 则与气门的位置、凸轮轴的位置和气门驱动形式等有关。,1、凸轮轴的布置形式 按照凸轮轴的布置位置可分为（1）凸轮轴下置式配气机构；（2）凸 轮轴中置式配气机构；（3）凸轮轴上置式配气机构。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,9,配气机构的布置形式,（1）凸轮轴下置式
6、配气机构 凸轮轴位于曲轴箱内。 优点：凸轮轴离曲轴近，可用齿轮传动； 缺点：传动链长，整个机构刚性差。,其中气门组零件包括气门、气门座圈 、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座和气 门锁夹等； 气门传动组零件则包括凸轮轴、挺柱 、推杆、摇臂、摇臂轴、摇臂轴座和气门 间隙调整螺钉等。,凸轮轴下置式配气机构,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,10,配气机构的布置形式,（2）凸轮轴中置式配气机构 凸轮轴位于曲轴箱中部。 当发动机转速较高时，为了减小气门传动机构的往复运动质量， 可将凸轮轴位置移到气缸体的上部，由凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂 ，而省去推杆。 优点：传动机构刚度有所
7、增加；缺点：凸轮轴驱动变复杂。 有些凸轮轴中置式配气机构的组成与凸轮轴下置式配气机构没有 什么区别，只是推杆较短而已。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,11,配气机构的布置形式,凸轮轴中置式配气机构,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,12,配气机构的布置形式,（3）凸轮轴上置式配气机构（overhead camshaft, OHC） 凸轮轴布置在气缸盖上。 凸轮轴可以直接通过摇臂来驱动气门或凸轮轴直接驱动气门。这 种传动机构没有挺柱和推杆，往复运动质量大大减小。因此它适用于 高速发动机。 但由于凸轮轴离曲轴中心线更远，因此正时传动机
8、构更为复杂， 而且拆装气缸盖也比较困难。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,13,配气机构的布置形式,凸轮轴上置式配气机构,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,14,配气机构的布置形式,2 气门驱动形式 气门驱动形式有摇臂驱动、摆臂驱动和直接驱动三种类型。,(a)摇臂驱动：凸轮轴推动液力挺柱，液力挺柱推动摇臂，摇臂再驱 动气门；或凸轮轴直接驱动摇臂，摇臂驱动气门 。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,15,配气机构的布置形式,(b)摆臂驱动：摆臂驱动气门的配气机构比摇臂驱动式刚度更好。,摆臂驱动凸轮轴上置式
9、配气机构 (左)单上置凸轮轴(SOHC) (右)双上置凸轮轴 (DOHC),AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,16,配气机构的布置形式,(c)直接驱动 凸轮通过吊杯形机械挺柱驱动气门或通过吊杯形液力挺柱驱动气门。 直接驱动式配气机构的刚度最大，驱动气门的能量损失最小。,直接驱动凸轮轴上置式配气机构 (左)单上置凸轮轴(SOHC) (右)双上置凸轮轴 (DOHC),AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,17,配气机构的布置形式,3、凸轮轴的传动方式 凸轮轴由曲轴带动旋转，传动方式有齿轮传动、链传动和齿形带传动。,(1)齿轮传动 凸轮轴下置、
10、中置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。 齿轮上都有正时记号，装配时必须使记号对齐。 正时齿轮一般都用斜齿轮。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,18,配气机构的布置形式,齿轮传动装置,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,19,配气机构的布置形式,(2)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。,凸轮轴的链传动装置,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,20,配气机构的布置形式,(3)齿形带传动
11、 适于凸轮轴上置式发动机， 噪声小，工作可靠。,齿形带传动装置,张紧轮,5,正时齿形带,4,中间轴正时带轮,3,曲轴正时带轮,2,凸轮轴正时带轮,1,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,21,配气机构的布置形式,4、气门数目及排列方式 一般发动机每个气缸有两个气门，即一个进气门和一个排气门。 进气门头部直径比排气门大1530，目的是增大进气门通过 断面面积，减小进气阻力，增加进气量。 凡是进气门和排气门数量相同时，进气门头部直径总比排气门大。 每缸两气门的发动机又称两气门发动机。现代高性能汽车发动机普 遍采用每缸三、四、五个气门，其中尤以四气门发动机为数最多。,AU
12、TOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,22,配气机构的布置形式,四气门配气机构,五气门配气机构,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,23,配气机构的布置形式,四气门发动机每缸两个进气门，两个排气门。其突出的优点是： (a)气门通过断面积大，进、排气充分，进气量增加，发动机的转矩 和功率提高。 (b)每缸四个气门，每个气门的头部直径较小，每个气门的质量减轻 ，运动惯性力减小，有利于提高发动机转速。 (c)四气门发动机的火花塞布置在燃烧室中央，有利于燃烧。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,24,配气机构的布置形式,当
13、每缸采用四气门时，气门排列的方式有2种： 同名气门排成两列 同名气门排成一列,每缸四气门的布置 (左)同名气门排成两列 (右)同名气门排成一列,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,25,配气机构的布置形式,5、气门间隙 发动机工作时，气门将因温度升高而膨胀。如气门及传动件之间 在冷态时无间隙或间隙太小，则在热态下，气门及传动件的受热膨 胀势必引起气门关闭不严，造成发动机漏气，功率下降。 发动机冷态时，在气门杆尾端与摇臂或挺杆之间留有适当间隙以 补偿气门受热后的膨胀量，此间隙即为气门间隙。 气门间隙一般由发动机制造厂根据试验确定。太小，热态时可能 发生漏气；太大，则使
14、传动零件及气门与气门座之间产生撞击、响 声，加速磨损，同时也使气门开启的持续时间减少。 一般，进气门：0.25-0.3mm；排气门0.3-0.35mm。 对于装用液力挺柱的发动机不需要预留气门间隙。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,26,配气机构的布置形式,气门间隙示意图,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,27,3.3 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。,理论上，四行程发动机的进气门当曲拐处于上止点时开启
15、，在下 止点时关闭；排气门则当曲拐在下止点时开启，上止点时关闭。进气 时间和排气时间各占180曲轴转角。,实际上，由于发动机转速很高，活塞的每一行程历时相当短。在 这么短的时间内换气，势必造成进气不足和排气不净，从而使发动机 功率下降。,因此，发动机气门开闭都是提前开、迟后关一定的曲轴转角。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,28,配气相位,1、 进排气门的配气相位 （1）进气门 进气门在进气行程上止点之前开启谓之早开。从进气门开到上止 点曲轴所转过的角度称作进气提前角，记作 。 进气门在进气行程下止点之后关闭谓之晚关。从进气行程下止点 到进气门关闭曲轴转过的角度
16、称作进气迟后角，记作 。 整个进气过程持续的时间或进气持续角为180+ 曲轴转 角。一般 030、3080曲轴转角。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,29,配气相位,（2）排气门 排气门在作功行程结束之前，即在作功行程下止点之前开启，谓 之排气门早开。从排气门开启到下止点曲轴转过的角度称作排气提 前角，记作 。 排气门在排气行程结束之后，即在排气行程上止点之后关闭，谓 之排气门晚关。从上止点到排气门关闭曲轴转过的角度称作排气迟 后角，记作 。 整个排气过程持续时间或排气持续角为180 。一 般 4080、030。,AUTOMOBILE STRUCTURE,2019/10/19,30,配气相位,2、气门重叠 由于进气门早开和排气门晚关，致使活塞在上止点附近出现进、 排气门同时开启的现象，称其为气门重叠。 重叠期间的曲轴转角称为气门重叠角，它等于进气提前角与排气 迟后角之和，即 。 不同
