《港口内燃机》第04章 配气机构

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1、1港口内燃机第四章 配气机构2配气机构的功用：按照内燃机的工作循环和 发火顺序，定时地开启和关闭各缸的进、排气门 ，使新鲜空气(柴油机)或可燃混合气(汽油机)及时进入气缸，并使废气及时从气缸排出。要求：气缸进气完善、排气充分，振动噪声小 ，工作可靠，使用寿命长，维修调整方便。34内容提纲第一节 气门式配气机构的布置与传动第二节 气门式配气机构的主要零部件第三节 充气效率、配气相位和气门间隙第四节 可变配气机构5第一节 气门式配气机构的布置与传动u配气机构的类型 内燃机配气机构的类型有气门式、气口式及气 门气口式。四冲程广泛采用气门式，二冲程一般 采用气口式，工程机械用内燃机一般为四冲程形式 ，

2、故一般采用气门式配气机构。气门式配气机构进、排气门的开闭是一般是通 过凸轮轴来控制的，凸轮轴每旋转一周则会分别控 制进、排气门各自开启一次。四冲程内燃机曲轴旋 转720度完成一个工作循环，各缸的进、排气门开启 一次，因此，曲轴与凸轮轴的传动比设计成2:1。 6第一节 气门式配气机构的布置与传动配 气 机 构 的 工 作 原 理7第一节 气门式配气机构的布置与传动u气门式配气机构的分类 按气门的布置可分为：顶置式气门和侧置式气门 ；按凸轮轴的位置可分为：上置式凸轮轴、中置式 凸轮轴和下置式凸轮轴；按曲轴和凸轮轴的传动方式可分为：齿轮传动、 链传动和齿形带传动；按每缸气门数可分为：二气门式和四气门

3、式。8第一节 气门式配气机构的布置与传动一、气门的布置形式1. 顶置式气门配气机构 顶置式气门配气机构的进、排气门都设 置在气缸盖上。 一般由凸轮、挺柱、推杆、摇臂、气门 和气门弹簧等组成。 优点：进气阻力小，充气效率高，有利 于提高内燃机的动力性和经济性。 缺点：凸轮轴与气门或与曲轴距离较远 ，气门传动组结构复杂，零件较多，且 内燃机高度较高。目前国产的汽车和工程机械发动机都采用气门顶置式配气机构。9第一节 气门式配气机构的布置与传动一、气门的布置形式2. 侧置式气门配气机构 气门位于气缸体侧面称为气门侧置式配气机 构。 由凸轮、挺柱、气门和气门弹簧等组成。省 去了推杆、摇臂、摇臂轴、摇臂座

4、等零件。 优点：侧置式气门配气机构结构简单，制造 方便，成本低，而且气缸盖的形状得以简化， 同时内燃机的高度有所降低。 缺点：气道拐弯多，进、排气流动阻力大， 燃烧室不紧凑，散热损失大，使压缩比的提高 受到限制，因此使得内燃机的各项性能指标都 较差，逐渐被淘汰。10第一节 气门式配气机构的布置与传动二、凸轮轴的布置形式1. 凸轮轴上置式 凸轮轴布置在气缸盖上 。 优点：往复运动质量较 小，适合高速发动机。 缺点：凸轮轴上置离曲 轴中心线较远，因而使配 气正时传动机构变得复杂 ，拆装气缸盖时较困难。 通过摇臂来驱动气门直接驱动气门11第一节 气门式配气机构的布置与传动二、凸轮轴的布置形式2. 凸

5、轮轴中置式 凸轮轴设置在气缸体的上 部。 由凸轮轴经过挺柱直接驱 动摇臂，省去推杆。 这种方式也在一定程度上 减小了气门传动机构的往 复运动质量。 12第一节 气门式配气机构的布置与传动二、凸轮轴的布置形式3. 凸轮轴下置式 凸轮轴设置在气缸体 中部。 这种方式是气门和凸 轮轴相距最远，因而气 门传动零件较多，气门 传动机构的往复运动质 量较大。 13第一节 气门式配气机构的布置与传动三、曲轴和凸轮轴的传动 1. 齿轮传动 凸轮轴下置、中置的配气机构 一般采用圆柱形正时齿轮传动。 通常从曲轴到凸轮轴只需一对 正时齿轮传动，若两轴中心线距 离较大，用一对齿轮传动会导致 齿轮直径过大，造成齿轮圆周

6、线 速度过高，可增加一个中间惰轮 。 为了啮合平稳，减小噪声，正 时齿轮多用斜齿轮。 14第一节 气门式配气机构的布置与传动三、曲轴和凸轮轴的传动 2. 链传动和齿形带传动 链条与链轮的传动适用 于凸轮轴上置的配气机 构，但其工作可靠性和 耐久性一般不如齿轮传 动。 齿形带传动的优点是噪 声小、质量小、成本低 。缺点是需定期更换。链传动 齿形带传动 15第一节 气门式配气机构的布置与传动四、每缸气门数1. 二气门式 一般发动机采用每缸一进一排两个气门的结构。 通常进气门直径大于排气门直径。 为了改善换气，在可能的条件下，应尽量加大气 门的直径，特别是进气门的直径。由于燃烧室尺寸的限制，气门直径

7、最大一般不能超过气缸 直径的一半。当气缸直径较大，活塞平均速度较高时，每 缸一进一排的气门结构就不能保证良好的换气质量。 16第一节 气门式配气机构的布置与传动四、每缸气门数2. 四气门式 每缸四个气门，即两个进 气门和两个排气门。 同名气门排成两列，可由 一个凸轮通过T形驱动杆同 时驱动两个同名气门，所有 的气门可用一根凸轮轴驱动 （SOHC）。 同名气门排成一列则需用 两根凸轮轴驱动（DOHC)。 早期大众系列的部分轿车发动机每缸采用了 五气门（三进两排）。17第一节 气门式配气机构的布置与传动18第一节 气门式配气机构的布置与传动19第一节 气门式配气机构的布置与传动20内容提纲第一节

8、气门式配气机构的布置与传动第二节 气门式配气机构的主要零部件第三节 充气效率、配气相位和气门间隙第四节 可变配气机构 21第二节 气门式配气机构的主要零部件22第二节 气门式配气机构的主要零部件一、气门组气门组应保证气门能够实现气 缸的密封，因此要求： 气门头部与气门座贴合严密； 气门导管与气门杆的上下运动有 良好的导向； 气门弹簧的两端面与气门杆的中 心线相垂直，以保证气门头在气门 座上不偏斜； 气门弹簧的弹力足以克服气门及 其传动件的运动惯性力，使气门能 迅速关闭，并保证气门紧压在气门 座上。23第二节 气门式配气机构的主要零部件一、气门组功用：控制气缸的进气与排气。工作条件：高温、高压、

9、润滑不 良。要求：耐热、耐磨、密封性好、 对气流的阻力小。结构形式：平顶、凸顶、凹顶。1. 气门 杆部头部头部用来封闭 气缸的进、排 气通道。 杆部主要为 气门的运动 导向 。24第二节 气门式配气机构的主要零部件一、气门组平顶凸顶凹顶结构简单，受热面 积小，质量小，制 造方便，进排气门 都可用。气门强度高，排 气阻力小，适用 于排气门。头部和杆部的 过渡区具有流 线型结构，适 用于进气门。1. 气门 25第二节 气门式配气机构的主要零部件一、气门组气门锥角气门密封锥面与气门顶部平面 的夹角称为气门锥角。锥角的大 小不仅影响密封性，还会影响到 气体流动的阻力以及气体流通面 积和锥面的磨损，一般

10、为30 或 45 。气门座锥角比气门锥角大 0.51，称为气门干涉角。气门 密封锥面与气门座配对研磨。1. 气门 26第二节 气门式配气机构的主要零部件一、气门组弹簧座的固定方式常用的结构是在气门杆 的端部切出环槽来安装 剖分成两半的锥形锁片 。有的发动机的气门杆 端有一个用来安装锁销 的径向孔。锁 片 式锁 销 式1. 气门 27第二节 气门式配气机构的主要零部件一、气门组弹簧座的固定方式锥形锁片1. 气门 28第二节 气门式配气机构的主要零部件一、气门组2. 气门导管 功用：起导向作用，保证气门作直线往复运 动。起导热作用，将气门头部传给杆身的热量 ，通过气缸盖传出去。 29第二节 气门式

11、配气机构的主要零部件一、气门组3. 气门座 功用：与气门头部密封锥 面配合密封气缸，同时还 起传热作用。气门座可以 在缸盖或缸体上直接镗出 ，也可以采用镶嵌式结构 。镶嵌式气门座都采用较 好的材料（合金铸铁、奥 氏体钢等）单独制作。镶嵌式气门座采用铝合金气缸盖的发动机，气门座必须镶嵌。 30第二节 气门式配气机构的主要零部件一、气门组4. 气门弹簧功用：保证气门及时落座 并和气门座紧密贴合，防 止气门在开闭过程中因气 门及传动件的惯性力产生 彼此脱开的现象。气门弹 簧多为圆柱形螺旋弹簧。 有些高速内燃机上，一个气门同心安装螺旋方向相反的 内外两个弹簧，不但能够防止共振，并且当一根弹簧断 裂时，

12、另一个仍能正常工作。31第二节 气门式配气机构的主要零部件一、气门组5. 气门旋转机构功用：使气门相对于 气门座产生一个间歇 的旋转运动。不仅可 使气门密封锥面和气 门杆磨损均匀，减小 头部的热变形，且旋 转时可使密封锥面上 产生自洁作用。低摩擦型自由旋转机构强制旋转机构32第二节 气门式配气机构的主要零部件二、气门传动组 功用：使进、排气门按照 配气相位的要求正确启闭， 并保证有足够的开度。 组成：凸轮轴、挺柱、推 杆、摇臂、气门间隙调整螺 钉等。33第二节 气门式配气机构的主要零部件二、气门传动组1. 凸轮轴凸轮轴工作中，承受气门间歇性开启产生的周期性冲击载荷 ，凸轮轴表面与挺柱端面又作相

13、对高速滑动，因此要求凸轮 轴要有足够的刚度和韧性，凸轮表面要耐磨。功用：控制气门开闭时 刻和运动规律。即根据 各缸的工作顺序、配气 相位和升程及时地开启 和关闭气门。34第二节 气门式配气机构的主要零部件2. 挺柱 功用：是将凸轮传来的 推力传给推杆和摇臂（或 气门杆），并将凸轮的旋 转运动变成直线运动，使 气门按凸轮的轨迹开闭。 其端面与凸轮的工作表面 相对滑动，因此要求端面 的耐磨性要好。菌式筒式滚轮式二、气门传动组35第二节 气门式配气机构的主要零部件2. 挺柱二、气门传动组卡环阀架支承座单向阀柱塞 弹簧碟形 弹簧挺杆 体柱塞推杆柱塞 内腔压力室可消除配气机构 的间隙，减小各零件 的冲击

14、载荷和噪声， 提高发动机高速时的 性能，在轿车发动机 上被广泛地采用。 液压挺柱36第二节 气门式配气机构的主要零部件3. 推杆功用：将挺柱传来的推 力传给摇臂。它是配气 机构中最容易弯曲的零 件，要求有很高的刚度 。在动载荷大的发动机中，推杆应尽 量地做得短些。二、气门传动组37第二节 气门式配气机构的主要零部件4. 摇臂功用：将推杆传来 的推力改变方向， 用以推开气门。摇臂实际上是一个双臂杠杆，其两边臂长比值称为摇臂 比，一般为1.21.8，其中长臂用于推动气门。 二、气门传动组38第二节 气门式配气机构的主要零部件39内容提纲第一节 气门式配气机构的布置与传动第二节 气门式配气机构的主要

15、零部件第三节 充气效率、配气相位和气门间隙第四节 可变配气机构 40第三节 充气效率、配气相位和气门间隙 一、充气效率 充气效率（充量系数）是指在进气过程中， 实际进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量 与在进气系统进气状态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。 M 进气过程中实际进入气缸的新气质量； M0进气状态下充满气缸工作容积的理论新气质量 。1定义41第三节 充气效率、配气相位和气门间隙 一、充气效率充气效率越高，表明进入气缸的新鲜空气或 可燃混合气的质量越多，可燃混合气燃烧后放出 的热量也就越大，发动机可发出的功率也就越大 。对于非增压内燃机，充气效率总是小于1，一

16、般为0.800.90。42第三节 充气效率、配气相位和气门间隙 一、充气效率进气终了时气缸内的压力和温度，残余废气 系数，配气相位等。2充气效率的影响因素 减小进、排气门和进、排气道的流动阻力； 减小对充量的热传导； 合理地选择配气相位。3提高充气效率的措施43第三节 充气效率、配气相位和气门间隙 残余废气系数残余废气系数是指进气过程结束时，每循环 气缸内残余的废气量进入气缸的新鲜充量的比值 。 mr 进气过程结束时，每循环气缸内的残余废气质量 ； m2每循环实际进入气缸的新鲜充量的质量。44第三节 充气效率、配气相位和气门间隙 二、配气相位 配气相位是进、排气门实际开、闭时刻相对 于上、下止点位置的曲轴转角。通常用环形图来 表示，称为配气相位图。 1定义2理论上的配