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1、宿州职业技术学院汽车发动机构造与维修电子教案授课题目（章、节） 配气机构结构与维修授课类型理论+实训授课时间8学时教学目的及要求1.掌握配气机构的组成及各零部件的结构特点； 2.掌握配气相位、气门间隙； 3.掌握凸轮轴的结构特点、安装方法； 4.掌握可变进气系统的结构类型特点；5.掌握气门间隙的调整方法。重点难点1.配气相位； 2.气门间隙的调整； 3.凸轮轴的结构特点； 教学方法及手段理论讲授法、启发式教学法、结合教学挂图、powerpoint演示、图片展示、小动画教 学 过 程 设 计教学内容、步骤、方法、手段、板书设计等教学步骤：1、组织教学2、填写教学日志3、复习提问、引出本讲教学内容
2、4、新课讲解5、穿插提问6、归纳总结7、布置作业教学内容：3.1 概述 3.2 配气相位 3.3 配气机构的零件和组件结构与检测； 备注作业及思考题1.影响充气效率的因素主要有哪些？ 2.配气机构的功用是什么？ 3.如何从一根凸轮轴上找出各缸的进排气凸轮和该发动机的发火顺序？ 4.气门弹簧起什么作用，为什么在装配气门弹簧时要预先压缩？ 5.挺柱的类型主要有哪些，液压挺柱有哪些优点？ 配气机构构造与维修教学内容和过程：3.1 概述功用：配气机构的功用就是根据每一气缸内所进行的工作循环和点火顺序的要求，定时打开和关闭各缸的进排气门，使新气及时进入气缸和废气及时排出气缸，使换气过程最佳。好的配气机构
3、应使发动机在各种工况下工作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。 分类：从不同的角度，气门式配气机构有多种分类方法：1.按照气门的布置形式分气门顶置式和气门侧置式。现代轿车发动机已全都采用顶置气门布置形式，即进气门、排气门都装在气缸盖上如图3-1所示。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，通过挺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，气门开启，当凸轮凸起部分离开挺柱后，气门在气门弹簧力的作用下落座，气门关闭。图3-1 气门顶置式配气机构气门侧置式配气机构的进、排气门都装在气缸体的一侧，目前已被淘汰。2按照
4、凸轮轴的布置位置分凸轮轴下置式，凸轮轴中置式和凸轮轴上置式。如图3-2所示图3-2 a 凸轮轴下置式 b 凸轮轴中置式 c 凸轮轴上置式三者都可用于气门顶置式配气机构。凸轮轴下置和中置的配气机构中的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，这种结构称为凸轮轴中置式配气机构。凸轮轴上置式配气机构中的凸轮轴布置在气缸盖上，这种结构中，凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，没有挺柱、推杆，使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，因此正时传动机构更为复杂，而且拆装
5、气缸盖也比较困难。缸径较小的柴油机的凸轮轴上置时给安装喷油器也带来困难。上置凸轮轴的另一种型式是凸轮轴直接驱动气门，这种配气机构的往复运动质量最小，对凸轮轴和气门弹簧设计的要求也最低，因此特别适用于高速强化发动机。这在国外的高速汽车发动机上得到广泛的应用。 3按曲轴和凸轮轴的传动方式分齿轮传动式、链条传动式和齿带传动式三种型式。（1） 齿轮传动 ：在下置凸轮轴驱动的顶置气门布置中，通常采用曲轴正时齿轮直接或通过中间轮带动凸轮轴转动的形式。这种驱动方式传动简单可靠、噪声小，广泛用在下置凸轮轴的传动中。 （2） 链传动 ：链传动一般用在顶置凸轮轴布置形式中，为了不致脱链和工作时链条具有适度的张力，
6、一般装有导链板和张紧轮等装置。链传动的主要缺点是寿命差，噪声较大，结构质量也较大，优点是布置容易。若传动距离较长时，可用两级链传动。 （3） 齿带传动 ：现代高速轿车用汽油机和柴油机，广泛采用齿型带传动的形式， 噪声小、工作可靠、成本低。 4按每气缸气门数目分二气门式、四气门式等。一般发动机都采用每缸两个气门，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，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。但是，由于燃烧室尺寸的限制，气门直径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。因此，在很多新型汽车
7、发动机上多采用每缸四气门的结构，即两个进气门和两个排气门。如 12V150Z 型柴油机就是这种型式。采用这种型式后，进气门总的通过断面较大，充气效率较高，排气门的直径可适当减小，使其工作温度相应降低，提高了工作可靠性。 3.2 配气相位在前述四冲程发动机的简单工作循环中，曾把进、排气过程都看做是在活塞的一个行程内即曲轴转180完成的，即气门开关时刻是在活塞的上下止点处。但实际情况并非如此。由于发动机转速很高，一个行程的时间极短，例如上海桑塔纳轿车发动机，在最大功率时的转速为5600rmin，一个行程历时仅60(56002)0.0054s。再加上用凸轮驱动气门开启需要一个过程，气门全开的时间就更
8、短了，这样短的时间难以做到进气充分，排气干净。为了改善换气过程，提高发动机性能，实际发动机的气门开启和关闭并不恰好在活塞的上下止点，而是适当地提前和滞后，以延长进、排气的时间。也就是说，气门开启过程中曲轴转角都大于 180。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。配气相位的各个角度可用配气相位图来表示。如图3-3所示。图3-3 配气相位图3.2.1 进气门的配气相位 （1）进气提前角在排气行程接近终了，活塞到达上止点之前，进气门便开始开启。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)，用表示，一般为10-30。进气门提前开启的目的，是为了保证进气行
9、程开始时进气门已开大，新鲜气体能顺利地充入气缸。（2）进气迟后角 在进气行程下止点过后，活塞重又上行一段，进气门才关闭。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)，用表示，一般为40-80。进气门晚关，是因为活塞到达下止点时，由于进气阻力的影响，气缸内的压力仍低于大气压，且气流还有相当大的惯性，仍能继续进气。下止点过后，随着活塞的上行，气缸内压力逐渐增大，进气气流速度也逐渐减小，至流速等于零时，进气门便关闭的角最适宜。若过大就会将进入气缸的气体重新又压回进气管。 由上可见，整个进气门开启持续时间内的曲轴转角，即进气持续角为+180+。3.2.2 排气门的配气相位（1） 排气
10、提前角在做功行程的后期，活塞到达下止点前，排气门便开始开启。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)，用表示，一般为40-80。排气门恰当的早开，气缸内还有0.3-0.5MPa的压力，做功作用已经不大，利用此压力可使气缸内的废气迅速地自由排出，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，高温废气的早排，还可防止发动机过热。但角若过大，将得不偿失。（2） 排气迟后角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，称为排气迟闭。从上止点到排气门关闭曲轴转过的角度称为排气迟后角，记作。一般为10-30。当活塞到
11、达上止点时，燃烧室内的废气压力仍高于大气压，加上排气时气流的惯性，排气门的延迟关闭，可使废气排的较干净。由上可见，整个排气门开启持续时间内的曲轴转角，即排气持续角为+180+。3.3 配气机构的主要零件四冲程气门式配气机构一般都由气门组和气门传动组两部分组成。不同型式的配气机构，气门组结构差异不大，但气门传动组结构差别很大。 3.3.1 气门组 图3-4 气门组气门组包括气门、气门座、气门导管及气门弹簧等零件，气门组的作用是用来控制进、排气道，同时实现气缸的密封。如图3-4所示。1.气门的工作条件与材料承受热负荷、机械负荷、冲击且冷却润滑困难。 为了保证气门的正常工作，除了在结构上采取措施外，
12、还应当选用耐热、耐蚀、耐磨的材料。根据进、排气门工作条件的不同，进气门采用一般合金钢 ( 如 40Cr 、 35CrMo 等 ) 即可，而排气门则要求用高铬耐热钢 ( 如 4Crl0Si2Mo 和 4Cr9Si2 等 ) 制造。2气门气门是保证发动机工作性能良好和可靠性、耐久性的重要零件之一。对气门的主要要求是在任何情况下都必须保证燃烧室的气密性。气门由头部和杆部组成。 气门头部 (1)气门顶形状球面顶：这种气门顶面具有最大的强度，但吸热面大，质量也大。球面对排气阻力有利，适于作排气门。 喇叭形顶：这种气门顶与杆部过渡具有一定的流线形，可减少进气阻力。但受热面大，一般用在高功率和赛车发动机上作
13、进气门。平顶：这种气门顶吸热量少，制造简单，若用较大一点圆弧连接则流动阻力也小，故是所有发动机中最常用的形式。 改良形内凹顶：它是介于喇叭形顶与平顶之间的一种形式。它制造比喇叭形顶有改进，故也有应用。(2)气门锥角 气门与气门座之间的配合面做成锥面，以便落座时自行对正中心，接触良好。气门密封锥面并不是以全宽参加工作，从降低热负荷出发，希望接触带宽些，但接触带过大时，工作面比压下降，杂物和硬粒卡在气门锥面与气门座面之间不能很好碾碎，妨碍密封性。为了保证密封可靠，气门与气门座相配研磨后，要求得到l2mm宽的密封带。气门锥角对气门头部与气门座的密封性和导热性，以及气门的刚度都有影响，一般多采用45，
14、有的采用 30，个别情况下也有用 60或 15的。(3)气门直径 进气门直径一般大于排气门直径。这是由于进气阻力对发动机动力性的影响比排气阻力大得多 ( 尤其对汽油机而言 ) 。在受限制的燃烧室空间 ( 考虑到燃烧室的紧凑性、发动机的尺寸等 ) 内布置的进、排气门，显然应当适当加大进气门直径，并适当减小排气门直径。有时为了加工简单，把进、排气门直径做成一样，在这种情况下，往往在排气门头部刻有排气标记，以防装错。气门头部到气门杆的过渡圆弧一般都比较大，以减少气流阻力，同时也增加强度，改善气门头部的散热。气门杆部气门杆部呈圆柱形，在气门导管中不断进行上下往复运动，用来为气门运动时导向、承受侧压力并
15、传走一部分热量。气门杆的圆柱形表面需经磨光。有的发动机排气门杆加粗，以利于传热，降低排气门的温度。但出于工艺上的考虑，绝大多数发动机的进、排气门杆制成一样粗。(1)弹簧座的固定 杆部尾端的形状决定于弹簧座的固定方式。常用的固定方法有两种：一是在气门杆端制有凹槽，其中嵌入制成两半的锥形锁环(锁片)，利用弹簧座的锥形内表面将锁环卡住；二是气门杆端制有圆柱形径向通孔，利用插在孔内的锁销来支承承弹簧座，而弹簧座的边缘又可阻止锁销松脱。(2)防落装置 为了防止当气门弹簧万一折断时气门落入气缸造成严重事故，可在气门杆尾部加工一个环形槽，在槽内装上弹簧卡环，一般环形槽的位置相应于气门最大升程后可再下降12mm 。(3)机油防漏装置 由于进气管中有一定真空度，气缸盖上的机油会通过气门与导管之间的间隙漏到进气门上。为了减少机油损耗和气门上沉积物的数量，在有些发动机进气门杆上部压有橡胶挡油罩，以避免机油过多地漏入进气门中去。 49
