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1、第三章第三章 配气机构配气机构概述概述配气相位配气相位配气机构的主要零部件配气机构的主要零部件可变进气系统可变进气系统3.1 概述概述一、功用：一、功用： 按照按照发动发动机每个气缸内所机每个气缸内所进进展的任展的任务务循循环环和和发发火次序的要求，定火次序的要求，定时时开启和封开启和封锁锁气缸的气缸的进进、排气排气门门，使新，使新颖颖可燃混合气可燃混合气(汽油机汽油机)或空气或空气(柴柴油机油机)得以及得以及时进时进入气缸，入气缸，废废气得以及气得以及时时从气缸从气缸排出。排出。二、充气效率：二、充气效率：在在进进气行程中，气行程中，实实践践进进入气缸内的新入气缸内的新颖颖空气或空气或可燃混
2、合气的可燃混合气的质质量与在量与在进进气系气系统进统进口形状下充口形状下充溢气缸任溢气缸任务务容容积积的新的新颖颖空气或可燃混合气的空气或可燃混合气的质质量之比。量之比。v=M/M0 M 进进气气过过程中，程中，实实践践进进入气缸的新气的入气缸的新气的质质量；量； Mo在理想形状下，充溢气缸任在理想形状下，充溢气缸任务务容容积积的的新气新气质质 量。量。三、配气机构的布置型式：三、配气机构的布置型式：1、气门顶置式：、气门顶置式：组成：组成：任务过程任务过程特点：气门行程大，构造较复杂，熄灭室紧凑，工艺特点：气门行程大，构造较复杂，熄灭室紧凑，工艺性好，充气阻力小，具有良好的抗爆性和高速性，性
3、好，充气阻力小，具有良好的抗爆性和高速性，易于提高发动机的动力性和经济性目的。易于提高发动机的动力性和经济性目的。2、气门侧置式、气门侧置式 进排气门都布置在气缸进排气门都布置在气缸的一侧，构造简单、零件数的一侧，构造简单、零件数目少。目少。 气门布置在同一侧导致气门布置在同一侧导致熄灭室构造不紧凑、热量损熄灭室构造不紧凑、热量损失大、进气道曲折、进气阻失大、进气道曲折、进气阻力大，使发动机性能下降，力大，使发动机性能下降，已趋于淘汰。已趋于淘汰。四、凸轮轴的布置型式：四、凸轮轴的布置型式：1、凸轮轴下置：、凸轮轴下置：不利要素：凸轮不利要素：凸轮轴与气门相距较轴与气门相距较远，动力传送道远，
4、动力传送道路较长，环节多，路较长，环节多，因此不适用于高因此不适用于高速发动机。速发动机。有利要素：简化有利要素：简化曲轴与凸轮轴之曲轴与凸轮轴之间才传动安装，间才传动安装，有利于发动机的有利于发动机的布置。布置。2、凸轮轴中置式：、凸轮轴中置式：传动方式：凸传动方式：凸轮轴经过挺柱轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，直接驱动摇臂，省去了推杆。省去了推杆。运用：适用于运用：适用于发动机转速较发动机转速较高时，可以减高时，可以减少气门传动机少气门传动机构的往复运动构的往复运动质量。质量。凸轮轴凸轮轴挺柱挺柱活塞活塞摇臂摇臂调整螺钉调整螺钉3、凸轮轴上置式：运用：高速发动机运用：高速发动机桑塔纳轿车发动机桑
5、塔纳轿车发动机凸轮轴凸轮轴活塞特点： 凸轮轴与气门间隔近，不需求推杆、挺柱，使往复运动的惯量减少。双凸轮轴上置式发动机五、凸轮轴的传动方式：五、凸轮轴的传动方式：1、齿轮传动：凸、齿轮传动：凸轮轴下置、中置轮轴下置、中置式配气机构大多式配气机构大多数采用圆柱正时数采用圆柱正时齿轮传动。齿轮传动。2、链传动和同步、链传动和同步带传动：带传动：六、气门数目及陈列方式：六、气门数目及陈列方式：普通发动机都采用第普通发动机都采用第缸两气门，即一个进缸两气门，即一个进气门和一个排气门的气门和一个排气门的构造。当气缸直径较构造。当气缸直径较大，活塞平均线速度大，活塞平均线速度较高时，为保证良好较高时，为保
6、证良好的换气质量，有些发的换气质量，有些发动机采用每缸多气门动机采用每缸多气门构造：三气门，四气构造：三气门，四气门或五气门构造。门或五气门构造。七、气门间隙：七、气门间隙：1、概念：、概念：气门间隙：为保证气门封锁严密，通常发动机在冷态气门间隙：为保证气门封锁严密，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、挺柱装配时，在气门杆尾端与气门驱动零件摇臂、挺柱或凸轮之间留有适当的间隙。或凸轮之间留有适当的间隙。气门杆气门杆摇臂摇臂气门间隙气门间隙气门气门间隙间隙进气门进气门 0.250.30mm排气门排气门 0.300.35mm为为何排气何排气门间门间隙大隙大于于进进气气门门间间隙？
7、隙？3.2配气相位配气相位一、气门从开启到封锁所阅历的曲一、气门从开启到封锁所阅历的曲轴转角，称为配气相位。轴转角，称为配气相位。1030 4080 4080 1030 上止点下止点配气相位演示配气相位演示二、气门叠开：二、气门叠开：气门叠开：当进气门早开和排气门晚关时，气门叠开：当进气门早开和排气门晚关时，出现的进排气门同时开启的景象。出现的进排气门同时开启的景象。气门叠开角：气门同时开启的角度气门叠开角：气门同时开启的角度 + 。排气过程排气过程进气过程进气过程3.3配气机构的主要零部件配气机构的主要零部件一、气门组一、气门组气门组实物图气门组实物图1、气门：、气门：功用：功用：熄灭室的组
8、成部分，是气体进、出熄灭室通道的开关，熄灭室的组成部分，是气体进、出熄灭室通道的开关，接受冲击力、高温冲击、高速气流冲击。接受冲击力、高温冲击、高速气流冲击。任务条件：任务条件：A、进气门、进气门570K670K，排气门，排气门1050K1200K。B、头部接受气体压力、气门弹簧力等，、头部接受气体压力、气门弹簧力等，C、冷却和光滑条件差，、冷却和光滑条件差，D、被气缸中熄灭生成物中的物质所腐蚀。、被气缸中熄灭生成物中的物质所腐蚀。性能：性能：强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨进气门进气门570K670K铬钢铬钢或铬镍钢或铬镍钢排气门排气门1050K1200K硅硅
9、铬钢铬钢头部头部杆部杆部气门头部的构造方式气门头部的构造方式平顶式平顶式构造简单，制造方便，吸热面积小，质量也较小，进、构造简单，制造方便，吸热面积小，质量也较小，进、排气门都可采用。排气门都可采用。凸顶式凸顶式球面顶球面顶适用于排气门，由于其强度高，排气阻力小，废气的去适用于排气门，由于其强度高，排气阻力小，废气的去除效果好，但球形的受势面积大，质量和惯性力大加工除效果好，但球形的受势面积大，质量和惯性力大加工较复杂。较复杂。凹顶式凹顶式喇叭顶喇叭顶凹顶头部与杆部的过渡部分具有一定的流线形，可以减凹顶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，故适用于进气门，
10、少进气阻力，但其顶部受热面积大，故适用于进气门，而不宜用于排气门。而不宜用于排气门。气门实物图气门实物图进气门进气门排气门排气门气门锥角：气门锥角：气门锥角：气门头部与气门座圈接触的锥面与气门锥角：气门头部与气门座圈接触的锥面与气门顶部平面的夹角。气门顶部平面的夹角。锥锥角作用：角作用：A、获获得得较较大的气大的气门门座合座合压压力，提高密封性和力，提高密封性和导热导热性。性。B、气、气门门落座落座时时有有较较好的好的对对中、定位作用。中、定位作用。C、防止气流拐弯、防止气流拐弯过过大而降低流速。大而降低流速。装配前应将装配前应将密封锥面研密封锥面研磨。磨。边缘应坚持边缘应坚持一定的厚度，一定
11、的厚度，13mm。气门杆：气门杆：较高的加工精度，外表较高的加工精度，外表经过热处置和磨光，保经过热处置和磨光，保证同气门导管的配合精证同气门导管的配合精度和耐磨性度和耐磨性气门杆尾部：气门杆尾部：环形槽、锁环形槽、锁销孔销孔凹槽凹槽易断裂易断裂处处2、气门导管：、气门导管：作用：作用：为气门的运动导向，保证气门直线运动兼起导热作用。为气门的运动导向，保证气门直线运动兼起导热作用。任务条件：任务条件：任务温度较高，约任务温度较高，约500K。光滑困难，易磨损。光滑困难，易磨损。资料：资料：用含石墨较多的铸铁，能提高自光滑作用。用含石墨较多的铸铁，能提高自光滑作用。加工方法：加工方法：外外表加工
12、精度较高外外表加工精度较高内外表精绞内外表精绞装配：装配：气门杆与气门间隙气门杆与气门间隙0.050.12mm。 气门导管气门导管气缸盖气缸盖过盈配合过盈配合卡环：防止气门卡环：防止气门导管在运用中零导管在运用中零落。落。倒角倒角伸入深度应适量。锥伸入深度应适量。锥度可减少气流阻力。度可减少气流阻力。3、气门座：、气门座：气门座：气门座：气缸盖的进、排气道与气门锥面相结气缸盖的进、排气道与气门锥面相结合的部位。合的部位。作用：作用：靠其内锥面与气门锥面的严密贴合密封气缸。靠其内锥面与气门锥面的严密贴合密封气缸。接受气门传来的热量。接受气门传来的热量。气门密封干涉角：气门密封干涉角：比气门锥角大
13、比气门锥角大0.51度的气门座圈锥角。度的气门座圈锥角。 气门座气门座气门座圈：气门座圈：以较大过盈量镶嵌在气门座上的圆环。以较大过盈量镶嵌在气门座上的圆环。镶嵌式气门座特点：镶嵌式气门座特点：优点：提高气门座的运用寿命，便于改换。优点：提高气门座的运用寿命，便于改换。缺陷：导热性差，加工精度高，零落时易呵斥严重缺陷：导热性差，加工精度高，零落时易呵斥严重事故。事故。 汽油机：排气门采用镶嵌式气门座汽油机：排气门采用镶嵌式气门座柴油机：进气门采用镶嵌式气门座柴油机：进气门采用镶嵌式气门座4、气门弹簧：、气门弹簧：功用：保证气门的回位。功用：保证气门的回位。资料：高锰碳钢、铬钒钢资料：高锰碳钢、
14、铬钒钢气气门弹门弹簧的装配簧的装配气门弹簧气门弹簧气门弹簧座气门弹簧座锁片锁片气门封锁气门封锁保证气门及时保证气门及时封锁、密封封锁、密封气门开启气门开启保证气门不脱保证气门不脱离凸轮离凸轮气门弹簧气门弹簧圆柱形螺旋弹簧圆柱形螺旋弹簧圆柱等螺距弹簧圆柱等螺距弹簧不等距弹簧不等距弹簧运用：运用：CA7560不等螺距弹簧安装不等螺距弹簧安装时应留意什么问题时应留意什么问题？随着有效圈数的减随着有效圈数的减少，自然频率提高。少，自然频率提高。双弹簧布置双弹簧布置旋向相反的旋向相反的两个弹簧，两个弹簧，防止断裂的防止断裂的弹簧卡入另弹簧卡入另一弹簧一弹簧运用车型：奥迪运用车型：奥迪100，捷达，桑塔纳
15、，捷达，桑塔纳, 广州标致广州标致505气门旋转机构气门旋转机构锥形套筒锥形套筒锁片锁片二、气门传动组：二、气门传动组：组成：凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂等组成。组成：凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂等组成。功用：定时驱动气门开闭，并保证气门有足够的开度和功用：定时驱动气门开闭，并保证气门有足够的开度和适当的气门间隙。适当的气门间隙。凸轮轴凸轮轴挺柱挺柱推杆推杆摇臂摇臂凸轮轴正凸轮轴正时齿轮时齿轮摇臂轴摇臂轴1、凸轮轴：、凸轮轴：作用：作用：驱动和控制各缸气门的开启和封锁，使其符合发动机的驱动和控制各缸气门的开启和封锁，使其符合发动机的任务顺序、配气相位和气门开度的变化规律等要求。任务顺序、配气相位和气门
16、开度的变化规律等要求。任务条件：任务条件：接受气门间歇性开启的冲击载荷。接受气门间歇性开启的冲击载荷。资料：资料：优质钢、合金铸铁、球墨铸铁优质钢、合金铸铁、球墨铸铁构造：构造：凸轮凸轮凸轮轴轴颈凸轮轴轴颈驱动分电器的螺旋齿轮驱动分电器的螺旋齿轮凸轮：凸轮：任务条件：任务条件：接受气门弹簧的张力，间歇接受气门弹簧的张力，间歇性的冲击载荷。性的冲击载荷。凸轮性能：凸轮性能：外表有良好的耐磨性，足够外表有良好的耐磨性，足够的刚度。的刚度。凸轮与挺柱线接凸轮与挺柱线接触，接触压力大，触，接触压力大，磨损快。磨损快。凸轮的轮廓凸轮的轮廓凸轮轮廓与气门的运动规律凸轮轮廓与气门的运动规律气门开启点气门开启
17、点消除气门消除气门间隙阶段间隙阶段气门升程最大时辰气门升程最大时辰气门封锁点气门封锁点出现气门出现气门间隙阶段间隙阶段缓冲终了点缓冲终了点同名凸轮的相对角位置同名凸轮的相对角位置 同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置是与相应的配同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置是与相应的配气相位相对应的。气相位相对应的。四缸发动机凸轮投影四缸发动机凸轮投影点火点火顺顺序：序：1243凸轮轴的轴向定位：凸轮轴的轴向定位：作用：作用：为了防止凸轮轴在任务中产生轴向窜动和接受斜齿轮产生为了防止凸轮轴在任务中产生轴向窜动和接受斜齿轮产生的轴向力。的轴向力。正时齿轮正时齿轮止推板止推板隔圈调理环隔圈调理环凸轮轴颈凸轮轴颈
18、凸轮轴的凸轮轴的轴向间隙轴向间隙气缸体气缸体利用调理环控制轴向窜动利用调理环控制轴向窜动窜动量窜动量凸轮轴的驱动：凸轮轴的驱动：A、齿轮传动：运用在下置凸轮、齿轮传动：运用在下置凸轮轴发动机。采用斜齿齿轮。轴发动机。采用斜齿齿轮。B、链条和齿形皮带传动：链条传动噪声小，用、链条和齿形皮带传动：链条传动噪声小，用于中置式或顶置式凸轮轴发动机。于中置式或顶置式凸轮轴发动机。曲轴正时曲轴正时齿形带轮齿形带轮中间轴齿中间轴齿形带轮形带轮张紧轮张紧轮凸轮轴正时凸轮轴正时齿形带轮齿形带轮2、挺柱、挺柱1作用：将凸轮的推力传给推杆或气门。作用：将凸轮的推力传给推杆或气门。2挺柱的分类：挺柱的分类：菌式菌式气
19、门侧置式气门侧置式筒式筒式气门顶置式气门顶置式滚轮式滚轮式减小摩擦所呵斥的对减小摩擦所呵斥的对挺柱的侧向力。多用挺柱的侧向力。多用于大缸径柴油机。于大缸径柴油机。挺柱端面与凸轮的关系挺柱端面与凸轮的关系锥形凸轮锥形凸轮液力挺柱液力挺柱挺柱体挺柱体柱塞柱塞球形支座球形支座卡环卡环柱塞弹簧柱塞弹簧单向阀单向阀单向阀架单向阀架柱塞腔柱塞腔挺柱体腔挺柱体腔进油口进油口进油通道进油通道构造：构造：性能：性能：消除了配气机构的消除了配气机构的间隙，减小了各零间隙，减小了各零件的冲击载荷和噪件的冲击载荷和噪声提高发动机高速声提高发动机高速时的性能。时的性能。桑塔纳发动机液压挺柱任务表示图桑塔纳发动机液压挺柱
20、任务表示图气气门门封封锁时锁时气气门门翻开翻开时时单向阀单向阀弹簧被紧缩弹簧被紧缩3、气门推杆：、气门推杆：作用：将挺柱传来的推作用：将挺柱传来的推力传给摇臂。力传给摇臂。任务情况：是气门机构任务情况：是气门机构中最容易弯曲的零件。中最容易弯曲的零件。资料：硬铝或钢资料：硬铝或钢4、摇臂：、摇臂：功用：将推杆或凸轮传来的力改动方向，作用到气门杆端功用：将推杆或凸轮传来的力改动方向，作用到气门杆端以推开气门。以推开气门。摇臂构造表示图摇臂构造表示图气门间隙气门间隙调理螺钉调理螺钉调理螺母调理螺母摇臂摇臂摇臂轴套摇臂轴套易磨损部位易磨损部位堆焊耐磨合金堆焊耐磨合金摇臂构造表示图摇臂构造表示图光滑油道光滑油道油槽油槽光滑油道光滑油道摇臂组表示图摇臂组表示图摇臂轴摇臂轴螺栓螺栓摇臂轴支座摇臂轴支座摇臂轴紧固螺钉摇臂轴紧固螺钉摇臂称套摇臂称套调整螺钉调整螺钉摇臂摇臂定位弹簧定位弹簧桑塔纳发动机的配气机构桑塔纳发动机的配气机构3.4 可可变进变进气系气系统统一、多气门分段任务进气系统：二、双进气管分段任务进气系统：三、进气管长度及面积可变进气系统：四、配气相位可变进气系统：五、气门定时和升程可变进气系统：
