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1、目前，四冲程汽车发动机都采用气门式配气机构。其功用是按照发动目前，四冲程汽车发动机都采用气门式配气机构。其功用是按照发动机的任务顺序和任务循环的要求，定时开启和封锁各缸的进、排气门，使机的任务顺序和任务循环的要求，定时开启和封锁各缸的进、排气门，使新气进入气缸，废气从气缸排出。新气进入气缸，废气从气缸排出。进入气缸内的新气数量或称进气量对发动机性能有很大影响。进气量进入气缸内的新气数量或称进气量对发动机性能有很大影响。进气量越多，发动机的有效功率和转矩越大。因此，配气机构首先要保证进气充越多，发动机的有效功率和转矩越大。因此，配气机构首先要保证进气充分，进气量尽能够多；同时，废气要排除干净，由
2、于气缸内残留的废气越分，进气量尽能够多；同时，废气要排除干净，由于气缸内残留的废气越多，进气量将会越少。多，进气量将会越少。第三章第三章配气机构配气机构内容提要内容提要任任务条件条件任任务原理：由原理：由发动机曲机曲轴经过齿轮、链轮或或齿形形带等等传动机构按任机构按任务行程需行程需求求驱动凸凸轮轴旋旋转，并由此，并由此经挺柱、推杆及挺柱、推杆及摇臂控制气臂控制气门的开、的开、闭，实现对发动机的配气。机的配气。任任务条件：气条件：气门在高温、高速及往复冲在高温、高速及往复冲击下任下任务，其它，其它传动机构要保机构要保证严厉的正的正时传动关系。关系。充量系数：充量系数：进气气过程中，程中，实践践进
3、入气缸内的新入气缸内的新颖空气或可燃混合气的空气或可燃混合气的质量与在量与在进气形状下充溢气缸任气形状下充溢气缸任务容容积的新的新颖空气或可燃混合气的空气或可燃混合气的质量之比，即：量之比，即：=M/M0通常，通常，=0.80.9，越高，越高，发动机机发出的功率越大。出的功率越大。主要作用：进气充分、排气彻底。主要作用：进气充分、排气彻底。第一节第一节配气机构的功用及组成配气机构的功用及组成配气机构的分配气机构的分类按照气按照气门的布置方式分的布置方式分为：顶置式和置式和侧置式置式右图为气门顶置式配气机构，右图为气门顶置式配气机构，侧置式气门配气机构的进、排气侧置式气门配气机构的进、排气门都安
4、装在气缸体的一侧，目前门都安装在气缸体的一侧，目前已被淘汰。已被淘汰。按照凸按照凸轮轴轮轴的布置方式分的布置方式分为为凸轮轴下置式、中置式和上置式凸轮轴下置式、中置式和上置式按照曲按照曲轴和凸和凸轮轴的的传动方式分方式分为齿轮传动式、链传动式和带传动式齿轮传动式、链传动式和带传动式按照每气缸气按照每气缸气门数目分数目分为二气门、四气门、五气门和多气门式二气门、四气门、五气门和多气门式n气门式配气机构由气门组和气门传动组两部分组成，每组的零件组成那么气门式配气机构由气门组和气门传动组两部分组成，每组的零件组成那么与气门的位置、凸轮轴的位置和气门驱动方式等有关。现代汽车发动机均与气门的位置、凸轮轴
5、的位置和气门驱动方式等有关。现代汽车发动机均采用顶置气门，即进、排气门置于气缸盖内，倒挂在气缸顶上。采用顶置气门，即进、排气门置于气缸盖内，倒挂在气缸顶上。n凸轮轴的位置有下置式、中置式和上置式凸轮轴的位置有下置式、中置式和上置式3种种第二节第二节气门式配气机构的布置及传动气门式配气机构的布置及传动配气机构的配气机构的组成：气成：气门组、气、气门传动组。气气门组：气气门、气、气门导管、气管、气门座圈、气座圈、气门弹簧、簧、气气门弹簧座和气簧座和气门锁夹等等气气门组作用：作用：对气缸的密封气缸的密封。气气门传动组：正：正时齿轮、凸、凸轮轴、气、气门挺柱、气挺柱、气门推杆、气推杆、气门摇臂、臂、摇
6、臂臂轴、摇臂臂轴座和气座和气门间隙隙调整螺整螺钉等。等。气气门传动组作用：使作用：使进、排气、排气门能按配气相位能按配气相位规定的定的时辰开辰开闭，且保，且保证有足有足够的开度。的开度。一、凸一、凸轮轴下置式配气机构下置式配气机构凸凸轮轴置于曲置于曲轴箱内箱内下置凸下置凸轮轴由曲由曲轴定定时齿轮驱动。当凸。当凸轮的上升段的上升段顶起挺柱起挺柱时，经推杆和气推杆和气门间隙隙调整螺整螺钉推推进摇臂臂绕摇臂臂轴摆动，紧缩气气门弹簧使气簧使气门开启。当凸开启。当凸轮的下降段与挺柱接触的下降段与挺柱接触时，气，气门在气在气门弹簧力的作用下逐簧力的作用下逐渐封封锁。四冲程四冲程发动机每完成一个任机每完成一
7、个任务循循环，每个气缸，每个气缸进、排气一次。、排气一次。这时曲曲轴转两周，而凸两周，而凸轮轴只旋只旋转一周，所以曲一周，所以曲轴与凸与凸轮轴的的转速比或速比或传动比比为2 1二、凸轮轴中置式配气机构二、凸轮轴中置式配气机构凸轮轴置于机体上部。凸轮轴置于机体上部。主要优点：减轻了配气机构的往复运动质量主要优点：减轻了配气机构的往复运动质量三、凸轮轴上置式配气机构三、凸轮轴上置式配气机构凸轮轴置于气缸盖上。凸轮轴置于气缸盖上。主要优点：运动件少，刚度大，适宜于高速发动机。主要优点：运动件少，刚度大，适宜于高速发动机。详细内容请同窗们自学。详细内容请同窗们自学。气门驱动方式气门驱动方式摇臂臂驱动、
8、摆臂臂驱动和直接和直接驱动三种三种类型。型。摇臂臂驱动、单凸凸轮轴上置式配气机构上置式配气机构凸凸轮轴推推进液力挺柱，液力挺柱推液力挺柱，液力挺柱推进摇臂，臂，摇臂再臂再驱动气气门；或凸；或凸轮轴直接直接驱动摇臂，臂，摇臂臂驱动气气门。摆臂臂驱动、凸、凸轮轴上置式配气机构上置式配气机构由于摆臂驱动气门的配气机构比摇臂驱动式刚度更好，更有利于高速发动由于摆臂驱动气门的配气机构比摇臂驱动式刚度更好，更有利于高速发动机，因此在轿车发动机上的运用比较广泛。机，因此在轿车发动机上的运用比较广泛。直接直接驱动、凸、凸轮轴上置式配气机构上置式配气机构n在这种方式的配气机构中，凸轮经过吊杯形机械挺柱驱动气门；
9、或经过在这种方式的配气机构中，凸轮经过吊杯形机械挺柱驱动气门；或经过吊杯形液力挺柱驱动气门。吊杯形液力挺柱驱动气门。n与上述各种方式的配气机构相比，直接驱动式配气机构的刚度最大，驱与上述各种方式的配气机构相比，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。动气门的能量损失最小。配气定配气定时配气相位的定配气相位的定义：进、排气、排气门的的实践开、践开、闭时辰，通常用相辰，通常用相对于上、下于上、下止点曲拐位置的曲止点曲拐位置的曲轴转角的角的环形形图来表示。来表示。配气相位配气相位图：用相：用相对于上、下止点曲拐位置的曲于上、下止点曲拐位置的曲轴转角的角的环形形图来表示来表示气气门配气相
10、位的配气相位的图形。形。为使使发动机机进气充分、排气干气充分、排气干净，实践气践气门的开的开闭时辰均辰均应在在实际开、开、闭时辰上加以修正，即辰上加以修正，即进、排气、排气门均均应早开、早开、迟闭。配气相位配气相位组成成:进气气门提早开启角提早开启角=030；进气气门滞后封滞后封锁角角=3080；排气排气门提早开启角提早开启角=4080；排气排气门延延迟封封锁角角030。第三节第三节配气定时及气门间隙配气定时及气门间隙3、气门叠开、气门叠开气门叠开：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。开启的景象。气门叠开角：气门同时
11、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气气门叠开的后果叠开的后果？可可变配气定配气定时机构机构 采用可采用可变配气定配气定时机构可以改善机构可以改善发动机的性能。机的性能。 四冲程四冲程发动机的配气定机的配气定时应该是是进气气迟后角和气后角和气门重叠重叠角随角随发动机机转速的升高而加大如速的升高而加大如马自达自达6 6。假。假设气气门升程也升程也能随能随发动机机转速的升高而加大，那么将更有利于速的升高而加大，那么将更有利于获得良好的得良好的发动机高速性能如本田机高速性能如本田VTECVTEC。气门间隙气门间隙气门受热膨胀。气门受热膨胀。假设气门及其传动
12、件之间在冷态时无间隙或间隙过小，那么在热态下，气假设气门及其传动件之间在冷态时无间隙或间隙过小，那么在热态下，气门及其传动件的受热膨胀势必引起气门封锁不严。门及其传动件的受热膨胀势必引起气门封锁不严。气门间隙：发动机冷态装配时，在气门与其传动机构中留有一定的间隙，气门间隙：发动机冷态装配时，在气门与其传动机构中留有一定的间隙，以补偿气门受热后的膨胀量。这一间隙称为气门间隙。以补偿气门受热后的膨胀量。这一间隙称为气门间隙。气门间隙的大小由发动机消费企业根据实验确定。气门间隙的大小由发动机消费企业根据实验确定。发动机采用液力挺柱时，因挺柱的长度能自动变化，随时补偿气门的热发动机采用液力挺柱时，因挺
13、柱的长度能自动变化，随时补偿气门的热膨胀量，故不需求预留气门间隙。膨胀量，故不需求预留气门间隙。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为何排气何排气门间隙大隙大于于进气气门间隙？隙？气门间隙调整原那么气门间隙调整原那么调整原那么：调整原那么： 1、不可调区域：、不可调区域： 将要排气，正在排气，排气刚完的排气门不可调。将要排气，正在排气，排气刚完的排气门不可调。 将要进气，正在进气，进气刚完的进气门不可调。将要进气，正在进气，进气刚完的进气门不可调。 2、调气门间隙的步骤：、调气门间隙的步骤： 1画出配气相位图画出配
14、气相位图 2排出各缸的位置排出各缸的位置 3当一缸在紧缩上止点时，判别其它缸位于何行程，并判别当一缸在紧缩上止点时，判别其它缸位于何行程，并判别间隙能否可调。间隙能否可调。第四节第四节气门组气门组一、气一、气门1.气气门的任的任务条件条件直接与高温燃气接触，温度很高，排气直接与高温燃气接触，温度很高，排气门最高温度可达最高温度可达800；接受气膂力和气接受气膂力和气门弹簧力的作用，以及由于配气机构运簧力的作用，以及由于配气机构运动件的件的惯性力使气性力使气门落落座座时遭到冲遭到冲击；在光滑不良的情况下以极高的速度启在光滑不良的情况下以极高的速度启闭并在气并在气门导管内作高速往复运管内作高速往复
15、运动；与高温燃气中有腐与高温燃气中有腐蚀性的气体接触而遭到腐性的气体接触而遭到腐蚀。2.气门资料气门资料进气门普通用中碳合金钢制造，如铬钢、铬钼钢和镍铬钢等。进气门普通用中碳合金钢制造，如铬钢、铬钼钢和镍铬钢等。排气门那么采用耐热合金钢制造，如硅铬钢、硅铬钼钢、硅铬锰钢等。排气门那么采用耐热合金钢制造，如硅铬钢、硅铬钼钢、硅铬锰钢等。3.气门构造气门构造气气门与气与气门座或气座或气门座圈之座圈之间靠靠锥面密封。面密封。气气门锥面与气面与气门顶面之面之间的的夹角称角称为气气门锥角。角。进、排气、排气门的气的气门锥角普通均角普通均为45，只需少数只需少数发动机的机的进气气门锥角角为30气门座圈与气
16、门头部要配对研磨，研磨之后不能互换。气门座圈与气门头部要配对研磨，研磨之后不能互换。气门尾端的外形决议于上气门弹簧座的固定方式。采用剖分成两半且外外气门尾端的外形决议于上气门弹簧座的固定方式。采用剖分成两半且外外表为锥面的气门锁夹来固定上气门弹簧座，构造简单，任务可靠，拆装方表为锥面的气门锁夹来固定上气门弹簧座，构造简单，任务可靠，拆装方便。气门锁夹内外表有多种外形，相应地气门尾端也有各种不同外形的气便。气门锁夹内外表有多种外形，相应地气门尾端也有各种不同外形的气门锁夹槽。门锁夹槽。4.每缸气门数每缸气门数通常，发动机每个气缸有两个气门，即一个进气门和一个排气门。通常，发动机每个气缸有两个气门
17、，即一个进气门和一个排气门。进气门头部直径比排气门大进气门头部直径比排气门大1530。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多。气门发动机为多。二、气门座与气门座圈二、气门座与气门座圈气缸盖上与气门锥面相贴合的部位称气门座。气缸盖上与气门锥面相贴合的部位称气门座。通常，铝气缸盖和大多数铸铁气缸盖均镶嵌由合金铸铁或粉末冶金或通常，铝气缸盖和大多数铸铁气缸盖均镶嵌由合金铸铁或粉末冶金或奥氏体钢制成的气门座圈，也有一些铸铁气缸盖不镶气门座圈，直接在气奥氏体钢制成的气门座圈，也有一些铸铁气缸盖不镶气门座圈，直
18、接在气缸盖上加工出气门座。缸盖上加工出气门座。三、气门导管三、气门导管气门导管的功用是对气门的运动导向，保证气门作往复直线运动，使气门导管的功用是对气门的运动导向，保证气门作往复直线运动，使气门与气门座或气门座圈能正确贴合。气门与气门座或气门座圈能正确贴合。四、气门弹簧四、气门弹簧气门弹簧的功用是保证气门封锁时能严密地与气门座或气门座圈贴气门弹簧的功用是保证气门封锁时能严密地与气门座或气门座圈贴合，并抑制在气门开启时配气机构产生的惯性力，使传动件一直受凸轮合，并抑制在气门开启时配气机构产生的惯性力，使传动件一直受凸轮控制而不相互脱离。控制而不相互脱离。气门弹簧多为等螺距圆柱螺旋弹簧，气门弹簧多
19、为等螺距圆柱螺旋弹簧，也有采用变螺距气门弹簧和锥形气门弹簧也有采用变螺距气门弹簧和锥形气门弹簧第四节第四节气门传动组气门传动组一、凸轮轴一、凸轮轴任务条件及资料：接受周期性的冲击载荷。凸轮与挺柱之间的接触应力很大，任务条件及资料：接受周期性的冲击载荷。凸轮与挺柱之间的接触应力很大，相对滑动速度也很高，因此，凸轮任务外表的磨损比较严重。相对滑动速度也很高，因此，凸轮任务外表的磨损比较严重。凸轮轴构造：轴颈数目的多少是影响凸轮轴支承刚度的重要要素。下置式凸轮凸轮轴构造：轴颈数目的多少是影响凸轮轴支承刚度的重要要素。下置式凸轮轴每隔轴每隔12个气缸设置一个凸轮轴轴颈。个气缸设置一个凸轮轴轴颈。凸轮轴
20、上各同名凸轮凸轮轴上各同名凸轮(各进气凸轮或各排气凸轮各进气凸轮或各排气凸轮)的相对角位置与凸轮轴旋的相对角位置与凸轮轴旋转方向、发动机任务顺序及气缸数或作功间隔角有关。转方向、发动机任务顺序及气缸数或作功间隔角有关。凸轮轴传动机构凸轮轴传动机构凸凸轮轴由曲由曲轴驱动，其，其传动机构有机构有齿轮式、式、链条式及条式及齿形形带式。式。齿轮传动机构用于下置式和中置式凸机构用于下置式和中置式凸轮轴的的传动。为了保了保证正确的配气定正确的配气定时和和喷油定油定时，在，在传动齿轮上刻有定上刻有定时记号，装号，装配配时必需必需对正正记号。号。凸轮轴轴向定位：为什么？轴向位移凸轮轴轴向定位：为什么？轴向位移
21、0.10.2mm上置式凸轮轴通常利用凸轮轴承盖的两个端面和凸轮轴轴颈两侧的凸肩进上置式凸轮轴通常利用凸轮轴承盖的两个端面和凸轮轴轴颈两侧的凸肩进展轴向定位。中、下置式凸轮轴的轴向定位通常采用止推板。止推板用展轴向定位。中、下置式凸轮轴的轴向定位通常采用止推板。止推板用螺栓固定在机体前端面上。第三种轴向定位的方法是止推螺钉定位。螺栓固定在机体前端面上。第三种轴向定位的方法是止推螺钉定位。凸轮轴的轴向定位：凸轮轴的轴向定位：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作用：为了防
22、止凸轮轴在任务中产生轴向窜动和接受斜齿轮产生的作用：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的轴向力。轴向力。二、挺柱二、挺柱功用、资料及分类功用、资料及分类未来自凸轮的运动和作用力传给推杆或气门，同时还接受凸轮所施加的未来自凸轮的运动和作用力传给推杆或气门，同时还接受凸轮所施加的侧向力，并将其传给机体或气缸盖。侧向力，并将其传给机体或气缸盖。挺柱的资料有碳钢、合金钢、镍铬合金铸铁和冷激合金铸铁等。挺柱的资料有碳钢、合金钢、镍铬合金铸铁和冷激合金铸铁等。机械挺柱：挺柱上的推杆球面支座的半径比推杆球头半径略大机械挺柱：挺柱上的推杆球面支座的半径比推杆球头半径略大液力挺柱：构造复杂，加工
23、精度高，磨损后无法调整只能改换。液力挺柱：构造复杂，加工精度高，磨损后无法调整只能改换。三、推杆三、推杆推杆的功用是将挺柱传来的运动和作用力传给摇臂。要求推杆有较好的纵向稳定推杆的功用是将挺柱传来的运动和作用力传给摇臂。要求推杆有较好的纵向稳定性和较大的刚度。推杆普通用冷拔无缝钢控制造，两端焊上球头和球座。也可以性和较大的刚度。推杆普通用冷拔无缝钢控制造，两端焊上球头和球座。也可以用中碳钢制成实心推杆，这时两端的球头或球座与推杆锻成一个整体用中碳钢制成实心推杆，这时两端的球头或球座与推杆锻成一个整体四、摇臂四、摇臂摇臂的功用是将推杆和凸轮传来的运动和作用力，改动方向传给气门使其开启。摇臂的功用
24、是将推杆和凸轮传来的运动和作用力，改动方向传给气门使其开启。五、摆臂与气门间隙自动补偿器五、摆臂与气门间隙自动补偿器摆臂的功用与摇臂一样。两者的区别只在于摆臂是单臂杠杆，其支点在摆臂摆臂的功用与摇臂一样。两者的区别只在于摆臂是单臂杠杆，其支点在摆臂的一端。的一端。构造和任务原理都与液力挺柱一样。构造和任务原理都与液力挺柱一样。思索题思索题1.试比较凸轮轴下置式、中置式和上置试比较凸轮轴下置式、中置式和上置式配气机构的优缺陷及其各自的运用式配气机构的优缺陷及其各自的运用范围。范围。2.进、排气门为什么要早开、晚闭进、排气门为什么要早开、晚闭?3.为什么在采用机械挺柱的配气机构中为什么在采用机械挺柱的配气机构中要预留气门间隙要预留气门间隙?怎样调整气门间隙怎样调整气门间隙?为什么采用液力挺柱或气门间隙补偿为什么采用液力挺柱或气门间隙补偿器的配气机构可以实现零气门间隙器的配气机构可以实现零气门间隙?4.如何根据凸轮轴断定发动机任务顺序如何根据凸轮轴断定发动机任务顺序?
