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1、第三章 配气机构的构造与维修9/12/20241第一第一节节 概述概述 一、功用一、功用 按按照照发发动动机机的的工工作作顺顺序序和和工工作作循循环环的的要要求求，定定时时开开启启和和关关闭闭各各缸缸的的进进、排排气气门门，使使新新鲜鲜可可燃燃混混合合气气或或空空气气得得以以及及时时进进入入气气缸缸，燃燃烧烧产产生生的的废废气气从从汽汽缸缸排排出出，使使换换气气过过程程最最正正确确，以以保保证证发发动动机机在各种工况下工作在各种工况下工作时发挥时发挥最好的性能。最好的性能。9/12/20242充气效率 发动机在吸气过程中，吸入的新鲜空气或可燃混合气越多，发动机发出的功率和扭矩越大，新鲜空气或可
2、燃混合气充满汽缸的程度常用充气效率表示，也称充气系数，用v。 在进气过程中，实际进入汽缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量与在理想状态下充满汽缸工作容积的新鲜空气或可燃混合气的质量之比称为充气效率。v=M/M0 对于一定工作容积的发动机而言，充气效率与进气终了时汽缸内的压力和温度有关。进气终了压力愈高，温度愈低，那么一定容积的气体质量就越大，说明充气效率愈高。9/12/20243二、二、 配气机构的配气机构的总总体体组组成成 由气由气门组门组和气和气门传动组门传动组两局部两局部组组成成 1 1 气气门组门组 包括气包括气门门、气、气门门座、气座、气门导门导管、气管、气门弹门弹簧、气簧、气门弹门弹簧
3、座和气簧座和气门锁夹门锁夹等；等；9/12/202442气气门传动组 包括凸包括凸轮轴、挺柱、推杆、挺柱、推杆、摇臂、臂、摇臂臂轴、摇臂臂轴座座和气和气门间隙隙调整螺整螺钉等。等。9/12/20245三、三、配气机构的类型配气机构的类型 1 1、按气门的布置：、按气门的布置： 气门顶置式；气门侧置式气门顶置式；气门侧置式压缩比受到限制，压缩比受到限制，进排气门阻力较大，进排气门阻力较大，发动机的动力性和发动机的动力性和高速性均较差，逐高速性均较差，逐渐被淘汰。渐被淘汰。 目前国产的汽车发目前国产的汽车发动机都采用气门顶动机都采用气门顶置式配气机构。置式配气机构。 9/12/20246 气门位于
4、汽缸盖上称为气门顶置式配气机构，由凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂总成、气门、气门导管、气门座和气门弹簧、弹簧座等组成。其特点是进气阻力小，燃烧室结构紧凑，气流搅动大，能到达较高的压缩比，目前国产的汽车发动机都采用气门顶置式配气机构。 气门都布置在汽缸的一侧称为气门侧置式配气机构，其结构简单、零件数目少，由于气门布置在同一侧导致燃烧室结构不紧凑、热量损失大、进气道曲折，进气阻力大，使发动机性能下降，现已淘汰。9/12/202472 2、按凸、按凸轮轴布置的位置：布置的位置： 下置式；中置式；上置式下置式；中置式；上置式9/12/202481)凸轮轴下置优点：简化了曲轴与凸轮轴之间的传动装置。 缺点：凸
5、轮轴与气门相距较远，动力传递路线较长，不适用于高速发动机。 9/12/202492凸轮轴中置 传动方式：凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，省去了推杆。应用：适用于发动机转速较高时，可以减少气门传动机构的往复运动质量。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9/12/2024103 3凸凸轮轴上置上置应用：高速用：高速发动机机 特点： 凸轮轴与气门距离近，不需要推杆，使往复运动的惯量减少。凸轮轴凸轮轴活塞双凸轮轴上置式配气机构9/12/2024113 3、按曲轴与凸轮轴的传动方式：、按曲轴与凸轮轴的传动方式： 齿轮传动；链传动；齿型带传动齿轮传动；链传动；齿型带传动齿轮传动 凸轮轴下置、中
6、置的配气机构大多采用圆柱形定时齿轮传动。一般曲轴与凸轮轴之间的传动只需一对定时齿轮，必要时可加装中间齿轮。为了啮合平稳、减小噪声，定时齿轮多用斜齿轮。在中、小功率发动机上，曲轴定时齿轮用钢来制造，而凸轮轴定时齿轮那么用铸铁或夹布胶木制造，以减小噪声。 链传动 链条与链轮的传动特别适用于凸轮轴上置的配气机构。为使链条在工作时具有一定的张力而不致脱链，装有导链板、链条张紧轮。链传动的主要问题是其工作可靠性不如齿轮传动。其传动性能在很大程度上取决于链条的制造质量。 9/12/2024129/12/202413齿型带传动 采用齿形带传动，对于减少噪声、减少结构质量和降低本钱都有很大好处。9/12/20
7、24144 4、按每缸气、按每缸气门数目：数目： 两气两气门式；四气式；四气门式式; ;曲轴轴线9/12/202415四、配气机构的工作原理 发动机曲轴通过某一传动方式驱动凸轮轴运转。四冲程发动机完成一个工作循环曲轴转两圈，各缸进、排气门各开启一次，凸轮轴只需转一圈，因此曲轴转速与凸轮轴转速之比为2:1。9/12/202416观看视频：配气机构的工作过程9/12/202417 凸轮下置式配气机构，当凸轮凸起局部与挺柱接触时，将挺柱顶起，挺柱通过推杆、调整螺钉使摇臂绕摇臂轴顺时针摆动，摇臂的长臂端向下推动气门，压缩气门弹簧，将气门头部推离气门座而翻开。当凸轮凸起局部的顶点转过挺柱后，便逐渐减少了
8、对挺柱的推力，气门在其弹簧张力的作用下，开度逐渐减小，直至最后关闭，使汽缸密封。 从上述工作过程可以看出，气门的开启是通过气门传动组的作用完成的，而气门的关闭那么是由气门弹簧来完成的。气门的开闭时刻与规律完全取决于凸轮的轮廓曲线形状。每次气门翻开时，压缩弹簧，为气门关闭积蓄能量。9/12/202418第第二二节节 配气机构的配气机构的组成成一、气门组9/12/202419A A、进气气门300-400300-400，排气，排气门600-800600-800。 B B、承受气体、承受气体压力、气力、气门弹簧簧力及力及传动组零件零件惯性力性力 C C、冷却和、冷却和润滑条件滑条件较差差D D、被气
9、缸中燃、被气缸中燃烧生成物中的生成物中的物物质所腐所腐蚀进气门：铬钢进气门：铬钢或铬镍钢；或铬镍钢； 排排气门：硅铬钢气门：硅铬钢耐热耐热足够的强足够的强度和刚度度和刚度耐磨损耐磨损耐腐蚀耐腐蚀1、气门1工作条件及材料功用：燃功用：燃烧室的室的组成局部，是气体成局部，是气体进、出燃、出燃烧室通道的开室通道的开关，承受冲关，承受冲击力、高温冲力、高温冲击、高速气流冲、高速气流冲击。9/12/2024202气门的构造头部头部杆部杆部9/12/202421 气门分为进气门和排气门两种，其作用是密封进、排气道。气门由头部、杆身和带密封锥面的气门盘组成。头部用来封闭进、排气道，杆身用来在气门开闭过程中起
10、导向作用。气门头部与具有腐蚀介质的高温燃气接触，并在关闭时承受很大的落座冲击力。 9/12/2024221气门顶部平顶结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也小，应用最多；凹顶适合做进气门，不宜做排气门；凸顶适合于排气门。9/12/202423 进气门顶部设计成凹型结构时，可将进气门头部与气门杆部有较大的圆弧过渡，减少进气压力；一般进气门直径大于排气门直径，通过凹坑设计，可以减小其惯性质量；凹顶气门弹性较平顶气门好些，可以适应气门座的变形，但由于其受热面积大，一般不适用于排气门。 平顶气门受热面积较小，一般适用于排气门，同时制造简单。9/12/2024242气门锥面装配前应将密装配前应将密封锥面
11、研磨。封锥面研磨。边缘应保持一定的厚度，边缘应保持一定的厚度，1 13mm3mm。9/12/202425 气门密封锥面与顶平面之间的夹角称为气门锥角，其锥角一般为45，有些车为了增大气流的流通面积，使进气充分，将进气门锥角做成30。工作中，由于气门与气门座之间的撞击及高温气体作用，使密封锥面容易产生磨损和凹陷，应注意修磨或更换。 气门头的边缘厚度一般为13mm，以减少工作中由于气门与气门座之间的冲击损坏或高温气体烧蚀。为了保证良好密合，装配前应将气门头与气门座的密封锥面互相研磨，使其接触时不漏气。研配好的气门不能互换。9/12/2024263 3气气门杆部杆部较高的加工精度，外较高的加工精度，
12、外表经过热处理和磨光，表经过热处理和磨光，保证同气门导管的配保证同气门导管的配合精度和耐磨性合精度和耐磨性气门杆尾部：气门杆尾部：环形槽、锁销环形槽、锁销孔孔凹槽凹槽易断裂处易断裂处9/12/2024274气门尾端9/12/202428特殊气门在某些高度强化的发动机上采用中空气门杆的气门。为降低排气门温度，增强排气门散热能力，许多汽车发动机上采用纳冷却气门。9/12/2024292、气门座 汽缸盖的进、排气道与气门锥面相贴合的部位。 它与气门头部共同对气缸起密封作用，并接受气门传来的热量。 气门座可在气缸盖上直接镗出，但气门座在高温下工作，磨损严重，故有不少发动机的气门座是用耐热合金钢单独制成
13、座圈，称气门座圈，压入汽缸盖中，以提高使用寿命和便于维修更换。9/12/202430气气门门座座圈圈特点：特点： 优优点：点：提高气提高气门门座的使用寿命，便于更座的使用寿命，便于更换换。 缺点：缺点：导热导热性差，加工精度高，脱落性差，加工精度高，脱落时时易易造成造成严严重事故。重事故。气门座圈气门座圈9/12/2024313、气门导管1功用 对气门的运动导向，保证气门作直线往复运动，使气门与气门座或气门座圈能正确配合与开闭。此外，气门导管还在气门杆与汽缸盖之间起导热作用。2工作条件及材料 气门导管的工作温度较高，而且润滑条件较差，靠配气机构工作时飞溅起来的机油来润滑气门杆和气门导管孔。 气
14、门导管由灰铸铁、球墨铸铁或铁基粉末冶金制造。9/12/202432 气门与气门导管间留有的微量间隙，使气门能在导管中自由运动，配气机构飞溅出来的适量润滑油由此间隙对气门杆和气门导管进行润滑。该间隙过小，会导致气门杆受热膨胀与气门导管卡死；间隙过大，会使机油进入燃烧室燃烧，产生积炭，加剧活塞、汽缸和气门磨损，增加润滑油消耗，同时造成排气冒蓝烟。为了防止过多的润滑油进入燃烧室，很多发动机在气门导管上安装有橡胶油封。 气门导管气门导管气缸盖气缸盖过盈配合过盈配合卡环：防止气门导卡环：防止气门导管在使用中脱落。管在使用中脱落。伸入深度应适量。锥度伸入深度应适量。锥度可减少气流阻力。可减少气流阻力。气门
15、导管气门导管气缸盖气缸盖卡环：防止气门导卡环：防止气门导管在使用中脱落。管在使用中脱落。9/12/2024334、气门弹簧v气门弹簧的功用是保证气门复位。在气门关闭时，保证气门及时关闭和紧密贴合，同时防止气门在发动机振动时因跳动而破坏密封；在气门开启时，保证气门不因运动惯性而脱离凸轮。v为此，气门弹簧应有足够的刚度和安装预紧力。9/12/202434 现在有些车装两根弹簧，弹簧内、外直径不同，旋向不同，它们同心安装在气门导管的外面，不仅可以提高弹簧的工作可靠性，防止共振的产生，还可以降低发动机的高度，而且当一根弹簧折断时，另一根还能继续维持工作，不致使气门落入汽缸中。9/12/202435二、
16、二、 气门传动组气门传动组气气门门传传动动组组包包括括凸凸轮轮轴轴、定定时时齿齿轮轮、挺挺柱柱，推推杆杆、摇摇臂臂、摇臂轴等。摇臂轴等。气气门门传传动动组组的的作作用用是是使使进进、排排气气门门能能按按配配气气相相位位规规定定的的时时刻开闭，且保证有足够的开度。刻开闭，且保证有足够的开度。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9/12/2024361、凸轮轴、凸轮轴功用：功用： 驱动和控制各缸气门的开启和关闭，使其符合发动机的驱动和控制各缸气门的开启和关闭，使其符合发动机的工作顺序、配气相位和气门开度的变化规律等要求。工作顺序、配气相位和气门开度的变化规律
17、等要求。 工作条件：工作条件： 承受气门间歇性开启的冲击载荷。承受气门间歇性开启的冲击载荷。 材料：材料： 优质碳钢、合金铸铁、球墨铸铁优质碳钢、合金铸铁、球墨铸铁 结构：结构：轴颈轴颈斜齿轮斜齿轮凸轮凸轮偏心轮偏心轮正时齿轮正时齿轮斜齿轮：斜齿轮：驱动分电器、驱动分电器、机油泵机油泵偏心轮：偏心轮：驱动汽油泵驱动汽油泵止推凸缘止推凸缘 止推座止推座凸轮轴衬套凸轮轴衬套9/12/202437观看视频：凸轮轴工作过程9/12/202438凸轮凸轮凸轮性能：凸轮性能： 凸轮与挺柱线接触，接凸轮与挺柱线接触，接触压力大，磨损快。触压力大，磨损快。工作条件：工作条件：作用：作用：气门开启和关闭的持续时
18、间必须气门开启和关闭的持续时间必须符合符合配气配气相位要求。这是由凸轮的轮廓相位要求。这是由凸轮的轮廓来保证的，而且凸轮的轮廓还在很大程来保证的，而且凸轮的轮廓还在很大程度上决定了气门的最大升程的运动规律。度上决定了气门的最大升程的运动规律。承受气门弹簧的张力，间歇性承受气门弹簧的张力，间歇性的冲击载荷。的冲击载荷。 外表有良好的耐磨性，足够的外表有良好的耐磨性，足够的刚度。刚度。 9/12/202439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点消除气门间消除气门间隙阶段隙阶段气门升程最大时刻气门升程最大时刻气门关闭点气门关闭点出现气门间出现气门间
19、隙阶段隙阶段缓冲结束点缓冲结束点9/12/2024402 2、挺柱、挺柱 1 1、功用、功用 是将凸轮的推力传给推杆或气门杆，并承是将凸轮的推力传给推杆或气门杆，并承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力。受凸轮轴旋转时所施加的侧向力。 2 2、工作条件及材料、工作条件及材料 工作条件：磨损严重；承受凸轮侧向力。工作条件：磨损严重；承受凸轮侧向力。 材料：碳钢或合金钢。材料：碳钢或合金钢。9/12/2024419/12/202442液力挺柱液力挺柱结构：结构：见右图见右图 性能：性能： 消除了配气消除了配气机构的间隙，减机构的间隙，减小了各零件的冲小了各零件的冲击载荷和噪声提击载荷和噪声提高发动机高速时
20、高发动机高速时的性能。的性能。卡环卡环阀架阀架支承座支承座单向阀单向阀柱塞弹簧柱塞弹簧单向阀弹簧单向阀弹簧挺杆体挺杆体柱塞柱塞推杆推杆进油孔进油孔9/12/2024439/12/2024443 3、气门推杆、气门推杆作用：作用： 位于挺柱与摇臂之间，将挺柱传位于挺柱与摇臂之间，将挺柱传来的推力传给摇臂。来的推力传给摇臂。 工作情况：工作情况： 是气门机构中最容易弯曲的零件，是气门机构中最容易弯曲的零件，要求有很高的刚度。要求有很高的刚度。 材料：材料： 硬铝或钢。硬铝或钢。9/12/202445 短臂短臂 长臂长臂4 4、摇臂、摇臂功用：功用： 摇臂结构示意图摇臂结构示意图将推杆或凸轮传来的力
21、改变方向，作用到气门杆将推杆或凸轮传来的力改变方向，作用到气门杆端以推开气门。端以推开气门。摇臂摇臂工作条件：工作条件：承受很大的弯矩，应有足够的强度和刚度承受很大的弯矩，应有足够的强度和刚度以及较小的质量。以及较小的质量。材料：材料：由锻钢、可锻铸铁、球墨铸铁、铝合金等制造。由锻钢、可锻铸铁、球墨铸铁、铝合金等制造。9/12/202446第第三三节节 配气配气相位及气相位及气门间隙隙一、配气相位一、配气相位 以曲轴转角表示的进、排气以曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻及其开启的持续时门开闭时刻及其开启的持续时间称作配气间称作配气相位相位。 以曲轴转角的环形图来表以曲轴转角的环形图来表示的配气相
22、位称为配气相位图。示的配气相位称为配气相位图。9/12/202447 理论上，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，一个行程时间很短。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短了，这样短的时间难以做到进气充分，排气彻底。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止点和下止点，而是适当的提前和滞后，以延长进排气时间。9/12/202448上止点下止点9/12/2024491进气门的配气相位发动机工作过程中，进气门是在活塞运行到排气行程上止点之前就开始翻开的，而在活塞运行到进气行程下止点之后才关闭。从进气门开启
23、到上止点所对应的曲轴转角称为进气提前角，进气提前角一般用表示，为1030。进气门早开，使得活塞到达上止点开始向下运动时，因进气门已有一定开度，所以可较快地获得较大的进气通道截面，减少进气阻力。从下止点到进气门关闭所对应的曲轴转角称为进气滞后角。进气滞后角用表示，为4080。一方面利用压力差继续进气，活塞到达下止点时，由于进气阻力的影响，汽缸内的压力仍低于大气压，进气门晚关，利用压力差可继续进气。另一方面利用进气惯性继续进气，活塞到达下止点时，进气气流还有相当大的惯性，进气门晚关，仍能继续进气。9/12/202450 实际进气气时刻和延刻和延续时间： 在排气行程接近在排气行程接近终了了时，活塞到
24、达上止，活塞到达上止点前，即曲点前，即曲轴转到离上止点到离上止点还差一个角度差一个角度，进气气门便开始开启，直到活塞越便开始开启，直到活塞越过下止点下止点后后时，进气气门才关才关闭。整个。整个进气气过程延程延续时间相当于曲相当于曲轴转角角180+180+。 - - 进气提前角气提前角 一般一般=10-30 =10-30 - - 进气延气延迟角角 一般一般=40-80=40-809/12/2024512排气门的配气相位在做功行程的后期，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。用表示，一般为4080。恰当的排气门早开，汽缸内还有300500Kpa
25、的压力，做功作用已经不大，但利用此压力使汽缸内的废气迅速地自由排出。同时等活塞到达下止点时，汽缸内只剩110120kpa的压力，使排气冲程所消耗的功率减小。高温废气早排，还可以防止发动机过热。在活塞越过上止点后，排气门才关闭。从上止点到排气门关闭所对应的曲轴转角称为排气滞后角。用表示，一般为1030。一方面活塞到达上止点时，汽缸内的压力仍高于大气压，利用缸内外压力差可继续排气。同时，活塞到达上止点时，废气流有一定的惯性，利用惯性可继续排气。因此，排气门适当晚关可使废气排得较干净。9/12/202452实际排气排气时刻和延刻和延续时间： 在作功行程接近在作功行程接近终了了时，活塞到达下止，活塞到
26、达下止点前，即曲点前，即曲轴转到离下止点到离下止点还差一个角度差一个角度，排气，排气门便开始开启，直到活塞越便开始开启，直到活塞越过上止点上止点后后时，排气，排气门才关才关闭。整个排气。整个排气过程延程延续时间相当于曲相当于曲轴转角角180+180+。 - - 排气提前角排气提前角 一般一般=40-80=40-80 - - 排气延排气延迟角角 一般一般=10-30=10-309/12/202453上止点下止点9/12/202454气气门重叠重叠 由由于于进气气门在在上上止止点点前前即即开开启启，而而排排气气门在在上上止止点点后后才才关关闭，这就就出出现了了一一段段时间内内排排气气门和和进气气门
27、同同时开开启启的的现象象，这种种现象象称称为气气门重重叠叠，重重叠叠时期期的的曲曲轴转角称角称为气气门重叠角。重叠角。 气气门重叠角等于重叠角等于+。 由由于于新新鲜气气流流和和废气气流流的的流流动惯性性都都比比较大大，在在短短时间内内是是不不会会改改变流流向向的的，因因此此只只要要气气门重重叠叠角角选择适适当当，就就不不会会有有废气气倒倒流流入入进气气管管和和新新鲜气气体体随随同同废气气排排除除的的可可能能性性。这对换气气是是有有利利的的，但但应注注意意，如如气气门重重叠叠角角过大大，当当汽汽油油机机小小负荷荷运运转、进气气管管内内压力力很很低低时，就可能出就可能出现废气倒流，使气倒流，使进
28、气量减少。气量减少。9/12/202455四缸发动机工作顺序四缸发动机工作顺序9/12/202456二、二、 气气门间门间隙隙 发动机冷机冷态下，当气下，当气门处于关于关闭状状态时，气，气门与与传动件件之之间的的间隙称隙称为气气门间隙。隙。气门杆气门杆摇臂摇臂气门间隙气门间隙9/12/202457 发动机工作时，由于气门处在高温下工作，气门等机件因受热膨胀而伸长，所以，必须在气门冷态时预留一定的气门间隙，以保证在气门受热膨胀伸长时，仍能使气门与气门座紧密配合。由于气门长时间的工作，改变了原来的气门间隙。所以，当听到气门有“嗒嗒的异响时，应检查并调整气门间隙。9/12/202458过大：大：1
29、1传动零件之零件之间及气及气门和气和气门座之座之间产生撞生撞击响声，并响声，并加速磨加速磨损。2 2使气使气门开启的持开启的持续时间减少，气缸充气和排气情况减少，气缸充气和排气情况变坏。坏。过小：小：热态下使气下使气门关关闭不不严而而发生漏气，生漏气，导致功率下降，甚至致功率下降，甚至烧坏气坏气门。9/12/202459实 物 图测量气门间隙测量气门间隙拧松紧定螺母，调整调节螺钉拧松紧定螺母，调整调节螺钉9/12/202460作业作业11配气机构的作用是什么配气机构的作用是什么? ?对发动机配气机构有什么要求？对发动机配气机构有什么要求？ 2.2.什么是配气相位？什么是气门间隙？什么是配气相位？什么是气门间隙？3.3.凸轮轴的布置形式有几种凸轮轴的布置形式有几种? ?各有何优缺点各有何优缺点? ?4.4.为什么进、排气门要提前开启，延迟关闭为什么进、排气门要提前开启，延迟关闭? ? 5.5.某四冲程发动机的进气提前角为某四冲程发动机的进气提前角为2525，进气迟关角为，进气迟关角为4040，排气提前角为，排气提前角为4545，排气迟关角为，排气迟关角为1515，请画出该发动机，请画出该发动机 的配气相位图，并指出进、排气门重叠角。的配气相位图，并指出进、排气门重叠角。 9/12/202461
