发动机构造与维修(第3版)第3章配气机构

1、,第3章 配气机构,学习目标,理解配气机构的作用和组成 掌握配气机构的结构特点 掌握气门组、气门传动组主要零件的构造和装配连接关系 掌握气门组、气门传动组主要零件的检测和维修方法 理解可变气门正时技术,1、配气机构的作用 在发动机工作过程中，配气机构按照发动机每一气缸内所进行的工作循环和点火次序的要求，开启和关闭各气缸的进、排气门，使新鲜混合气及时的进入气缸，废气得以及时的排出气缸外。 2、配气机构的组成 发动机配气机构基本可分成两部分：气门组和气门传动组。 气门组用来封闭进、排气道，主要零件包括气门、气门座、气门弹簧、气门导管等。气门组的组成与配气机构的形式基本无关，但结构大致相同。 气门传动组是从正时齿轮开始至推动气门动作的所有零件，作用是使气门定时开启和关闭，它的组成视配气机构的形式不同而异，主要零件包括正时齿轮（正时链轮和链条或正时皮带轮和皮带）、凸轮轴、挺杆、推杆、摇臂轴和摇臂等。,第3章 配气机构,3.1概述 3.1.1配气机构的作用和组成,1、配气机构的分类 发动机配气机构形式多种多样，其主要区别是气门布置形式和数量、凸轮轴布置形式和驱动方式。 （1）按气门布置形式分类图

2、3-1 捷达车五气门示意图 按气门布置形式分类可分为侧置气门和顶置气门，其中顶置气门应用最广泛，侧置气门已被淘汰。以下配气机构如果不特别说明，则都为顶置气门式。 一般发动机都采用每缸两气门，即一个进气门和一个排气门的结构。为了进一步提高气缸的换气性能，许多中、高级新型轿车的发动机上普遍采用每缸多气门结构，如三气门、四气门、五气门等，其中以四气门为多见。如图3-1所示为捷达王发动机每缸五气门（三个进气门、两个排气门）结构。 气门数目的增加，使发动机的进、排气通道的断面面积大大增加，提高充气效率，改善了发动机的动力性能。,第3章 配气机构,3.1概述 3.1.2配气机构的分类和工作原理,（2）按凸轮轴布置形式和驱动方式分类 凸轮轴下置式： 大多数载货汽车和大中型客车发动机都采用这种结构形式，如图3-3所示。气门组由气门、气门导管。气门弹簧、气门弹簧座、气门锁片等组成。气门传动组由凸轮轴、凸轮轴正时齿轮、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴等组成。其结构特点是凸轮轴平行布置在曲轴一侧，位于气门组下方，配气机构的工作通过曲轴和凸轮轴之间的一对正时齿轮将曲轴的动力传给凸轮轴来带动。,第3章 配气机构,3.1

3、概述 3.1.2配气机构的分类和工作原理,凸轮轴上置式： 现代轿车使用的高速发动机大多采用这种结构形式，如图3-3所示。凸轮轴仍与曲轴平行布置，但位于气门组上方，凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门开启和关闭，省去了推杆，使往复运动质量大大减小，但此种布置使凸轮轴距离曲轴较远，因此，不方便使用齿轮传动，现多采用同步齿形胶带传动，这种结构形式的气门传动组主要由凸轮轴、同步齿形胶带、挺往、摇臂、摇臂轴等组成。 凸轮轴中置式： 一些速度较高的柴油机将凸轮轴位置抬高到缸体上部，如图3-3所示。,第3章 配气机构,3.1概述 3.1.2配气机构的分类和工作原理,（3）按凸轮轴传动方式分类 按凸轮轴传动方式可分为齿轮传动式、链条传动式和齿形带传动式，如图3-4所示。,第3章 配气机构,3.1概述 3.1.2配气机构的分类和工作原理,（4）按每个气缸的气门数量分类 一般发动机都采用每缸两气门，即一个进气门和一个排气门的结构。为了进一步提高气缸的换气性能，轿车发动机上普遍采用每缸多气门结构，如三气门、四气门、五气门等，其中以四气门为多见。如图3-5所示为捷达王发动机每缸五气门（三个进气门、两个排气门）结构。

4、气门数目的增加，使发动机的进、排气通道的断面面积大大增加，提高充气效率，改善了发动机的动力性能。,第3章 配气机构,3.1概述 3.1.2配气机构的分类和工作原理,配气机构工作原理如图3-5所示。发动机工作时，正时齿轮带动凸轮轴旋转，当发动机需要进行换气冲程时，凸轮凸起部分通过挺柱、推杆、高速螺钉推动摇臂摆转，使得摇臂的另一端向下推开气门，并压缩气门弹簧。凸轮凸起部分的顶点转过挺柱后，凸轮对挺柱的推力减小，气门在弹簧张力下逐渐关闭，凸轮凸起部分离开挺柱时，气门完全关闭，换气冲程结束，压缩和做功冲程开始。气门在弹簧张力作用下严密关闭，使气缸密闭。,第3章 配气机构,3.1概述 3.1.2配气机构的分类和工作原理,发动机配气机构的所有部件在运行中随着温度升高都会膨胀并改变它们的长度，磨损导致另一种长度的变化，这些长度变化由气门间隙或液压间隙补偿元件补偿，因此在任何运行状态下气门都能可靠关闭。 为确保高温状态下气门也能正常关闭，传动部件之间应留有规定间隙，如表3-1所示。气门间隙大小取决于产品和型号，由制造商规定。由于排气门温度较高，故气门间隙较进气门大。,第3章 配气机构,3.1概述 3.

5、1.3气门间隙,第3章 配气机构,3.1概述 3.1.3气门间隙,气门间隙过小，导致气门开启较早且关闭较晚。气门未紧靠在气门座上，两者之间通过较小的间隙隔开，造成： 热量传递中断，气门头过热，尤其是排气门过热，有产生裂纹的危险。 气体损失，功率损失。 热态废气通过打开的进气门返回。 气门间隙过大，导致气门开启晚且关闭过早，气门没有完全打开气道横截面，造成： 开启时间较短，开启横截面较小。 气缸充气差，功率损失。 气门噪声。 加剧气门传动装置磨损。 因此，气门间隙应检查和调整，以保证发动机正常工作。目前，许多发动机上采用了气门间隙补偿元件实现了无间隙气门控制。补偿元件可确保气门控制机构在所有运行条件下无间隙地工作且能补偿因磨损所造成的长度变化。,第3章 配气机构,3.1概述 3.1.3气门间隙,用曲轴转角表示气门开启与关闭时刻和开启的持续时间，称为配气相位，如图3-6所示。,第3章 配气机构,3.1概述 3.1.3配气相位,1、进气提前角 在排气冲程接近完成时，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，用表示。一般值在1030之间。进气

6、门早开，使得活塞到达上止点开始向下移动时，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。 2、进气迟闭角 在进气冲程到达下止点时，进气门并未关闭，而是在活塞上行一段距离后才关闭。从活塞位于下止点至进气门完全关闭时对应的曲轴转角称为进气迟闭角，用表示。一般值在4080之间。活塞在到达下止点时，气缸内的压力仍低于大气压力，且气流还有相当大的惯性，适当延迟关闭进气门，可利用压力差和气流惯性继续进气。进气门开启持续时间内的曲轴转角，即进气持续角为+180+，约为230290。,第3章 配气机构,3.1概述 3.1.3配气相位,3、排气提前角 在做功冲程的后期，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活塞到达下止点时所对应的曲轴转角称为排气提前角，用表示。一般值在4080之间。做功冲程接近结束时，气缸内的压力约为0.30.5MPa，做功作用已经不大，此时提前打开排气门，高温废气迅速排出，减小活塞上行排气时的阻力，减少排气时的功率损失。高温废气提早迅速排出，还可防止发动机过热。 4、排气迟闭角 排气门是在活塞到达上止点后，又开始下行一段距离后才关闭的。从活塞位

7、于上止点到排气门完全关闭时所对应的曲轴转角称为排气迟闭角，用表示。一般数值在1030之间。活塞到达上止点时，气缸内的压力仍高于大气压，由于气流有一定的惯性，排气门适当延迟关闭可使废气排得更干净。排气门开启持续时间内的曲轴转角，即排气持续角为+180+，约为230290。,第3章 配气机构,3.1概述 3.1.3配气相位,5、气门叠开与气门叠开角 由于进气门早开和排气门晚关，在活塞位于排气上止点附近，出现一段进、排气门同时开启的现象，称为气门叠开。同时开启的角度，即进气门提前角与排气门迟后角之和称为气门重叠角。气门叠开时气门的开度很小，且新鲜气流和废气流有各自的惯性，在短时间内不会改变流向，适当的叠开角，不会出现废气倒流进气道和新鲜气体随废气排出的现象。相反，进入气缸内部的新鲜气体可增加气缸内的气体压力，有利于废气的排出。,第3章 配气机构,3.1概述 3.1.3配气相位,第3章 配气机构,3.2气门组的构造与维修,气门组在配气机构中相当于一个阀门，作用是准时接通和切断进排气系统与气缸之间的通道。气门组一般由气门、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座及锁片等组成，如图3-7所示。 气门组应保证

8、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，使气门能迅速开闭，并保证气门紧压在气门座上。,第3章 配气机构,3.2气门组的构造与维修 3.2.1气门,气门的作用是封闭进、排气通道。 1、气门的结构 气门由头部和杆部两部分组成，如图3-8b）所示，气门头部与气门座配合实现密封气缸的进、排气通道的作用，气门杆部则主要为气门的运动导向。,第3章 配气机构,3.2气门组的构造与维修 3.2.1气门,（1）气门头部 气门头部由顶部和密封锥面组成。 1）气门顶部 平顶气门结构简单，制造容易，吸热面积较小，质量小，多数发动机的进、排气门均采用此结构。 喇叭形顶部与杆部的过渡部分具有一定的流线型，所以气流流通较顺利，可减小进气阻力，但是顶部受热面积较大，故多用于进气门，而不宜用于排气门。 球面顶气强度高，排气阻力小，废气清除效果好，适于做排气门。,第3章 配气机构,3.2气门组的构造与维修 3.2.1气门,2）气门密封锥面 气门

9、头部与气门座圈接触的工作面，是与气门杆部同一中心线的锥面，一般将这一锥面与气门顶部平面的夹角称为气门锥角，如图3-9所示。通常做成30和45。 锥形工作面的作用： 能提高密封性和导热性。 气门落座时，有自定位作用。 避免气流拐弯过大而降低流速。 能挤掉接触面的沉淀物，起自洁作用。,第3章 配气机构,3.2气门组的构造与维修 3.2.1气门,（2）气门杆身 气门杆身与气门导管配合，为气门开启与关闭过程中的上下运动导向。气门杆身为圆柱形，发动机工作时，气门杆身在气门导管中不断上下往复运动，而且润滑条件极为恶劣。因此，要求气门杆身与气门导管有一定的配合精度和耐磨性，气门杆身表面都经过热处理和磨光，气门杆身与头部之间的过渡应尽量圆滑，不但可以减小应力集中，还可以减少气流阻力。 （3）气门弹簧座的固定 气门杆的尾部用以固定气门弹簧座，其结构随弹簧座的固定方式不同而异。常见的有锥形锁片式和锁销式。,第3章 配气机构,3.2气门组的构造与维修 3.2.1气门,（4）气门油封 发动机工作时有少量机油进入气门导管与气门之间的间隙，起润滑作用。但如果机油过多，将会在气缸内造成积炭和在气门上产生沉积物。因此，发动机在气门杆上装有气门油封，其结构形式如图3-11所示。,第3章 配气机构,3.2气门组的构造与维修 3.2.1气门,2、气门的检修 气门的耗损主要有：气门工作面起槽、变宽，甚至烧蚀后出现斑点和凹陷，气门杆及尾端的磨损，气门杆的弯曲变形等。 （1）气门的检测 检测气门损耗达到下列情形之一时，应予以修校或换新。 轿车气门杆磨损量005mm，载货汽车气门杆磨损量010mm，或有明显的台阶形磨损。 气门头圆柱面的厚度1.0mm。 气门尾端的磨损量0.5mm。 气门杆直线度误差大于0.05mm时，应予更换或校直，校直后的直线度误差不得大于002mm。如图3-12所示为气门杆直线度的检测。将气门架在检测台上，转动气门杆一圈，百分表的摆差

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