汽车构造与拆装(上册)23单元3--配气机构课件.ppt

2022/7/14汽车构造与拆装（上册）（上册）（第二版）（第二版）林德华 刘海峰 主 编蔡新峰 代 军 薛寒松 副主编朱 军 主 审全国中等职业学校课程改革规划教材全国中等职业学校课程改革规划教材2022/7/14整车发动机 单元1 发动机总成 单元2 曲柄连杆机构 单元3 配气机构 单元4 汽油机燃料供给系统 单元5 柴油机燃料供给系统 单元6 润滑系统 单元7 冷却系统 第一篇第二篇单元3 配气机构项目一 配气机构的结构和工作原理项目二 配气机构的拆装项目一 配气机构的结构和工作原理 一、配气机构的功用和组成 配气机构的功用是按照发动机每一汽缸内所进行的工作循环或发火次序的要求，定时开启和关闭各汽缸的进气门、排气门，使新鲜可燃混合气（汽油机）或空气（柴油机）得以及时进入汽缸，废气得以及时从汽缸中排出进入汽缸内的可燃混合气或空气对发动机性能的影响很大进气量越多，发动机的转矩越大、功率越高配气机构如图2-3-1所示配气机构由气门组和气门传动组组成气门组包括气门、气门座、气门导管和气门弹簧等部件气门传动组主要包括凸轮轴、凸轮轴正时带轮、正时齿形带、张紧轮、液压挺柱等部件项目一 配气机构的结构和工作原理图2-3-1 配气机构项目一 配气机构的结构和工作原理 发动机工作时，曲轴通过曲轴正时带轮、正时齿形带、凸轮轴正时带轮驱动凸轮轴旋转，当凸轮轴转到凸轮的凸起部分顶到液压挺柱时，通过液压挺柱，压缩气门弹簧，使气门离座，即气门开启。

当凸轮凸起部分离开液压挺柱时，气门便在气门弹簧力的作用下上升而落座，气门关闭由于四冲程发动机每完成一个工作循环，曲轴旋转2周，而各缸进气门、排气门各开启1次，完成一次进气和排气，此时凸轮轴只旋转1周，因此，曲轴与凸轮轴的转速比为21，即凸轮轴正时带轮的齿数是曲轴正时带轮齿数的2倍项目一 配气机构的结构和工作原理 二、配气机构主要部件的构造 （一）气门组 气门及其相关零件称为气门组，气门组的作用是实现汽缸的密封配置一根气门弹簧的标准型气门组如图2-3-2所示图2-3-2 气门组项目一 配气机构的结构和工作原理 1气门 1）气门结构 气门的功用是与气门座相配合，对汽缸进行密封气门由头部和杆部两部分组成（图2-3-3），头部用来封闭汽缸的进气道、排气道，杆部用来为气门的运动起导向作用图2-3-3 气门结构项目一 配气机构的结构和工作原理 （1）气门头部气门头部的形状有平顶、喇叭形顶和球面顶，如图2-3-4所示使用最多的是平顶气门头部，进气门、排气门均可采用喇叭形顶头部多用于进气门，球面顶气门头部适用于排气门图2-3-4 气门头部的形状项目一 配气机构的结构和工作原理 气门头部与气门座圈接触的工作面，是与杆部同心的锥面，通常将这一锥面与气门顶部平面的夹角称为气门锥角，如图2-3-5所示，一般制作成30或45。

考虑到进气阻力比排气阻力对发动机性能的影响大得多，为尽量减小进气阻力，一般进气门的尺寸略大于排气门，这是因为进气是利用活塞下移产生的真空来实现的，进气门大些，可提高进气效率；而排气是通过活塞上升将废气排出的，排气门即使是小一些也不会造成太大的影响图2-3-5 气门锥角项目一 配气机构的结构和工作原理 （2）气门杆气门杆是圆柱形，在气门导管中不断上、下往复运动气门杆尾部结构取决于气门弹簧座的固定方式，常见的结构形式如图2-3-6所示图2-3-6 气门弹簧座的固定方式项目一 配气机构的结构和工作原理 2）气门数 在短时间内能够将尽量多的气体吸入和排出，在很大程度上影响着发动机的整体性能从气门在有限制的燃烧室表面积中所占的面积来看，与具有两个气门的汽缸相比，进排气门越多，则气门面积之和就越大，进气效率、排气效率越高，而且可以使单个气门的体积减小，质量减轻但气门数越多，结构越复杂，成本越高项目一 配气机构的结构和工作原理 （1）2气门式（图2-3-7）每个汽缸采用一个进气门和一个排气门，一般进气门比排气门大些桑塔纳2000GSi型乘用车AJR发动机即采用此种形式图2-3-7 2气门式的结构形式项目一 配气机构的结构和工作原理 （2）3气门式（图2-3-8）。

每个汽缸有2个进气门和1个排气门，排气门大对排出高温气体有利，能提高发动机排气性能图2-3-8 3气门式的结构形式项目一 配气机构的结构和工作原理 （3）4气门式（图2-3-9）每个汽缸有2个进气门和2个排气门，两套凸轮轴装置分别控制一组进、排气门的开闭卡罗拉（1.6L）乘用车发动机即采用4气门结构形式图2-3-9 4气门式的结构形式项目一 配气机构的结构和工作原理 （4）5气门式每个汽缸有3个进气门和2个排气门，并以梅花开分布，如图2-3-10所示捷达王乘用车EA113型发动机即采用5气门结构形式图2-3-10 5气门式的结构形式项目一 配气机构的结构和工作原理 2气门座 汽缸盖上的进气道、排气道与气门锥面相接合的部位称为气门座（图2-3-11），气门座的锥角和气门锥角相同，一般也是30或45气门座不仅有密封作用，还起到了冷却气门的作用图2-3-11 气门座项目一 配气机构的结构和工作原理 3气门导管 气门导管（图2-3-12）的功用是为气门的运动导向，保证气门作直线往复运动，使气门与气门座能正确贴合气门杆与气门导管之间一般留有0.050.12mm的间隙，使气门杆能在导管中自由运动图2-3-12 气门导管项目一 配气机构的结构和工作原理 4气门弹簧 气门弹簧的功用保证气门及时落座并与气门座或气门座圈紧密贴合，同时也可防止气门在发动机振动时因跳动而破坏密封。

气门弹簧多为圆柱形螺旋弹簧，如图2-3-13a）所示安装时，气门弹簧的一端支承在汽缸盖上，另一端则压靠在气门杆尾端的弹簧座上，弹簧座用锁片固定在气门杆的末端为了防止弹簧发生共振，可采用变螺距的圆柱形弹簧，如图2-3-13b）所示大多数高速发动机是一个气门装有同心安装的内、外两根气门弹簧，如图2-3-13c）所示这样不但可以防止共振，而且当一根弹簧折断时，另一根仍可维持工作此外，还能减小气门弹簧的高度当装用两根气门弹簧时，气门弹簧的螺旋方向和螺距应各不相同，这样可以防止折断的弹簧圈卡入另一个弹簧圈内项目一 配气机构的结构和工作原理图2-3-13 气门弹簧项目一 配气机构的结构和工作原理 （二）气门传动组 气门传动组的作用是使气门按发动机配气相位规定的时刻及时开、闭，并保证规定的开启时间和开启高度由于配气机构的布置形式多样，气门传动组的差别也很大1凸轮轴 1）凸轮轴结构 凸轮轴主要由各缸进气凸轮、排气凸轮、凸轮轴轴颈等组成，如图2-3-14所示进气凸轮、排气凸轮用于使气门按一定的工作次序和配气相位及时开闭，并保证气门有足够的升程项目一 配气机构的结构和工作原理图2-3-14 凸轮轴的结构项目一 配气机构的结构和工作原理 2）凸轮轴驱动方式 凸轮轴的旋转是依靠曲轴带动的，凸轮轴的驱动方式有以下4种。

1）链条驱动式（图2-3-15）凸轮轴位于汽缸盖上，由曲轴带动的曲轴链轮，通过正时链条驱动凸轮轴上的链轮旋转，从而带动凸轮轴旋转链条导槽和链条张紧装置将张力传递至链条，以调节链条的张紧度卡罗拉（1.6L）乘用车发动机即采用链条驱动形式图2-3-15 链条驱动式项目一 配气机构的结构和工作原理 （2）正时齿形带驱动式（图2-3-16）由于正时齿形带是由强度大、不易变形的纤维和橡胶制成，具有质量轻、无噪声、不需要润滑等优点，所以被广泛使用桑塔纳2000GSi型乘用车AJR发动机即采用此种形式图2-3-16 正时齿形带驱动式项目一 配气机构的结构和工作原理 （3）齿轮驱动式（图2-3-17）齿轮驱动式是在曲轴和凸轮轴之间用齿轮将曲轴的旋转传递到凸轮轴的驱动形式，具有传动准确性更优、高速时可靠性高等优点；但制造精度高，成本高，现在仅限于赛车使用的发动机图2-3-17 齿轮驱动式项目一 配气机构的结构和工作原理 （4）辅助齿轮驱动式（图2-3-18）汽缸盖上一侧的凸轮轴由曲轴通过一根链条或一根正时齿形带来驱动，另一侧的凸轮轴由安装在凸轮轴上的齿轮来驱动，这种方式称为辅助齿轮驱动式图2-3-18 辅助齿轮驱动式项目一 配气机构的结构和工作原理 3）凸轮轴安装位置与配气机构类型 根据凸轮轴安装位置的不同，可将配气机构分成以下4种类型。

1）下置凸轮轴配气机构（图2-3-19）下置凸轮轴配气机构是指进气门、排气门安装在汽缸盖上，而凸轮轴安装在汽缸体下部的配气机构图2-3-19 下置凸轮轴配气机构项目一 配气机构的结构和工作原理 发动机工作时，曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴正时齿轮和凸轮轴旋转当凸轮的凸起部位顶起挺柱时，经推杆和气门间隙调整螺钉推动摇臂绕摇臂轴摆动，压缩气门弹簧使气门开启当凸轮的凸起部位离开挺柱时，气门在气门弹簧力的作用下逐渐关闭凸轮轴下置式配气机构特点是凸轮轴与曲轴位置靠近，可以简单地用一对齿轮传动，需要较长推杆、摇臂和摇臂轴等零部件，整个机构的刚度差多用于转速较低的发动机，如货车用的柴油机等项目一 配气机构的结构和工作原理 （2）中置凸轮轴配气机构（图2-3-20）中置凸轮轴配气机构是指进、排气门安装在汽缸盖上，而凸轮轴安装在汽缸体中上部的配气机构中置凸轮轴配气机构的凸轮轴一般采用链条传动或正时齿形带传动，采用短推杆或省去推杆，但需要摇臂和摇臂轴图2-3-20 中置凸轮轴配气机构项目一 配气机构的结构和工作原理 （3）单顶置凸轮轴式配气机构（SOHC）单顶置凸轮轴式配气机构（Single Over Head Camshaft，即SOHC）是通过一根凸轮轴驱使进气门、排气门动作，其特征为气门和凸轮轴都设置在汽缸盖上。

凸轮轴由正时链条或正时齿形带驱动，不需要推杆，摇臂和摇臂轴可有可无单顶置凸轮轴、无摇臂和摇臂轴配气机构，如图2-3-21所示凸轮轴通过液压挺柱直接驱动气门开启，无推杆和摇臂总成，气门排成一列桑塔纳2000GSi型乘用车AJR发动机配气机构即为此种形式图2-3-21 单顶置凸轮轴、无摇臂和摇臂轴配气机构项目一 配气机构的结构和工作原理 单顶置凸轮轴、单摇臂和摇臂轴配气机构，如图2-3-22所示凸轮轴通过摇臂直接驱动气门开启，气门排成两列通常在发动机冷态装配时，在气门与其传动机构中，留有适当的间隙，以补偿气门受热后的膨胀量，这一预留间隙通常称为气门间隙为了能够检查与调整气门间隙，一般在摇臂（或挺柱）上装有调整螺钉及其锁紧螺母图2-3-22 单顶置凸轮轴、单摇臂和摇臂轴配气机构项目一 配气机构的结构和工作原理 单顶置凸轮轴、双摇臂和摇臂轴配气机构，如图2-3-23所示凸轮轴分别通过进气摇臂和排气摇臂驱动进气门和排气门开启，由于进气门、排气门排成两列，所以驱动进气门、排气门的进气摇臂和排气摇臂分别安装在各自的摇臂轴上图2-3-23 单顶置凸轮轴、双摇臂和摇臂轴配气机构项目一 配气机构的结构和工作原理 单顶置凸轮轴、有摇臂、无摇臂轴配气机构，如图2-3-24所示。

凸轮轴位于摇臂上方，采用浮动式摇臂（只有摇臂而无摇臂轴），在摇臂上设有滚动轴承；摇臂与液压挺柱采用球面接触，并作为摇臂摆转的支点，气门排成一列液压挺柱可以自动调整气门间隙（使气门间隙为0），减少了噪声，但结构复杂图2-3-24 单顶置凸轮轴、有摇臂、无摇臂轴配气机构项目一 配气机构的结构和工作原理 （4）双顶置凸轮轴式配气机构（DOHC），如图2-3-25所示双顶置凸轮轴式（Double Over Head Camshaft，即DOHC）进气门、排气门分别由各自的凸轮轴控制（气门排成两列），凸轮轴直接驱动气门，也可通过摇臂间接驱动气门具有摇臂长度短、质量轻、驱动气门的相关部件易于适应高转速等优点另外，由于进气门、排气凸轮轴是彼此相互独立的，所以增大了气门配置的自由度，火花塞可以设置在两根凸轮轴之间，即燃烧室的正中央卡罗拉（1.6L）乘用车发动机的配气机构即为此种形式图2-3-。