第三章配气机构.docx

1．功用：配气机构是进、排气管道的控制机构，它按照气缸的工作顺序和工作过程的要求，准时地开闭进、 排气门、向气缸供给可燃混合气（汽油机）或新鲜空气（柴油机）并及时排出废气另外，当进、排 气门关闭时，保证气缸密封进饱排净，四行程发动机都采用气门式配气机构2．充气效率新鲜空气或可燃混合气被吸入气缸愈多，则发动机可能发出的功率愈大新鲜空气或可燃混合气 充满气缸的程度，用充气效率％表示％越高，表明进入气缸的新气越多，可燃混合气燃烧时可能放 出的热量也就越大，发动机的功率越大3．型式根据气门安装位置不同，分£气门顶置式配气机构 气门侧置式配气机构气门位于气缸盖上称为气门顶置式配气机构，由凸轮、挺柱、推杆、摇臂、气门和气门弹簧等组成 其特点，进气阻力小，燃烧室结构紧凑，气流搅动大，能达到较高的压缩比，目前国产的汽车发动机 都采用气门顶置式配气机构气门位于气缸体侧面称为气门侧置式配气机构，由凸轮、挺柱、气门和气门弹簧等组成省去了推杆、 摇臂等另件，简化了结构因为它的进、排气门在气缸的一侧，压缩比受到限制，进排气门阻力较大， 发动机的动力性和高速性均较差，逐渐被淘汰'凸轮轴下置式按凸轮轴布置位置凸轮轴中置式凸轮轴上置式凸轮轴下置式，主要缺点是气门和凸轮轴相距较远，因而气门传动另件较多，结构较复杂，发动机高度也有所增加。

凸轮轴中置,凸轮轴位于气缸体的中部由凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，省去推杆，这种结构称为 凸轮轴中置配气机构 凸轮轴上置,凸轮轴布置在气缸盖上凸轮轴上置有两种结构，一是凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，这样既无挺柱，又无推杆，往复运动 质量大大减小，此结构适于高速发动机另一种是凸轮轴直接驱动气门或带液力挺柱的气门，此种配 气机构的往复运动质量更小，特别适应于高速发动机.齿轮传动 按曲轴和凸轮轴的传动方式分链条传动 齿带传动凸轮轴下置，中置的配气机构大多采用圆柱形正时齿轮传动，一般从曲轴到凸轮轴只需一对正时齿轮传动，若齿轮直径过大，可增加一个中间齿轮为了啮合平稳 减小噪声，正时齿轮多用斜齿链条与链轮的传动适用于凸轮轴上置的配气机构，但其工作可 靠性和耐久性不如齿轮传动近年来高速汽车发动机上广泛采 用齿形皮带来代替传动链，齿形带传动，噪声小、工作可靠、 成本低.按每缸气门数目分盂黑一般发动机都采用每缸两个气门，即一个进气门和一个排气门的结构为了改善换气，在可能的条件下，应尽量加大气门的直径，特别是进气门的直径但是由于燃烧室尺寸的限制，气门直径最大一般不能超过气缸直径的一半当气缸直径较大，活塞平均速度较高时，每 缸一进一排的气门结构就不能保证良 好的换气质量。

因此，在很多新型汽车 发动机上多采用每缸四个气门结构即 两个进气门和两个排气门4．组成包括气门组和气门传动组气觇爾爾蛊畐屠翅倚 —1．气门组包括：气门、气门座、气门导管、气门弹簧、锁片、卡簧1）气门功用：控制进、排气管的开闭工作条件： 承受高温、高压、冲击、润滑困难要求：足够的强度、刚度、耐磨、耐高温、耐腐蚀、耐冲击材料：进气门采用合金钢（铬钢或 镍铬等），排气门采用耐热合金钢（硅铬钢等）构造：气门由头部、杆身和尾部组成气门头部是一 个具有圆锥斜面的 圆盘，气门锥角一 般为 450，也有 300，气门头边缘应 保持一定厚度，一 般为1-3 mm,以 防工作中冲击损坏和被高温烧蚀气门密封锥面与气门座配对研磨气门头顶部形状有平顶,球面顶和喇叭形顶等平顶：结构简单、制造 方便、吸热面积小,质量小、 进、排气门均可采用球面顶：适用于排气门, 强度高,排气阻力小,废气 的清除效果好,但受热面积 大,质量和惯性力大,加工 较复杂喇叭形顶：适用于进气门,进气阻力小,但受热面积大有的发动机进气门头部直径比排气门大，两气门一样大时，排气门有记号杆身-杆身与头部制成一体，装在气门导管内起导向作用，杆身与头部采用圆滑过渡连接。

尾部-制有凹槽（锥形槽或环形槽）用来安装锁紧件（2）气门导管功用：①起导向作用，保证气门作直线往复运动②起导热作用，将气门头部传给杆身的热量，通过气缸盖传出去为了保证导向，导管应有一定的长度，气门导管的工 作温度也较高，约500k气门导管和气门的润滑是靠配气机构飞溅出来的机油进行润滑的，因此易磨 损为了改善润滑性能，气门导管常用灰铸铁或球墨铸铁或铁基粉未治金制造导管内、外圆面加工 后压入气缸盖的气门导管孔内，然后再精铰内孔为了防止气门导管在使用过程中松脱，有的发动机 对气门导管用卡环定位3）气门座气门座与气门头部密封锥面配合密封气缸，气门头部的热量亦经过气门座外传气门座可以在缸 盖或缸体上直接镗出，也可以采用镶嵌式结构镶嵌式结构气门座都采用较好的材料（合金铸铁、奥 氏体钢等）单独制作4）气门弹簧功用：保证气门回位气门弹簧的作用在于保证气门回位，在气门关闭时，保 门与气门座之间的密封，在气门开启时，保证气门不因运动 生的惯性力而脱离凸轮气门弹簧多为圆柱形螺旋弹簧，它 端支承在气缸盖上，另一端压靠在气门杆尾端的弹簧座上， 座用锁片固定在气门杆的尾端5）气门旋转机构证气 时产 的一 弹簧清除为了使气门头部温度均匀，防止局部过热引起的变形和 气门座积炭，可设法使气门在工作中相对气门座缓慢旋转。

气门缓慢旋转时在密封锥面上产生轻微的 摩擦力，有阻止沉积物形成的自洁作用6）锁片、卡簧 锁片、卡簧的功用是在气门弹簧力的作用下把弹簧座和气门杆锁住，使弹簧力 作用到气门杆上隙调整进、排2．气门传动组功用：传递凸轮轴一气门之间的运动气门传动组包括，凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂气门间 螺钉等1）凸轮轴功用：控制气门的开启和关闭，每一个 气门分别有相应的进气凸轮和排气凸轮凸轮的形状影响气门的开闭时刻及高度，凸轮的排列影响气门的开闭时刻和工作顺序根据凸轮轴 可以判断工作顺序）工作中，凸轮轴受到气门间歇性开启的周期性冲击载荷，因此对凸轮表面要求耐 磨，凸轮轴要有足够的韧性和刚度2）挺柱挺柱的功用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，近年 来，液压挺柱被广泛地采用3）推杆 推杆的作用是将从凸轮轴传来的推力传给摇臂，它是配气机构中最容易弯曲的零件要求有很高 的刚度，在动载荷大的发动机中，推杆应尽量地做得短些4）摇臂摇臂实际上是一个双臂杠杆，将推杆传来的力改变方向，作用到气门杆端打开气门气涸僦身气问闾1．配气相位1）定义：配气相位是用曲轴转角表示的进、排气门的开启时刻和开启延续时间，通常用环形图排气门都它不能满表示-配气相位图。

2）理论上的配气相位分析理论上讲进、压、功、排各占180°，也就是说进 是在上、下止点开闭，延续时间都是曲轴转角180° 但实际表明，简单配气相位对实际工作是很不适应的， 足发动机对进、排气门的要求原因：① 气门的开、闭有个过程开启总是由小—大 关闭总是由大—小② 气体惯性的影响随着活塞的运动『进气由外T大 ［排气由小—大〔进气门由小T大T小 ［排气门由小T大T小同样造成进气不足、排气不净③ 发动机速度的要求实际发动机曲轴转速很高，活塞每一行程历时都很短，当转速为5600r/min时一个行程只有60/ （5600x2） =0.0054s，就是转速为1500r/mi n, —个行程也只有0.02s，这样短的进气或排气过程， 使发动机进气不足，排气不净可见，理论上的配气相位不能满足发动机进饱排净的要求，那么，实际的配气相位又是怎样满足 这个要求的呢？下面我们就进行分析3）实际的配气相位分析为了使进气充足，排气干净，除了从结构上进行改进外（如增大进、排气管道），还可以从配气 相位上想点办法，气门能否早开晚闭，延长进、排气时间呢？① 气门早开晚闭的可能 从示功图中可以看出，活塞到达进气下止点时，由于进气吸力的存在， 气缸内气体压力仍然低于大气压，在大气压的作用下仍能进气；另外，此时进气流还有较大的惯性。

由此可见，进气门晚关可以增加进气量进气门早开，可使进气一开始就有一个较大的通道面积，可增加进气量在作功行程快要结束时，排气门打开，可以利用作功的余压使废气高速冲出气缸，排气量约占 50% 排气门早开，势必造成功率损失，但因气压低，损失并不大，而早开可以减少排气所消耗的功，又有 利于废气的排出，所以总功率仍是提高的从示功图上还可以看出，活塞到达上止点时，气缸内废气压力仍然高于外界大气压，加之排气气 流的惯性，排气门晚关可使废气排得更净一些由此可见，气门具有早开晚关的可能，那么气门早开晚关对发动机实际工作又有什么好处呢？进 气门晚关：延长了进气时间，在大气压和气体惯性力的作用下，增加进气量排气门早开：借助气缸内的高压自行排气，大大减小了排气阻力，使排气干净排气门晚关：延长了排气时间，在废气压力和废气惯性力的作用下，使排气干净② 气门重叠由于进气门早开，排气门晚关，势必造成在同一时间内两个气门同时开启把两个气门同时开启 时间相当的曲轴转角叫作气门重叠角在这段时间内，可燃混合气和废气是否会乱串呢？不会的，这 是因为：a.进、排气流各自有自己的流动方向和流动惯性，而重叠时间又很短，不至于混乱，即吸入 的可燃混合气不会随同废气排出，废气也不会经进气门倒流入进气管，而只能从排气门排出；b.进气 门附近有降压作用，有利于进气。

③ 进、排气门的实际开闭时刻和延续时间实际进气时刻和延续时间：在排气行程接近终了时，活塞到达上止点前，即曲轴转到离上止点还 差一个角度a进气门便开始开启，进气行程直到活塞越过下止点后B时，进气门才关闭整个进气 过程延续时间相当于曲轴转角180°+a+Ba-进气提前角一般a=10°〜30°B-进气延迟角一般B=40〜80°所以进气过程曲轴转角为 230°〜290°实际排气时刻和延续时间：同样，作功行程接近终了时，活塞在下止点前排气门便开始开启，提 前开启的角度Y 一般为40活塞越过下止点后6角排气门关闭，6 一般为10°〜30整个排气 过程相当曲轴转角180°+丫+6Y-排气提前角一般Y=40°〜80°6- 进气延迟角 一般 6=10°〜30°所以排气过程曲轴转角为 230°〜290°气门重叠角 a+6=20°〜60°从上面的分析，可以看出实际配气相位和理论上的配气相位相差很大，实际配气相位，气门要早开晚关，主要是为了满足进气充足，排气干净的要求但实际中，究竟气门什么时候开？什么时候关 最好呢？这主要根据各种车型，经 过实验的方法确 定，由凸轮轴的形 状、位置及配气机 构来保证2．气门间隙（1）定义：气门间隙是指气门完全关闭（凸轮的凸起部分不顶挺柱）时，气门杆尾端与摇臂或挺 柱之间的间隙。

2） 作用：给热膨胀留有余地保证气门密封 不同机型，气门间隙的大小不同，根据实验确定，一般冷态时，排气门间隙大于进气门间隙，进 气门间隙约为0.25〜0.3mm,排气门间隙约为0.3〜0.35mm间隙过大：进、排气门开启迟后，缩短了进排气时间，降低了气门的开启高度，改变了正常的配 气相位,使发动机因进气不足,排气不净而功率下降,此外,还使配气机构零件的撞。