第 3 章配气机构

第 3 章配气机构

概述配气机构的布置

和工作情况配气相位配气机构的组件

和工作情况可变配气相位

§3.1 概述一、功用：

按照发动机每个气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭气缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气 ( 汽油机 ) 或空气 ( 柴油机 ) 得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。

二、充气效率： ηv=M/M0

M —— 进气过程中，实际进入气缸的新气的质量； Mo—— 在理想状态下，充满气缸工作容积的新气质量。

配气机构组成：

气门组

传动组

驱动组

§3.2 配气机构的布置和工作情况一、气门布置型式1 、气门顶置式

工作过程特点：

A 、气门行程大，结构较复杂，燃烧室紧凑。B 、曲轴与凸轮轴传动比为 2:1 。

§3.2 配气机构的布置和工作情况

一、气门布置型式2 、气门侧置式进排气门都布置在气缸的一侧，结构简单、零件数目少。

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，已趋于淘汰。


二、凸轮轴的布置型式

1 、凸轮轴下置缺点：

凸轮轴与气门相距较远，动力传递路线较长，环节多，因此不适用于高速发动机。优点：

简化曲轴与凸轮轴之间才传动装置，有利于发动机的布置。


2 、凸轮轴中置式传动方式：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。


3 、凸轮轴上置式应用：高速发动机

桑塔纳轿车发动机特点：凸轮轴与气门距离近，不需要推杆、挺柱，使往复运动的惯量减少。

双凸轮轴上置式发动机


捷达轿车气缸盖实物图§3.2 配气机构的布置和工作情况

上置凸轮轴实物图§3.2 配气机构的布置和工作情况

三、凸轮轴的传动方式1 、齿轮传动


2 、齿形带传动三、凸轮轴的传动方式


3 、链条传动

导链板

张紧机构

三、凸轮轴的传动方式


传动方式传动路线应用

齿轮传动曲轴正时齿轮→凸轮轴正时齿轮

凸轮轴下置、中置式配气机构

链条传动

曲轴→链条→凸轮轴正时齿轮凸轮轴上置式配气机构

齿形带传动曲轴→齿形皮带→凸轮轴正时齿轮

凸轮轴上置式配气机构


四、气门数和布置形式单缸 4 气门


单缸 2 气门§3.2 配气机构的布置和工作情况

单缸 5 气门


五、气门间隙1 、概念：

气门间隙：为保证气门关闭严密，通常发动机在冷态装配时，在气门杆尾端与气门驱动零件（摇臂、挺柱或凸轮）之间留有适当的间隙。

气门间隙

进气门 0.25~0.30mm

排气门 0.30~0.35mm


1 、配气相位。以上下止点为基点、

气门开始开启、关闭终了时刻用曲轴转角表示

10°~30 °

40°~80 °

40°~80 °

10°~30 °

2 、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开启的现象。气门叠开角：气门同时开启的角度（ + ）。

§3.3 配气相位

§3.4 配气机构的组件和工作情况

一、气门组

1 、气门功用：

燃烧室的组成部分，是气体进、出燃烧室通道的开关，承受冲击力、高温冲击、高速气流冲击。

工作条件：A 、进气门 570K~670K ，排气门 1050K~1200K 。B 、头部承受气体压力、气门弹簧力等，C 、冷却和润滑条件差，D 、被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。性能：强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨

进气门 570K~670K （铬钢或铬镍钢）排气门 1050K~1200K（硅铬钢）

进气门 570K~670K （铬钢或铬镍钢）排气门 1050K~1200K（硅铬钢）

头部头部

杆部杆部


气门头部的结构形式

平顶式结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也较小，进、排气门都可采用。

凸顶式（球面顶）

适用于排气门，因为其强度高，排气阻力小，废气的清除效果好，但球形的受势面积大，质量和惯性力大加工较复杂。

凹顶式（喇叭顶）

凹顶头部与杆部的过渡部分具有一定的流线形，可以减少进气阻力，但其顶部受热面积大，故适用于进气门，而不宜用于排气门。


（ 2 ）气门锥角1 ）气门锥面与顶平面的夹角 --- 气门锥角

α

2 ）气门锥角作用就向锥形塞子可以塞紧瓶口

一样，能获得较大的气门座合压力，以提高密封性和导热性；

气门落座时有自动定位作用；避免气流拐弯过大而降低流

速；气门落座时能挤掉接触面的

沉积物，即有自洁作用。


3 ）进、排气门锥角的大小进气门锥角较小，多用 300 。因锥角越小，进气通道截面越大，进气量越多。排气门锥角较大，通常为 450 。因锥角越大，气门头部边缘的厚度大，不易变形。排气门热负荷较大而用较大的锥角，以加强散热和避免受热变形。且锥角越大，座合压力越大，自洁作用越大。


3 ）气门头部直径气门头部直径越大，气门口通道截面就越大，进、排气阻力就越小。通常进气门头部直径大于排气门。另外，排气门稍小些，还不易变形。 h1<h2

h1h2


气门杆§3.4 配气机构的组件和工作情况

2 、气门座气门座：

气缸盖的进、排气道与气门锥面相结合的部位。

作用：1.靠其内锥面与气门锥面的紧密贴合密封气缸。2. 接受气门传来的热量。

气门座圈：以较大过盈量镶嵌在气门座上的圆环。

镶嵌式气门座特点：优点：提高气门座的使用寿命，便于更换。缺点：导热性差，加工精度高，脱落时易造成严重事故。

汽油机：排气门采用镶嵌式气门座柴油机：进气门采用镶嵌式气门座

气门座


3 、气门导管作用：为气门的运动导向，保证气门直线运动兼起导热作用。工作条件：工作温度较高，约 500K 。润滑困难，易磨损。材料：用含石墨较多的铸铁，能提高自润滑作用。加工方法：外表面加工精度较高内表面精绞装配：气门杆与气门间隙 0.05～ 0.12mm 。


4 、气门弹簧功用：保证气门的回位。材料：高锰碳钢、铬钒钢

气门弹簧的装配

气门弹簧

气门弹簧座

锁片

气门关闭保证气门及时关闭、密封

气门开启保证气门不脱离凸轮


气门弹簧

圆柱形螺旋弹簧

圆柱等螺距弹簧

不等距弹簧应用： CA7560


双弹簧布置旋向相反的两个弹簧，防止断裂的弹簧卡入另

一弹簧

应用车型：

奥迪 100 ，捷达，桑塔纳 , 广州标致 505


二、气门驱动组1 、组成2 、功用：定时驱动气门开闭，并保证气门有足够的开度和适当的

气门间隙。


1. 凸轮轴作用：

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。工作条件：

承受气门间歇性开启的冲击载荷。材料：优质钢、合金铸铁、球墨铸铁


凸轮的轮廓凸轮轮廓与气门的运动规律

气门开启点

消除气门间隙阶段

气门升程最大时刻

气门关闭点

出现气门间隙阶段


同名凸轮的相对角位置同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置是与相应的配气相位相对应的。

点火顺序：

1—2—4—3


凸轮轴的轴向定位：作用：为了防止凸轮轴在工作中产生轴向窜动和承受斜齿轮产生轴向力。

正时齿轮

止推板

隔圈（调节环）

凸轮轴颈

凸轮轴的轴向间隙

气缸体


2 、挺柱

（ 1 ）作用：将凸轮的推力传给推杆或气门。（ 2 ）挺柱的分类：

菌式气门侧置式

筒式气门顶置式

滚轮式

减小摩擦所造成的对挺柱的侧向力。多用于大缸径柴油机。


结构：性能：消除了配气机构的间隙，减小了各零件的冲击载荷和噪声提高发动机高速时的性能。

液力挺柱§3.4 配气机构的组件和工作情况

3 、气门推杆

作用：将挺柱传来的推

力传给摇臂。工作情况：

是气门机构中最容易弯曲的零件。

材料：硬铝或钢


4 、摇臂

功用：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。

摇臂结构示意图

气门间隙调节螺钉

调节螺母摇臂

摇臂轴套

易磨损部位堆焊耐磨合金


摇臂结构示意图

润滑油道

油槽润滑油道


摇臂组示意图


摇臂组实物图§3.4 配气机构的组件和工作情况

桑塔纳发动机的配气机构

控制原理

§3.5 可变配气机构★气门定时和升程可变的进气系统★可变谐振增压系统

VTEC 高速时§3.5 可变配气机构

气缸数目可变机构

§3.5 可变配气机构

可变进气谐振增压系统


VG30DE 可变谐振增压系统


小结

配气机构有三种传动方式齿轮驱动、链驱动和齿形皮带驱动。四冲程发动机曲轴与凸轮轴之比 ( 即传动比 ) 应为 2 ： 1 即曲轴旋转两周，凸轮轴旋转一周。现代汽车发动机采用多气门布置和排列方式，进、排气门配气相位早开晚关，以改善进、排气状况。凸轮轴上主要配置有各缸进、排气凸轮，凸轮的轮廓保证气门开启和关闭的持续时间符合配气相位的要求，凸轮轴有轴向定位装置。轿车发动机采用液力挺柱，可消除配气机构中的间隙，减小各零件的冲击载荷和噪声。

1 、气门弹簧起什么作用？为什么在装配气门弹簧时要预先压缩？2 、气门锥角有什么作用？

3. 分析气门早开与迟闭的原因。 4. 配气相位

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