《汽车构造》第三章-配气机构

1、第第3 3章章 配气机构配气机构 3.1 3.1 概概 述述 配气机构是控制发动机进气和排气的装置，其作用是 按照发动机的工作循环和点火次序的要求定时开启和关闭 各缸的进、排气门，以便在进气行程使尽可能多的可燃混 合气（汽油机）或空气（柴油机）进入汽缸，在排气行程 将废气快速排出汽缸。 配气机构的组成 3.1.1 3.1.1 配气机构的分类配气机构的分类 1.按气门的布置形式分按气门的布置形式分 1 1）侧置气门式配气机构）侧置气门式配气机构 2 2）顶置气门式配气机）顶置气门式配气机 构构 2.按凸轮轴的布置形式分按凸轮轴的布置形式分 1 1）凸轮轴下置）凸轮轴下置 式配气机构式配气机构 2

2、 2）凸轮轴中置式）凸轮轴中置式 配气机构配气机构 3 3）凸轮轴上置式配气机构）凸轮轴上置式配气机构 3.按曲轴驱动凸轮轴的方式分按曲轴驱动凸轮轴的方式分 1 1）齿轮传动配气机构）齿轮传动配气机构 2 2）链传动配气机）链传动配气机 构构 3 3）齿形带传动配气机构）齿形带传动配气机构 4.按每缸气门的数量分按每缸气门的数量分 1 1）双气门式配气机构）双气门式配气机构 2 2）多气门式配气机）多气门式配气机 构构 (a)双气门 (b)三气门 (c)四气门 (d)五气门 3.1.2 3.1.2 气门间隙气门间隙 发动机工作时，气门及其 传动件将因温度升高而膨胀。如 果气门及其传动件之间在冷

3、态时 无间隙或间隙过小，则在热态下， 气门及其传动件受热膨胀势必引 起气门关闭不严，造成发动机在 压缩和作功行程中漏气，会使发 动机功率下降。为了消除上述现 象，通常在发动机冷态装配时， 在气门及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。这一预留间隙称为气门间 隙。 3.1.3 3.1.3 配气相位配气相位 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。 配气相位图 配气相位对发动机工作的要求：配气相位对发动机工作的要求：延长进、排气时间。 进气门早开晚关，排气门早开晚关。 1.进气门的配气相位进气门的配气相位 进气提前角 ：一般为1030 进气迟后角 ：一般

4、为4070 进 气 持 续 角：进气门开启持续时间的曲轴转角。 为180+ 2.排气门的配气相位排气门的配气相位 排气提前角 ：一般为4080 排气迟后角 ：一般为1030 排 气 持 续 角：排气门开启持续时间的曲轴转角。 为180+ 3.气门叠开气门叠开 气门叠开：在某一时间内，进气门、排气门同时开启的现 象。 气门叠开角：气门重叠时的曲轴转角。为+ 3.2 3.2 气门组件气门组件 气门组件组成：气门组件组成：气门、气门座、气门导管、气门弹簧、气门弹 簧座及气门锁片等零件。 工作要求：工作要求： （1）气门头部与气门座贴合严密。 （2）气门导管对气门杆的往复运 动导向良好。 （3）气门弹

5、簧两端面与气门杆中 心线相互垂直，以保证气门头部在气 门座上不偏斜。 （4）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 能迅速关闭，并能保证气门关闭时的 密封性。 3.2.1 3.2.1 气门气门 分类：分类：进气门和排气门两种。 组成：组成：头部和杆部。 功用：功用：头部是用来密封汽缸的进、排气通道；杆部是用来 为气门的运动导向。 工作要求：工作要求：有足够的强度、刚度，耐磨损，耐高温，不易 变形，且质量要尽可能地轻。 1.气门头部气门头部 气门头部的形状一般有3种形式：平顶、球面顶和喇叭形顶 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。多数发动机采用

6、。 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 通常作为进气门。其特点是进气阻力小，且质量轻、惯性小， 但受热面积大。 气门锥角气门锥角 为了保证气门与气门座贴合紧密，将气门密封面做 成锥面，通常把气门密封锥面的锥角称为气门锥角。一 般气门锥角为45。在气门升程一定的情况下，减小气 门锥角，可以增大气流通道断面，减小进气阻力。但锥 角减小会引起气门头部边缘厚度变薄，致使气门的密封 和导热性变差。 2.气门杆部气门杆部 气门在气门导管中上下运动，靠气门杆部起导向和传热 作用。气门杆尾端的形状取决于气门弹簧座的固定方式 气门杆

7、尾端形状与弹簧座的固定方式 1气门杆； 2气门弹簧； 3弹簧座； 4锥形锁片； 5锁销 3.2.2 3.2.2 气门座气门座 进、排气道口与气门密封锥 面直接贴合的部位 。 1.气门座的形式气门座的形式 功用：功用：与气门头部一起对汽 缸起密封作用，同时接受气 门头部传来的热量并将其传 递出去，起散热作用。 工作条件：工作条件：高温、磨损严重。 类型：类型：一种是直接在汽缸盖 上镗出的气门座；另一种是 单独制成气门座圈，镶嵌在 汽缸盖上的气门座 。 气门座结构 1卡环； 2气门导管； 3汽缸盖； 4气门座 2.气门座锥角气门座锥角 气门座锥角由三部分组成。其中45（或30）的锥 面与气门密封锥

8、面贴合，15和75锥角是用来修正工作 锥面的宽度和上、下位置的，以使其达到规定的要求。某 些发动机的气门锥角比气门座锥角小0.5l，该角称 为密封干涉角。 (a)气门座锥角 (b)密封干涉角 1气门座； 2气门 3.2.3 3.2.3 气门导管气门导管 功用：主要作用是对气门的运动导向，以保证气门做上下 往复运动时不发生径向摆动而可以准确落座，且与气门座 正确贴合。同时还可以起到导热作用，将气门杆的热量经 气门导管传给缸盖及水套。 工作条件：高温、磨损严重。 气门导管内外圆柱面经加工后压入汽缸盖的气门导管孔 中，然后再精铰内孔。并用卡环定位。 气门导管气门导管 汽缸盖汽缸盖 过盈配合过盈配合

9、卡环：卡环：防止气门防止气门 导管在使用中脱导管在使用中脱 落。落。 伸入深度应适量。锥度可减少伸入深度应适量。锥度可减少 气流阻力。气流阻力。 3.2.3 3.2.3 气门弹簧气门弹簧 功用：功用：使气门自动复位关闭，并保证气门与气门座的座合 压力；还用于吸收气门在关闭过程中各传动零件所产生的 惯性力，以防各个传动件彼此分离而破坏配气机构的正常 工作。 防止共振：防止共振：提高气门弹簧的刚度；采用不等螺距的圆 柱弹簧；采用双气门弹簧。 (a)粗径等螺距弹簧 (b)变螺距弹簧 (c)双弹簧 3.3 气门传动组气门传动组 气门传动组主要包括凸轮轴、挺柱、推杆和摇臂等零件。 摇臂轴摇臂轴 摇臂摇臂

10、 推杆推杆 挺柱挺柱 凸轮轴正凸轮轴正 时齿轮时齿轮 凸轮轴凸轮轴 3.3.1 3.3.1 凸轮轴凸轮轴 1.凸轮轴结构凸轮轴结构 凸轮轴主要由凸轮和轴颈两部分组成。单根凸轮轴一般 将进气凸轮和排气凸轮布置在同一根凸轮轴上。双上置凸轮 轴配气机构的两根凸轮轴，一根是进气凸轮轴，上面布置有 各缸的进气凸轮；另一根是排气凸轮轴，上面分布有各缸的 排气凸轮。 2.凸轮轮廓形状凸轮轮廓形状 气门的开闭时刻及其升程变化规律主要取决于控制气门的凸轮外部 轮廓曲线即凸轮轮廓形状。凸轮轮廓直接决定了气门的升程及其升降过 程的运动规律。 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 消除气门 间

11、隙阶段 气门升程最大时刻 气门关闭点 出现气门 间隙阶段 缓冲结束点 3.凸轮间的相对角位置凸轮间的相对角位置 1 1）同名凸轮间的相对角位置）同名凸轮间的相对角位置 凸轮轴上各缸同名凸轮相对角位置的排列与凸轮轴的转 动方向、各缸的工作顺序和作功间隔角有关。 2 2）异名凸轮的相对角位置）异名凸轮的相对角位置 同一汽缸进、排气（异名）凸轮间的相对角位置排列取 决于凸轮轴的转动方向和发动机的配气相位。 4缸汽油机同名凸轮排列缸汽油机同名凸轮排列 6缸柴油机同名凸轮排列缸柴油机同名凸轮排列 4.凸轮轴的轴向定位凸轮轴的轴向定位 为了防止凸轮轴轴向窜动，一般设有轴向定位装置。 正时齿轮正时齿轮 止推

12、板止推板 凸轮轴颈凸轮轴颈 凸轮轴的凸轮轴的 轴向间隙轴向间隙 汽缸体汽缸体 利用调节环控制轴向窜动利用调节环控制轴向窜动 窜动量窜动量 3.3.2 3.3.2 挺柱挺柱 功用：功用：将凸轮轴旋转时产生的推动力传给推杆（下、中置 凸轮轴）或气门（上置凸轮轴）。 材料：材料：一般用耐磨性好的合金钢或合金铸铁等材料制造。 1.普通挺柱普通挺柱 常见的挺柱主要有筒形和滚轮式两种 (a)筒形平面 (b)筒形球面 (c)滚轮式 2.液压挺柱液压挺柱 液压挺柱除可以 自动补偿气门间隙 外，还具有以下优 点： （1）取消了调整气门 间隙的零件，使结 构简单。 （2）不需调整气门间 隙，简化了装配后 的调整过

13、程。 （3）消除了由气门间 隙引起的冲击和噪 声，减轻了气门传 动组件之间的摩擦。 挺柱体挺柱体 柱塞柱塞 球座球座 卡簧卡簧 柱塞弹簧柱塞弹簧 单向阀单向阀 柱塞腔柱塞腔 挺柱体腔挺柱体腔 进油口进油口 进油通道进油通道 3.3.3 3.3.3 推杆推杆 功用：功用：采用下置、中置式凸轮轴的 配气机构，利用推杆将挺柱传来的 力传给摇臂。 材料：材料：硬铝、钢。 结构：结构：实心推杆、硬铝棒、钢管。 3.3.4 3.3.4 摇臂与摇臂组件摇臂与摇臂组件 功用：功用：将推杆或凸轮传来的力改变方向后传给气门，使其开 启。摇臂组件主要包括摇臂、摇臂轴、支承座及气门间隙调 整螺钉等零件。 3.4 可变配气相位机构可变配气相位机构 常见的双气门机构与四气门机构的配气正时主要考虑提 高发动机的有效功率和转矩，但在发动机怠速运转时，动 力性急剧下降，燃油经济性很差。为避免此种现象，有些 汽车近年来采用一种可变配气相位与气门升程的电子控制 （VTEC）机构来控制进气时间与进气量，从而使发动机 输出不同的输出功率。 1.VTEC的结构的结构 装有VTEC机构的发动机每个汽缸都配置有两个进 气门和