第三章-配气机构2-3节

1、配气相位：配气相位：用曲轴转角表示进、排气门开闭时刻，并用圆弧表用曲轴转角表示进、排气门开闭时刻，并用圆弧表示气门的开启角度和关闭角度。示气门的开启角度和关闭角度。 活塞顶一般需设避阀坑（气门重叠角大者避阀坑较深，压缩活塞顶一般需设避阀坑（气门重叠角大者避阀坑较深，压缩比大者避阀坑较深）。比大者避阀坑较深）。为什么气门要提前开启和迟后关闭？为什么气门要提前开启和迟后关闭？原因：原因：1、进气门早开：减少节流损失、进气门早开：减少节流损失 2、进气门迟闭：利用气流惯性多进气、进气门迟闭：利用气流惯性多进气 3、排气门早开：（、排气门早开：（1）自由排气，排除大部分废气）自由排气，排除大部分废气

2、（2）减少压缩负功）减少压缩负功 4、排气门迟闭：利用气流惯性多排气、排气门迟闭：利用气流惯性多排气.气门重叠角：气门重叠角：在进气上止点前后，有一段时间进、排气门同时开在进气上止点前后，有一段时间进、排气门同时开启，重叠的曲轴转角叫气门重叠角。启，重叠的曲轴转角叫气门重叠角。.汽油机气门重叠角为什么不能过大？汽油机气门重叠角为什么不能过大？原因：如果过大，在怠速或低负荷运转时，节气门开度极小，进原因：如果过大，在怠速或低负荷运转时，节气门开度极小，进气管内真空度很大，废气会倒流入进气管内。这既会造成废气稀气管内真空度很大，废气会倒流入进气管内。这既会造成废气稀释，又会引起进气管内释，又会引起

3、进气管内“放炮放炮”现象。现象。.最佳的气门重叠角随发动机转速上升而增大；最佳的气门重叠角随发动机转速上升而增大；.汽油机的气门重叠角汽油机的气门重叠角柴油机。柴油机。.一、气门组一、气门组4、气门弹簧弹力足以克服、气门弹簧弹力足以克服气门及气门传动件的惯性力，气门及气门传动件的惯性力，使气门能迅速开、闭，并保使气门能迅速开、闭，并保证气门与气门座之间有一定证气门与气门座之间有一定的接触应力，以保证密封。的接触应力，以保证密封。组成：由气门、气门导管、气门座和气门弹簧等零件组成组成：由气门、气门导管、气门座和气门弹簧等零件组成作用：密封燃气。作用：密封燃气。要求：要求：1、气门头部与气门座必须

4、贴合紧密；、气门头部与气门座必须贴合紧密；2、气门杆在气门导管内孔中上、气门杆在气门导管内孔中上、下滑动自如，无卡滞现象；下滑动自如，无卡滞现象；.3、气门弹簧两端面与气门杆中、气门弹簧两端面与气门杆中心线垂直；心线垂直；.c、凸球面形、凸球面形-强度高，排气阻力小，易清除废气，但吸热面强度高，排气阻力小，易清除废气，但吸热面 积大，质量大，加工复杂，仅适用于排气门。积大，质量大，加工复杂，仅适用于排气门。.一、气门一、气门（1）结构：由头部和杆部组成。）结构：由头部和杆部组成。.工作特点：高温、高压、润滑不良、冷却条件差。工作特点：高温、高压、润滑不良、冷却条件差。.要求：足够的强度、刚度、

5、耐热和耐磨。要求：足够的强度、刚度、耐热和耐磨。.材料：进气门材料：进气门合金钢（如铬钢或镍铬钢等）。合金钢（如铬钢或镍铬钢等）。. 排气门排气门耐热钢（如硅铬钢等），为节约成本，多采耐热钢（如硅铬钢等），为节约成本，多采 用头部用耐热合金钢、杆部用合金钢的堆焊形式。用头部用耐热合金钢、杆部用合金钢的堆焊形式。.结构特点：（结构特点：（1）杆部至头部圆滑过渡）杆部至头部圆滑过渡-提高刚度。提高刚度。.（2）气门头部形状：）气门头部形状：a、平顶、平顶-结构简单，制造方便，吸热面积小，质量小，适用结构简单，制造方便，吸热面积小，质量小，适用 于进、排气门；于进、排气门；.b、喇叭形、喇叭形-杆部

6、至头部过渡圆弧半径大，刚度好，进气阻力小，杆部至头部过渡圆弧半径大，刚度好，进气阻力小， 但吸热面积大，仅用于进气门；但吸热面积大，仅用于进气门；.（5）气门杆端形状：）气门杆端形状： 决定于气门弹簧座的固定形式：决定于气门弹簧座的固定形式：（2）气门座圈过盈压配）气门座圈过盈压配-耐耐高温、耐磨的合金铸铁或奥氏高温、耐磨的合金铸铁或奥氏体钢材料制成的气门座圈，但体钢材料制成的气门座圈，但容易脱落，导热性差。容易脱落，导热性差。1）两半锥形锁片）两半锥形锁片-尾端沉割槽；尾端沉割槽；2）锁销）锁销-尾端径向小孔。尾端径向小孔。.2、气门座、气门座作用：作用：1）传热（气门头部热量）；）传热（气

7、门头部热量）； 2）密封（燃烧室）。）密封（燃烧室）。.工作特点：高温、高接触应力、工作特点：高温、高接触应力、润滑不良、冷却条件差。润滑不良、冷却条件差。.结构：（结构：（1）气缸盖或气缸体上）气缸盖或气缸体上直接镗出直接镗出-铸铁气缸盖，低性能铸铁气缸盖，低性能要求；要求；.柴油机大部分用铸铁气缸盖，柴油机大部分用铸铁气缸盖，气门座圈过盈压配，但容易压气门座圈过盈压配，但容易压碎；汽油机用铝合金气缸盖，碎；汽油机用铝合金气缸盖，采用气门座圈过盈压配方式时，采用气门座圈过盈压配方式时，需在气门座圈外圆上切几道环需在气门座圈外圆上切几道环槽（图示）。槽（图示）。.材料：灰铸铁、球墨铸铁、铁基材

8、料：灰铸铁、球墨铸铁、铁基粉末冶金。粉末冶金。3、气门导管：、气门导管：作用：导向作用：导向-气门杆直线运动；气门杆直线运动； 传热传热-气门杆热量。气门杆热量。.结构：台阶圆筒，过盈压配在气缸结构：台阶圆筒，过盈压配在气缸盖上，下端伸入气道内部。盖上，下端伸入气道内部。.工作特点：高温、润滑不良、与工作特点：高温、润滑不良、与气门杆高速滑动。气门杆高速滑动。.要求：耐热、耐磨。要求：耐热、耐磨。.作用：克服气门及传动件惯性力，防止作用：克服气门及传动件惯性力，防止 出现间隙，保证气门及时关闭且出现间隙，保证气门及时关闭且 紧密贴合，不会因发动机振动等紧密贴合，不会因发动机振动等 原因出现气门

9、不正常开启现象。原因出现气门不正常开启现象。.（1）压缩弹簧：）压缩弹簧：1）圆柱弹簧（等螺距、变螺距）；）圆柱弹簧（等螺距、变螺距）；2）圆锥弹簧。）圆锥弹簧。.（2）内外两根弹簧，可使安装高度减小，注意螺旋方向相反。）内外两根弹簧，可使安装高度减小，注意螺旋方向相反。4、气门弹簧、气门弹簧要求：（要求：（1）足够的刚度及安装预紧力）足够的刚度及安装预紧力 （2） 疲劳强度高疲劳强度高 （3）加工精度高，如垂直度要求、）加工精度高，如垂直度要求、 自由公差小等。自由公差小等。.材料：高碳锰钢、铬钒钢等冷拔钢丝，材料：高碳锰钢、铬钒钢等冷拔钢丝， 加工后要经热处理。加工后要经热处理。.结构特点

10、：结构特点：b：摇臂驱动气门式：摇臂驱动气门式： 凸轮轴、气门摇臂及摇臂轴、正时齿轮（带中间齿轮）或正时凸轮轴、气门摇臂及摇臂轴、正时齿轮（带中间齿轮）或正时链轮（带链条、张紧器等）或正时带轮（带齿形皮带、张紧器等）。链轮（带链条、张紧器等）或正时带轮（带齿形皮带、张紧器等）。作用作用：使进、排气门按各缸发火次序及配气相位规定的时刻开、闭，：使进、排气门按各缸发火次序及配气相位规定的时刻开、闭， 且保证一定的气门升程和合适的气门运动规律。且保证一定的气门升程和合适的气门运动规律。.组成组成：与气门布置形式、凸轮轴布置形式及传动方式有关。：与气门布置形式、凸轮轴布置形式及传动方式有关。.（一）侧

11、置气门式配气机构：正时齿轮副、下置凸轮轴、挺杆。（一）侧置气门式配气机构：正时齿轮副、下置凸轮轴、挺杆。.（二）顶置气门式配气机构：（二）顶置气门式配气机构：1、下置凸轮轴：正时齿轮副、下置凸轮轴、挺柱、推杆、气门、下置凸轮轴：正时齿轮副、下置凸轮轴、挺柱、推杆、气门 摇臂及摇臂轴。摇臂及摇臂轴。.2、顶置凸轮轴：、顶置凸轮轴：a：凸轮直接驱动气门式：凸轮直接驱动气门式： 凸轮轴、正时齿轮（带中间齿轮）或正时链轮（带链条、张紧凸轮轴、正时齿轮（带中间齿轮）或正时链轮（带链条、张紧器等）或正时带轮（带齿形皮带、张紧器等）。器等）或正时带轮（带齿形皮带、张紧器等）。. 气门锥角较小，气门锥角较小，

12、则则在气在气门升程相同的情况下，气流门升程相同的情况下，气流通过断面较大通过断面较大。但头部厚度。但头部厚度较薄，刚度差，密封性差，较薄，刚度差，密封性差，仅适用于进气门（仅适用于进气门（ 30 ），），排气门均用排气门均用45锥角（热负锥角（热负荷高）。荷高）。原因：进气压差小，流速低，排气压差大，流速高，按进出气原因：进气压差小，流速低，排气压差大，流速高，按进出气体流量相等原则，可以进大、排小。此外，进气门头部直径较体流量相等原则，可以进大、排小。此外，进气门头部直径较大的好处是增加进气量，提高充气效率，从而提高发电机功率。大的好处是增加进气量，提高充气效率，从而提高发电机功率。排气门头

13、部直径较小的好处是减轻了排气门的热负荷。排气门头部直径较小的好处是减轻了排气门的热负荷。（4）气门直径：同一气缸上进气门头部直径大、排气门头部直径小。）气门直径：同一气缸上进气门头部直径大、排气门头部直径小。（3）气门锥角：）气门锥角：45或或30 。.凸轮：（凸轮：（1）各缸同名凸轮之间夹角）各缸同名凸轮之间夹角-各缸发火次序确定的各缸发火次序确定的 发火间隔角确定。如发火间隔角确定。如4缸机，为缸机，为720/2/4=90凸凸 轮夹角（图示）轮夹角（图示）.1、凸轮轴、凸轮轴：工作特点：受到气门间歇性开启的周期性冲击性载荷。工作特点：受到气门间歇性开启的周期性冲击性载荷。.要求：足够的（心

14、部）冲击韧性和刚度，凸轮表面耐磨。要求：足够的（心部）冲击韧性和刚度，凸轮表面耐磨。.材料：优质钢模锻，合金铸铁或球墨铸铁铸造，凸轮和轴颈表材料：优质钢模锻，合金铸铁或球墨铸铁铸造，凸轮和轴颈表 面经热处理后精磨。面经热处理后精磨。.结构：凸轮、轴颈、驱动机油泵和分电盘的蜗轮、驱动汽油泵结构：凸轮、轴颈、驱动机油泵和分电盘的蜗轮、驱动汽油泵 的偏心轮（传统汽油机的混合式凸轮轴，如图示）。的偏心轮（传统汽油机的混合式凸轮轴，如图示）。.分类：分类：a：混合式凸轮轴：混合式凸轮轴-进、排气凸轮在一根凸轮轴上。进、排气凸轮在一根凸轮轴上。 b：单一凸轮轴：单一凸轮轴-同名凸轮在一根凸轮轴上。同名凸轮

15、在一根凸轮轴上。（2）每缸进、排气凸轮之间夹角）每缸进、排气凸轮之间夹角-配气相位及气门配气相位及气门 机构几何运动关系确定。如机构几何运动关系确定。如6100Q型汽油机，气型汽油机，气 门垂直布置，气门及挺柱、推杆皆直上直下运动，门垂直布置，气门及挺柱、推杆皆直上直下运动， 凸轮外形对称，凸轮外形对称， e1=40CA， e2=19CA， i1=20CA， i2=56CA。180CA180CA2 CABDCTDCBDC排气行程排气行程进气行程进气行程 e1 i2 i1 e2(180 + e1+ e2)/2 CA(180 + i1+ i2)/2 CA2 =( e1+ 180+ 180+ i2)

16、 - (180 + e1+ e2)/2 -(180 + i1+ i2)/2 =90+( e1+ i2- e2- i1)/4 = 90+(40+56-19-20) =10415 （凸轮转角）（凸轮转角）（3）凸轮几何形线：）凸轮几何形线：1）保证配气相位；）保证配气相位；2）合适的气门升程及其运动规律。）合适的气门升程及其运动规律。.如图示，如图示，A点：挺柱始升点点：挺柱始升点 B点：气门始升点点：气门始升点 C点：最高点。点：最高点。 BCD段：工作段段：工作段-决定了凸轮（最大）升程及其决定了凸轮（最大）升程及其 运动规律。运动规律。 D点：气门最早落座点。点：气门最早落座点。 E点：挺柱

17、运动终点。点：挺柱运动终点。缓冲段缓冲段-消除气门间隙，控消除气门间隙，控制气门开启和落座速度。制气门开启和落座速度。c:气门升程愈大，容易与活塞顶发生干涉，避气门升程愈大，容易与活塞顶发生干涉，避阀坑较深。解决办法阀坑较深。解决办法-采用多气门方案。采用多气门方案。气门升程大小直接影响气门开启时流通截气门升程大小直接影响气门开启时流通截面积的大小，但也不是愈大愈好：面积的大小，但也不是愈大愈好：a:气门升程有上限气门升程有上限-不超过进气道最小流不超过进气道最小流 通截面积；通截面积；b:气门升程愈大，最大负加速度愈大，惯气门升程愈大，最大负加速度愈大，惯性力愈大，容易发生脱离；性力愈大，容

18、易发生脱离；凸轮轴的正时传动：正时齿轮有正时记号，装配时必须对准，如凸轮轴的正时传动：正时齿轮有正时记号，装配时必须对准，如 图示。图示。凸轮轴安装与拆卸时轴凸轮轴安装与拆卸时轴承盖连接螺栓应有一定承盖连接螺栓应有一定的次序要求：的次序要求：（5）凸轮轴的轴向定位：）凸轮轴的轴向定位：2、挺柱、挺柱：工作特点：将凸轮推力传工作特点：将凸轮推力传给推杆或气门杆，并承受给推杆或气门杆，并承受凸轮旋转时所施加的侧向凸轮旋转时所施加的侧向力。力。.要求：质量小、刚度大、要求：质量小、刚度大、耐磨。耐磨。.材料：镍铬合金铸铁或冷材料：镍铬合金铸铁或冷激合金铸铁，其摩擦表面激合金铸铁，其摩擦表面应经热处理

19、后精磨。应经热处理后精磨。（3）滚轮式：底面是）滚轮式：底面是滚轮，改善磨损，减滚轮，改善磨损，减小侧压力，船用机。小侧压力，船用机。结构特点：结构特点：（1）筒式：上面）筒式：上面凹腔与推杆球面接凹腔与推杆球面接触，推杆作小幅度触，推杆作小幅度摆动，适用于顶置摆动，适用于顶置气门式配气机构气门式配气机构（质量小）。（质量小）。（2）菌式：实心）菌式：实心体，适用于侧置体，适用于侧置气门式配气机构。气门式配气机构。主油道来的机油经过气缸盖油道主油道来的机油经过气缸盖油道2通过通过挺柱体挺柱体9侧面的油孔、上盖底部的键形侧面的油孔、上盖底部的键形槽槽7流入柱塞流入柱塞11内腔形成低压油腔。内腔形

20、成低压油腔。.凸轮转动时，挺柱体凸轮转动时，挺柱体9与柱塞与柱塞11下移，液压缸下移，液压缸12底部容积减小，油底部容积减小，油压升高，加上补偿弹簧压升高，加上补偿弹簧13的作用，使单向球阀的作用，使单向球阀5关闭，形成高压油关闭，形成高压油腔。由于液体不可压缩性，液压挺柱犹如刚体一样移动，打开气门。腔。由于液体不可压缩性，液压挺柱犹如刚体一样移动，打开气门。此时气缸盖油道此时气缸盖油道2不再向低压油腔供油。不再向低压油腔供油。能自动消除气门间隙能自动消除气门间隙液压挺柱结液压挺柱结构示意图：构示意图：挺柱体挺柱体9由上盖和圆柱体激光堆焊而成。由上盖和圆柱体激光堆焊而成。.液压缸液压缸12与挺

21、柱体与挺柱体9内孔精密配合，座落内孔精密配合，座落在气门杆尾端。在气门杆尾端。.柱塞柱塞11与液压缸与液压缸12内孔精密配合。内孔精密配合。.液压缸液压缸12底部装有补偿弹簧底部装有补偿弹簧13，上端，上端座落单向球阀座落单向球阀5。.液压挺柱开始上行时，由于气液压挺柱开始上行时，由于气门弹簧和凸轮下压的作用，高门弹簧和凸轮下压的作用，高压油腔继续关闭，直至转到凸压油腔继续关闭，直至转到凸轮基圆接触处，气门关闭，此轮基圆接触处，气门关闭，此时，气门杆、液压缸时，气门杆、液压缸12不再上不再上移，高压油腔容积在补偿弹簧移，高压油腔容积在补偿弹簧13弹力的作用下增大，高压油弹力的作用下增大，高压油

22、腔压力下降，在主油道油压的腔压力下降，在主油道油压的作用下，克服补偿弹簧作用下，克服补偿弹簧13弹力，弹力，推开单向球阀推开单向球阀5，使两腔相通。，使两腔相通。当气门杆受热伸长时，高压油腔内的油液可经过柱塞当气门杆受热伸长时，高压油腔内的油液可经过柱塞11与液压与液压缸缸12之间的间隙挤入低压油腔，因此，可以不预留气门间隙。之间的间隙挤入低压油腔，因此，可以不预留气门间隙。补偿弹簧补偿弹簧13的作用是始终使液压的作用是始终使液压挺柱顶面与凸轮形线接触，以消挺柱顶面与凸轮形线接触，以消除气门间隙。除气门间隙。3、推杆、推杆：作用：将从凸轮轴经过挺柱传来的推力作用：将从凸轮轴经过挺柱传来的推力传给摇臂。传给摇臂。要求：足够的刚度（长度短），质量轻。要求：足够的刚度（长度短），质量轻。材料及结构：图示。材料及结构：图示。一般是钢制，对缸体与缸盖都是铝合金一般是钢制，对缸体与缸盖都是铝合金的发动机，用硬铝制造。的发动机，用硬铝制造。推杆可以是实心或空心的。下端同外凸推杆可以是实心或空心的。下端同外凸球面支座锻成一个整体；上端同外凸或球面支座锻成一个整体；上端同外凸或内凹球面支座锻成一个整体。内凹球面支座锻成一个整体