第六章配气机构

1、第六章第六章 配气机构配气机构6.1配气机构配气机构功用： 配气机构是控制内燃机进、排气过程的机构，即呼吸系统。 按气缸的发火顺序和气缸中的工作过程，适时开启和关闭进气阀及排气阀，进入新鲜空气，排出废气。工作条件： 转速高，若n=1000，四冲程，500次，以很高而变化的速度工作，惯性力和热负荷大，且润滑不良，零件磨损大。要求： 定时准确； 有足够大的气体流通面积； 振动，噪音小； 工作可靠，寿命长； 结构简单，维修方便。6.1配气机构的布置及传动配气机构的布置及传动 配气机构的类型有气阀式，气孔式，气孔-气阀式。6.1.1气阀式配气机构的布置：气阀式配气机构的布置：按气阀的布置可分为： 顶置

2、式气阀和侧置式气阀按凸轮轴的位置可分为： 上置式凸轮和下置式凸轮。按曲轴和凸轮轴的传动方式可分为 齿轮传动和链条传动3、优缺点：曲轴到气门距离近，方、优缺点：曲轴到气门距离近，方便齿轮传动，气门间隙调整方便，但便齿轮传动，气门间隙调整方便，但气道拐弯多，流动阻力大，充气效率气道拐弯多，流动阻力大，充气效率低，燃烧室扁平，结构不紧凑，容易低，燃烧室扁平，结构不紧凑，容易爆震，压缩比低。爆震，压缩比低。.1、结构特点：、结构特点： 气门布置在气缸体一侧，气门头部朝上，没气门布置在气缸体一侧，气门头部朝上，没有摇臂、推杆，下置式凸轮轴，齿轮传动。有摇臂、推杆，下置式凸轮轴，齿轮传动。.2、工作原理：

3、、工作原理： 正时齿轮副带动凸轮轴转动，转到凸轮正时齿轮副带动凸轮轴转动，转到凸轮桃尖顶起气门挺杆，推动气门克服弹簧预桃尖顶起气门挺杆，推动气门克服弹簧预紧力开启。紧力开启。 凸轮基圆与气门挺杆接触时，气门在气门凸轮基圆与气门挺杆接触时，气门在气门弹簧预紧力的作用下关闭。弹簧预紧力的作用下关闭。.1.气阀布置形式顶置式气阀优点：燃烧室结构紧凑，可减小进，排气系统的阻力。缺点：传动链的零件多，质量大因而惯性载荷较大。 2凸轮轴布置形式 1）下置式凸轮轴优点：凸轮轴与曲轴距离近，传动方便。缺点：传动距离远，传动组件多，惯性大，加剧了零件的震动和磨损。 2）上置式凸轮轴 优点：凸轮直接作用于摇臂，省

4、去了挺柱和顶杆缺点：曲轴到凸轮轴传动机构复杂。 3）顶置式凸轮轴 优点：凸轮轴直接驱动气阀，无惯性载荷的作用。 缺点：气阀杆受侧推力的作用磨损大。曲轴列凸轮轴传动复杂，拆装气缸盖也较麻烦。3气阀数及布置 1）每气缸两个气阀的布置 每缸两阀，总是采用较大的气阀道路面积，且进气阀直径大于排气阀直径。布置方式： a c b d a.合用气道 气阀将机体纵向排成一列相邻两个进气阀或排气阀合用一个气道，气道简化，并可得到较大的气道通道面积；b.交替布置 图 (c) 每缸单独用一个进、排气道，可使气缸均匀冷却，对热负荷较严重的发动机更适宜；c.分开布置 图 (d) 进、排气道分置于机体两侧，以免排气加热进

5、气，而汽油 机为了使汽油更好地雾化，多置于机体一侧。 2）气缸四个气阀的布置 两进，两排，增大进，排通道面积。同名气阀。a.串联形式 可通用一根凸轮轴及驱动杆传动； 进气阀间的进气效率有差异； 排气阀的热负荷也不相同。b.并联形式 进气效率与热负荷基本相同； 需用两根凸轮轴传动。c.斜角布置 可用一根凸轮轴，性能上亦较优越。6.1.2凸轮轴的传动方式：凸轮轴的传动方式：1.圆柱齿轮式传动优点：结构及工艺简单，拆装方便，工艺可靠。缺点：对于上置式凸轮轴采用齿轮传动时，中间齿轮数多，增加了复杂性和重量。 圆柱齿轮传动的各种方案 2.锥齿轮传动 多用于轻型高速大功率内燃机顶置式凸轮的传动。特点： 结

6、构紧凑可靠，但很复杂，拆装不方便。3.链条式传动 上置式凸轮轴气阀机构上，能使气阀机构免受惯性载荷的作用。特点： 工作可靠性好，但耐性不及齿轮传动装置。6.2气阀式配气机构的组成及其零件气阀式配气机构的组成及其零件 气阀式配气机构的组成可分为气阀机构和传动机构。6.2.1气阀机构由气阀、气阀弹簧、气阀导管和气阀气阀机构由气阀、气阀弹簧、气阀导管和气阀座等零件组成座等零件组成1.气阀气阀 基本结构由阀盘、阀杆组成。反盘上有密封带。(1)工作条件a.高温而冷却和润滑困难。排气：900-1100k，进气：600-700k；b.阀盘与阀座受惯性力和弹簧力的作用气阀机构气阀导管气阀气阀弹簧气阀座 撞击作

7、用尤其是气阀间隙的存在，冲击负荷显著增加；c.气阀受热膨胀，可引起阀杆在导管中卡住。 配气机构的零件和组件1、气门组气门、气门座、气门导管、气门弹簧、弹簧座、锁片等零件组成。要求：要求：保证气缸的密封。保证气缸的密封。气门组实物图1）气门功用：功用： 燃烧室的组成部分，是气体进、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、出燃烧室通道的开关，承受冲击力、高温冲击、高速气流冲击。高温冲击、高速气流冲击。 工作条件：工作条件： a、进气门、进气门600k700k，排气门，排气门800k1100k。 b、头部承受气体压力、气门弹簧力、头部承受气体压力、气门弹簧力、传动惯性力等，传动惯

8、性力等， c、冷却和润滑条件差，、冷却和润滑条件差， d、被气缸中燃烧生成物中的物质所、被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。腐蚀。 性能：性能： 强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨进气门进气门570k670k（铬钢（铬钢或铬镍钢）或铬镍钢） 排气门排气门1050k1200k（硅铬钢）（硅铬钢）头部头部杆部杆部气门头部的结构形式平顶式平顶式结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也较小，进、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。排气门都可采用。凸顶式凸顶式（球面顶）（球面顶）适用于排气门，因为其强度高，排气阻力小，废气的清适用于排气门，因为其强度

9、高，排气阻力小，废气的清除效果好，但球形的受热面积大，质量和惯性力大，加除效果好，但球形的受热面积大，质量和惯性力大，加工较复杂。工较复杂。 凹顶式凹顶式（喇叭顶）（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，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。而不宜用于排气门。 气门与气门座实物图气门与气门座实物图进气门进气门排气门排气门气门锥角气门锥角气门锥角：气门头部与气门座圈接触的锥面与气门顶部平面气门锥角：气门头部与气门座圈接触的锥面与气门顶部平面的夹角。的夹角。

10、锥角作用：锥角作用： a、获得较大的气门座合压力，提高密封性和导热性。、获得较大的气门座合压力，提高密封性和导热性。 b、气门落座时有较好的对中、定位作用。、气门落座时有较好的对中、定位作用。 c、避免气流拐弯过大而降低流速。、避免气流拐弯过大而降低流速。装配前应将装配前应将密封锥面研密封锥面研磨。磨。边缘应保持边缘应保持一定的厚度，一定的厚度，13mm。气门锥角的大小气门锥角的大小进气门：一般为进气门：一般为30，原因是在相同气门升程情况下，锥角小，原因是在相同气门升程情况下，锥角小时进气阻力小；但由于头部边缘较薄，刚度差，密封性及导热时进气阻力小；但由于头部边缘较薄，刚度差，密封性及导热性

11、均差。性均差。排气门：一般为排气门：一般为45。因其热负荷较大。因其热负荷较大气门杆气门杆圆柱形，不断做圆柱形，不断做往复运动。往复运动。较高的加工精度，表面经较高的加工精度，表面经过热处理和磨光，保证同过热处理和磨光，保证同气门导管的配合精度和耐气门导管的配合精度和耐磨性磨性气门杆尾部：其气门杆尾部：其形状决定于弹簧形状决定于弹簧座固定方式座固定方式 凹槽凹槽易断裂处易断裂处气门杆弹簧座的固定形式气门杆弹簧座的固定形式凹槽（环槽）：安装两半锥凹槽（环槽）：安装两半锥形锁片。形锁片。锁销孔：用锁销固定。锁销孔：用锁销固定。充钠气门充钠气门由于发动机工作时由于发动机工作时,排气门经常处于高排气门

12、经常处于高温条件下工作温条件下工作,钠约在钠约在970时为液态时为液态,具有良好的热传导能力。通过液态纳的具有良好的热传导能力。通过液态纳的来回运动来回运动,热量能很快从气门头部传到热量能很快从气门头部传到根部根部.可降低温度约可降低温度约l00。这样有利于。这样有利于降低混合气自燃的危险降低混合气自燃的危险,从而握高了气从而握高了气门的使用寿命。门的使用寿命。在维修发动时在维修发动时,进、排气门不能修整进、排气门不能修整,只只允许研磨。捷达允许研磨。捷达l.6l发动机排气门内部发动机排气门内部注有钠。注有钠。 充钠充钠2）气门座）气门座气门座：气门座： 气缸盖的进、排气道与气门锥面相结气缸盖

13、的进、排气道与气门锥面相结 合的部位。合的部位。 作用：作用： 靠其内锥面与气门锥面的紧密贴合密封气缸。靠其内锥面与气门锥面的紧密贴合密封气缸。 接受气门传来的热量。接受气门传来的热量。 气门座气门座合金铸铁、合金铸铁、奥氏体钢奥氏体钢气门座圈：气门座圈： 以较大过盈量镶嵌在气门座上的圆环。以较大过盈量镶嵌在气门座上的圆环。 镶嵌式气门座特点：镶嵌式气门座特点： 优点：提高气门座的使用寿命，便于更换。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。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，汽油机：排气门采用镶嵌式

14、气门座，进气门直接在缸盖镗进气门直接在缸盖镗柴油机：进排气门均采用镶嵌式气门座柴油机：进排气门均采用镶嵌式气门座 铝合金气缸盖铝合金气缸盖为何气门座都为何气门座都要镶嵌气门座要镶嵌气门座圈？圈？3）气门导管）气门导管作用：作用： 为气门的运动导向，保证气门直线运为气门的运动导向，保证气门直线运动兼起导热作用。动兼起导热作用。 工作条件：工作条件： 工作温度较高，约工作温度较高，约500k。润滑困难，。润滑困难，易磨损。易磨损。 材料：材料： 用含石墨较多的合金铸铁或粉末冶金用含石墨较多的合金铸铁或粉末冶金材料，能提高自润滑作用。材料，能提高自润滑作用。 加工方法：加工方法： 外表面加工精度较高

15、外表面加工精度较高 ，内表面精绞，内表面精绞 装配：装配： 气门杆与气门导管间隙气门杆与气门导管间隙0.050.12mm。 气门导管气门导管气缸盖气缸盖过盈配合过盈配合卡环：防止卡环：防止气门导管在气门导管在使用中脱落。使用中脱落。倒角倒角伸入深度应适量。伸入深度应适量。锥度可减少气流锥度可减少气流阻力。阻力。4）气门弹簧）气门弹簧功用：保证气门的回位，使气门功用：保证气门的回位，使气门与气门座紧密贴合。与气门座紧密贴合。 材料：高锰碳钢、铬钒钢材料：高锰碳钢、铬钒钢气门弹簧的装配气门弹簧的装配气门弹簧气门弹簧气门弹簧座气门弹簧座锁片锁片气门关闭气门关闭保证气门及时关保证气门及时关闭、密封闭、

16、密封气门开启气门开启保证气门不脱离保证气门不脱离凸轮凸轮气门弹簧气门弹簧圆柱形螺旋弹簧圆柱形螺旋弹簧圆柱等螺距弹簧圆柱等螺距弹簧不等距弹簧不等距弹簧 随着有效圈数的随着有效圈数的减少，自然频率减少，自然频率提高。提高。气门弹簧要避免发生气门弹簧要避免发生共振（当工作频率和共振（当工作频率和自身频率相等或成某自身频率相等或成某一倍数时），主要措一倍数时），主要措施有：不等距弹簧、施有：不等距弹簧、双弹簧双弹簧提高弹簧自身刚度，提高弹簧自身刚度，改变其自振频率改变其自振频率双弹簧布置双弹簧布置旋向相反的两旋向相反的两个弹簧，防止个弹簧，防止断裂的弹簧卡断裂的弹簧卡入另一弹簧，入另一弹簧，一根折断后

17、另一根折断后另一根可继续工一根可继续工作作应用车型：应用车型： 奥迪奥迪100，捷达，桑塔纳，捷达，桑塔纳, 广州标致广州标致5055）气门旋转机构）气门旋转机构通过发动机运转振动力作用，使气门在气门座上自由的通过发动机运转振动力作用，使气门在气门座上自由的做不规则的旋转的装置，其作用是：减小气门头部受热做不规则的旋转的装置，其作用是：减小气门头部受热变形，防止沉积物形成。变形，防止沉积物形成。锥形套筒锥形套筒锁片锁片锁锁 片片强制旋转机构强制旋转机构弹簧座弹簧座气门弹簧气门弹簧支承板支承板碟形弹簧碟形弹簧壳体壳体a菌形 b筒形 c滚轮式 d 液压式 e滚轮摇臂式各种挺柱顶杆 顶杆用于顶置式气

18、阀、下置式凸轮轴的配气机构，向摇臂传递凸轮轴经顶柱传来的推力。对于顶杆的要求是刚性好，重量轻。 为了减轻重量，顶杆一般用空心管制成，小型内燃机的顶杆也有用实心钢棒制成的。顶杆上端焊有钢质的凹球形接头与摇臂调节螺钉的球头相配合；下端焊有球形接头，支撑在挺柱的凹球承座内。摇臂 改变顶杆传递的运动方向以推开气阀。由钢模制造或球墨铸铁制造，摇臂的断面一般为t字形或工字形，以减轻重量并有足够的刚性，摇臂长短臂比值为1.6左右。 6.3配气相位与气阀间隙配气相位与气阀间隙6.3.1配气相位 ：1030：4070：4060：1030 6.3.2气阀间隙气阀间隙l 为保证气门关闭严密，通常发动机在冷态装配时，

19、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。保证气阀及传动件受热后有伸长的余地。 摇臂结构示意图摇臂结构示意图气门间隙气门间隙调节螺钉调节螺钉调节螺母调节螺母摇臂摇臂摇臂轴套摇臂轴套易磨损部位易磨损部位 堆焊耐磨合金堆焊耐磨合金为什么发动机在冷态时必须预留适当大小的气门间隙？针对不同气门机构的发动机，如何调整气门间隙？原因：发动机工作时气门及气门传动件受热膨胀，如果冷态时无气门间隙或气门间隙过小，则在热态时势必引起气门关闭不严，造成在压缩和作功行程中漏气，导致发动机功率下降，排气门烧坏，严重时甚至不能起动。气门间隙过大，则会引起气门及气门座、气门传动件之间产生撞击，磨损加

20、剧，机械噪声加大，而且气门开启时刻推迟、关闭时刻提前，换气持续时间缩短，也会导致发动机功率下降。气门间隙调整螺钉在短摇臂端、推杆一侧。顺时针方向转动调整螺钉，摇臂绕摇臂轴逆时针方向转动（凸轮、推杆静止不动），气门间隙减小；逆时针方向转动调整螺钉，摇臂绕摇臂轴顺时针方向转动，气门间隙增大。 几 种 内 燃 机 的 配 气 相 位内燃机型号 进气阀 排气阀开启上止点前关闭上止点后开启持续角度开启下止点前关闭上止点后开启持续角度上柴135系列 20482484820248解放ca-10b20692696722269轻12v1805056286565028612v180cl63422856043283

21、16v140zl40402604040260630zl69372864233255几 种 内 燃 机 的 气 阀 冷 态 间 隙内燃机型号冷阀冷态间隙mm进气阀排气阀上柴135系列0.300.35解放ca-10b0.250.25轻12-1800.98(+0.1；-0.08) 0.98(+0.1；-0.08)12v-180zl0.400.4516v-240zl0.400.50新6300zc0.500.70 已知某四缸直列发动机的配气相位如下：进气门提前开启角=12，进气门滞后关闭角=59；排气门提前开启角=61，排气门滞后关闭角=16。试求：该发动机的进、排气门持续开启角和气门重叠角；并分析当气门凸轮磨损后，对配气相位的影响。 该发动机的进气门持续开启角为： 1801801259251 排气门持续开启角为： 1801806116257 气门重叠角为： 121628 当气门凸轮磨损后，气门的升程