汽车服务工程专业03第三章配气机构

1、第三章 配气机构概述概述配气相位配气相位配气机构的主要零部件配气机构的主要零部件可变进气系统可变进气系统3.1概述概述一、功用：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(汽油汽油机机)或空气或空气(柴油机柴油机)得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。二、充气效率：二、充气效率：在进气行程中，实际进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量在进气行程中，实际进入气缸内的新鲜空气或可燃

2、混合气的质量与在进气系统进口状态下充满气缸工作容积的新鲜空气或可燃混与在进气系统进口状态下充满气缸工作容积的新鲜空气或可燃混合气的质量之比。合气的质量之比。v=M/M0 M 进气过程中，实际进气过程中，实际进进入气缸的新气的质量；入气缸的新气的质量； Mo在理想状态下，在理想状态下，充满气缸工作容积的新气质充满气缸工作容积的新气质量量。三、配气机构的布置型式：三、配气机构的布置型式：1、气门顶置式：、气门顶置式：组成：组成：工作过程工作过程特点：气门行程大，结构较复杂，燃烧室紧凑，工艺特点：气门行程大，结构较复杂，燃烧室紧凑，工艺性好，充气阻力小，具有良好的抗爆性和高速性，性好，充气阻力小，具

3、有良好的抗爆性和高速性，易于提高发动机的动力性和经济性指标。易于提高发动机的动力性和经济性指标。2、气门侧置式、气门侧置式 进排气门都布置在气缸进排气门都布置在气缸的一侧，结构简单、零件数的一侧，结构简单、零件数目少。目少。 气门布置在同一侧导致气门布置在同一侧导致燃烧室结构不紧凑、热量损燃烧室结构不紧凑、热量损失大、进气道曲折、进气阻失大、进气道曲折、进气阻力大，使发动机性能下降，力大，使发动机性能下降，已趋于淘汰。已趋于淘汰。四、凸轮轴的布置型式：四、凸轮轴的布置型式：1、凸轮轴下置：、凸轮轴下置：不利因素：不利因素：凸轮凸轮轴与气门相距较轴与气门相距较远，动力传递路远，动力传递路线较长，

4、环节多，线较长，环节多，因此不适用于高因此不适用于高速发动机。速发动机。有利因素：有利因素：简化简化曲轴与凸轮轴之曲轴与凸轮轴之间的传动装置，间的传动装置，有利于发动机的有利于发动机的布置。布置。2、凸轮轴中置式：、凸轮轴中置式：传动方式传动方式：凸轮：凸轮轴经过挺柱直接轴经过挺柱直接驱动摇臂，省去驱动摇臂，省去了推杆。了推杆。应用应用：适用于发：适用于发动机转速动机转速较高较高时，时，可以减少气门传可以减少气门传动机构的往复运动机构的往复运动质量。动质量。凸轮轴凸轮轴挺柱挺柱活塞活塞摇臂摇臂调整螺钉调整螺钉3、凸轮轴上置式：应用：高速发动机应用：高速发动机桑塔纳轿车发动机桑塔纳轿车发动机凸轮

5、轴凸轮轴凸轮轴凸轮轴活塞活塞特点：特点： 凸轮轴与凸轮轴与气门距离近，不气门距离近，不需要推杆、需要推杆、挺柱挺柱，使往复运动的惯使往复运动的惯量减少。量减少。双凸轮轴双凸轮轴上置式发动机五、凸轮轴的传动方式：五、凸轮轴的传动方式：1、齿轮传动：凸、齿轮传动：凸轮轴下置、中置轮轴下置、中置式配气机构大多式配气机构大多数采用圆柱正时数采用圆柱正时齿轮传动。齿轮传动。2、链传动和同步、链传动和同步带传动：带传动：六、气门数目及排列方式：六、气门数目及排列方式：一般发动机都采用一一般发动机都采用一缸两气门，即一个进缸两气门，即一个进气门和一个排气门的气门和一个排气门的结构。当气缸直径较结构。当气缸直

6、径较大，活塞平均线速度大，活塞平均线速度较高时，为保证良好较高时，为保证良好的换气质量，有些发的换气质量，有些发动机采用每缸多气门动机采用每缸多气门结构：三气门，四气结构：三气门，四气门或五气门结构。门或五气门结构。七、气门间隙：七、气门间隙：1、概念：、概念：气门间隙气门间隙：为保证气门关闭严密，通常发动机在冷态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。或凸轮）之间留有适当的间隙。气门杆气门杆摇臂摇臂气门间隙气门间隙气门气门间隙间隙进气门进气门0.250.30mm排气门排气门0.

7、300.35mm为何排气为何排气门间隙大门间隙大于进气门于进气门间隙？间隙？3.2配气相位配气相位一、气门从开启到关闭所经历的曲一、气门从开启到关闭所经历的曲轴转角，称为轴转角，称为配气相位配气相位。1030 4080 4080 1030 上止点上止点下止点下止点配气相位演示配气相位演示二、气门叠开：二、气门叠开：气门叠开：当进气门早开和排气门晚关时，出现气门叠开：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。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（气门叠开角：气门同时开启的角度（ + ）。）。排气过程排气过程进气过程进气过程可变配气定时机构：功用功用：使高速和低

8、速都能得到最佳的配气定时。转速高时：进气门早开，晚关。转速低时：进气门晚开，早关。3.3配气机构的主要零部件配气机构的主要零部件一、气门组一、气门组气门组实物图气门组实物图1、气门：、气门：功用：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。力、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570K670K，排气门，排气门1050K1200K。B、头部承受气体压力、气门弹簧力等，、头部承受气体压力、气门弹簧力等，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

9、物质所腐蚀。、被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。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（硅铬钢）铬钢）头部头部杆部杆部气门头部的结构形式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

10、加工除效果好，但球形的受势面积大，质量和惯性力大加工较复杂。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。气门实物图气门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。气门顶部平面的夹角。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

11、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。边缘应保持一边缘应保持一定的厚度，定的厚度，13mm。气门杆：气门杆：较高的加工精度，表面较高的加工精度，表面经过热处理和磨光，保经过热处理和磨光，保证同气门导管的配合精证同气门导管的配合精度和耐磨性度和耐磨性气门杆尾部：气门杆尾部：环形槽、锁环形槽、锁销孔销孔凹槽凹槽易断裂处易断裂处2、气门导管：、气门导管：作用：作用：为气门的运动导向，保证气门直线运动兼起导热作用。为气门的运动导向，

12、保证气门直线运动兼起导热作用。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，易磨损。润滑困难，易磨损。材料：材料：用含石墨较多的铸铁，能提高自润滑作用。用含石墨较多的铸铁，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：气门杆与气门间隙气门杆与气门间隙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：防止气门卡环：防止气门导管在使用中脱导管在使用中脱落。落。倒角倒角伸入深度应适量。锥伸入深度应适量。锥度可减少气流阻力。度可减少气流阻力。3、气门座：、气门座：气门座：气门座：气缸盖的进、排气

13、道与气门锥面相结气缸盖的进、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。气门密封干涉角：气门密封干涉角：比气门锥角大比气门锥角大0.51度的气门座圈锥角。度的气门座圈锥角。气门座气门座气门座圈：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，脱落时易造成严重缺点：导热性差，加工精度高，脱落时易造成严重

14、事故。事故。4、气门弹簧：、气门弹簧：功用：功用：使气门自动回位，保证使气门自动回位，保证密封，并减少冲击力密封，并减少冲击力。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保证气门及时关闭、密封关闭、密封气门开启气门开启保证气门不脱保证气门不脱离凸轮离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应不等距弹簧应用：螺距小的用：螺距小的一端朝向头部一端朝向头部CA7560不等螺距弹簧安装不等螺距弹簧安装时应注意什么问题？时应注意什么问题？随着有效圈数的减随着

15、有效圈数的减少，自然频率提高。少，自然频率提高。气门弹簧气门弹簧v防共振措施防共振措施 钢丝直径较粗的弹簧钢丝直径较粗的弹簧 不等螺距弹簧不等螺距弹簧 安装时螺距小的一端安装时螺距小的一端朝向缸盖朝向缸盖 刚度不同的双重弹簧刚度不同的双重弹簧安装时螺旋方向相反安装时螺旋方向相反双弹簧布置双弹簧布置旋向相反的旋向相反的两个弹簧，两个弹簧，防止断裂的防止断裂的弹簧卡入另弹簧卡入另一弹簧一弹簧应用车型：奥迪应用车型：奥迪100，捷达，桑塔纳，捷达，桑塔纳, 广州标致广州标致505气门旋转机构气门旋转机构锥形套筒锥形套筒锁片锁片二、气门传动组：二、气门传动组：组成：凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂等组成。组成

16、：凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂等组成。功用：定时驱动气门开闭，并保证气门有足够的开度和功用：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。适当的气门间隙。凸轮轴凸轮轴挺柱挺柱推杆推杆摇臂摇臂凸轮轴正凸轮轴正时齿轮时齿轮摇臂轴摇臂轴1、凸轮轴：、凸轮轴：作用：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。工作顺序、配气相位和气门开度的变化规律等要求。工作条件：工作条件：承受气门间歇性开启的冲击载荷。承受气门间歇性开启的冲击载荷。材料：材料：优质钢、合金铸铁、球墨铸铁优质钢、合金铸铁、球墨

17、铸铁结构：结构： a.a.采用多轴颈采用多轴颈; b.; b.从前向后依次减小从前向后依次减小凸轮凸轮凸轮轴轴颈凸轮轴轴颈驱动分电器的螺旋齿轮驱动分电器的螺旋齿轮凸轮：凸轮：工作条件：工作条件：承受气门弹簧的张力，间歇性的承受气门弹簧的张力，间歇性的冲击载荷。冲击载荷。凸轮性能：凸轮性能：表面有良好的耐磨性，足够的刚表面有良好的耐磨性，足够的刚度。度。凸轮与挺柱线接凸轮与挺柱线接触，接触压力大，触，接触压力大，磨损快。磨损快。凸轮的轮廓凸轮的轮廓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气门开启点消除气门消除气门间隙阶段间隙阶段气门升程最大时刻气门升程最大时刻气门关闭点气门关闭

18、点出现气门出现气门间隙阶段间隙阶段缓冲结束点缓冲结束点同名凸轮的相对角位置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。气相位相对应的。四缸发动机凸轮投影四缸发动机凸轮投影点火顺序：点火顺序：1243凸轮轴正时齿轮凸轮轴正时齿轮v正时标记正时标记 装配时与曲轴正时齿装配时与曲轴正时齿轮正时标记对齐轮正时标记对齐凸轮轴轴向限位凸轮轴轴向限位v作用作用 斜齿轮传动，防止凸斜齿轮传动，防止凸轮轴工作时产生轴向轮轴工作时产生轴向位移（位移（外移外移）和承受）和承受斜齿轮产生的轴向力斜齿轮产生的轴向力v结构结构 止推凸缘

19、止推凸缘+ +隔圈隔圈 二者之差即为间隙二者之差即为间隙凸轮轴的轴向定位：凸轮轴的轴向定位：正时齿轮正时齿轮止推板止推板隔圈（调节环）隔圈（调节环）凸轮轴颈凸轮轴颈凸轮轴的凸轮轴的轴向间隙轴向间隙气缸体气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凸轮轴的驱动：凸轮轴的驱动：A、齿轮传动：应用在下置凸轮、齿轮传动：应用在下置凸轮轴发动机。采用斜齿齿轮。轴发动机。采用斜齿齿轮。B、链条和齿形皮带传动：链条传动噪声小，用于中、链条和齿形皮带传动：链条传动噪声小，用于中置式或顶置式凸轮轴发动机。置式或顶置式凸轮轴发动机。曲轴正时曲轴正时齿形带轮齿形带轮中间轴齿中间轴齿形带轮形带轮张紧

20、轮张紧轮凸轮轴正时凸轮轴正时齿形带轮齿形带轮作 业v3-1； 3-5；v什么是配气相位？v什么是气门间隙，为什么要留气门间隙？2、挺柱、挺柱（1）作用：将凸轮的推力传给推杆或气门。）作用：将凸轮的推力传给推杆或气门。（2）挺柱的分类：）挺柱的分类：菌式菌式气门侧置式气门侧置式筒式筒式气门顶置式气门顶置式滚轮式滚轮式减小摩擦所造成的对减小摩擦所造成的对挺柱的侧向力。多用挺柱的侧向力。多用于大缸径柴油机。于大缸径柴油机。挺柱端面与凸轮的关系挺柱端面与凸轮的关系锥形凸轮锥形凸轮液力挺柱液力挺柱挺柱体挺柱体柱塞柱塞球形支座球形支座卡环卡环柱塞弹簧柱塞弹簧单向阀单向阀单向阀架单向阀架柱塞腔柱塞腔挺柱体腔

21、挺柱体腔进油口进油口进油通道进油通道结构：结构：性能：性能：消除了配气机构的消除了配气机构的间隙，减小了各零间隙，减小了各零件的冲击载荷和噪件的冲击载荷和噪声提高发动机高速声提高发动机高速时的性能。时的性能。液力挺柱液力挺柱v构造：构造：挺柱体、挺柱体、柱塞、柱塞回位柱塞、柱塞回位弹簧、单向阀及弹簧、单向阀及弹簧弹簧 单向阀关闭的过单向阀关闭的过程，即相当于消程，即相当于消除气门间隙的过除气门间隙的过程。温度升高，程。温度升高，单向阀关闭时间单向阀关闭时间缩短。缩短。工作原理：工作原理：凸轮凸轮挺柱体挺柱体柱塞柱塞其下部油压其下部油压单向阀关，单向阀关，气门开；气门开；弹簧使柱塞弹簧使柱塞其下

22、部油压其下部油压单向阀开，气门关，进单向阀开，气门关，进油；油；单向阀下部油压高时可从柱塞与挺柱内的间隙处泄漏单向阀下部油压高时可从柱塞与挺柱内的间隙处泄漏到油道内。油压低时可开启单向阀，向其内部补油到油道内。油压低时可开启单向阀，向其内部补油桑塔纳发动机液压挺柱工作示意图桑塔纳发动机液压挺柱工作示意图气门关闭时气门关闭时气门打开时气门打开时柱塞柱塞补偿弹簧补偿弹簧特点：液压挺柱倒置，直接推动气门开启；挺柱体的上盖和圆筒经加特点：液压挺柱倒置，直接推动气门开启；挺柱体的上盖和圆筒经加工后再用激光焊接成一体的薄壁零件；单向阀采用钢球、弹簧式结构。工后再用激光焊接成一体的薄壁零件；单向阀采用钢球、

23、弹簧式结构。弹簧被压缩弹簧被压缩斜油道斜油道单单向向阀阀凸轮气门消凸轮气门消除段对应于除段对应于单向阀关闭单向阀关闭段段挺柱与凸轮挺柱与凸轮间的最小作间的最小作用力？用力？3、气门推杆：、气门推杆：作用：将挺柱传来的推作用：将挺柱传来的推力传给摇臂。力传给摇臂。工作情况：是气门机构工作情况：是气门机构中最容易弯曲的零件。中最容易弯曲的零件。材料：硬铝或钢材料：硬铝或钢4、摇臂：、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。以推开气门。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

24、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摇臂结构示意图摇臂结构示意图润滑油道润滑油道油槽油槽润滑油道润滑油道摇臂组示意图摇臂组示意图摇臂轴摇臂轴螺栓螺栓摇臂轴支座摇臂轴支座摇臂轴紧固螺钉摇臂轴紧固螺钉摇臂衬套摇臂衬套调整螺钉调整螺钉摇臂摇臂定位弹簧定位弹簧注意：摇臂轴安装方向注意：摇臂轴安装方向桑塔纳发动机的配气机构桑塔纳发动机的配气机构3.4 可变进气系统可变进气系统一、多气门分段工作进气系统：一、多气门分段工作进气系统：低速时，增强进气涡流；低速时，增强进气涡流；高速时，增加进气量高速时，增加进气量；二、双进气管分段工作进气系统：小负荷时，仅打开副进气道，小负荷时，仅打开副

25、进气道，增加进气流速，改善混合气雾增加进气流速，改善混合气雾化质量，降低油耗；大负荷时，化质量，降低油耗；大负荷时，主、副进气管同时打开，增主、副进气管同时打开，增加充气效率，提高发动机功率；加充气效率，提高发动机功率；三、进气管长度及面积可变进气系统：四、配气相位可变进气系统：四、配气相位可变进气系统： 实验表明：进气延迟实验表明：进气延迟角对发动机影响最大。角对发动机影响最大。低速时，进气惯性小，低速时，进气惯性小，进气延迟角应减小；进气延迟角应减小；高速时，进气惯性大，高速时，进气惯性大，进气延迟角应增大；进气延迟角应增大；关键部件：螺旋形花关键部件：螺旋形花键；键；凸轮轴通过花键凸轮轴

26、通过花键与带轮内孔相联，活与带轮内孔相联，活塞可控制带轮的轴向塞可控制带轮的轴向移动，电磁阀通过凸移动，电磁阀通过凸轮轴中间油孔控制活轮轴中间油孔控制活塞移动。塞移动。五、气门定时和升程可变进气系统五、气门定时和升程可变进气系统VTEC功用功用VTEC使使配气正时和气门升程配气正时和气门升程根根据发动机转速变化作出相应的实据发动机转速变化作出相应的实时调整时调整 使气缸的使气缸的充气量充气量同时满足发动机同时满足发动机低转速和高转速下的不同需要低转速和高转速下的不同需要 从而提高了发动机的从而提高了发动机的动力性和经动力性和经济性。济性。正时板正时板辅助进辅助进气摇臂气摇臂主进气主进气摇臂摇臂

27、凸轮轴凸轮轴中间进中间进气摇臂气摇臂进气门进气门排气门排气门广本雅阁广本雅阁VTEC结构图结构图两个排气门由单独的凸轮和摇臂驱两个排气门由单独的凸轮和摇臂驱动；两个进气门由单独的不同升程动；两个进气门由单独的不同升程和相位角的主、次凸轮和主、次摇和相位角的主、次凸轮和主、次摇臂驱动，中间凸轮升程最大；三个臂驱动，中间凸轮升程最大；三个摇臂靠气门一侧有柱塞孔，孔中有摇臂靠气门一侧有柱塞孔，孔中有机油控制的滑动柱塞，受机油控制的滑动柱塞，受ECU控制控制的电磁阀控制柱塞运动；低速时，的电磁阀控制柱塞运动；低速时，电磁阀关闭油道，柱塞不动，各摇电磁阀关闭油道，柱塞不动，各摇臂独自摆动；处于单进双排状态。臂独自