发动机3-配气机构2011

1、第三章第三章 配气机构配气机构(Valve System )气门组气门组 概述概述 配气相位配气相位气门传动组气门传动组3.13.1概概 述述 按照发动机每个气缸内所进行的工作循环和发火次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，使新鲜可燃混合气可燃混合气( (汽油机汽油机) )或空气或空气( (柴油机柴油机) )得以及时进入气缸，得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。废气得以及时从气缸排出。一一 功用功用二二 组成组成气门组、气门传动组气门组、气门传动组三、凸轮轴的布置形式三、凸轮轴的布置形式凸轮

2、轴下置凸轮轴下置凸轮轴中置凸轮轴中置凸轮轴上置凸轮轴上置四、气门驱动形式四、气门驱动形式摇臂摇臂直接驱动直接驱动摆臂摆臂3.2 3.2 配气相位与气门间隙配气相位与气门间隙 (Valve Timing and Valve Lash ) 以曲轴转角表示的以曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻及进、排气门开闭时刻及其开启的持续时间。其开启的持续时间。配气相位配气相位( (Valve Timing ) ) 气门的开、闭有个过程气门的开、闭有个过程 气体惯性的影响气体惯性的影响 进气不足，排气不净进气不足，排气不净理论上：理论上：进气时间和排气时间各占进气时间和排气时间各占180曲轴转角。曲轴转角。实际上

3、：实际上：2 2、延长进、排气时间、延长进、排气时间1 1、结构上进行改进（如增大进、排气、结构上进行改进（如增大进、排气管道截面）管道截面）措措 施施表示表示活塞在活塞在不同位置不同位置时时气缸内气体气缸内气体压力压力的变化的变化情况情况PVr示功图示功图大气压力线大气压力线cZb上止点上止点下止点下止点 a 进气进气压缩压缩做功做功排气排气进气行程末进气行程末，气缸内压力，气缸内压力小于大气压，仍能进气；小于大气压，仍能进气；排气行程末排气行程末，气缸内压力，气缸内压力大于大气压，仍能排气大于大气压，仍能排气进排气门晚关进排气门晚关做功行程后期做功行程后期高压有利于高压有利于排气，并对做功

4、无影响；排气，并对做功无影响；排气行程排气门完全打开排气行程排气门完全打开进排气门早开进排气门早开进排气门开进排气门开启时间延长启时间延长进气行程气门完全打开进气行程气门完全打开030 3080 4080 030 上止点上止点下止点下止点可变配气定时可变配气定时(Variable Valve Timing )进气延迟角和气进气延迟角和气门重叠角随发动门重叠角随发动机转速改变机转速改变大小不当有何影响？二、气门间隙二、气门间隙(Valve Lash )气门间隙气门间隙：为保证气门关闭严密，通常发动机在冷态装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、挺柱或配时，

5、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。凸轮）之间留有适当的间隙。气气 门杆门杆凸轮轴凸轮轴气门气门间间 隙隙进气门进气门0.250.250.30mm0.30mm排气门排气门0.300.300.35mm0.35mm1 1、概念：、概念：驱动零件实 物 图测量气门间隙测量气门间隙拧松紧定螺母，调整调节螺钉拧松紧定螺母，调整调节螺钉3.3 3.3 气门组气门组一、构成一、构成气门导管气门弹簧气门座圈气门气门组实物图气门组实物图锁片锁片弹簧座弹簧座1 1、气门、气门A A、进气门、进气门570K570K670K670K，排气门，排气门1050K1050K1200K 1200

6、K B 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 C、冷却和润滑条件差、冷却和润滑条件差 D D、被气缸中燃烧生成物中的物质所腐、被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀蚀 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，燃烧室的组成部分，是气体进、出燃烧室通道的开关，承受高温、气体力和气门弹簧力、冲击力。承受高温、气体力和气门弹簧力、冲击力。 头部头部杆部杆部工作条件：工作条件：性能：性能：A A、耐热、良好的导热性；、耐热、良好的导热性；B B、强度和刚度大，耐冲击；、强度和刚度大，耐冲击； C C、耐腐蚀、耐磨、耐腐蚀、耐磨进气门：中碳合进气门：中碳合金钢

7、；金钢； 排气门：排气门：耐热合金钢耐热合金钢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，但球形的受热面积大，质量和惯性力大加工除效果好，但球形的受热面积大，质量和惯性力大加工较复杂。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

8、，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。气门锥角气门锥角气门锥角概念：气门锥角概念：气门头部与气门座圈接触的锥面与气门气门头部与气门座圈接触的锥面与气门顶部平面的夹角。顶部平面的夹角。锥角作用：锥角作用： A 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 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 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。装配前应将密装配前应将密封锥面研磨。封锥面研磨。边缘应保持一定边缘应

9、保持一定的厚度，的厚度，1 13mm3mm。传热传热气门实物图气门实物图进气门（大）进气门（大）排气门（小）排气门（小）气门头部热量如何传递？气门头部热量如何传递？气门杆部气门杆部较高的加工精度，表较高的加工精度，表面经过热处理和磨光，面经过热处理和磨光，保证同气门导管的配保证同气门导管的配合精度和耐磨性合精度和耐磨性气门杆尾部：气门杆尾部：环形槽、气门环形槽、气门锁夹槽锁夹槽凹槽凹槽易断裂处易断裂处每缸气门数每缸气门数1 1 进气增加进气增加2 2 气门质量变小气门质量变小3 3 火花塞布置有火花塞布置有利于燃烧利于燃烧 2 2、气门导管、气门导管作用：作用： 为气门的运动导向，为气门的运动

10、导向，保证气门直线运动兼起导保证气门直线运动兼起导热作用。热作用。 工作条件：工作条件： 工作温度较高，工作温度较高，约约500K500K。润滑困难，易磨。润滑困难，易磨损。损。 材料：材料： 用含石墨较多的铸用含石墨较多的铸铁，能提高自润滑作用。铁，能提高自润滑作用。 加工方法：加工方法： 外表面加工精外表面加工精度较高度较高 ，内表面精铰内表面精铰 装配：装配： 气门杆与气门间隙气门杆与气门间隙0.050.050.12mm0.12mm。 气门导管气门导管气缸盖气缸盖卡环：防止气门导卡环：防止气门导管在使用中脱落。管在使用中脱落。3 3、气门座、气门座 气门座概念：气门座概念： 气缸盖的进、

11、排气道与气门锥面相结合的部位。气缸盖的进、排气道与气门锥面相结合的部位。 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：优点：提高气门座的使用寿命，便于更换。提高气门座的使用寿命，便于更换。 缺点：缺点：导热性差，加工精度高，脱落时易造导热性差，加工精度高，脱落时易造成严重事故。成严重事故。气门座圈气门座圈材料：材料：合金铸铁或粉末冶金合金铸铁或粉末冶金 4

12、4、气门弹簧、气门弹簧功用：功用：保证气门关闭时密封，克服惯保证气门关闭时密封，克服惯性力，使传动件与凸轮轴不脱离。性力，使传动件与凸轮轴不脱离。 材料：材料：高锰碳钢、铬钒钢。高锰碳钢、铬钒钢。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避免工作中气门弹簧共振，可采取下列结构避免工作中气门弹簧共振，可采取下列结构措施措施：1)1)采用双气门弹簧采用双气门弹簧 2)2)采用变螺距气门弹簧采用变螺距气门弹簧 3)3)采用锥形气门弹簧采用锥形气门弹簧4)4)采用气门弹簧振动阻尼器采用

13、气门弹簧振动阻尼器二、气门传动组二、气门传动组 1 1、组成、组成 2 2、功用、功用：定时驱动气门开闭，并保证气门有足够的开度和适：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。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 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，使其符合发动机的工作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。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

14、料： 优质钢、合金铸铁、球墨铸铁优质钢、合金铸铁、球墨铸铁 结构：结构：轴颈轴颈凸轮凸轮正时齿轮正时齿轮凸轮凸轮凸轮性能：凸轮性能： 承受气门弹簧的张力，间歇性承受气门弹簧的张力，间歇性的冲击载荷。的冲击载荷。 表面有良好的耐磨性，足够的表面有良好的耐磨性，足够的刚度。刚度。 凸轮与挺柱线接触，接触压凸轮与挺柱线接触，接触压力大，磨损快。力大，磨损快。工作条件：工作条件：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间消除气门间隙阶段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点出现气门间出现气门间隙阶段隙阶段缓冲结束点缓冲结束点同

15、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气同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置是与相应的配气相位相对应的。相位相对应的。四缸发动机凸轮投影四缸发动机凸轮投影1 12 24 43 3点火顺序：点火顺序：凸轮轴的传动方式凸轮轴的传动方式传动方式传动方式图图 示示应应 用用齿轮传动齿轮传动 凸轮轴下置、凸轮轴下置、中置式配气机构中置式配气机构链条传动链条传动 凸轮轴中或上凸轮轴中或上置式配气机构置式配气机构 齿形带传动齿形带传动 凸轮轴上置式凸轮轴上置式配气机构配气机构2 2、挺、挺 柱柱（1 1）作用：）作用：将凸轮的推力传给推杆或气门。将凸轮的推力传给

16、推杆或气门。 （2 2）挺柱的分类：）挺柱的分类：普通挺柱和液力挺柱。普通挺柱和液力挺柱。普通普通挺柱挺柱用途用途 图示图示筒式筒式气门顶置气门顶置滚轮式滚轮式减小摩擦、磨损小。减小摩擦、磨损小。多用于大缸径柴油机。多用于大缸径柴油机。液力挺柱液力挺柱结构：结构：见右图见右图 性能：性能： 消除了配气机消除了配气机构的间隙，减小了构的间隙，减小了各零件的冲击载荷各零件的冲击载荷和噪声提高发动机和噪声提高发动机高速时的性能。高速时的性能。卡环卡环阀架阀架推杆支座推杆支座单向阀单向阀柱塞弹簧柱塞弹簧单向阀弹簧单向阀弹簧挺柱体挺柱体柱塞柱塞3 3、气门推杆、气门推杆作用：作用： 将挺柱传来的推力传将挺柱传来的推力传给摇臂。给摇臂。 工作情况：工作情况： 是气门机构中最容易是气门机构中最容易弯曲的零件。弯曲的零件。 材料：材料： 硬铝（机体和汽缸盖硬铝（机体和汽缸盖均为铝合金）或钢。均为铝合金）或钢。淬硬、磨光淬硬、磨光 短臂短臂 长臂长臂4 4、摇臂、摇臂功用：功用： 摇臂结构示意图摇臂结构示意图将推杆