北京航天大学配气课件

1、 目前，四冲程汽车发动机都采用气门式配气机构。其功用是按照发动目前，四冲程汽车发动机都采用气门式配气机构。其功用是按照发动机的工作顺序和工作循环的要求，定时开启和关闭各缸的进、排气门，使机的工作顺序和工作循环的要求，定时开启和关闭各缸的进、排气门，使新气进入气缸，废气从气缸排出。新气进入气缸，废气从气缸排出。 进入气缸内的新气数量或称进气量对发动机性能有很大影响。进气量进入气缸内的新气数量或称进气量对发动机性能有很大影响。进气量越多，发动机的有效功率和转矩越大。因此，配气机构首先要保证越多，发动机的有效功率和转矩越大。因此，配气机构首先要保证进气充进气充分分，进气量尽可能多；同时，废气要，进气

2、量尽可能多；同时，废气要排除干净排除干净，因为气缸内残留的废气越，因为气缸内残留的废气越多，进气量将会越少。多，进气量将会越少。第三章第三章 配气机构配气机构内容提要内容提要 工作条件工作条件 工作原理工作原理：由发动机曲轴通过齿轮、链轮或齿形带等传动机构按工作行程需：由发动机曲轴通过齿轮、链轮或齿形带等传动机构按工作行程需要驱动凸轮轴旋转，并由此经挺柱、推杆及摇臂控制气门的开、闭，实现对发要驱动凸轮轴旋转，并由此经挺柱、推杆及摇臂控制气门的开、闭，实现对发动机的配气。动机的配气。工作条件工作条件：气门在高温、高速及往复冲击下工作，其它传动机构要保证严格：气门在高温、高速及往复冲击下工作，其它

3、传动机构要保证严格的正时传动关系。的正时传动关系。充量系数充量系数：进气过程中，实际进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量与在：进气过程中，实际进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量与在进气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，即：进气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，即： =M/M0 通常，通常， =0.80.9， 越高，发动机发出的功率越大。越高，发动机发出的功率越大。主要作用：主要作用：进气充分、排气彻底。进气充分、排气彻底。第一节第一节 配气机构的功用及组成配气机构的功用及组成 配气机构的分类配气机构的分类按照气门的布置形式分为：按照气门的布置形

4、式分为： 顶置式和侧置式顶置式和侧置式右图为气门顶置式配气机构，右图为气门顶置式配气机构，侧置式气门配气机构的进、排侧置式气门配气机构的进、排气门都装置在气缸体的一侧，气门都装置在气缸体的一侧，目前已被淘汰。目前已被淘汰。按照凸轮轴的布置形式分为按照凸轮轴的布置形式分为凸轮轴下置式、中置式和上置式凸轮轴下置式、中置式和上置式按照曲轴和凸轮轴的传动方式分为按照曲轴和凸轮轴的传动方式分为 齿轮传动式、链传动式和带传动式齿轮传动式、链传动式和带传动式按照每气缸气门数目分为按照每气缸气门数目分为二气门、四气门、五气门和多气门式二气门、四气门、五气门和多气门式n气门式配气机构由气门组和气门传动组两部分组

5、成，每组的零件组成则与气门式配气机构由气门组和气门传动组两部分组成，每组的零件组成则与气门的位置、凸轮轴的位置和气门驱动形式等有关。现代汽车发动机均采气门的位置、凸轮轴的位置和气门驱动形式等有关。现代汽车发动机均采用用顶置气门顶置气门，即进、排气门置于气缸盖内，倒挂在气缸顶上。，即进、排气门置于气缸盖内，倒挂在气缸顶上。n凸轮轴的位置有下置式、中置式和上置式凸轮轴的位置有下置式、中置式和上置式3种种第二节第二节 气门式配气机构的布置及传动气门式配气机构的布置及传动配气机构的组成：配气机构的组成：气门组、气门传动组。气门组、气门传动组。 气门组：气门组： 气门、气门导管、气门座气门、气门导管、气

6、门座圈、气门弹簧、气门弹簧、 气门弹簧座和气门锁夹等气门弹簧座和气门锁夹等 气门组作用：气门组作用： 对气缸的密封对气缸的密封 。 气门传动组气门传动组 ：正时齿轮、凸轮轴、气门挺柱、气门推杆、气门摇：正时齿轮、凸轮轴、气门挺柱、气门推杆、气门摇 臂、摇臂轴、摇臂轴座和气门间隙调整螺钉等。臂、摇臂轴、摇臂轴座和气门间隙调整螺钉等。 气门传动组作用气门传动组作用：使进、排气门能按配气相位规定的时刻开闭，且保证有足够：使进、排气门能按配气相位规定的时刻开闭，且保证有足够的开度。的开度。 一、凸轮轴下置式配气机构一、凸轮轴下置式配气机构凸轮轴置于曲轴箱内凸轮轴置于曲轴箱内下置凸轮轴由曲轴定时齿轮驱动

7、。当凸轮的上升段顶起挺柱时，经推杆和气门间隙调下置凸轮轴由曲轴定时齿轮驱动。当凸轮的上升段顶起挺柱时，经推杆和气门间隙调整螺钉推动摇臂绕摇臂轴摆动，压缩气门弹簧使气门开启。当凸轮的下降段与挺柱接整螺钉推动摇臂绕摇臂轴摆动，压缩气门弹簧使气门开启。当凸轮的下降段与挺柱接触时，气门在气门弹簧力的作用下逐渐关闭。触时，气门在气门弹簧力的作用下逐渐关闭。四冲程发动机每完成一个工作循环，每个气缸进、排气一次。这时曲轴转两周，而凸四冲程发动机每完成一个工作循环，每个气缸进、排气一次。这时曲轴转两周，而凸轮轴只旋转一周，所以曲轴与凸轮轴的转速比或传动比为轮轴只旋转一周，所以曲轴与凸轮轴的转速比或传动比为2

8、1二、凸轮轴中置式配气机构二、凸轮轴中置式配气机构 凸轮轴置于机体上部。凸轮轴置于机体上部。 主要优点：减轻了配气机构的往复运动质量主要优点：减轻了配气机构的往复运动质量三、凸轮轴上置式配气机构三、凸轮轴上置式配气机构 凸轮轴置于气缸盖上。凸轮轴置于气缸盖上。 主要优点：运动件少，刚度大，适合于高速发动机。主要优点：运动件少，刚度大，适合于高速发动机。详细内容请同学们自学。详细内容请同学们自学。气门驱动形式气门驱动形式摇臂驱动、摆臂驱动和直接驱动三种类型。摇臂驱动、摆臂驱动和直接驱动三种类型。摇臂驱动、单凸轮轴上置式配气机构摇臂驱动、单凸轮轴上置式配气机构 凸轮轴推动液力挺柱，液力挺柱推动摇臂

9、，摇臂再驱动气门；或凸轮轴直接凸轮轴推动液力挺柱，液力挺柱推动摇臂，摇臂再驱动气门；或凸轮轴直接驱动摇臂，摇臂驱动气门。驱动摇臂，摇臂驱动气门。摆臂驱动、凸轮轴上置式配气机构摆臂驱动、凸轮轴上置式配气机构 由于摆臂驱动气门的配气机构比摇臂驱动式刚度更好，更有利于高速发动由于摆臂驱动气门的配气机构比摇臂驱动式刚度更好，更有利于高速发动机，因此在轿车发动机上的应用比较广泛。机，因此在轿车发动机上的应用比较广泛。直接驱动、凸轮轴上置式配气机构直接驱动、凸轮轴上置式配气机构n在这种形式的配气机构中，凸轮通过吊杯形机械挺柱驱动气门；或通过在这种形式的配气机构中，凸轮通过吊杯形机械挺柱驱动气门；或通过吊杯

10、形液力挺柱驱动气门。吊杯形液力挺柱驱动气门。n与上述各种形式的配气机构相比，直接驱动式配气机构的刚度最大，驱与上述各种形式的配气机构相比，直接驱动式配气机构的刚度最大，驱动气门的能量损失最小。动气门的能量损失最小。配气定时配气定时配气相位的定义：配气相位的定义：进、排气门的实际开、闭时刻，通常用相对于上、下进、排气门的实际开、闭时刻，通常用相对于上、下止点曲拐位置的曲轴转角的环形图来表示。止点曲拐位置的曲轴转角的环形图来表示。配气相位图：配气相位图：用相对于上、下止点曲拐位置的曲轴转角的环形图来表示用相对于上、下止点曲拐位置的曲轴转角的环形图来表示气门配气相位的图形。为使发动机进气充分、排气干

11、净，实际气门的开气门配气相位的图形。为使发动机进气充分、排气干净，实际气门的开闭时刻均应在理论开、闭时刻上加以修正，即进、排气门均应早开、迟闭时刻均应在理论开、闭时刻上加以修正，即进、排气门均应早开、迟闭。闭。配气相位组成配气相位组成: 进气门提前开启角进气门提前开启角=0 30； 进气门滞后关闭角进气门滞后关闭角=30 80； 排气门提前开启角排气门提前开启角=40 80； 排气门延迟关闭角排气门延迟关闭角0 30。第三节第三节 配气定时及气门间隙配气定时及气门间隙3、气门叠开、气门叠开气门叠开：当进气门早开和排气门晚关时，出现的进排气门同气门叠开：当进气门早开和排气门晚关时，出现的进排气门

12、同时开启的现象。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气门叠开的后果？气门叠开的后果？可变配气定时机构可变配气定时机构 采用可变配气定时机构可以改善发动机的性能。采用可变配气定时机构可以改善发动机的性能。 四冲程发动机的配气定时应该是进气迟后角和气门重叠角随发动机转速四冲程发动机的配气定时应该是进气迟后角和气门重叠角随发动机转速的升高而加大（如马自达的升高而加大（如马自达6）。如果气门升程也能随发动机转速的升高而加）。如果气门升程也能随发动机转速的升高而加大，则将更有利于获得良好的发动机高速性能（如本田大，则将更

13、有利于获得良好的发动机高速性能（如本田VTEC）。）。气门间隙气门间隙气门受热膨胀。气门受热膨胀。若气门及其传动件之间在冷态时无间隙或间隙过小，则在热态下，气门及若气门及其传动件之间在冷态时无间隙或间隙过小，则在热态下，气门及其传动件的受热膨胀势必引起气门关闭不严。其传动件的受热膨胀势必引起气门关闭不严。气门间隙：气门间隙：发动机冷态装配时，在气门与其传动机构中留有一定的间隙，发动机冷态装配时，在气门与其传动机构中留有一定的间隙，以补偿气门受热后的膨胀量。这一间隙称为气门间隙。以补偿气门受热后的膨胀量。这一间隙称为气门间隙。 气门间隙的大小由发动机生产企业根据试验确定。气门间隙的大小由发动机生

14、产企业根据试验确定。 发动机采用液力挺柱时，因挺柱的长度能自动变化，随时补偿气门的热发动机采用液力挺柱时，因挺柱的长度能自动变化，随时补偿气门的热膨胀量，故不需要预留气门间隙。膨胀量，故不需要预留气门间隙。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0.300.35mm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？气门间隙调整原则气门间隙调整原则调整原则：调整原则： 1、不可调区域：、不可调区域： 将要排气，正在排气，排气刚完的排气门不可调。将要排气，正在排气，排气刚完的排气门不可调。 将要进气，正在进气，进气刚完的进气门不可调

15、。将要进气，正在进气，进气刚完的进气门不可调。 2、调气门间隙的步骤：、调气门间隙的步骤： 1）画出配气相位图）画出配气相位图 2）排出各缸的位置）排出各缸的位置 3）当一缸在压缩上止点时，判断其它缸位于何行程，并判断）当一缸在压缩上止点时，判断其它缸位于何行程，并判断间隙是否可调。间隙是否可调。第四节第四节 气门组气门组一、气门一、气门1. 气门的工作条件气门的工作条件n直接与高温燃气接触，温度很高，排气门最高温度可达直接与高温燃气接触，温度很高，排气门最高温度可达800；n承受气体力和气门弹簧力的作用，以及由于配气机构运动件的惯性力使气门承受气体力和气门弹簧力的作用，以及由于配气机构运动件

16、的惯性力使气门落座时受到冲击；落座时受到冲击；n在润滑不良的情况下以极高的速度启闭并在气门导管内作高速往复运动；在润滑不良的情况下以极高的速度启闭并在气门导管内作高速往复运动；n与高温燃气中有腐蚀性的气体接触而受到腐蚀。与高温燃气中有腐蚀性的气体接触而受到腐蚀。2.气门材料气门材料 进气门一般用中碳合金钢制造，如铬钢、铬钼钢和镍铬钢等。进气门一般用中碳合金钢制造，如铬钢、铬钼钢和镍铬钢等。 排气门则采用耐热合金钢制造，如硅铬钢、硅铬钼钢、硅铬锰钢等。排气门则采用耐热合金钢制造，如硅铬钢、硅铬钼钢、硅铬锰钢等。3.气门构造气门构造气门与气门座或气门座圈之间靠锥面密封。气门与气门座或气门座圈之间靠

17、锥面密封。气门锥面与气门顶面之间的夹角称为气门锥气门锥面与气门顶面之间的夹角称为气门锥角。进、排气门的气门锥角一般均为角。进、排气门的气门锥角一般均为45，只有少数发动机的进气门锥角为只有少数发动机的进气门锥角为30气门座圈与气门头部要配对研磨，研磨之后不能互换。气门座圈与气门头部要配对研磨，研磨之后不能互换。气门尾端的形状决定于上气门弹簧座的固定方式。采用剖分成两半且外表气门尾端的形状决定于上气门弹簧座的固定方式。采用剖分成两半且外表面为锥面的气门锁夹来固定上气门弹簧座，结构简单，工作可靠，拆装方面为锥面的气门锁夹来固定上气门弹簧座，结构简单，工作可靠，拆装方便。气门锁夹内表面有多种形状，相

18、应地气门尾端也有各种不同形状的气便。气门锁夹内表面有多种形状，相应地气门尾端也有各种不同形状的气门锁夹槽。门锁夹槽。4. 每缸气门数每缸气门数 通常，发动机每个气缸有两个气门，即一个进气门和一个排气门。通常，发动机每个气缸有两个气门，即一个进气门和一个排气门。进气门头部直径比排气门大进气门头部直径比排气门大1530。 现代高性能汽车发动机普遍采用每缸三、四、五个气门，其中尤以现代高性能汽车发动机普遍采用每缸三、四、五个气门，其中尤以四气门发动机为多。四气门发动机为多。二、气门座与气门座圈二、气门座与气门座圈 气缸盖上与气门锥面相贴合的部位称气门座。气缸盖上与气门锥面相贴合的部位称气门座。 通常

19、，铝气缸盖和大多数铸铁气缸盖均镶嵌由合金铸铁或粉末冶金或通常，铝气缸盖和大多数铸铁气缸盖均镶嵌由合金铸铁或粉末冶金或奥氏体钢制成的气门座圈，也有一些铸铁气缸盖不镶气门座圈，直接在气奥氏体钢制成的气门座圈，也有一些铸铁气缸盖不镶气门座圈，直接在气缸盖上加工出气门座。缸盖上加工出气门座。三、气门导管三、气门导管 气门导管的功用是对气门的运动导向，保证气门作往复直线运动，使气门导管的功用是对气门的运动导向，保证气门作往复直线运动，使气门与气门座或气门座圈能正确贴合。气门与气门座或气门座圈能正确贴合。四、气门弹簧四、气门弹簧 气门弹簧的功用是保证气门关闭时能紧密地与气门座或气门座圈贴气门弹簧的功用是保

20、证气门关闭时能紧密地与气门座或气门座圈贴合，并克服在气门开启时配气机构产生的惯性力，使传动件始终受凸轮合，并克服在气门开启时配气机构产生的惯性力，使传动件始终受凸轮控制而不相互脱离。控制而不相互脱离。气门弹簧多为等螺距圆柱螺旋弹簧，气门弹簧多为等螺距圆柱螺旋弹簧，也有采用变螺距气门弹簧和锥形气门弹簧也有采用变螺距气门弹簧和锥形气门弹簧 第四节第四节 气门传动组气门传动组一、凸轮轴一、凸轮轴工作条件及材料：承受周期性的冲击载荷。凸轮与挺柱之间的接触应力很工作条件及材料：承受周期性的冲击载荷。凸轮与挺柱之间的接触应力很大，相对滑动速度也很高，因此，凸轮工作表面的磨损比较严重。大，相对滑动速度也很高

21、，因此，凸轮工作表面的磨损比较严重。凸轮轴构造：轴颈数目的多少是影响凸轮轴支承刚度的重要因素。下置式凸轮轴构造：轴颈数目的多少是影响凸轮轴支承刚度的重要因素。下置式凸轮轴每隔凸轮轴每隔12个气缸设置一个凸轮轴轴颈。个气缸设置一个凸轮轴轴颈。 凸轮轴上各同名凸轮凸轮轴上各同名凸轮(各进气凸轮或各排气凸轮各进气凸轮或各排气凸轮)的相对角位置与凸轮轴旋的相对角位置与凸轮轴旋转方向、发动机工作顺序及气缸数或作功间隔角有关。转方向、发动机工作顺序及气缸数或作功间隔角有关。凸轮轴传动机构凸轮轴传动机构 凸轮轴由曲轴驱动，其传动机构有齿轮式、链条式及齿形带式。齿轮凸轮轴由曲轴驱动，其传动机构有齿轮式、链条式

22、及齿形带式。齿轮传动机构用于下置式和中置式凸轮轴的传动。传动机构用于下置式和中置式凸轮轴的传动。 为了保证正确的配气定时和喷油定时，在传动齿轮上刻有定时记号，为了保证正确的配气定时和喷油定时，在传动齿轮上刻有定时记号，装配时必须对正记号。装配时必须对正记号。凸轮轴轴向定位：凸轮轴轴向定位：为什么？为什么？轴向位移轴向位移0.10.2mm上置式凸轮轴通常利用凸轮轴承盖的两个端面和凸轮轴轴颈两侧的凸肩进上置式凸轮轴通常利用凸轮轴承盖的两个端面和凸轮轴轴颈两侧的凸肩进行轴向定位。中、下置式凸轮轴的轴向定位通常采用止推板。止推板用行轴向定位。中、下置式凸轮轴的轴向定位通常采用止推板。止推板用螺栓固定在

23、机体前端面上。第三种轴向定位的方法是止推螺钉定位。螺栓固定在机体前端面上。第三种轴向定位的方法是止推螺钉定位。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利用调节环调节环控制轴向窜动控制轴向窜动窜动量窜动量作用：为了防止凸轮轴在工作中产生轴向窜动和承受斜齿轮产生的作用：为了防止凸轮轴在工作中产生轴向窜动和承受斜齿轮产生的轴向力。轴向力。二、挺柱二、挺柱功用、材料及分类功用、材料及分类 将来自凸轮的运动和作用力传给推杆或气门，同时还承受凸轮所施加的侧将来自凸轮的运动和作用力传给推杆或气门，同时还承受凸轮所施加的侧向力，并将其传给机体或气缸盖。向力，并将其传给机体或气缸盖。 挺柱的材料有碳钢、合金钢、镍铬合金铸铁和冷激合金铸铁等。挺柱的材料有碳钢、合金钢、镍铬合金铸铁和冷激合金铸铁等。机械挺柱：挺柱上的推杆球面支座的半径比推杆球头半径