汽车发动机配气机构原理

1、配气机构的功用及组成配气定时(相位)配气机构的零件和组件第三章 配气机构配气机构的功用配气机构的组成配气机构类型 配气机构工作过程 第一节 配气机构的功用及组成 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 ，使新鲜可燃混合气或空气得以及时进入气缸，废气得以从气缸及时排除。一、配气机构功用 新鲜空气或可燃混合气被吸入气缸愈多，则发动机可能发出的功率愈大。 新鲜空气或可燃混合气充满气缸的程度，用充量系数表示。充量系数c = M/ Mo M：在进气行程中实际进入气缸内新气质量； Mo：在进气状态下，充满气缸工作容积的理论 充量。 充量系数越高，表明进入气缸的新气越多，可燃混

2、合气燃烧时可能放出的热量也就越大，发动机的功率越大。 二、充量系数(充气效率) 对充气效率的分析 充气效率c 1（一般为0.809） 提高充气效率方法： 减少进气和排气阻力； 进排气门的开启时刻和持续开启时间适当。 影响因素： 1）进气终了压力（进气阻力损失）（）； 2）进气终了温度（残余废气等加热）（370400K）； 3）残余废气存在。气门组: (密封，气体进、出，承受冲击力、高温冲击、高速气流冲击)。 气门传动组: (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)。凸轮轴挺柱推杆摇臂气门与气门座气门导管气门弹簧三、组成配气机构组成凸轮轴挺柱推杆摇臂凸轮轴正时齿轮摇臂轴气门组气

3、门顶置式按气门 布置形式气门侧置式四、配气机构类型目前国产的汽车发动机都采用气门顶置式配气机构。 压缩比受到限制，进排气门阻力较大，发动机的动力性和高速性均较差，逐渐被淘汰。 凸轮轴下置式按凸轮轴 布置位置凸轮轴中置式凸轮轴上置式凸轮轴下置凸轮轴中置凸轮轴上置按凸轮轴 传动方式传动方式图 示应 用齿轮传动 凸轮轴下置、中置式配气机构链条传动 凸轮轴上置式配气机构 齿形带传动 凸轮轴上置式配气机构摇臂驱动式按气门驱动形式摆臂驱动式直接驱动式两气门式按每缸气门数及其排列方式多气门式4气门5气门3气门凸轮轴下置凸轮轴中置气门顶置挺柱挺柱推杆摇臂摇臂单上置凸轮轴(SOHC)气门顶置摇臂驱动液力挺柱摇臂

4、驱动气门顶置凸轮轴上置气门顶置摆臂驱动摆臂支座摆臂支座气门间隙调整块凸轮轴上置直接驱动挺柱体气门顶置曲轴正时齿轮凸轮轴 正时齿轮喷油泵 正时齿轮机油泵 正时齿轮齿轮传动曲轴正时链轮凸轮轴 正时链轮导链板张紧轮中间链轮链传动曲轴正时齿形带轮中间轮水泵传动齿形带轮张紧轮凸轮轴正时齿形带轮齿形带传动4气门 配气机构5气门 配气机构双凸轮轴上置直接驱动气门每缸四气门的布置五、气门数目及排列方式气门间隙：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、挺柱或凸轮）之间留有适当的间隙。气 门杆凸轮轴气门间 隙进气门0.250.30mm排气门0.300.35mm1、概念：六、气

5、门间隙 气门间隙：冷态时，当气门处于关闭状态 时，气门与传动件之间的间隙。 气门间隙调整：节气门调整螺钉 。 间隙过小：漏气、气门烧坏 。 间隙过大：传动零件之间、气门和气门座之 间撞击严重，加速磨损。 液压挺柱长度自调：不留气门间隙。气门间隙实 物 图测量气门间隙拧松紧定螺母，调整调节螺钉塞尺塞尺调节螺钉进气门；排气门广州本田雅阁气门间隙气门间隙调整块摆臂摆臂支座气门间隙调整块液力挺柱结构：见右图 性能： 消除了配气机构的间隙，减小了各零件的冲击载荷和噪声提高发动机高速时的性能。卡环阀架支承座单向阀柱塞弹簧碟形弹簧挺杆体柱塞推杆液压挺柱零气门间隙气门关闭时气门打开时单向阀弹簧被压缩凸轮轴挺柱

6、推杆摇臂凸轮轴正时齿轮摇臂轴配气机构工作过程见动画图31 配气定时(配气相位)配气定时相位图 部分车型配气定时第二节 配气定时配气定时配气定时34 配气定时：以曲轴转角表示的进、排气门 开闭时刻及其开启的持续时间。 进气提前角 ：从进气门开到上止点曲轴 所转过的角度 。 进气迟后角 ：从进气行程下止点到进气 门关闭曲轴转过的角度 。 排气提前角 ：从排气门开启到下止点曲 轴转过的角度。 排气迟后角 ：从上止点到排气门关闭曲 轴转过的角度。一、配气定时(配气相位)35 配气相位图：上、下止点曲拐位置时的曲 轴转角环形图 。 进气时：进气门提前角打开，滞后角关闭。进气时间为：+1800+ 排气时：

7、排气门提前角开启，滞后角关闭， 排气时间为：+1800+ 气门重叠：活塞在排气上止点附近出现 进、排气门同时开启的现象。 气门重叠角：重叠期间的曲轴转角称为气 门重叠角，它等于进气提前 角与排气迟后角之和+ 36 配气相位过程图见动画图二、配气相位图38 车 型 奥迪A62.8L12423882.4L12363881.8L1638388帕萨特B51638388桑塔纳2000GSi224448GLi234448三、部分车型配气相位(CA)气门组气门传动组第三节 配气机构的零件和组件080912z气门锁片上气门弹簧座气门弹簧气门油封气门导管排气门座进气门座排气门进气门一、气门组气门组组成： 气门、

8、气门座、气门导管、气门弹 簧， 有的进气门还设有气门旋转机构 要求： 气门头部与气门座贴合严密 气门导管与气门杆导向良好 气门弹簧两端与气门杆的中心垂直 气门弹簧的弹力足够1. 气门组组成及要求气门顶面气门锥面气门锥角气门 锁夹槽气门尾端面2. 气门足够的强度刚度、耐热、耐磨能力气门工作条件进气门：合金钢(铬钢或镍铬钢)气门工作温度很高(进气门:300400 ) (排气门:600800 )气门材料承受气缸压力、弹簧力、传动组零件惯性力冷却和润滑条件差、易受腐蚀排气门：耐热合金钢(硅铬钢)。有的： 头部：耐热合金钢 杆部：铬钢(1) 气门的工作条件及材料气门由头部和杆部两部分组成气门顶面平顶凹顶

9、凸顶(2) 气门构造平顶凹顶凸顶特点结构简单、制造方便、受热面积小、质量小；目前应用最多头部与杆部有较大的过渡圆弧，可以减小进气阻力；头部弹性较大，能较好适应气门座圈的变形头部刚度大，排气阻力小；但受热面积大，质量大，加工较复杂应用进排气门均可用适用于进气门，不宜用于排气门适用于 排气门三种气门顶面的形状比较进排气门大小气门锥角：气门锥面与气门顶面之间的夹 角。一般为45，少数进气门为 30 气门锥面较小气门锥角较大气门锥角特点气门通过断面较大，进气阻力较小，可以增加进气量。但气门头部边缘较薄，刚度较差，致使密封性变差。可提高气门头部边缘的刚度，气门落座时有较好的自动对中作用及较大的接触压力。

10、有利于密封与传热及挤掉密封锥面上的积炭。进气门大小锥角比较作用： 对气门导向和散热 要求： 有较高的加工精度 有较低的表面粗糙度 与气门导管保持较小的配合间隙气门杆气门密封锥面必须严密贴合：研磨气门与气门座圈； 气门杆与气门导管配合间隙小；减少热阻。气门传热气门弹簧座的固定方式气门锁夹圆柱销气缸盖气门导管气门尾端中空气门杆气门 减轻气门质量 减小气门运动惯性力 应用某些高度强化发动机 充钠排气门 冷却效果明显 应用某些风冷和轿车发动机 钠熔点：97.8 沸点：880 充钠镶装 硬合金镶装 硬合金特殊气门两气门 进气门比排气门大 减小进气阻力 增大进气量 3气门 2个进气门，1个排气门 排气门比

11、进气门大 进气量有明显增加 但火花塞很难布置在中央对燃烧不利。(3) 每缸气门数 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数最多 4和5气门4气门5气门优点 进排气充分，发动机转矩和功率提高; 气门质量减轻,运动惯性力减小，有利提高转速; 火花塞布置在燃烧室中央,有利于燃烧。 能明显增加进气量，比4气门还优越 。 3个进气门和2个排气门，排气门比进气门大。缺点 发动机零件数量增多,制造成本增加。 结构非常复杂, 增加了燃烧室表面积,对燃烧不利。气门座圈(铝气缸盖和多数铸铁缸盖)：合金铸铁、粉末冶金、奥氏体钢 部分铸铁缸盖不镶气门座圈工作条件工作温度很高 承受频

12、率极高的冲击载荷 容易磨损材料(1)气门座的功用 与气门配合对气缸起密封作用接受气门传来的热量进行散热。(2) 气门座的工作条件及材料3. 气门座与气门座圈 气缸盖的进、排气道与气门锥面相结 合的部位。 作用： 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。 气门密封干涉角： 比气门锥角大0.51度的气门座圈锥角。 气门座(3)气门座概念(4) 气门座(圈)锥角汽油机：排气门采用镶嵌式气门座 柴油机：进气门采用镶嵌式气门座 气门座圈以较大过盈量镶嵌在气门座上的圆环。 镶嵌式气门座特点： 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。气

13、门座圈气门座圈(1)气门导管的功用 对气门的运动导向，保证气门作直线往复运动 。 使气门和气门座能正确贴合 。 将气门杆接受的热量部分传给气缸盖。4. 气门导管灰铸铁 球墨铸铁 铁基粉末冶金工作条件工作温度较高 润滑条件较差(靠配气机构飞溅机油润滑) 容易磨损材料(2) 气门导管的工作条件及材料过盈配合 有的发动机不设气门导管 卡环槽防松落 排渣槽清除沉积物和积炭有的导管有卡环槽有的排气导管设排渣槽(3) 气门导管结构 为了使气门头部温度均匀，防止局部过热引起的变形和清除气门座积炭，可设法使气门在工作中相对气门座缓慢旋转。气门缓慢旋转时在密封锥面上产生轻微的摩擦力，有阻止沉积物形成的自洁作用。

14、5.气门旋转机构(1)气门油封的功用 气门杆与气门导管孔需要润滑，机油又不能太多，否则机油消耗量增加。 为了控制和减少机油消耗量，现代汽车发动机装有气门油封。气门油封(1)气门弹簧的功用 保证气门关闭时能紧密地与气门座贴合 。 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。6. 气门弹簧气门弹簧功用：保证气门的回位。 材料：高锰碳钢、铬钒钢。气门弹簧气门弹簧座锁片气门关闭 保证气门及时关闭、密封气门开启 保证气门不脱离凸轮优质冷拔弹簧钢丝如高碳锰钢、铬钒钢等并经热处理 钢丝表面抛光处理 表面镀锌、磷化工作条件及要求承受交变载荷 为保证其可靠的工作，应具有合适的刚

15、度和足够的抗疲劳强度 避免弹簧锈蚀 两端面必须磨光并与轴线垂直材料(2) 气门弹簧的工作条件及材料等螺距圆柱形螺旋弹簧变螺距 气门弹簧锥形 气门弹簧(3) 气门弹簧结构等螺距圆柱形螺旋弹簧：会发生共振 防止共振发生，采取如下结构措施： 变螺距气门弹簧 螺距小端向缸盖顶面 锥形气门弹簧 弹簧大端向缸盖顶面 双气门弹簧 弹簧旋向相反 气门弹簧振动阻尼器双气门弹簧气门弹簧 振动阻尼器(4) 气门弹簧的工作(1)功用 气门缓慢的旋转运动，可使气门头部周向温度分布比较均匀，从而减小气门头部的热变形 气门旋转时，在密封锥面上产生轻微的摩擦力，能清除锥面沉积物 使气门磨损均匀7. 气门旋转机构低摩擦自由旋转

16、机构强制旋转机构弹簧座锥形套筒气门锁夹弹簧座蝶形弹簧旋转机构壳体钢球及 复位弹簧(2) 气门旋转机构1、组成 2、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。凸轮轴挺柱推杆摇臂凸轮轴正时齿轮摇臂轴二、气门传动组要求表面耐磨，足够韧性刚度 由优质碳钢或合金钢锻造， 用合金铸铁或球墨铸铁铸造 凸轮表面经热处理后磨光工作条件承受周期性的冲击载荷 表面磨损比较严重材料(1)凸轮轴的功用 配置有各缸进、排气凸轮，使气门按一定的工作次序和配气相位及时开闭。(2) 凸轮轴的工作条件及材料1. 凸轮轴凸轮轴正时齿形带轮凸轮轴油封半圆键4缸机凸轮轴(3) 凸轮轴结构6缸机凸轮轴双上置凸轮轴排

17、气 凸轮轴进气 凸轮轴轴颈偏心轮排气 凸轮分电器 驱动齿轮进气 凸轮键槽 控制进排气门开闭时刻、持续时间及开闭的速度r0:实际基圆半径 r0:理论基圆半径 AB/DE:缓冲段，气门运动速度小，防止强烈冲击 BCD:工作段 挺柱:A点开始升起 ，E点停止运动 气门:最迟在B点开始升起，最早在D点完全关闭凸轮轮廓凸轮轴的旋转方向 发动机点火顺序 气缸数 作功间隔角四缸机: 发火顺序 1-3-4-2 作功间隔角 180曲轴转角（90凸轮轴转角） 同名凸轮夹角 90 六缸机: 发火顺序 1-5-3-6-2-4 作功间隔角 120曲轴转角（60凸轮轴转角） 同名凸轮夹角 60 有关同名凸轮的相对位置(同

18、一气缸的进、排气凸轮的相对位置)凸轮轴的旋转方向 配气定时决定于异名凸轮的相对位置中置式和下置式凸轮轴 整体式轴承 上置式凸轮轴 剖分式轴承(轴瓦)类型在低碳钢钢背上浇敷减磨合金层 粉末冶金衬套或青铜衬套材料(4)凸轮轴轴承适用于中置式和下置式凸轮轴 定时齿轮 圆柱螺旋齿轮 曲轴定时齿轮 中碳钢 凸轮轴定时齿轮 铸铁或夹布胶木 啮合平顺、噪声低、磨损小齿轮传动机构适用于中置式和上置式凸轮轴 链条 滚子链 装有导链板、张紧器和张紧轮 保持一定张紧度 不产生振动噪声 链传动机构(5)凸轮轴传动机构适用于上置式凸轮轴 轿车发动机多采用 伸长量小 适合精确定时传动 优点 噪声小、质量轻、成本低、工作可

19、靠、不需要润滑 齿形带 氯丁橡胶 齿形带齿 钢或铁基粉末冶金 不能与水和机油接触 容易跳齿 保持一定张紧力 张紧轮和张紧器齿形带传动机构齿轮传动链传动曲轴正时齿轮凸轮轴 正时齿轮曲轴正时链轮凸轮轴 正时链轮定时记号齿形带传动曲轴正时齿形带轮凸轮轴正时齿形带轮定时记号（6）凸轮轴工作挺柱工作面应耐磨损并得到良好润滑 碳钢 合金钢 镍铬合金铸铁和冷激合金铸铁工作条件摩擦和磨损都相当严重 承受凸轮侧向力而偏磨材料(1)挺柱的功用 是凸轮的从动件，将来自凸轮的运动和作用力传给推杆或气门。(2) 挺柱的工作条件及材料2. 挺柱(3) 机械挺柱杯形平面挺柱听子形 平面挺柱菌形平面挺柱吊杯形 平面挺柱滚子挺柱机械挺柱的结构形式挺柱轴线偏离凸轮的对称轴线凸轮工作面为锥角很小的锥面挺柱底面为球面 镶嵌耐磨金属块减轻挺柱底面磨损的结构措施平面液压挺柱滚子液压挺柱柱塞推杆支座高压腔内油腔单向阀结构(4) 液压挺柱特点: 零气门间隙 结构复杂 加工精度高 磨损后无法调整，只能更换液压挺柱工作过程较好的纵向稳定性和较大刚度 一般用无缝钢管 中碳钢制成实心推杆 锻铝或硬铝制造推杆工作条件凸轮轴下置 细长杆 传递力大 极易弯曲材料(1)推杆的功用 处于挺柱与摇臂之间，将挺柱传来的运动和作用力传给摇臂。(2) 推杆的工作条件及材料3. 推杆中碳钢制成实心推杆无缝钢管