汽车发动机构造及原理第2版-课件 第3章 汽车发动机换气系统与配气机构

第3章汽车发动机换气系统与配气机构可变进气控制技术发动机增压配气相位与换气过程配气机构换气系统的作用与组成2021“中国心”十佳发动机之长安汽车蓝鲸新一代2.0T发动机采用平台化的策略，能够有效降低发动机的成本，在技术方面，发动机采用了双向调节中间锁止式进气VVT技术，能够兼顾阿特金森与奥托双循环，在性能与燃油效率方面实现均衡。为了顺应节能和新能源汽车的发展趋势，蓝鲸NE动力平台还可兼容48V、HEV、PHEV、REEV等多种混合动力源结构设计。第3章汽车发动机换气系统与配气机构换气系统作用根据发动机各缸的工作循环和着火次序适时地开启和关闭各缸的进、排气门，使足量的纯净空气或空气与燃油的混合气及时地进入气缸，并及时地将废气排出。换气系统组成换气系统包括空气滤清器、进气管系、配气机构、排气管系和消声器等。第一节换气系统的作用与组成1-空气滤清器2-进气管系3、4-配气机构5-排气管系6-消声器发动机换气系统组成进、排气系统第一节换气系统的作用与组成功用与组成空气滤清器进气歧管排气歧管排气总管消声器一、进排气系统的功用与组成进气系统功用：尽可能多和尽可能均匀地向各气缸供给可燃混合气或纯净空气。进气系统组成：空气滤清器、进气歧管等。排气系统功用：将燃烧后的废气经过净化、消声后排入到大气。排气系统组成：排气歧管、消声器等。第一节换气系统的作用与组成1、空气滤清器功用：滤除空气中的杂质和灰尘，让洁净的空气进入气缸，并保证供给气缸足够量空气要求：滤清能力强，进气阻力小，维护保养周期长，价格低廉按滤清方式分类：惯性式和过滤式按是否用机油分类：干式和湿式两种类型组合：干惯性式、干过滤式、湿惯性式、湿过滤式和综合式等形式第一节换气系统的作用与组成（1）惯性式空气滤清器工作原理：根据离心力或惯性力与质量成正比的原理，利用尘土比空气重的特点，引导气流作高速旋转运动，重的尘土就会自动的从空气中甩出去，或者引导气流突然改变流动方向，重的尘土就会来不及改变方向而从空气中分离出去。优点：进气阻力小，保养简单缺点：滤清能力不强，即滤清效果差第一节换气系统的作用与组成（2）过滤式空气滤清器工作原理：根据吸附原理，引导气流通过滤芯（如金属网、丝、棉质物质和纸质等），将尘土隔离和粘附在滤芯上，从而使空气得到滤清。优点：滤清能力强，滤清效果好缺点：进气阻力大，滤芯易堵塞（3）综合式空气滤清器油浴式空气滤清器是利用急速旋转的气流将机油带起，利用机油的黏性吸附住空气中的杂质，而机油所产生的油液颗粒则会被滤芯所吸收，这样空气中的杂质就被有效的去除而达到了滤清的效果。综合上述两种滤清方式，使空气通过惯性式，除去粗粒灰尘，然后再通过过滤式除去细粒灰尘。因此，滤清能力强，而阻力增加不大，从而得到了广泛的应用。滤纸式油浴-过滤式第一节换气系统的作用与组成补充知识：节气门起什么作用？进气系统主要包括两大部件，一是空气滤清器，它主要滤清空气，去除空气中的杂质；二是进气道，它将空气与燃油的混合气引入气缸。在进气道中有节气门，它可控制进入气缸的混合气量大小。此节气门与驾驶人脚下的加速踏板（俗称油门踏板）直接相连，加速踏板踏下越深，节气门开度越大，混合气进入就越多，发动机的转速就会上升。如果加速踏板和节气门是通过电信号控制的，则成为电子节气门（电子油门）。1第一节换气系统的作用与组成2、发动机进气管系1-空气滤清器2-空气流量计3-进气总管4-进气歧管第一节换气系统的作用与组成（1）进气总管指空气滤清器至进气歧管之间的管道。按有效利用进气压力波的原理设计进气管的长度、形状和结构。各种形状的气室，以减小进气脉动。在电控燃油喷射发动机中，进气总管还装有空气流量计或进气压力传感器，以便对进入气缸的空气量进行计量。（2）进气歧管功用：将可燃混合气或纯净空气分别送到各个气缸。安装：用螺栓固定在气缸盖或者机体上。密封：进气歧管与机体或者缸盖的结合面装有石棉衬垫。要求：进气阻力小，内壁光滑。第一节换气系统的作用与组成补充知识：2进气歧管长度可变？发动机转速高时，若进气流速较低则不利于保证高速时的动力输出。如果能将进气管道的长度变短一些，便可提高进气速度，从而将进气流速控制在一个合理的范围内。低转速时亦然。具体做法是关闭或打开进气道中的一些阀门，让气流走捷径或绕远便可达到改变进气歧管长度的目的。右图是奔驰的长度可变进气歧管设计，其原理是：当发动机在低速运转时，黑色控制阀关闭，气流被迫从长歧管流入气缸，此时，进气速度得以降低，以适应低转速时的进气情况。当发动机转速上升到一定速度时，如5000r/min，此时控制阀开启，气流绕短导管直接进入气缸，有利于高速进气。控制阀第一节换气系统的作用与组成VIS(可变进气歧管系统)海马VIS-1.8Ⅱ发动机第一节换气系统的作用与组成可变截面积进气歧管管道的截面积越大，流体压力差越小；管道截面积越小，流体压力差越大。在高转速时使用较大的进气歧管截面积，提高进气流量；在低转速时使用较小的进气歧管截面面积，提高气缸的进气负压，也能在气缸内充分形成涡流，让空气与汽油更好的混合。第一节换气系统的作用与组成进气歧管加热化油器式或节气门体燃油喷射式发动机进气歧管的温度很重要。温度太低，汽油将在管壁上凝结。因此，对这类发动机的进气歧管应进行适当的加热以促进汽油的蒸发。但是加热过度将减少进入气缸的混合气数量，并使发动机功率下降。通常进气歧管利用发动机排气或循环冷却液进行加热。利用循环冷却液加热进气歧管需在进气歧管内设置水套，并使其与发动机冷却系连通，让冷却液在进气歧管的水套内循环流动。气道燃油喷射式发动机的进气歧管无需加热。第一节换气系统的作用与组成谐振进气系统由于进气过程具有间歇性和周期性，致使进气歧管内产生一定幅度的压力波。此压力波以当地声速在进气系统内传播和往复反射。如果利用一定长度和直径的进气歧管与一定容积的谐振室组成谐振进气系统，并使其固有频率与气门的进气周期调谐，那么在特定的转速下，就会在进气门关闭之前，在进气歧管内产生大幅度的压力波，使进气歧管的压力增高，从而增加进气量。这种效应称作进气波动效应。谐振进气系统的优点是没有运动件，工作可靠，成本低。但只能增加特定转速下的进气量和发动机转矩。第一节换气系统的作用与组成3、单排气系统及双排气系统直列型发动机在排气行程期间，气缸中的废气经排气门进入排气歧管，再由排气歧管进入排气管、催化转换器和消声器，最后由排气尾管排到大气中。这种排气系统称作单排气系统。第一节换气系统的作用与组成3、单排气系统及双排气系统V型发动机有两个排气歧管，在大多数装配V型发动机的汽车上仍采用单排气系统，即通过一个叉形管将两个排气歧管连接到一个排气管上。来自两个排气歧管的废气经同一个排气管、同一个消声器和同一个排气尾管排出。但有些V型发动机采用两个单排气系统，即每个排气歧管各自都连接一个排气管、催化转换器、消声器和排气尾管。这种布置形式称作双排气系统。双排气系统降低了排气系统内的压力，使发动机排气更为顺畅，气缸中残余的废气较少，因而可以充入更多的空气、燃油混合气或洁净的空气，发动机的功率和转矩都相应地有所提高。第一节换气系统的作用与组成4、发动机排气歧管功用：汇集各气缸的废气，从消声器排出要求：排气阻力小，排气噪音小材料：铸铁、球墨铸铁和不锈钢第一节换气系统的作用与组成进、排气歧管排列形式第一节换气系统的作用与组成补充知识：排气歧管为何奇形怪状？排气系统的作用是将燃烧后的废气尽快从气缸中排到大气中，它包括排气歧管、三元催化转化器、消声器、排气总管等。由于排气口间距离比较近，它们之间如果产生相互干涉现象或废气回流现象，必将影响发动机的排气顺畅度，进而影响动力发挥。因此，对动力性能特别注重的跑车、赛车等，它们都把排气歧管设计得非常怪异。但是，在看来紊乱得排气歧管设计中，却包含了几个重要原则：各缸排气歧管尽可能独立；各缸排气歧管长度尽可能相等；排气歧管的长度尽可能长；排气歧管内表面尽可能光滑，防止出现紊流。3第一节换气系统的作用与组成5、排气消声器(Muffler)发动机的排气压力为0.3～0.5MPa，温度在500～700℃，这表明排气有一定的能量。同时，由于排气的间歇性，在排气管内引起排气压力的脉动。若将发动机排气直接排放到大气中，将产生强烈的、频谱比较复杂的噪声，其频率从几十赫到一万赫以上。排气消声器的功用是降低排气噪声。消声器通过逐渐降低排气压力和衰减排气压力的脉动，使排气能量耗散殆尽。第一节换气系统的作用与组成5、排气消声器(Muffler)功用：消减排气噪声工作原理：消耗废气流的能量，并平衡气流的压力波动消声方法：多次地变动气流方向；重复地使气流通过收缩而又扩大的断面；将气流分割为很多小的支流并沿着不平滑的平面流动；将气流冷却。消声器分为阻性消声和抗性消声器以及阻抗复合型等等。阻性消声器又有直管式，片式，折板式，蜂窝式等等。抗性消声器又有扩张室式，共振腔式，手枪上加的消声器就属于共振型。第一节换气系统的作用与组成第二节

配气机构16V第二节

配气机构一、配气机构的功用及组成二、气门组三、气门传动组第二节

配气机构一、配气机构的功用及组成1、配气机构概述功用：按工作循环和发火次序的要求，定时开、闭进、排气门，使新气进入气缸，废气从气缸排出。组成：气门组、气门传动组。工作条件：很大的惯性力、热应力、润滑差。要求：排气要彻底、进气要充分；减小振动和噪声；可靠性好、寿命长；配气正确、便于调整(高的换气质量，低的换气功的消耗)。气门的布置：顶置式、侧置式。凸轮轴的布置：下置式、中置式和上置式3种。第二节

配气机构配气机构的主要零件第二节

配气机构第二节

配气机构2、气门布置形式1）顶置式结构特征：气门倒挂在气缸盖上。优点：燃烧室结构紧凑、冷却面积小、进气弯道小、充气性好、动力性好、压缩比较高、热效率高、经济性好。缺点：结构复杂、发动机高度增加。第二节

配气机构2、气门布置形式2）侧置式结构特征：气门在气缸侧面。优点：配气机构传动较简单、缸盖形状简化、发动机高度可降低。缺点：燃烧室结构不紧凑、限制了压缩比的提高、充气性差、动力性、热效率、经济性都有所下降。目前已淘汰。第二节

配气机构3、凸轮轴布置形式1）下置式结构特征：凸轮轴置于曲轴箱内。优点：凸轮轴离曲轴近，可以简单地用一对齿轮传动。缺点：零件多、传动链长、整机刚度差。第二节

配气机构3、凸轮轴布置形式2）中置式结构特征：凸轮轴置于机体上。优点：缩短了推杆，从而减轻了配气机构的往复运动质量、增大了机构的刚度。第二节

配气机构3、凸轮轴布置形式3）上置式结构特征：凸轮轴置于气缸盖上。优点：运动件少、整机刚度大、传动机构紧凑、适用于高速发动机。缺点：凸轮轴距曲轴距离较远使得正时传动机构复杂、气缸盖结构复杂。广泛使用第二节

配气机构补充知识：OHV、OHC、SOHC、DOHC是什么？如果凸轮轴放在气缸侧面，而气门在气缸顶端，则成为顶置气门侧置凸轮轴（OverHeadValve，简称OHV）。如果凸轮轴位于气缸的顶部，就成为顶置凸轮轴（OverHeadCamshaft，简称OHC）。如果在顶部只有一根凸轮轴同时负责进气门和排气门的开关，则成为单顶置凸轮轴（SingleOverHeadCamshaft，简称SOHC）。如果在顶部有两根凸轮轴分别负责进气门和排气门的开关，则成为双顶置凸轮轴（DoubleOverHeadCamshaft，简称DOHC）。在单顶置凸轮轴中，一根凸轮轴为了控制分置于左右两侧的进、排气门，必须使用摇臂等间接地操纵气门的开启，也影响燃烧室的形状。而在DOHC中，凸轮轴有两根，分别可以专门控制进、排气门，这种情况可以增大进气门面积，改善燃烧室形状，且提高了气门运动速度，非常适合高速汽车使用。4第二节

配气机构4、凸轮轴传动方式适用范围：适用于凸轮轴下置或中置。优点：啮合平稳、噪声低、工作可靠、耐久性好。适用范围：适用于凸轮轴上置。缺点：工作可靠性、耐久性差和噪声大。第二节

配气机构5、每缸气门数一般发动机进气门头部直径比排气门大15％～30％，目的是增大进气门通过断面面积，减小进气阻力，增加进气量。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。第二节

配气机构5、每缸气门数四气门发动机每缸两个进气门，两个排气门。其突出的优点是气门通过断面积大，进、排气充分，进气量增加，发动机的转矩和功率提高。其次是每缸四个气门，每个气门的头部直径较小，每个气门的质量减轻，运动惯性力减小，有利于提高发动机转速。最后，四气门发动机多采用篷形燃烧室，火花塞布置在燃烧室中央，有利于燃烧。第二节

配气机构补充知识：气门数为何不能太多？多气门发动机具有高转速、高效率的优点。由于气门较多，高转速时进、排气效果好，且火花塞放在中央可提高压缩比，因此发动机性能也较好。但多气门设计较复杂，气门驱动方式、燃烧室构造及火花塞位置都要精密安排，而且制造成本高，工艺要求先进，维修也较困难，其带来的效果并不是特别明显，或者说有点不太划算，因此现在基本放弃每缸5气门设计，而采用更为流行的每缸4气门。5第二节

配气机构补充知识：进气门为何比排气门大？气门由凸轮负责打开，气门弹簧负责关闭。当需要混合气进入气缸时，进气门便会打开；当需要排出燃烧后的废气时，排气门便会关闭。由于进气是被“吸”进去的，而排气是被“推”出去的，因此进气比排气更困难，而且进气越多，燃烧得更好，发动机的性能越好。因此，一般都将进气门设计得比排气门大，以降低进气难度，提高进气量。有的干脆多设计一个进气门，例如3气门（2进1排）和5气门（3进2排）。6气缸内部构造第二节

配气机构气门间隙定义：发动机在冷态下，当气门关闭状态时，气门与传动件之间的间隙。作用：给热膨胀留有余地，保证气门密封。一般冷态时，排气门间隙大于进气门间隙，进气门间隙约为0.25～0.3mm，排气门间隙约为0.3～0.35mm。

第二节

配气机构气门间隙间隙过大：进、排气门开启迟后，缩短了进排气时间，降低了气门的开启高度，改变了正常的配气相位，使发动机因进气不足，排气不净而功率下降，此外，还使配气机构零件的撞击增加，磨损加快。间隙过小：发动机工作后，零件受热膨胀，将气门推开，使气门关闭不严，造成漏气，功率下降，并使气门的密封表面严重积碳或烧坏，甚至气门撞击活塞。采用液压挺柱的配气机构不需要留气门间隙。第二节

配气机构二、气门组气门气门座或气门座圈气门导管气门弹簧气门旋转机构第二节

配气机构1、气门功用要求工作条件气门材料气门构造第二节

配气机构1）气门的功用与要求功用：打开和关闭进排气道，形成燃烧室的一部分。要求：气门头部与气门座贴合严密、密封要好；气门导管导向要良好；气门弹簧作用力要均匀（气门头在气门座上不偏斜），弹力足够，急闭、紧压。第二节

配气机构2）气门工作条件及材料高温：直接与高温燃气接触，温度高进气门：570K~670K排气门：1050K~1200K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。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。头部：贵重金属；杆部：一般金属压力：气压力、惯性力润滑：极差冷却：极差第二节

配气机构气门头部平顶：结构简单、制造方便、吸热面积小，质量小、进、排气门均可采用。球面顶：适用于排气门，强度高，排气阻力小，废气的清除效果好，但受热面积大，质量和惯性力大，加工较复杂。喇叭形顶：适用于进气门，进气阻力小，质量小，但受热面积大。第二节

配气机构气门锥角气门锥角一般为45°，少数为30°，气门头边缘应保持一定厚度，一般为1～3mm，以防工作中冲击损坏和被高温烧蚀。为了增强传热，气门与气门座圈的密封锥面必须严密贴合，二者要配对研磨，研磨之后不能互换。第二节

配气机构气门杆部和尾部气门杆部：杆部与头部制成一体，装在气门导管内起导向和导热作用，杆部与头部采用圆滑过渡连接。为了节省耐热合金钢材料，有的排气门头部用耐热合金钢，而杆部用普通合金钢制造，然后再焊接在一起。在某些高度强化的发动机上采用中空气门杆的气门，旨在减轻气门质量和减小气门运动的惯性力。为了降低排气门的温度，增强排气门的散热能力，在许多汽车发动机上采用钠冷却气门。第二节

配气机构气门杆部和尾部尾部：制有凹槽（锥形槽或环形槽）用来安装气门弹簧座锁紧件。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。第二节

配气机构弹簧座的固定方式1、气门2、气门弹簧3、气门弹簧座4、气门锁夹5、圆柱销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，拆装方便，因此得到了广泛的应用。第二节

配气机构气门座与气门座圈气门座：气缸盖上与气门锥面相贴合的部位。工作条件：气门座的温度很高，又承受频率极高的冲击载荷，容易磨损。气门座圈：铝合金气缸盖采用镶嵌由合金或粉末冶金或奥氏体钢制成的气门座圈，用以延长气缸盖寿命。安装：过盈配合压入气缸盖上的座孔中。与气门锥面的配合：气门锥角比气门座或气门座圈锥角小0.5°～1°，以减小接触面。第二节

配气机构气门导管功用：对气门的运动导向，保证气门作直线往复运动，使气门与气门座或气门座圈能正确贴合。此外，还将气门杆接受的热量部分地传给气缸盖。工作条件：气门导管的工作温度较高，而且润滑条件较差。润滑：靠配气机构工作时飞溅起来的机油来润滑气门杆和气门导管孔。材料：气门导管由灰铸铁、球墨铸铁或铁基粉末冶金制造。安装：在以一定的过盈将气门导管压入气缸盖上的气门导管座孔之后，再精铰气门导管孔，以保证气门导管与气门杆的正确配合间隙。第二节

配气机构气门弹簧功用：气门弹簧的作用在于保证气门回位，在气门关闭时，保证气门与气门座之间的密封，在气门开启时，保证气门不因运动时产生的惯性力而脱离凸轮控制。气门弹簧一般为等螺距圆柱形螺旋弹簧。当气门弹簧的工作频率与其固有的振动频率相等或为整数倍时，气门弹簧就会发生共振。共振时将使配气定时遭到破坏，使气门发生反跳和冲击，甚至使弹簧折断。第二节

配气机构气门弹簧避免共振措施：双气门弹簧；变螺距弹簧；锥形气门弹簧。1)

双气门弹簧每个气门安装两个直径不同，旋向相反的内、外弹簧。由于两个弹簧的固有频率不同，当一个弹簧发生共振时，另一个弹簧能起到阻尼减振作用。采用双气门弹簧可以减小气门弹簧的高度，而且当一个弹簧折断时，另一个弹簧仍可维持气门工作。弹簧旋向相反，可以防止折断的弹簧圈卡入另一个弹簧圈内使其不能工作或损坏。

2)

变螺距气门弹簧某些高性能汽油机采用变螺距单气门弹簧。变螺距弹簧的固有频率不是定值，从而可以避开共振。3)

锥形气门弹簧锥形气门弹簧的刚度和固有振动频率沿弹簧轴线方向是变化的，因此可以消除发生共振的可能性。锥形弹簧变螺距弹簧双弹簧第二节

配气机构气门旋转机构功用：使气门头部沿周向温度均匀分布，减小气门头部热变形；同时气门缓慢旋转时在密封锥面上产生轻微的摩擦力，清除锥面上的沉积物。第二节

配气机构三、气门传动组功用：使进、排气门能按配气相位规定的时刻开闭，且保证有足够的开度。组成：凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、正时齿轮等。由于气门驱动形式和凸轮轴位置的不同，气门传动组的零件组成差别很大。第二节

配气机构三、气门传动组1、凸轮轴功用：按工作次序和配气相位开启和关闭气门。工作条件：凸轮轴受到气门间歇性开启的周期性冲击载荷，接触应力很大。要求：凸轮表面要求耐磨，凸轮轴要有足够的韧性和刚度。材料：优质碳钢或合金钢模锻、球墨铸铁铸造。表面处理：轴颈和凸轮工作表面经热处理后磨光。第二节

配气机构1、凸轮轴1-螺栓；2-垫圈；3-正时齿轮；4-止推凸缘；5-止推座；6-凸轮轴衬套；7-凸轮轴；8-驱动汽油泵的偏心轮；9-驱动分电器的螺旋齿轮；10-凸轮轴轴颈；11-凸轮。

第二节

配气机构三、气门传动组2、凸轮气门开闭的时刻、持续时间以及速度等均由凸轮控制。转速较低的发动机，其凸轮轮廓由几段圆弧组成，这种凸轮称为圆弧凸轮。高转速发动机则采用函数凸轮，其轮廓由某种函数曲线构成。O点为凸轮轴回转中心，凸轮轮廓上的AB段和DE段为缓冲段，BCD段为工作段。挺柱在A点开始升起，在E点停止运动，凸轮转到AB段内某一点处，气门间隙消除，气门开始开启。此后随着凸轮继续转动，气门逐渐开大，至C点气门开度达到最大。再后气门逐渐关闭，在DE段内某一点处气门完全关闭，接着气门间隙恢复。气门最迟在B点开始开启，最早在D点完全关闭。由于气门开始开启和关闭落座时均在凸轮升程变化缓慢的缓冲段内，其运动速度较小，从而可以防止强烈的冲击。第二节

配气机构三、气门传动组2、凸轮凸轮轴上各同名凸轮(各进气凸轮或各排气凸轮)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做功间隔角有关。如果从发动机风扇端看凸轮轴逆时针方向旋转，则工作顺序为1-3-4-2的四缸发动机各同名凸轮间的夹角为90°。对于工作顺序为1-5-3-6-2-4的六缸发动机，其同名凸轮间的夹角为60°。同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置即异名凸轮相对角位置，决定于配气定时及凸轮轴旋转方向。第二节

配气机构三、气门传动组3、凸轮轴轴承与润滑中置式和下置式凸轮轴的轴承一般制成衬套压入整体式轴承座孔内，再加工轴承内孔，使其与凸轮轴轴颈相配合。上置式凸轮轴的轴承多由上、下两片轴瓦对合而成，装入剖分式轴承座孔内。轴承材料多与主轴承相同，在低碳钢钢背上浇敷减摩合金层。也有的凸轮轴轴承采用粉末冶金衬套或青铜衬套。润滑：高压油路润滑和飞溅润滑。第二节

配气机构三、气门传动组凸轮轴轴向定位为了限制凸轮轴在工作中产生的轴向移动或承受螺旋齿轮在传动时产生的轴向力，凸轮轴需要轴向定位。凸轮轴轴向移动量过大，对于由螺旋齿轮传动的凸轮轴，会影响配气定时。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。第二节

配气机构三、气门传动组4、挺柱功用：将来自凸轮的运动和力传给推杆或气门，并承受凸轮所施加的侧向力，并将其传给机体或气缸盖。破坏形式：工作时由于底面与凸轮接触，接触面积小，应力大，故此摩擦磨损严重。材料：碳钢、合金钢、镍铬合金铸铁、冷激合金铸铁。分类：机械挺柱和液力挺柱。第二节

配气机构三、气门传动组1）机械挺柱气门顶置式配气机构采用的机械挺柱有筒式和滚轮式。筒式挺柱圆周钻有通孔，飞溅的润滑油落入筒内并从筒壁上的小孔流出，对挺柱底面及凸轮加以润滑；另外，由于挺柱中间为空心，可减轻其重量，减小惯性力。滚轮式挺柱可以减小磨损，但结构较复杂，质量较大，多用于大缸径柴油机的配气机构上。滚轮式桶式第二节

配气机构三、气门传动组2）液压挺柱在配气机构中预留气门间隙将使发动机工作时配气机构产生撞击和噪声。为了消除这一弊端，有些发动机尤其是轿车发动机采用液压挺柱，借以实现零气门间隙。气门及其传动件因温度升高而膨胀，或因磨损而缩短，都会由液力作用来自行调整或补偿。优点：可以不留气门间隙，保证气门受热膨胀时仍能与气门座紧密贴合。第二节

配气机构三、气门传动组5、推杆功用：推杆处于挺柱和摇臂之间，其功用是将挺柱传来的运动和作用力传给摇臂。它是配气机构中最容易弯曲的零件。要求：有很高的刚度，在动载荷大的发动机中，推杆应尽量地做得短些。构造：可空心、可实心，两头有球头。推杆一般用冷拔无缝钢管制造，两端焊上球头和球座。也可以用中碳钢制成实心推杆，这时两端的球头或球座与推杆锻成一个整体。第二节

配气机构三、气门传动组6、摇臂功用：将推杆传来的力改变方向，作用到气门杆端打开气门。要求：足够的强度和刚度并且质量尽可能小。材料：锻钢、可锻铸铁、球墨铸铁或铝合金制造。构造：摇臂是一个双臂杠杆，以摇臂轴为支点，两臂不等长。短臂端加工有螺纹孔，用来拧入气门间隙调整螺钉。长臂端加工成圆弧面，是推动气门的工作面。第二节

配气机构三、气门传动组7、摆臂与气门间隙自动补偿器摆臂的功用与摇臂相同。两者的区别只在于摆臂是单臂杠杆，其支点在摆臂的一端。在许多轿车发动机上用气门间隙自动补偿器代替摆臂支座实现零气门间隙。气门间隙自动补偿器无论是结构或是工作原理都与液力挺柱相同，之所以不称其为液力挺柱，是因为它不是凸轮的从动件，仅仅是摆臂的一个支承而已。因此，它既是摆臂的支座又是补偿气门间隙变化的装置。第二节

配气机构三、气门传动组8、正时齿轮曲轴和凸轮轴之间的传动是靠正时齿轮完成的，其传动比为2：1。正时齿轮上有正时记号，安装时必须对准，以保证正确的配气相位和发火时刻。材料：中碳钢（曲轴）、铸铁或夹布胶木（凸轮轴）。构造：为了保证齿轮啮合平顺、噪声低、磨损小，采用圆柱螺旋齿轮。第二节

配气机构一、配气相位定义：配气相位是用曲轴转角表示的进、排气门的开闭时刻和开启延续时间。进气门早开：增大了进气行程开始时气门的开启高度，减小进气阻力，增加进气量。进气门晚关：延长了进气时间，在大气压和气体惯性力的作用下，增加进气量。排气门早开：借助气缸内的高压自行排气，大大减小了排气阻力，使排气干净。排气门晚关：延长了排气时间，在废气压力和废气惯性力的作用下，使排气干净。通常用环形图表示-配气相位图第三节

配气相位与换气过程75配气相位图α-进气提前角一般α=10～30°β-进气延迟角一般β=40～80°γ-排气提前角一般γ=40～80°δ-排气延迟角一般δ=10～30°气门重叠角α+δ=20～60°第三节

配气相位与换气过程补充知识：为什么需要正时？凸轮轴是一根可以不断旋转的金属杆，具有控制进气门和排气门开启和关闭的功能。在凸轮轴上有数个凸轮，当凸轮轴旋转时，凸轮便会依序下压而使气门运动，使发动机产生四行程循环运动。同时，通过灵活控制凸轮轴的运行，还可调节气门的升程和正时，从而提高发动机的性能。在进气、压缩、做功、排气四个行程中，曲轴转两周，而进排气门只动作一次，因此，必须让凸轮轴的转速是曲轴转速的一半，才能上下合拍，也就是达到正时。因此，凸轮轴齿（带）轮直径是曲轴齿（带）轮直径的两倍大，以使它的转速慢下一半。6第三节

配气相位与换气过程换气过程是指从排气门开启到进气门关闭的整个过程。一、排气过程从排气门打开到排气下止点这段曲轴转角内，缸内气体压力高于排气管内的排气背压，缸内气体一边对活塞做功，一边可以自动地排出缸外，称为自由排气阶段。活塞经过下止点后向上止点运动，活塞推动缸内气体，强制排出机外。从下止点到上止点的排气过程又称为强制排气过程。强制排气过程需要消耗发动机的有效功。第三节

配气相位与换气过程二、进气过程从进气门开启到关闭，内燃机吸入新鲜充量的整个过程称为进气过程。三、气门叠开过程四冲程内燃机换气过程还存在一个特殊的阶段：在进排气上止点前后，由于进气门的提前开启与排气门的延迟关闭，使内燃机从进气门开启到排气门关闭这段曲轴转角内，出现进排气门同时开启的状态，这一现象称为气门叠开。气门叠开对应的曲轴转角称为气门重叠角。第三节

配气相位与换气过程气门叠开过程气门叠开期间，进气管、气缸、排气管三者直接连通，此时气体流动方向取决于三者间的压力差。自然吸气发动机：点燃式内燃机气门重叠角一般比较小；压燃式发动机可采用较大的气门重叠角。增压发动机：采用较大的气门重叠角，但重叠角过大易造成气门与活塞运动干涉。通常，增压柴油机的气门重叠角为80°～140°。转速高的发动机宜采用较大的气门重叠角和气门开启持续期，以提高发动机充气效率。第三节

配气相位与换气过程排气提前角：内燃机的排气门在膨胀（做功）行程到达下止点前的某一曲轴转角位置提前开启，这一角度称为排气提前角。排气迟闭角：排气门在上止点后关闭的角度对应的曲轴转角。进气提前角：进气门在进气行程上止点前提前开启的角度对应的曲轴转角。进气迟闭角：进气门在进气行程下止点后某个曲轴转角关闭，这个滞后角度称为进气门迟闭角。第三节

配气相位与换气过程四、充气效率η评价发动机换气过程完善的程度可采用充气效率指标，它是指每循环实际进入气缸的充量与进气状态下充满气缸工作容积的理论充量的比值。——实际进入气缸的充量体积、质量；——进气状态下充入气缸容积的理论充量的体积、质量。进气状态：当时、当地的大气状态（非增压机型）或增压器压气机出口的气体状态（增压机型）。柴油机充气效率一般在0.75～0.90；汽油机充气效率一般在0.70～0.85。第三节

配气相位与换气过程配气相位与示功图气门升程与示功图第三节

配气相位与换气过程补充知识：可变气门有什么好处？当人快速奔跑时，氧气消耗量就会增大。为了吸入更多的空气，你会自然地张大嘴巴；反之，如果平常走路时，你的嘴巴不会张得太大。对于发动机来讲，也是如此，当高转速时，也需要吸入更多的空气（混合气），因此如能把气门提得更高些（改变气门升程），或者延长气门的打开时间（改变气门正时），便可满足需求，从而提高动力；反之，当发动机运行在低速时，则可以降低气门的升程或缩短打开时间，减少混合气吸入量，从而节省燃料。但是，传统发动机的气门升程和正时都是固定的，不论你是否需要更多的氧气，它都是张一样大的嘴，吸入同样多的气体，这样对节油和提高动力都不利。因此，现在各种各样的可变气门便应运而生。虽然各厂家所采用的执行机构不尽相同，但基本都是控制气门的升程或正时，或对两者同时控制，因为气缸的进、排气量主要取决于气门的升程和正时。可变气门可以使气门在低速时进排气少点，在高速时增大进排气，减少燃油浪费，使燃烧更完全，对动力、节油、排放均有好处。7可变气门控制可变气门控制发动机充气效率和功率与发动机转速关系图可变气门控制发动机同样需要由于运转负荷的增加而调整进排气量，于是就应运而生了可变气门正时系统。目前的可变气门正时系统调节方式有两种：一种是通过调节气门的开闭时间从而达到调整“呼吸”量的效果，如：凯美瑞VVT-i发动机；另一种是通过调整气门升程改变单位时间的进气流量，如：雅阁i-VTEC发动机。从技术的种类来讲，雅阁的可变气门升程要略胜一筹。可变气门控制VVT（VariableValveTiming）可变气门正时。由于采用电子控制单元（ECU）控制，因此丰田起了一个好听的中文名称叫“智慧型可变气门正时系统”。该系统主要控制进气门凸轮轴，又多了一个小尾巴“i”，就是英文“Intake”（进气）的代号。这些就是“VVT-i”的字面含义了。VVT-i是一种控制进气凸轮轴气门正时的装置，它通过调整凸轮轴转角配气正时进行优化，从而提高发动机在所有转速范围内的动力性、燃油经济性，降低尾气排放。可变气门控制大众早期应用的可变气门正时技术曲轴通过正时皮带驱动缸盖上的排气凸轮轴，所以排气凸轮轴的配气正时是固定不变的，排气凸轮轴利用正时链条驱动进气门，在正时链条内安装有液压调节器，来调节正时链条的工作状态。当这个液压可变正时调节器下降时，两轴间链条上部放松，加快进气门关闭，从而减小进气迟闭角；反之，当正时调节器上升时，减慢进气门关闭，增大进气迟闭角。这套装置虽然有Motronic发动机电脑单元进行配合，但它依然不容易被控制，虽然增加了进气迟闭角度，但气门叠开角度却有所减小，技术比日系的VVT落后许多。即使它也是一种正时可变气门技术，但大众并未拿出来大肆宣传。帕萨特、宝来、奥迪的1.8T和2.8V6可变气门正时技术进气排气可变气门控制大众第二代可变气门正时技术外转子上有正时链齿，由正时链条驱动，内转子通过螺栓与凸轮轴连接，内外转子之间有叶片，叶片将内外转子的空腔分为提前腔和迟后腔，当提前腔油压增大，迟后腔油压减小时，叶片推动内转子相对于外转子顺转（设凸轮轴转向为顺转），则气门的开启时刻提前。相反，当提前腔油压减小，迟后腔油压增大时，叶片推动内转子相对于外转子逆转（设凸轮轴转向为顺转），则气门的开启时刻迟后。大众第三代

——奥迪AVS系统大众第三代

——奥迪AVS系统可变气门控制宝马Valvetronic可变气门控制VTEC（VariableValveTimingandLiftElectronicControlSystem）可变气门正时及升程电子控制系统，其主要作用是在低速时提供良好的燃油经济性和运转平顺性，在高转速时增加扭矩输出，以提高加速性能。可变气门控制VTEC一般汽油引擎在高速巡航低负载时，因速度不需再提高，驾驶者只会轻踩油门以保持同样速度，节气门开启角度相对缩小（也就是说高速巡航时节气门的开度很小），进气阻力很大。通常，VTEC切换至高角度凸轮的时机，是在引擎达到4800转以上，而思域R18A1引擎上的VTEC的切换时机是设定在1000～3500rpm之间的任一转速域内，提早切换至高角度凸轮，通过进气阻力控制可获得节省油耗的目的。在车辆巡航的时候让高角度凸轮轴介入，通过加大气门开度来减少进气阻力。怠速/加速凸轮怠速/加速凸轮巡航凸轮巡航凸轮可变气门控制CVVT（ContinueVariableValveTiming）：连续可变气门正时机构。

韩国现代轿车:CVVT是一种通过电子液压控制系统改变凸轮轴打开进气门的时间早晚，从而控制所需的气门重叠角的技术。Nissan的CVTC(ContinuousValveTimingControl)连续可变气门正时控制系统三菱独步全球的MIVEC（MitsubishiInnovativeValveTimingElectronicControlSystem）高效节油可变气门正时系统。Valvetronic:无级可调电子气门控制，自动调节凸轮轴相位，适应发动机在高、中、低不同转速下所需要的配气相位。可变气门控制可变气门控制Valvetronic（连续可变阀门时序结构）德国博世（Bosch）公司的汽油直喷系统“DI-Motronic”已被“宝马7系列”的V型12缸引擎采用。新型V型引擎的汽油直喷系统共两个压缩机，每排气缸各配一个。压缩机通过电磁铁控制阀门，以精确的时序向燃烧室喷射汽油。燃烧量通过精确测定吸入空气量来决定。

通过配合作用DI-Motronic和Valvetronic，在排量6.0L时，最高输出功率可达327kW，最大扭矩可达600N·m。而且，还可减少尾气中的有害物质，符合欧Ⅳ尾气排放标准。可变气门控制Valvetronic（连续可变阀门时序结构）BMW可变气门控制可变气门控制D-VVT（DualVariableValveTiming）进排气气门连续可变正时技术。DVVT发动机采用的是与VVT发动机类似的原理，利用一套相对简单的液压凸轮系统实现功能。不同的是，VVT的发动机只能对进气门进行调节，而DVVT发动机可实现对进排气门同时调节，具有低转数大扭矩、高转数高功率的优异特性，技术上处于领先地位。通俗点讲，就像人的呼吸，能够根据需要有节奏地控制“呼”和“吸”，当然比仅仅能控制“吸”拥有更高的性能。正是基于这一技术上的领先地位，搭载DVVT发动机的车型参数都是同级中最大的。可变气门控制日产VVEL气门升程可变系统螺套的横向移动可以带动控制杆转动，控制杆转动时上面的摇臂随之转动，而摇臂又与linkB（连杆B）相连，摇臂逆时针转动时就会带动linkB去顶气门挺杆上端的输出凸轮，最后输出凸轮就会顶起气门来改变气门升程。而日产就是通过这么一套简单的连杆和螺杆的组合实现了气门升程的连续可调。可变气门控制菲亚特的Multiair系统机构示意图105（一）概述（二）机械增压（三）涡轮增压（四）复合增压补充：FSI、TFSI、TSI第四节

发动机增压106（一）概述增压：将空气预先压缩然后再供入气缸，以期提高空气密度、增加进气量的一项技术。优点：由于进气量增加，可相应地增加循环供油量，从而提高发动机功率；改善燃油经济性。类型：涡轮增压机械增压气波增压汽、柴油机的增压情况几种常见的增压车型返回107汽、柴油机的增压情况1880年，德国研究发动机增压技术，一战期间应用于飞机上，采用机械式增压器，航空发动机轻量化。1905年，瑞典人AlfredBuchi博士申请了第一款涡轮增压器的专利——动力驱动的轴向增压器。瑞典（Saab）萨博公司是第一家把涡轮增压器应用到汽车产品上的汽车制造商。随着材料科学及制造技术的进步，柴油机的涡轮增压技术在20世纪中叶开始大规模应用，并逐步推广到汽油机。目前绝大部分的大功率柴油机、半数以上的车用柴油机以及相当比例的高性能汽油机均采用了增压技术。一般而言，增压后的功率可比原机提高40％~60％甚至更多，发动机的平均有效压力最高可达到3MPa，发动机的燃油经济性也有所提高，增压已经成为发动机强化最有效的手段之一。返回108TDI(TurboDirectInjection)涡轮增压直接喷射下一页109奥迪V6增压发动机下一页110V6;TFSITurbo-chargingFuelStratifiedInjection涡轮增压燃油分层喷射111奔驰C级车尾，KOMPRESSOR为机械增压德文翻译compressor112宝马——3.0LN55涡轮增压DOHC直6发动机

113宝马发动机114奥迪V6增压发动机115（二）机械增压增压器：由转子、壳体等构成驱动：由发动机曲轴经过齿轮增速器驱动;齿形带及电磁离合器驱动优点：低速增压效果好、与发动机容易匹配、结构紧凑、简单、工作可靠、寿命长缺点：驱动增压器消耗发动机功率通过增速器驱动通过齿形带驱动116机械增压器117奥迪A6机械增压器118机械增压器的安装位置返回119

（三）涡轮增压（Turbo）1、涡轮增压系统分类：单涡轮增压系统双涡轮增压系统宝马双涡管单涡轮增压（twin-scrollturbocharger）发动机120单涡轮增压121双涡轮增压双涡轮增压一般称为Twinturbo或Biturbo:串联一大一小两只涡轮;并联两只同样的涡轮122双涡管涡轮增压发动机双涡管与单涡管的区别对比单涡管，双涡管具有很好的低扭性能，能有效减少TurboLag。123twin-scrollturbocharger双涡管涡轮增压系统，采用单涡轮形式，只不过它是将发动机的排气歧管分为两个导管，并将每三个气缸中的6个排气门接通在一根导管上通向涡轮增压器，废气依旧按照按照“1-5-3-6-2-4”的顺序从气缸内排出，而两个涡管则由于排气时间上的不同前后依次将废气送入涡轮增压器，也就使得涡轮增压器受到前后两股气体的带动，从而实现了利用一个涡轮达到双增压的效果。这一技术改进了普通双涡轮增压结构重量大、成本高的弊端，降低了发动机重量以及制造成本。另外，双涡管结构还减小了排气歧管内的气流干涉，使尾气流更加顺畅。124宝马双涡管单涡轮增压（TwinScroll）1252、径流式涡轮增压器组成：涡轮机、压气机、中间体、旁通阀原理：将发动机排出的废气引入涡轮机，利用废气的能量推动涡轮机叶轮旋转，并带动与其同轴安装的压气机叶轮工作，新鲜空气在压气机增压后进入气缸优点：经济性好、可降低有害物的排放和噪声水平缺点：低速时转矩增加不多，而且发动机工况变化时，瞬态响应差，加速性能差126涡轮增压器构造127涡轮增压器实体128涡轮增压器增压原理涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮机内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率。1293、增压压力的调节（1）旁通阀作用：调节增压压力工作原理：控制膜盒中的膜片将膜盒分为上、下两个室。上室为空气室经连通管与压气机出口相通；下室为膜片弹簧室，膜片弹簧作用在膜片上，膜片通过连动杆与排气旁通阀连接。当压气机出口压力低于限定值时，膜片在膜片弹簧的作用下上移，并带动连动杆将排气旁通阀关闭；当增压压力超过限定值时，增压压力克服膜片弹簧力，推动膜片下移，并带动连动杆将排气旁通阀打开，使部分排气不经过涡轮机直接排放到大气中