汽车构造 配气系统

第三章第三章 配气机构配气机构气门组气门组配气机构的功用及组成配气机构的功用及组成 配气配气定时及气门间隙定时及气门间隙气门传动组气门传动组3.13.1配气机构的功用及组成配气机构的功用及组成 按照发动机每个气缸内所进行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，的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭气缸的进、排气定时开启和关闭气缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气门，使新鲜可燃混合气(汽油机汽油机)或空气或空气(柴油机柴油机)得以及时进入气得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。缸，废气得以及时从气缸排出。一、功用一、功用二、组成二、组成配气机构由气门组和气门传配气机构由气门组和气门传动组组成，每组零件组成与动组组成，每组零件组成与气门位置、凸轮轴位置和气气门位置、凸轮轴位置和气门驱动形式有关。门驱动形式有关。三、配气机构的分类三、配气机构的分类 目前国产的汽车发动目前国产的汽车发动机都采用气门顶置式机都采用气门顶置式配气机构。配气机构。压缩比受到限制，进压缩比受到限制，进排气门阻力较大，发排气门阻力较大，发动机的动力性和高速动机的动力性和高速性均较差，逐渐被淘性均较差，逐渐被淘汰。汰。1 1、2、凸轮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优点：凸轮轴离曲轴近，齿轮传动；缺点：零件多传动链长，机构刚度差。适用于低速发动机特点:缩短了推杆,减轻了配气机构的往复运动质量，增大了机构的刚度，更适用于较高转速的发动机。运动件少，传动链短，机构刚度大，适合高速发动机3、按凸轮轴的传动方式：、按凸轮轴的传动方式：齿轮、链条和齿形带传动齿轮、链条和齿形带传动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、中凸轮轴下置、中置式配气机构置式配气机构链条传动链条传动 凸轮轴上置式配凸轮轴上置式配气机构气机构 齿形带传动齿形带传动 凸轮轴上置式配凸轮轴上置式配气机构气机构4、每每缸缸四四气气门门的的布布置置5、按气门驱动形式：、按气门驱动形式：摇臂驱动、摆臂驱动和直接驱动三种摇臂驱动、摆臂驱动和直接驱动三种（1）摇臂驱动、单凸轮轴上置式配气机构（2）摆臂驱动、凸轮轴上置式配气机构比摇臂驱动式刚度更好，更有利于高速发动机，广泛应用于轿车发动机。（3）直接驱动、凸轮轴上置式配气机构 凸轮通过吊杯形机械或液力挺柱驱动气门。这种机构刚度最大，能量损失少，在高度强化的轿车发动机上得到广泛的应用。3.23.2配气定时及气门间隙配气定时及气门间隙 1 1、定义：、定义：气门从开启气门从开启到关闭所经历的曲轴转到关闭所经历的曲轴转角，称为角，称为配气相位（配配气相位（配气定时）气定时）。030 3080 4080 030 上止点上止点下止点下止点一、配气定时一、配气定时（1 1）进气门早开：）进气门早开：进气门在进气行程上止点之前开启称为进气门早开。（2 2）进气提前角）进气提前角:进气门开到上止点曲轴所转过的角度。（3）进气门晚关：进气门晚关：进气门在进气行程下止点之后关闭称为进气门晚关。（4 4）进气迟后角）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。（5 5）排气门早开：）排气门早开：排气门在作功行程结束之前，即在作功行程下止点之前开启称为排气门早开。（6 6）排气提前角）排气提前角:从排气门开启到下止点曲轴转过的角度。（7 7）排气门晚关：）排气门晚关：排气门在排气行程结束之后，即在排气行程上止点之后关闭，谓之排气门晚关。（8 8）排气迟后角）排气迟后角:从上止点到排气门关闭曲轴转过的角度。搞清楚几个重要的概念搞清楚几个重要的概念进气门早开的目的进气门早开的目的是为了在进气开始时进气门能有较大的开度或较大的进气通过断面，以减小进气阻力，使进气顺畅；进气门晚关的目的进气门晚关的目的是为了充分利用气流的惯性，在进气迟后角内继续进气，以增加进气量。排气门早开的目的排气门早开的目的是为了在排气门开启时气缸内有较高的压力，使废气能以很高的速度自由排出，并在极短的时间内排出大量废气；排气门晚关的目的排气门晚关的目的是为了利用废气流动的惯性，在排气迟后角内继续排气，以减少气缸内的残余废气量。进、排气门为什么要早开晚关?配气相位演示配气相位演示2、气门重叠、气门重叠气门重叠：气门重叠：当进气门早开和排气门迟关时，出现的进排气门当进气门早开和排气门迟关时，出现的进排气门同时开启的现象。同时开启的现象。气门重叠角：气门重叠角：气门同时开启的角度（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重叠角气门重叠角 气门重叠角的出现，会不会使新气进入气缸后就随废气一起排出汽缸呢？如果气门重叠角选择适当，可以使进气更充分，排气如果气门重叠角选择适当，可以使进气更充分，排气更干净。这是因为虽然进排气门同时开启，但是由于更干净。这是因为虽然进排气门同时开启，但是由于新气和废气均有较大的流动惯性，新气和废气按照各新气和废气均有较大的流动惯性，新气和废气按照各自的路线流动，互不掺混。自的路线流动，互不掺混。若进气提前角过大，则废气可能流入进气歧管，使进气若进气提前角过大，则废气可能流入进气歧管，使进气量减少；若排气迟后角过大，则新气可能随同废气排出量减少；若排气迟后角过大，则新气可能随同废气排出气缸。气缸。不同发动机，结构转速不同，配气定时不同；即便不同发动机，结构转速不同，配气定时不同；即便是同一台发动机，其配气定时也应随转速变化而变是同一台发动机，其配气定时也应随转速变化而变化。化。二、可变配气定时机构二、可变配气定时机构 当发动机在低速运转时，气流惯性小，若此时配气定时保持不变，则部分进气将被活塞推出气缸，使进气量减少，气缸内残余废气将会增多。当发动机在高速运转时，气流惯性大，若此时增大进气迟后角和气门重叠角，则会增加进气量和减少残余废气量，使发动机的换气过程臻于完善。所以，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。马自达马自达6的可变配气定时机构的可变配气定时机构进气提前进气提前进气迟后三、气门间隙三、气门间隙气门间隙气门间隙：为保证气门关闭严密，通常发动机在冷态装配时，在气门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。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0.300.300.35mm0.35mm概念：概念：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 气门组气门组气门组实物图气门组实物图锁片锁片弹簧座弹簧座一、气门一、气门A A、进气门、进气门570K570K670K670K，排气门，排气门1050K1050K1200K1200K。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蚀。、被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。1、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，承受传动机构冲击力、高温热负荷、腐蚀、高速气流冲击。承受传动机构冲击力、高温热负荷、腐蚀、高速气流冲击。头部头部杆部杆部2 2、工作条件：、工作条件：3 3、性能：、性能：强度和刚度大、耐强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨热、耐腐蚀、耐磨进气门：铬钢进气门：铬钢或铬镍钢；或铬镍钢；排排气门：硅铬钢气门：硅铬钢4、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、排气结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也较小，进、排气门都可采用。门都可采用。凸顶式（球凸顶式（球面顶）面顶）适用于排气门，因为其强度高，排气阻力小，废气的清除效适用于排气门，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，加工较复杂。果好，但球形的受热面积大，质量和惯性力大，加工较复杂。凹顶式（喇凹顶式（喇叭顶）叭顶）凹顶头部与杆部的过渡部分具有一定的流线形，可以减少进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，而不宜用气阻力，但其顶部受热面积大，故适用于进气门，而不宜用于排气门。于排气门。5 5、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顶部平面的气门头部与气门座圈接触的锥面与气门顶部平面的夹角。夹角。锥角作用：锥角作用：A A、获得较大的气门座压力，提高密封性和导热性。、获得较大的气门座压力，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。装配前应将密封装配前应将密封锥面研磨。锥面研磨。边缘应保持一定的边缘应保持一定的厚度，厚度，1 13mm3mm。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）6 6、气门杆部、气门杆部较高的加工精度，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、锁销孔环形槽、锁销孔凹槽凹槽易断裂处易断裂处二、气门导管二、气门导管作用：作用：为气门的运动导向，保证为气门的运动导向，保证气门直线运动兼起导热作用。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500K500K。润滑困难，易磨损。润滑困难，易磨损。材料：材料：灰铸铁、球墨铸铁、铁基灰铸铁、球墨铸铁、铁基粉末冶金，能提高自润滑作用。粉末冶金，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。气门导管气门导管气缸盖气缸盖过盈配合过盈配合卡环：防止气门导管卡环：防止气门导管在使用中脱落。在使用中脱落。伸入深度应适量。锥度可伸入深度应适量。锥度可减少气流阻力。减少气流阻力。三、气门座三、气门座 气门座概念：气门座概念：气缸盖的进、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。为保证气门密封为保证气门密封 气门座内圈锥角比气门锥角大气门座内圈锥角比气门锥角大1 1度。度。气门座气门座汽油机：汽油机：排气门采用镶嵌式气门座排气门采用镶嵌式气门座 柴油机：柴油机：进气门采用镶嵌式气门座进气门采用镶嵌式气门座 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。气门座圈气门座圈四、气门弹簧四、气门弹簧功用：功用：保证气门的回位。保证气门的回位。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五、气门旋转机构五、气门旋转机构 为了使气门头部温度均匀，防止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，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。有阻止沉积物形成的自洁作用。气门传动组气门传动组组成组成：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当的气门：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。间隙。凸轮轴凸轮轴挺柱挺柱推杆推杆摇臂摇臂凸轮轴正时凸轮轴正时齿轮齿轮摇臂轴摇臂轴气门传动组实物图气门传动组实物图一、凸轮轴及凸轮一、凸轮轴及凸轮作用：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顺序、配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。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：优质碳钢、合金铸铁、球墨铸铁优质碳钢、合金铸铁、球墨铸铁 结构：结构：轴颈轴颈斜齿轮斜齿轮凸轮凸轮偏心轮偏心轮正时齿轮正时齿轮斜齿轮：斜齿轮：驱动分电器、驱动分电器、（机油泵）（机油泵）偏心轮：偏心轮：驱动汽油泵驱动汽油泵凸轮凸轮凸轮性能：凸轮性能：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。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。凸轮与挺柱线接触，接触凸轮与挺柱线接触，接触压力大，磨损快。压力大，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AB 段和 DE 段为缓冲段，BCD 段为工作段 同名凸轮的相对角位置同名凸轮的相对角位置 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转方向、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发动机工作顺序及气缸数或作功间隔角有关。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：1 13 34 42 2作功间隔角为7204180曲轴转角，相当于90凸轮轴转角，即各同名凸轮间的夹角为90。1 1、正时齿轮；、正时齿轮；2 2、垫圈；、垫圈；3 3、螺、螺母；母；4 4、止推片；、止推片；5 5、螺栓；、螺栓；6 6、隔圈。隔圈。123456凸轮轴轴向定位凸轮轴的轴向定位凸轮轴的轴向定位作用：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。利用止推片进行轴向定位。的轴向力。利用止推片进行轴向定位。凸轮轴的驱动凸轮轴的驱动A A、齿轮传动：应用在下置凸轮轴发动机。采用斜齿齿轮。、齿轮传动：应用在下置凸轮轴发动机。采用斜齿齿轮。正时齿轮及正时标记正时齿轮及正时标记B B、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、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。轴发动机。曲轴正时齿曲轴正时齿形带轮形带轮中间轴齿形中间轴齿形带轮带轮张紧轮张紧轮凸轮轴正时凸轮轴正时齿形带轮齿形带轮二、挺二、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式气门顶置式滚轮式滚轮式减小摩擦所造成的对挺柱减小摩擦所造成的对挺柱的侧向力。多用于大缸径的侧向力。多用于大缸径柴油机。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：消除了配气机构消除了配气机构的间隙，减小了各零的间隙，减小了各零件的冲击载荷和噪声件的冲击载荷和噪声提高发动机高速时的提高发动机高速时的性能。性能。卡环卡环阀架阀架支承支承座座单向单向阀阀柱塞柱塞弹簧弹簧碟形碟形弹簧弹簧挺杆体挺杆体柱塞柱塞推杆推杆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单向阀单向阀弹簧被压缩弹簧被压缩三、气门推杆三、气门推杆作用：作用：将挺柱传来的推力传给摇将挺柱传来的推力传给摇臂。臂。工作情况：工作情况：是气门机构中最容易弯曲是气门机构中最容易弯曲的零件。的零件。材料：材料：硬铝或钢。硬铝或钢。短臂短臂 长臂长臂四、摇臂四、摇臂功用：功用：摇臂结构示意图摇臂结构示意图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。门。摇臂摇臂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五、摆臂与气门间隙自动补偿器五、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。桑桑塔塔纳纳发发动动机机的的配配气气机机构构小小 结结配气机构的功用及组成配气机构的功用及组成功用功用组成组成分类分类配气定时配气定时气门间隙气门间隙气门组气门组气门气门气门座气门座气门导管气门导管气门弹簧气门弹簧头部头部杆部杆部气门直径要大锥气门直径要大锥角要合适角要合适密封锥面宽度、角密封锥面宽度、角度要合适度要合适气门传动组气门传动组凸轮轴凸轮轴气门挺杆气门挺杆推杆推杆摇臂及摇臂轴摇臂及摇臂轴凸轮、挺杆凸轮、挺杆推杆、摇臂推杆、摇臂普通挺杆普通挺杆液力挺杆液力挺杆气门气门开启开启关闭关闭作业作业 1.进、排气门为什么要早开晚关?