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第三章 配气机构,第一节 气门式配气机构的布置及传动 第二节 配气定时 第三节 配气机构的组成和零件,概述,一、功用： 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，使新鲜可燃混合气(汽油机)或空气(柴油机)得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。 二、充气效率： 在进气行程中，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系统进口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。 v=M/M0 M 进气过程中，实际进入气缸的新气的质量； Mo在理想状态下，充满气缸工作容积的新气质量。,充气效率越高越好，而其大小与配气机构结构有直接的关系。,充气效率一般为何值?（取值范围）,3.1 气门式配气机构的布置及传动,功用： 适时开关进、排气门 保证进气充足，排气彻底 组成： 气门组 气门传动组,布置形式: 一、按气门安装位置 a.顶置式 b.侧置式 顶置式位于缸盖顶上 特点： 拐弯少，阻力小，充气好 结构紧，散热少，不爆燃,气门顶置式配气机构工作过程,A、气门行程大，结构较复杂，燃烧室紧凑。B、曲轴与凸轮轴传动比为2:1。,侧置式位于缸体一侧 特点： 结构简单，高度低 燃烧室结构不紧凑，散热大 拐弯多，阻力大，进气不充分，排气不彻底 气门侧置式已很少使用,二、按凸轮轴位置 下置凸轮轴位于缸体中部 CA6102Q、EQ6100Q、BJ492Q 特点： 凸轮轴传动简单 气门传动链较长,中置凸轮轴位于缸体上部 上置凸轮轴位于缸盖顶上 桑塔纳、切诺基,二、凸轮轴的布置型式,1、凸轮轴下置 有利因素：简化曲轴与凸轮轴之间的传动装置（齿轮传动），有利于发动机的布置。,不利因素是什么？,凸轮轴与气门相距较远，动力传递路线较长，环节多，因此不适用于高速发动机。,2、凸轮轴中置式,传动方式：凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，省去了推杆。 应 用：适用于发动机转速较高时，可以减少气门传动机构的往复运动质量。,凸轮轴,挺柱,活塞,摇臂,调整螺钉,3、凸轮轴上置式,应用：高速发动机 如：桑塔纳轿车发动机,凸轮轴,凸轮轴,活塞,特点： 凸轮轴与气门距离近，不需要推杆、挺柱，使往复运动的惯量减少。,双凸轮轴上置式发动机,三、按传动方式,齿轮传动：CA6102Q、EQ6100Q、BJ492Q 链条传动：切诺机 齿带传动：桑塔纳 奥迪,传动方式图例,齿带传动图例,一汽audi轿车的齿形带传动装置,凸轮轴,曲轴,气门开闭传递过程,曲轴正时齿轮带动凸轴转动 凸轮顶起挺柱经推杆使摇臂绕摇臂轴转动，压开气门。 当凸轮顶点转过挺柱时，挺柱回位，气门在气门弹簧的张力作用下逐渐关闭。,四、各缸气门数及其排列方式,相邻气门共用一个气道,进排气门交替排列,每缸4气门排列方式,每缸4气门驱动方式,常用气门顶置配气机构的类型,气门顶置，下置凸轮轴（OHV） 气门顶置，上置凸轮轴（OHC） 气门顶置，双摇臂，上置凸轮轴（OHV/OHC） 气门顶置，上置双凸轮轴（OHV/DOHC）,五、气门间隙,1、概念： 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,摇臂,气门间隙,为何排气门间隙大于进气门间隙？,气门间隙,气门间隙,气门间隙,3.2 配气定时,1、用相对于上下止点曲拐位置的曲轴转角的环形图表示的进、排气门的实际开闭时刻和开启的持续时间 ，称为配气定时图。,上止点,下止点,2、配气定时演示,3、气门叠开,气门叠开：当进气门早开和排气门晚关时，出现的进排气门同时开启的现象。 气门叠开角：气门同时开启的角度（+ ）。,排气过程,进气过程,气门叠开的后果？,由于新鲜气流和废气流的流动惯性都比较大，在短时间内是不会改变流向的，因此只要气门重叠角选择适当，就不会有废气倒流入进气管和新鲜气体随同废气排除的可能性。这对换气是有利的，但应注意，如气门重叠角过大，当汽油机小负荷运转、进气管内压力很低时，就可能出现废气倒流，使进气量减少。,3.3 配气机构的零件和组件,一、气门组 气门、气门座、气门导管、气门弹簧、弹簧座、锁片等零件组成。,要求： 保证气缸的密封。,气门组实物图,1）气门,功用：燃烧室的组成部分，是气体进、出燃烧室通道的开关，承受冲击力、高温冲击、高速气流冲击。 工作条件： A、进气门600K700K，排气门800K1100K。 B、头部承受气体压力、气门弹簧力、传动惯性力等， C、冷却和润滑条件差， D、被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。 性能： 强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨,进气门570K670K（铬钢或铬镍钢） 排气门1050K1200K（硅铬钢）,头部,杆部,气门头部的结构形式,气门与气门座实物图,进气门,排气门,气门锥角,气门锥角：气门头部与气门座圈接触的锥面与气门顶部平面的夹角。 锥角作用： A、获得较大的气门座合压力，提高密封性和导热性。 B、气门落座时有较好的对中、定位作用。 C、避免气流拐弯过大而降低流速。,装配前应将密封锥面研磨。,边缘应保持一定的厚度，13mm。,气门锥角的大小,进气门：一般为30，原因是在相同气门升程情况下，锥角小时进气阻力小；但由于头部边缘较薄，刚度差，密封性及导热性均差。 排气门：一般为45。因其热负荷较大,气门杆,圆柱形，不断做往复运动。,较高的加工精度，表面经过热处理和磨光，保证同气门导管的配合精度和耐磨性,气门杆尾部：其形状决定于弹簧座固定方式,凹槽,易断裂处,气门杆弹簧座的固定形式,凹槽（环槽）：安装两半锥形锁片。 锁销孔：用锁销固定。,充钠气门,由于发动机工作时,排气门经常处于高温条件下工作,钠约在970时为液态,具有良好的热传导能力。通过液态纳的来回运动,热量能很快从气门头部传到根部.可降低温度约l00。这样有利于降低混合气自燃的危险,从而握高了气门的使用寿命。在维修发动机时,进、排气门不能修整,只允许研磨。捷达l.6L发动机排气门内部注有钠。,充钠,2）气门座,气门座： 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。,气门座,合金铸铁、奥氏体钢,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。 汽油机：排气门采用镶嵌式气门座，进气门直接在缸盖镗 柴油机：进排气门均采用镶嵌式气门座,铝合金气缸盖为何气门座都要镶嵌气门座圈？,3）气门导管,作用： 为气门的运动导向，保证气门直线运动兼起导热作用。 工作条件： 工作温度较高，约500K。润滑困难，易磨损。 材料： 用含石墨较多的合金铸铁或粉末冶金材料，能提高自润滑作用。 加工方法： 外表面加工精度较高 ，内表面精绞 装配： 气门杆与气门导管间隙0.050.12mm。,气门导管,气缸盖,过盈配合,卡环：防止气门导管在使用中脱落。,倒角,伸入深度应适量。锥度可减少气流阻力。,4）气门弹簧,功用：保证气门的回位，使气门与气门座紧密贴合。 材料：高锰碳钢、铬钒钢,气门弹簧的装配,气门弹簧,气门弹簧座,锁片,气门弹簧,圆柱形螺旋弹簧,圆柱等螺距弹簧,不等距弹簧,随着有效圈数的减少，自然频率提高。,气门弹簧要避免发生共振（当工作频率和自身频率相等或成某一倍数时），主要措施有：不等距弹簧、双弹簧,提高弹簧自身刚度，改变其自振频率,双弹簧布置,旋向相反的两个弹簧，防止断裂的弹簧卡入另一弹簧，一根折断后另一根可继续工作,应用车型： 奥迪100，捷达，桑塔纳, 广州标致505,5）气门旋转机构,通过发动机运转振动力作用，使气门在气门座上自由的做不规则的旋转的装置，其作用是：减小气门头部受热变形，防止沉积物形成。,锥形套筒,锁片,锁 片,强制旋转机构,弹簧座,气门弹簧,支承板,碟形弹簧,壳体,作业,1、气门弹簧起什么作用？为什么在装配气门弹簧时要预先压缩？ 2、气门锥角有什么作用？,二、气门驱动组,1、组成：凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂。 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,挺柱,推杆,摇臂,凸轮轴正时齿轮,摇臂轴,1）凸轮轴,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、配气相位和气门开度的变化规律等要求。 工作条件： 承受气门间歇性开启的冲击载荷。 耐磨，抗冲击韧性，刚度。 材料： 优质钢、合金铸铁、球墨铸铁 结构：凸轮、轴颈、偏心轮、螺旋齿轮；每2气缸一个轴颈；轴颈直径前后依次减小；另有空心凸轮轴，如捷达EA113,凸轮,凸轮轴轴颈,驱动分电器的螺旋齿轮,凸轮,工作条件：承受气门弹簧的张力，间歇性的冲击载荷。 凸轮性能：表面有良好的耐磨性，足够的刚度、韧性。,凸轮与挺柱线接触，接触压力大，磨损快。,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定时相对应的。,四缸发动机凸轮投影,点火顺序： 1243,凸轮的轮廓,凸轮轮廓应保证气门的运动规律符合配气相位的要求,气门开启点,消除气门间隙阶段,气门升程最大时刻,气门关闭点,出现气门间隙阶段,缓冲结束点,凸轮轴的轴向定位：,正时齿轮,止推板,隔圈（调节环）,凸轮轴颈,凸轮轴的轴向间隙,气缸体,利用调节环控制轴向窜动,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轴向力。,凸轮轴的轴向定位：,止推轴承：第一轴承 止推片：正时齿轮与第一轴颈之间 止推螺钉：正时齿轮盖上 以上各结构中均应留有一定间隙，并可调整。,止推片,凸轮轴的驱动,A、齿轮传动：应用在下置凸轮轴发动机。采用斜齿齿轮。,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轴发动机。,曲轴正时齿形带轮,中间轴齿形带轮,张紧轮,凸轮轴正时齿形带轮,2）挺柱,（1）作用：将凸轮的推力传给推杆或气门。 （2）挺柱的分类：,挺柱端面与凸轮的关系,锥形凸轮,挺柱受凸轮侧向推力，产生一定倾斜，长期会造成挺柱与导管间的单面磨损及挺柱与凸轮间的不均匀磨损。因此将凸轮制成锥面，将挺柱底部制成球面，以使磨损均匀。,由于存在气门间隙，在高速运动时会产生较大的震动和噪声，不适宜要求行驶平稳和低噪声的发动机,凸轮为何要成锥形？,液力挺柱,挺柱体,柱塞,球形支座,卡环,柱塞弹簧,单向阀,单向阀架,柱塞腔A,挺柱体腔B,进油口,进油通道,结构： 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。,发动机工作时，机油沿主油道供到气门挺柱，并充满柱塞内腔及其下面的空腔。当气门关闭时，机油经挺柱体和柱塞上的油孔压进柱塞腔A内，并推开单向阀充人挺柱体腔B内。弹簧6使柱塞3连同压合在柱塞中的球座2紧靠着推杆，使配气机构的间隙消失。 当凸轮转到工作而使挺柱上推时推杆作用于支承座2和柱塞3上的反力力图使柱塞克服柱塞弹簧的力相对于挺柱体1向下移动，于是柱塞下部空腔内的油压迅速升高，使单向阀7关闭。由于液体的不可压缩性，整个挺柱便像一个刚体一样，按凸轮的运动规律，使气门开启、关闭。 当油压过高或者气门受热膨胀时，将有少许油液经柱塞与挺柱体的间隙处漏出去。 当气门开始关闭或冷却收缩时，柱塞所受压力减小，由于柱塞弹簧的作用，柱塞向上运动，始终保持与推杆的接触，同时柱塞下部空腔B产生真空度，于是，主油道的油压将再次推开单向阀，向挺柱体腔内充油而再度充满整个挺柱内腔。,液力挺柱,机油经2、3、4、7进入低压油腔（柱塞11上方），并经5进入高压油腔。凸轮作用，挺柱9及柱塞下移，高压油腔油压升高，使5压紧在柱塞座上，两油腔完全分离；由于液体的不可压缩，挺柱与油缸成为一个刚体，气门被打开。气门关闭后，在弹簧力作用下，挺柱上移，高压腔压力下降，凸轮与挺柱之间始终无间隙。 在气门受热时，可通过减少补油量或泄露来自动改变挺柱的高度。因此，无需气门间隙存在。,桑塔纳发动机液压挺柱工作示意图,气门关闭时,气门打开时,单向阀,弹簧被压缩,3）气门推杆,作用： 将挺柱传来的推力传给摇臂。 工作情况： 是气门机构中最容易弯曲的零件。强度要求高，尽量短。 材料： 硬铝或钢,实心推杆,硬铝推杆,钢支承,4）摇臂,摇臂结构示意图,气门间隙调节螺钉,调节螺母,摇臂,摇臂轴套,易磨损部位 堆焊耐磨合金,功用：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。,摇臂结构示意图,摇臂比=1.2-1.8,润滑油道,油槽,润滑油道,装调整螺钉和紧固螺母处,摇臂组示意图,摇臂轴,螺栓,摇臂轴支座,摇臂轴紧固螺钉,摇臂称套,调整螺钉,摇臂,定位弹簧,桑塔纳发动机的配气机构,配气机构动画,气门间隙调整原则,调整原则： 1、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： 1）画出配气定时图 2）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，并判断间隙是否可调。,利用配气定时调节气门间隙,例：=8 =31 =28 =8 点火次序：153624 一缸在压缩上止点，问那些气门的间隙可调？,1缸,5缸,3缸,6缸,2缸,4缸,三、本田雅阁发动机气门间隙的调整,1只有当缸盖温度降到38度以下后，才能进行气门间隙调整。 (1)拆下缸盖罩和正时皮带上罩。 (2)设置1号气缸活塞在压缩上死点位置。凸轮轴皮带轮上的“UP”记号应位于顶部，皮带轮上的上死点槽口应与缸盖表面平齐。,(3)调节1号气缸进、排气门的间隙 进气门：026mm 002mm； 排气门：030mm 002mm。 (4)松开锁止螺母， 转动调节螺钉，直到 厚薄规前后移动时感 觉到有一点拖滞为止。 (5)拧紧锁止螺母， 再检查气门间隙， 如有必要，重新进 行调整。,实物图,测量气门间隙,拧松紧定螺母，调正调节螺钉,(6)逆时针方向旋转曲轴180度(凸轮轴皮带轮转动90度)，“UP” 记号应在排气门侧。调节第3号气缸进、排气门的间隙。,(7)继续逆时针方向转动曲轴180。使第4号气缸活塞处于压缩上死点位置。调节第4号气缸进、排气门的间隙。,(8)再逆时针转动曲轴180。使第2号气缸活塞处于压缩上死点位置，“UP”记号应在进气门侧。调节第2号气缸进、排气门的间隙。,