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第三讲第三讲 配气机构配气机构概述概述气门间隙气门间隙配气相位配气相位配气机构的组成和零件配气机构的组成和零件3.1概述概述一、功用：一、功用：按照发动机每个气缸内所进行的工作循环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、和发火次序的要求，定时开启和关闭气缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气排气门，使新鲜可燃混合气(汽油机汽油机)或空气或空气(柴柴油机油机)得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出。排出。二、充气效率：二、充气效率：在进气行程中，实际进入气缸内的新鲜空气或在进气行程中，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满气缸工作容积的新鲜空气或可燃混合气的质量之比。量之比。0 M 进气过程中，实际进入气缸的新气的质进气过程中，实际进入气缸的新气的质量；量；在理想状态下，充满气缸工作容积的新气在理想状态下，充满气缸工作容积的新气质质 量。量。3.2配气机构的布置和工作情况配气机构的布置和工作情况一、气门的布置型式一、气门的布置型式1、气门顶置式、气门顶置式组成：组成：工作过程工作过程特点：特点：A、气门行程大，结构较复杂，燃烧室紧凑。、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、曲轴与凸轮轴传动比为2:1。2、气门侧置式、气门侧置式 进排气门都布置在气缸进排气门都布置在气缸的一侧，结构简单、零件数的一侧，结构简单、零件数目少。目少。气门布置在同一侧导致气门布置在同一侧导致燃烧室结构不紧凑、热量损燃烧室结构不紧凑、热量损失大、进气道曲折、进气阻失大、进气道曲折、进气阻力大，使发动机性能下降，力大，使发动机性能下降，已趋于淘汰。已趋于淘汰。二、凸轮轴的布置型式二、凸轮轴的布置型式1、凸轮轴下置、凸轮轴下置不利因素：凸不利因素：凸轮轴与气门相轮轴与气门相距较远，动力距较远，动力传递路线较长，传递路线较长，环节多，因此环节多，因此不适用于高速不适用于高速发动机。发动机。有利因素：简有利因素：简化曲轴与凸轮化曲轴与凸轮轴之间传动装轴之间传动装置，有利于发置，有利于发动机的布置。动机的布置。2、凸轮轴中置式、凸轮轴中置式传动方式：凸传动方式：凸轮轴经过挺柱轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，直接驱动摇臂，省去了推杆。省去了推杆。应用：适用于应用：适用于发动机转速较发动机转速较高时，可以减高时，可以减少气门传动机少气门传动机构的往复运动构的往复运动质量。质量。凸轮轴凸轮轴挺柱挺柱活塞活塞摇臂摇臂调整螺钉调整螺钉3、凸轮轴上置式应用：高速发动机应用：高速发动机桑塔纳轿车发动机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、气门间隙三、气门间隙1、概念：、概念：气门间隙：为保证气门关闭严密，通常发动机在冷态气门间隙：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。或凸轮）之间留有适当的间隙。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0.250.30排气门排气门0.300.35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？四、配气相位四、配气相位1、气门从开启到关闭所经历的曲轴、气门从开启到关闭所经历的曲轴转角，称为配气相位。转角，称为配气相位。1030 4080 4080 1030 上止点下止点配气相位演示配气相位演示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，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。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（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五、凸轮轴的传动方式五、凸轮轴的传动方式传动方式传动方式传动路线传动路线应用应用齿轮传动齿轮传动曲轴正时齿轮（钢）曲轴正时齿轮（钢）凸轮轴凸轮轴正时齿轮（铸铁或胶木）正时齿轮（铸铁或胶木）凸轮轴下置、凸轮轴下置、中置式配气中置式配气机构机构链条传动链条传动曲轴曲轴链条链条凸轮轴正时齿轮凸轮轴正时齿轮凸轮轴上置凸轮轴上置式配气机构式配气机构齿形带传动齿形带传动曲轴曲轴齿形皮带齿形皮带凸轮轴正时凸轮轴正时齿轮齿轮凸轮轴上置凸轮轴上置式配气机构式配气机构传动方式图例传动方式图例一汽轿车的齿形带传动装置一汽轿车的齿形带传动装置凸轮轴凸轮轴曲轴曲轴3.3 配气机构的组件和工作情况配气机构的组件和工作情况一、气门组一、气门组气门组实物图气门组实物图1、气门、气门功用：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，承受冲击力、高温冲击、高速气流冲击。承受冲击力、高温冲击、高速气流冲击。工作条件：工作条件：A、进气门、进气门570670K，排气门，排气门10501200K。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、冷却和润滑条件差，、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。、被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。性能：性能：强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨进气门进气门570670K（铬钢或（铬钢或铬镍钢）铬镍钢）排气门排气门10501200K（硅铬（硅铬钢）钢）头部头部杆部杆部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、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。排气门都可采用。凸顶式凸顶式（球面顶）（球面顶）适用于排气门，因为其强度高，排气阻力小，废气的清适用于排气门，因为其强度高，排气阻力小，废气的清除效果好，但球形的受势面积大，质量和惯性力大加工除效果好，但球形的受势面积大，质量和惯性力大加工较复杂。较复杂。凹顶式凹顶式（喇叭顶）（喇叭顶）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，少进气阻力，但其顶部受热面积大，故适用于进气门，而不宜用于排气门。而不宜用于排气门。气门实物图气门实物图进气门进气门排气门排气门气门锥角气门锥角气门锥角：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。气门顶部平面的夹角。锥角作用：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。、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。、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。、避免气流拐弯过大而降低流速。装配前应将装配前应将密封锥面研密封锥面研磨。磨。边缘应保持边缘应保持一定的厚度，一定的厚度，13。气门杆气门杆较高的加工精度，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、锁环形槽、锁销孔销孔凹槽凹槽易断裂处易断裂处2、气门座、气门座气门座：气门座：气缸盖的进、排气道与气门锥面相结气缸盖的进、排气道与气门锥面相结合的部位。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。气门座气门座气门座圈：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：提高气门座的使用寿命，便于更换。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，脱落时易造成严重缺点：导热性差，加工精度高，脱落时易造成严重事故。事故。3、气门导管、气门导管作用：作用：为气门的运动导向，保证气门直线运动兼起导热作用。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：工作条件：工作温度较高，约工作温度较高，约500K。润滑困难，易磨损。润滑困难，易磨损。材料：材料：用含石墨较多的铸铁，能提高自润滑作用。用含石墨较多的铸铁，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0.050.12。气门导管气门导管气缸盖气缸盖过盈配合过盈配合卡环：防止气门卡环：防止气门导管在使用中脱导管在使用中脱落。落。倒角倒角伸入深度应适量。锥伸入深度应适量。锥度可减少气流阻力。度可减少气流阻力。4、气门弹簧、气门弹簧功用：保证气门的回位。功用：保证气门的回位。材料：高锰碳钢、铬钒钢材料：高锰碳钢、铬钒钢气门弹簧的装配气门弹簧的装配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气门弹簧气门弹簧圆柱形螺旋弹簧圆柱形螺旋弹簧圆柱等螺距弹簧圆柱等螺距弹簧不等距弹簧不等距弹簧应用：应用：7560不等螺距弹簧安装不等螺距弹簧安装时应注意什么问题时应注意什么问题？随着有效圈数的减随着有效圈数的减少，自然频率提高。少，自然频率提高。双弹簧布置双弹簧布置旋向相反的旋向相反的两个弹簧，两个弹簧，防止断裂的防止断裂的弹簧卡入另弹簧卡入另一弹簧一弹簧应用车型：应用车型：奥迪奥迪100，捷达，桑塔纳，捷达，桑塔纳,广州标致广州标致505二、气门驱动组二、气门驱动组1、组成、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、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。当的气门间隙。凸轮轴凸轮轴挺柱挺柱推杆推杆摇臂摇臂凸轮轴正凸轮轴正时齿轮时齿轮摇臂轴摇臂轴凸轮轴凸轮轴作用：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。工作顺序、配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：优质钢、合金铸铁、球墨铸铁优质钢、合金铸铁、球墨铸铁结构：结构：凸轮凸轮凸轮轴轴颈凸轮轴轴颈驱动分电器的螺旋齿轮驱动分电器的螺旋齿轮凸轮凸轮工作条件：工作条件：承受气门弹簧的张力，间歇承受气门弹簧的张力，间歇性的冲击载荷。性的冲击载荷。凸轮性能：凸轮性能：表面有良好的耐磨性，足够表面有良好的耐磨性，足够的刚度。的刚度。凸轮与挺柱线接凸轮与挺柱线接触，接触压力大，触，接触压力大，磨损快。磨损快。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消除气门间隙阶段间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出现气门间隙阶段间隙阶段缓冲结束点缓冲结束点同名凸轮的相对角位置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同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置是与相应的配气相位相对应的。气相位相对应的。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：1243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。的轴向力。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调节环控制轴向窜动利用调节环控制轴向窜动窜动量窜动量凸轮轴的驱动凸轮轴的驱动A、齿轮传动：应用在下置凸轮、齿轮传动：应用在下置凸轮轴发动机。采用斜齿齿轮。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、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。于中置式或顶置式凸轮轴发动机。曲轴正时曲轴正时齿形带轮齿形带轮中间轴齿中间轴齿形带轮形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2、挺柱、挺柱（1）作用：将凸轮的推力传给推杆或气门。）作用：将凸轮的推力传给推杆或气门。（2）挺柱的分类：）挺柱的分类：菌式菌式气门侧置式气门侧置式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减小摩擦所造成的对挺柱的侧向力。多用挺柱的侧向力。多用于大缸径柴油机。于大缸径柴油机。挺柱端面与凸轮的关系挺柱端面与凸轮的关系锥形凸轮锥形凸轮凸轮为何要成锥凸轮为何要成锥形？形？把凸轮制成锥形。这样,在工作时,由于凸轮与挺柱的接触点偏离挺柱轴线,当挺柱被凸轮顶起上升时,接触点的摩擦力使其绕本身轴线液力挺柱液力挺柱挺柱体挺柱体柱塞柱塞球形支座球形支座卡环卡环柱塞弹簧柱塞弹簧单向阀单向阀单向阀架单向阀架柱塞腔柱塞腔挺柱体腔挺柱体腔进油口进油口进油通道进油通道结构：结构：性能：性能：消除了配气机构的消除了配气机构的间隙，减小了各零间隙，减小了各零件的冲击载荷和噪件的冲击载荷和噪声提高发动机高速声提高发动机高速时的性能。时的性能。(1)液压挺柱的作用自动补偿气门间隙，并具有以下优点:取消了调整气门间隙的零件，使结构大为简化；不用调整气门间隙，极大地简化了装配、使用和维修过程；消除了由气门间隙引起的冲击和噪声，减轻了气门传动组件之间的摩擦。挺柱体是液压挺柱的基础件，外圆柱面上加工有环形油槽，顶部内侧加工有键形油槽，中部内圆柱面用来安装油缸。机油通过缸盖上的主油道及专门设计的量孔、斜油孔进入挺柱 体环形油槽，再经键形油槽进入柱塞上部的低压油腔。这样缸盖主油道与液压挺柱的低压油腔之间便形成了一个通路。油缸与柱塞 油缸、柱塞、单向球阀和单向阀弹簧装配到一起，便构成了气门间隙补偿偶件。球阀将油缸下部和柱塞上部分隔为两个油腔。当球阀关闭时，上部为低压油腔，下部为高压油腔；当球阀打开时，上下油腔连通。液压挺柱的工作原理低压油腔低压油腔高压油腔高压油腔键形油槽键形油槽缸盖油道缸盖油道环形油槽环形油槽单向阀单向阀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打开时气门打开时当凸轮的升程段与挺柱顶面接触时，挺柱受凸轮推动力和气门弹簧力的作用，挺柱下移，高压腔内的机油被压缩，单向球阀在压力差和单向阀弹簧的作用下关闭，高、低压油腔被分隔开。由于液体的不可压缩性，油缸与柱塞成为一刚性整体推动气门打开。气门关闭时气门关闭时随着凸轮的转动，当凸轮随着凸轮的转动，当凸轮升程段结束，挺柱与国轮升程段结束，挺柱与国轮基圆段接触时，气门落座，基圆段接触时，气门落座，挺柱不再受凸轮推动力和挺柱不再受凸轮推动力和气门弹簧力的作用，高压气门弹簧力的作用，高压油油 腔中的压力油与回位腔中的压力油与回位弹簧推动柱塞上行，高压弹簧推动柱塞上行，高压油腔的压力下降，单向球油腔的压力下降，单向球阀打开，低压油腔中的机阀打开，低压油腔中的机油流入高压油腔，使两腔油流入高压油腔，使两腔连通。这时，液压挺柱的连通。这时，液压挺柱的顶面仍然和凸轮基圆接触，顶面仍然和凸轮基圆接触，从而达到补偿气门间隙的从而达到补偿气门间隙的作用。作用。3、气门推杆、气门推杆作用：作用：将挺柱传来的推力传给摇臂。将挺柱传来的推力传给摇臂。工作情况：工作情况：是气门机构中最容易弯曲的零件。是气门机构中最容易弯曲的零件。材料：材料：硬铝或钢硬铝或钢4、摇臂、摇臂功用：功用：将推杆或凸轮传来的力改变方向，作用到气门杆端以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。推开气门。摇臂结构示意图摇臂结构示意图气门间隙气门间隙调节螺钉调节螺钉调节螺母调节螺母摇臂摇臂摇臂轴套摇臂轴套易磨损部位易磨损部位堆焊耐磨合金堆焊耐磨合金摇臂结构示意图摇臂结构示意图润滑油道润滑油道油槽油槽润滑油道润滑油道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称套摇臂称套调整螺钉调整螺钉摇臂摇臂定位弹簧定位弹簧桑塔纳发动机的配气机构桑塔纳发动机的配气机构曲轴转角()第一缸第二缸第三缸第四缸第五缸第六缸018060作功120180180360240300360360540420480540540720600660720发火顺序为1-5-3-6-2-4发动机工作循环表发火顺序为1-5-3-6-2-4发动机工作循环表曲轴转角()第一缸第二缸第三缸第四缸第五缸第六缸018060作功排气进气作功压缩进气120压缩排气180进气作功180360240排气300作功进气压缩360压缩排气360540420进气480排气压缩作功540作功进气540720600压缩排气660进气作功720排气压缩1缸缸2缸缸3缸缸4缸缸5缸缸6缸缸进气门进气门排气门排气门1缸缸2缸缸3缸缸4缸缸5缸缸6缸缸进气门进气门排气门排气门三、本田雅阁发动机气门间隙的调整三、本田雅阁发动机气门间隙的调整1只有当缸盖温度降到只有当缸盖温度降到38度以下后，才能进行气门间隙度以下后，才能进行气门间隙调整。调整。(1)拆下缸盖罩和正时皮带上罩。拆下缸盖罩和正时皮带上罩。(2)设置设置1号气缸活塞在压缩上死点位置。凸轮轴皮带轮号气缸活塞在压缩上死点位置。凸轮轴皮带轮上的上的“”记号应位于顶部，皮带轮上的上死点槽口应与记号应位于顶部，皮带轮上的上死点槽口应与缸盖表面平齐。缸盖表面平齐。(3)调节调节1号气缸进、排气门的间隙号气缸进、排气门的间隙进气门：进气门：026 002；排气门：排气门：030 002。(4)松开锁止螺母，松开锁止螺母，转动调节螺钉，直到转动调节螺钉，直到厚薄规前后移动时感厚薄规前后移动时感觉到有一点拖滞为止。觉到有一点拖滞为止。(5)拧紧锁止螺母，拧紧锁止螺母，再检查气门间隙，再检查气门间隙，如有必要，重新进如有必要，重新进行调整。行调整。实物图测量气门间隙测量气门间隙拧松紧定螺母，调正调节螺钉拧松紧定螺母，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)，“”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继续逆时针方向转动曲轴180。使第。使第4号号气缸活塞处于压缩上死点位置。调节第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。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，“”记号应在进气门侧。调节第2号气缸进、排气门的间隙。整个系统由发动机主电脑（）控制，接收发动机传感器（包括转速、进气压力、车速、水温等）的参数并进行处理，输出相应的控制信号，通过电磁阀调节摇臂活塞液压系统，从而使发动机在不同的转速工况下由不同的凸轮控制，影响进气门的开度和时间。多气门随着技术的发展，汽车发动机的转速已经越来越高，现代轿车发动机的转速一般可达每分钟5500转以上，完成四个工作过程只需0.005秒时间，传统的两气门已经不能胜任在这么短促的时间内完成换气工作，限制了发动机性能的提高。解决这个问题的方法只能是扩大气体出入的空间。换句话就是用空间换取时间。多气门技术是解决问题的最好方法，直至80年代推广多气门技术才使发动机的整体质量有了一次质的飞跃。多气门发动机是指每一个气缸的气门数目超过两个，即两个进气门和一个排气门的三气门式；两个进气门和两个排气门的四气门式；三个进气门和两个排气门的五气门式。目前轿车上的多气门发动机多是四气门式的。四缸发动机有16个气门，6气缸发动机有24个气门，8气缸发动机就有32个气门。例如日本凌志400型轿车的发动机 就是8缸32个气门。增加了气门数目就要增加相应的配气机构装置，构造比较复杂，一般由两支顶置式凸轮轴来控制排列在气缸燃烧室中心线两侧的气门。气门布置在气缸燃烧室中心两侧倾斜的位置上，是为了尽量扩大气门头的直径，加大气流通过面积，改善换气性能，形成一个火花塞位于中央的紧凑型燃烧室，有利于混合气的迅速燃烧。可变配气相位