第三章配气机构与进排气系统课件

第三章第三章 配气机构及进排气系统配气机构及进排气系统3.1 3.1 配气机构配气机构概述概述3.1.1 3.1.1 配气机构（配气机构（Valve TrainValve Train）的）的组成成包括气门组（见图包括气门组（见图a a）和气门传动组）和气门传动组（见图见图b b）3.1.2 2 功用：功用：按照气缸的工作按照气缸的工作顺序和工作序和工作过程的要求，程的要求，准时开闭进、排准时开闭进、排气门、向气缸供给新气（可燃混合气或空气）并及时气门、向气缸供给新气（可燃混合气或空气）并及时排出废气排出废气。即。即进饱排净进饱排净当当进、排气、排气门关关闭时，保证气缸密封保证气缸密封。m-m-进气气过程中程中,实际进入气缸的新气入气缸的新气质量量m0-在在进气状气状态(压力、温度力、温度)下下,充充满气缸工作容气缸工作容积的新气的新气质量量 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被吸入气缸愈多，则发动机可能发出的功率愈大。3.1.3 充气效率充气效率新鲜空气或可燃混合气充满气缸的程度新鲜空气或可燃混合气充满气缸的程度.3.1.4 4 配气机构的种配气机构的种类气气门顶置式置式OHVOHV（Overhead ValveOverhead Valve）配气机构）配气机构:由凸由凸轮、挺柱、推杆、挺柱、推杆、摇臂、气臂、气门和气和气门弹簧等簧等组成。成。其特点其特点是是进气阻力小，燃气阻力小，燃烧室室结构构紧凑，气流凑，气流搅动大，能达到大，能达到较高的高的压缩比。比。气气门侧置式置式SV(SideSV(Side Valve)Valve)配气机构配气机构:由凸由凸轮、挺柱、气、挺柱、气门和气和气门弹簧等簧等组成。成。缺点缺点:压缩比受到限制，比受到限制，进排气排气门阻力阻力较大，大，发动机的机的动力性和高速性均力性和高速性均较差。差。凸凸轮轴下置式下置式，主要缺点是气，主要缺点是气门和凸和凸轮轴相距相距较远，因而气，因而气门传动零件零件较多，多，结构构较复复杂，发动机高度也有所增加。机高度也有所增加。凸凸轮轴中置式中置式,凸凸轮轴位于气缸体的中部由凸位于气缸体的中部由凸轮轴经过挺柱直挺柱直接接驱动摇臂，省去推杆。臂，省去推杆。凸凸轮轴上置式上置式OHCOHC（Overhead CamshaftOverhead Camshaft）:凸凸轮轴布置在气缸盖布置在气缸盖上。上。根据凸轮轴的数量根据凸轮轴的数量SOHC（Single Overhead Camshaft）式）式-用于两气门发动机用于两气门发动机的单凸轮轴式的单凸轮轴式DOHC（Double Overhead Camshaft）式）式-用于四气门发动机用于四气门发动机的双凸轮轴式的双凸轮轴式由由OHC式的结构特点将其分为式的结构特点将其分为直接驱动式和摇直接驱动式和摇臂式臂式两种结构。两种结构。摇臂（摆臂）式（摇臂（摆臂）式（Rocker Arm）-凸轮轴必须通过摇臂或摆臂凸轮轴必须通过摇臂或摆臂驱动气门，往复运动质量小，适用于高速发动机。驱动气门，往复运动质量小，适用于高速发动机。直接驱动式直接驱动式-凸轮轴直接驱动气门。凸轮轴直接驱动气门。凸轮轴下置、中置的配气机构大多采用圆柱形正时齿轮传动，一般从曲轴到凸轮轴只需一对正时齿轮传动，若齿轮直径过大，可增加一个中间齿轮。为了啮合平稳，减小噪声，正时齿轮多用斜齿。链条与链轮的传动适用于凸轮轴上置的配气机构，但其工作可靠性和耐久性不如齿轮传动。近年来高速汽车发动机上广泛采用齿形皮带来代替传动链，齿形带传动，噪声小、工作可靠、成本低。四气四气门配气机构配气机构五气五气门配气机构配气机构3.2 配气机构的主要零部件配气机构的主要零部件3.2.1 1 气气门组气气门组的零件的零件气气门、气、气门座、气座、气门导管、气管、气门弹簧、簧、锁片片(夹)、油封等。、油封等。气气门头部部是一个具有是一个具有圆锥斜面的斜面的圆盘，气，气门锥角一般角一般为4545，也有，也有30.30.气气门头边缘应保持一定厚度保持一定厚度，一般，一般为1-3 mm1-3 mm，以防止工作中冲，以防止工作中冲击损坏和被坏和被高温高温烧蚀。气气门密封密封锥面与气面与气门座座配配对研磨研磨。进气气门头部部直径直径比排气比排气门大，两气大，两气门一一样大大时，排气，排气门有有记号。号。气气门头顶部形状有部形状有平平顶，球面，球面(凸凸)顶和喇叭形和喇叭形(凹凹)顶等等平平顶结构构简单、制造方便、吸、制造方便、吸热面面积小，小，质量小、量小、进、排气、排气门均可采用均可采用球面球面顶适用于排气适用于排气门，强强度高，排气阻力小，度高，排气阻力小，废气的气的清除效果好，但受清除效果好，但受热面面积大，大，质量和量和惯性力大，性力大，加工加工较复复杂喇叭形喇叭形顶适用于适用于进气气门，进气阻力小，但受气阻力小，但受热面面积大大中空气中空气门杆的气杆的气门减减轻气气门质量和减小气量和减小气门运运动的的惯性力。性力。中空的气中空的气门杆中填入金属杆中填入金属钠（熔点是熔点是97.897.8，沸点，沸点880880）冷却效果冷却效果优良良降低排气降低排气门的温度，增的温度，增强强排气排气门的散的散热能力。在气能力。在气门工作工作时，钠变成液体成液体，上、下激烈地振，上、下激烈地振动，从，从头部吸收部吸收热量并量并传杆，再杆，再经气气门导管管传给气缸盖，使气气缸盖，使气门头部得到部得到冷却冷却。成本比普通气成本比普通气门高出几倍高出几倍，应用用奔奔驰190190、尼桑、尼桑SRSR系列系列发动机等。机等。充充钠排气排气门（2 2）气气门导管管（图3-113-11）功用功用：起起导向作用，保向作用，保证气气门作直作直线往复运往复运动。起起导热作用，将气作用，将气门头部部传给杆身的杆身的热量，通量，通过气缸盖气缸盖传出去。出去。材料材料铸铁气缸盖的气缸盖的：采用：采用灰灰铸铁、球墨、球墨铸铁或或铁基粉末基粉末冶金制造的冶金制造的导管，管，铝合金缸盖的合金缸盖的：多采用：多采用铜锌合金制造，耐磨合金制造，耐磨性、性、导热性和加工性均比性和加工性均比较好。好。气气门导管与气管与气门杆之杆之间留有留有0.050.050.12mm0.12mm的的间隙隙 压入气缸盖的气入气缸盖的气门导管孔内，再精管孔内，再精铰内孔。内孔。工作条件：工作条件：温度温度约500K500K，润滑不良，易磨滑不良，易磨损。靠配气机构。靠配气机构飞溅润滑滑（4 4）气）气门弹簧簧（图3-123-12）功用：功用：气气门落座并落座并紧密密贴合；防止振合；防止振动时发生跳生跳动；防止各；防止各传动件之件之间因因惯性力的作用性力的作用产生生间隙；保隙；保证气气门按凸按凸轮轮廓曲廓曲线的的规律关律关闭。组成：成：套装在气套装在气门杆上，一端支承在气缸体杆上，一端支承在气缸体(或气缸盖或气缸盖)上，另一端支承上，另一端支承于装在气于装在气门杆尾端的杆尾端的弹簧座上，用簧座上，用锥形形锁片片(两片两片)或或锁销固定。固定。材料材料：用：用高碳锰钢、铬钒钢等钢丝高碳锰钢、铬钒钢等钢丝卷制而成。卷制而成。为提高疲提高疲劳强强度，度，弹簧簧丝表面要磨光、抛光或表面要磨光、抛光或喷丸丸处理，同理，同时为防止生防止生锈，弹簧表面簧表面还需需镀锌、镀铜或或进行氧化行氧化发蓝处理。理。图313 313 气气门弹簧座的固定方式簧座的固定方式结构特点采用圆柱螺旋形弹簧等螺距弹簧，双弹簧结构，变螺距弹簧变螺距弹簧在压缩时，螺距较小的弹簧两端逐渐贴合，使有效圈数逐渐减少，共振频率逐渐提高，可有效避免共振的发生，同时还可以减少弹簧的数量。变螺距弹簧安装时将大螺距一端朝上(作为活动端)，小螺距一端朝下(作为固定端)。双弹簧结构内弹簧刚度较小，内外弹簧旋向相反，防止共振防止共振，提高工作的可靠性。另外，可以减小弹簧的高度，减小安装空间。（5 5）气气门旋旋转机构机构（图3-133-13）作用作用使气使气门在工作中相在工作中相对气气门座座缓慢旋慢旋转，使气，使气门头部受部受热均匀均匀而减而减少少变形，并通形，并通过相相对旋旋转运运动中的相互中的相互摩擦摩擦产生自生自洁作用。作用。类型型一种是低摩擦型自由旋一种是低摩擦型自由旋转机构，另一种是机构，另一种是强强制旋制旋转机构。机构。3.2.2 2气气门传动组 功用：功用：传递 凸凸轮轴气气门之之间的运的运动功用功用：控制气门的开启和关闭时刻控制气门的开启和关闭时刻气门升程和工作顺序。气门升程和工作顺序。要求要求：耐磨，足够的韧性和刚度。：耐磨，足够的韧性和刚度。材料材料：优质碳钢或合金钢锻造，或合：优质碳钢或合金钢锻造，或合金铸铁、球墨铸铁铸造。金铸铁、球墨铸铁铸造。凸轮的排列顺序凸轮的排列顺序同名凸轮的夹角同名凸轮的夹角为为作功间隔角作功间隔角的的1/2，故，故 四缸机为四缸机为 180/2=90180/2=90；六缸机六缸机:120/2=60:120/2=60。2 2）挺柱）挺柱功用将凸轮的推力传给推杆（或气门杆），并承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力。种类：分为普通（机械式）挺柱和液压挺柱。普通挺柱普通挺柱-挺柱安装在挺柱导管内。挺柱安装在挺柱导管内。筒式挺柱筒式挺柱大多数发动机采用，下端设有油孔，以便润滑凸轮大多数发动机采用，下端设有油孔，以便润滑凸轮滚轮式挺柱滚轮式挺柱某些大型柴油机采用，可减少摩擦力和侧向力某些大型柴油机采用，可减少摩擦力和侧向力菌式菌式侧置气门发动机采用。侧置气门发动机采用。挺柱旋转机构挺柱旋转机构挺柱底面做成半径较大的球面，凸轮在轴向做成一定的锥度形状。提挺柱底面做成半径较大的球面，凸轮在轴向做成一定的锥度形状。提高寿命，降低工作噪声的目的高寿命，降低工作噪声的目的液压挺柱液压挺柱 作用：作用：使凸轮与气门间实现无间隙传动，消除冲击和噪声。使凸轮与气门间实现无间隙传动，消除冲击和噪声。组成：组成：由挺柱体、液压缸、柱塞、球阀和补偿弹簧等组成。挺由挺柱体、液压缸、柱塞、球阀和补偿弹簧等组成。挺柱体的外圆柱面上有柱体的外圆柱面上有一环形油一环形油槽，油槽内有一槽，油槽内有一进油孔进油孔与低压油腔相通，与低压油腔相通，背面上有一键形槽将背面上有一键形槽将低压油腔与柱塞的上部相通低压油腔与柱塞的上部相通。液压缸与柱塞是一对液压缸与柱塞是一对精密偶件，配合间隙为精密偶件，配合间隙为0.005mm。补偿弹簧补偿弹簧使挺柱顶面和凸轮轮廓线保持紧密接触，液压缸下端面与气门杆尾部紧密接触，因此没有气门间隙。把球阀压靠在柱塞底部的阀座上，分成上部的低压油腔和下部的高压油腔。当球阀开启后，则成为一个通腔。液压挺柱结构复液压挺柱结构复杂，加工精度要杂，加工精度要求高，磨损后会求高，磨损后会因泄油过多、补因泄油过多、补油不足而出现气油不足而出现气门间隙，无法调门间隙，无法调整与维修，只能整与维修，只能更换。更换。机油碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮当气门关闭时，机油经挺柱体和柱塞上的油孔压进柱塞腔A内，并推开单向阀充入挺柱体腔B内。碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮A碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮B碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮52柱塞便在挺柱体腔内油压及弹簧的作用下上行，与气门推杆压紧。只是消除了整个配气机构中的间隙。与此同时，挺柱体腔B内油液也已充满，单向阀在碟形弹簧作用下关闭。(2)气门的开启：碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮当凸轮转到工作面使挺柱上推时，气门弹簧张力便通过推杆作用在柱塞上，由于单向阀已关闭，柱塞便推压挺柱体腔B内油液使压力升高，而液体具有不可压缩性，挺柱便像一个整体一样推动气门开启。此过程中，由于挺柱体腔内油压较高，在柱塞与挺柱体的间隙处，将有少许油液泄漏而使“挺柱缩短”。凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮当凸轮转到工作面使挺柱上推时，气门弹簧张力便通过推杆作用在柱塞上，由于单向阀已关闭，柱塞便推压挺柱体腔B内油液使压力升高碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮由于挺柱体腔内油压较高，在柱塞与挺柱体的间隙处，将有少许油液泄漏而使“挺柱缩短”。碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮由于气门开启过程中，挺柱体腔内的油液会有少量泄漏，而且油液并非刚性，所以挺柱工作时会被微量压缩，从而使气门开启持续角稍有减小，一般减小量只有几度凸轮转角。但当柱塞与挺柱体配合处磨损过甚、泄油过多时，配气相位将明显减小。碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮0.5碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮50(3)气门的关闭：当凸轮转到非工作面时，解除了对推杆的推力，使挺柱腔内油压降低。于是，主油道的油压将再次推开单向阀，向挺柱体腔内充油，以补充工作时的泄漏，并且此油压又和弹簧一起使柱塞上推，如此始终保持了配气机构无间隙传力。碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮当凸轮转到非工作面时，解除了对推杆的推力，使挺柱腔内油压降低。于是，主油道的油压将再次推开单向阀，向挺柱体腔内充油，以补充工作时的泄漏碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮气门当量间隙碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮补充的油压又和弹簧一起使柱塞上推，如此始终保持了配气机构无间隙传力 碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮机油0.5碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮机油碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮机油碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮机油碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮机油碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮机油碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮机油碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮机油碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮机油碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮机油碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮机油碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮机油碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮机油碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮机油碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮524)若气门、推杆热膨胀，挺柱回落后向挺柱体腔内的补油过程便会减少补油量(工作过程中)或使挺柱体腔内的油液从柱塞与挺柱体间隙中泄漏一部分(停车时)。从而使挺柱自动“缩短”；因此可不留气门间隙而仍能保证气门关闭。相反，若气门、推杆冷缩，则向挺柱体腔内的补油过程，便会增加补油量(工作过程中)或在柱塞弹簧作用下将柱塞上推，推开单向阀向挺柱体腔内补油(停车时)，从而使挺柱自动“伸长”，因此仍能保持配气机构无间隙。当受热配气机构零件变长时碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮机油0.5气门当量气门当量间隙小间隙小碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮机油0.2气门当量气门当量间隙小间隙小碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮机油0.2减少补油量或使挺柱体腔内的油液从柱塞与挺柱体间隙中泄漏一部分。从而使挺柱自动“缩短”；当冷配气机构零件变短时碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮机油0.5气门当量气门当量间隙大间隙大若气门、推杆冷缩，则增加补油量，从而使挺柱自动“伸长”，因此仍能保持配气机构无间隙。碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮机油1气门当量气门当量间隙大间隙大碟形弹簧柱塞弹簧推杆球座挺柱体柱塞单向阀凸轮机油1气门当量气门当量间隙大间隙大（3 3）推杆推杆最容易弯曲最容易弯曲的零件。的零件。作用作用:将从凸轮轴传来的推力传给摇臂将从凸轮轴传来的推力传给摇臂要求要求：很高的刚度，应尽量地做得短些。：很高的刚度，应尽量地做得短些。（4 4）摇臂与臂与摇臂臂组摇臂摇臂将推杆传来的力将推杆传来的力改变方向改变方向，打开气门。，打开气门。采用采用4545钢冲压或有用铸铁或铸钢精铸而成的。钢冲压或有用铸铁或铸钢精铸而成的。无声无声摇臂臂可以自可以自动消除消除气门与摇臂的接触气门与摇臂的接触 间间隙隙，从而消除气从而消除气门开启开启时产生的噪声。生的噪声。摇臂臂组 组成成摇臂、臂、摇臂臂轴、摇臂臂轴支座及定位支座及定位弹簧等。簧等。定位弹簧定位弹簧-防止摇臂轴向窜动。防止摇臂轴向窜动。摇臂轴摇臂轴-一根空心轴，在安装各摇臂部位的径向钻有油孔。一根空心轴，在安装各摇臂部位的径向钻有油孔。紧固螺钉紧固螺钉-固定摇臂轴于摇臂轴支座孔内，以防转动。固定摇臂轴于摇臂轴支座孔内，以防转动。3.3 配气相位与气配气相位与气门间隙隙3.3.1配气相位配气相位 （1 1）配气相位（配气定配气相位（配气定时）的定）的定义：用曲：用曲轴转角表示的角表示的进、排气排气门的开启的开启时刻和开启延刻和开启延续时间，通常用，通常用环形形图表示表示配配气相位气相位图。（2 2）理理论上的配气相位分析上的配气相位分析 理理论上上讲进、压、功、排各占、功、排各占180180。理论配气相位不能满足发动机理论配气相位不能满足发动机“进饱排净进饱排净”的要求。的要求。原因原因：气气门的开、的开、闭有个有个过程程开启开启 总是是 由小由小大大关关闭 总是是 由大由大小小导致致进气不足，排气不干气不足，排气不干净。气体气体惯性的影响性的影响 同样造成进气不足、排气不净 发动机速度的要求发动机速度的要求 实际发动机曲轴转速很高，活塞每一行程历时都很短，实际发动机曲轴转速很高，活塞每一行程历时都很短，如如:6000r/min时时,一个行程只有一个行程只有60/（60002）=0.005s =5ms，就是转速为，就是转速为1500r/min，一个行程也只有，一个行程也只有0.02s（20ms），这样短的进气或排气过程，使发动机进，这样短的进气或排气过程，使发动机进气不足，排气不净。气不足，排气不净。（3 3）实际的配气相位分析）实际的配气相位分析 气门早开晚闭气门早开晚闭进气门进气门早开早开可增大了进气行程开始时气门的开启高度，减小可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；进气阻力，增加进气量；进气门进气门晚关晚关可延长了进气时间，在大气压和气体惯性力的作可延长了进气时间，在大气压和气体惯性力的作用下，增加进气量。用下，增加进气量。排气门排气门早开可借助气缸内的高压自行排气，大大减小了排气可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；阻力，使排气干净；排气门排气门晚关晚关可延长了排气时间，在废气压力和废气惯性力的可延长了排气时间，在废气压力和废气惯性力的作用下，使排气干净。作用下，使排气干净。气门重叠气门重叠气门重叠角气门重叠角两个气门同时开启时间相当的曲轴转角。两个气门同时开启时间相当的曲轴转角。在这段气门重叠时间内，在这段气门重叠时间内，可燃混合气和废气的流动情况可燃混合气和废气的流动情况：进、：进、排气流各自有自己的流动方向和流动惯性，而重叠时间又很短，不至于排气流各自有自己的流动方向和流动惯性，而重叠时间又很短，不至于混乱，即吸入的可燃混合气不会随同废气排出，废气也不会经进气门倒混乱，即吸入的可燃混合气不会随同废气排出，废气也不会经进气门倒流入进气管，而只能从排气门排出；进气门附近有降压作用，有利于进流入进气管，而只能从排气门排出；进气门附近有降压作用，有利于进气。气。图中中缩写的含写的含义：EV0EV0（Exhaust Valve OpenExhaust Valve Open）排气）排气门开启开启时间、EVC EVC（Exhaust Valve CloseExhaust Valve Close）排气）排气门关关闭时间、IV0IV0（Intake Valve OpenIntake Valve Open）进气气门开启开启时间、IVC Intake Valve CloseIVC Intake Valve Close）进气气门关关闭时间。气气门间隙的定隙的定义：指气：指气门完全关完全关闭（凸（凸轮的凸起部分不的凸起部分不顶挺柱）挺柱）时，气，气门杆尾端与杆尾端与摇臂或挺柱之臂或挺柱之间的的间隙。隙。作用作用：防止：防止热膨膨胀造成的气造成的气门不能完全关不能完全关闭现象的出象的出现。气气门间隙的大小隙的大小 进气气门间隙隙约为0.250.250.3mm0.3mm，排气，排气门间隙隙约为0.30.30.35mm0.35mm。间隙隙过大大：使：使进气不足，排气不气不足，排气不净,功率下降；机构零件撞功率下降；机构零件撞击，磨，磨损加快。加快。间隙隙过小小：气：气门关关闭不不严，漏气，功率下降，并使气，漏气，功率下降，并使气门的密封表面的密封表面严重重积碳或碳或烧坏，甚至气坏，甚至气门撞撞击活塞。活塞。采用液采用液压挺柱挺柱的配气机构不需要留气的配气机构不需要留气门间隙。隙。3.3.2 气门间隙气门间隙Classification of VVT:(1)(1)Cam VariableCam VariableCam-Phase ChangingCam-Lift ChangingCam-Phase+Cam-Lift Changing(2)(2)CamlessCamless(3)Electromagnetic(4)Hydraulic3.3.3 先进的气门结构系统先进的气门结构系统VVTVVTFully variable valve train systems（Camless）1.Better fuel efficiency1.Better fuel efficiencyLess pumping loss Cylinder deactivation（停缸停缸）Improvement is up to 10-15%2.Increased torque output2.Increased torque output Ramming effect during high engine speed（高转速转矩）（高转速转矩）Improvement is up to 20%3.Elimination of external EGR3.Elimination of external EGR（无需外部（无需外部（无需外部（无需外部EGREGR）4.Reduced emissions4.Reduced emissions Reduction of NOx is up to 40%Reduction of HC is up to 15%Reduction of CO is up to 5%Electromechanical valve control principleActuator spring(激励线圈)Closing magnetArmature（引铁）OpeningmagnetValve springValveCenter position Open positionClose position 3.4 内燃机的内燃机的进、排气系、排气系统 p221-220&145-1593.4.1 进、排气系、排气系统组成成Page 1 Toyota Motor Sales,U.S.A.,Inc.All Rights Reserved化油器式汽油机化油器式汽油机进、排气系、排气系统组成成现代代电喷汽油机汽油机进排气系排气系统的的组成成增增压汽油汽油发动机机进排气系排气系统的的组成成3.4.2 3.4.2 空气滤清器空气滤清器汽油机的空气汽油机的空气滤清器和清器和进气管气管干式纸滤芯干式纸滤芯 空气滤清器空气滤清器空气滤清器空气滤清器 工作原理工作原理（1 1）功用与要求：）功用与要求：功用功用把空气中的灰尘土分离出来，供给气缸足够量的清洁空气。把空气中的灰尘土分离出来，供给气缸足够量的清洁空气。要求要求滤清能力强，进气阻力小，维护保养周期长，价格低廉。滤清能力强，进气阻力小，维护保养周期长，价格低廉。（2 2）种类和工作原理）种类和工作原理按滤清方式可以分为惯性式、过滤式和综合式；按滤清方式可以分为惯性式、过滤式和综合式；按是否用机油分干式（干惯性式、干过滤式）和湿式（湿惯性式、湿过按是否用机油分干式（干惯性式、干过滤式）和湿式（湿惯性式、湿过滤式）。滤式）。惯性式：它是根据离心力或惯性力与质量成正比的原理惯性式：它是根据离心力或惯性力与质量成正比的原理优点：进气阻力小，保养简单。优点：进气阻力小，保养简单。缺点：滤清能力不强，即滤清效果差缺点：滤清能力不强，即滤清效果差。过滤式：它是根据吸附原理，引导气流通过滤芯（如金属网、丝、棉质过滤式：它是根据吸附原理，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物质和纸质等），将尘土隔离和粘附在滤芯上优点：滤清能力强，滤清效果好。优点：滤清能力强，滤清效果好。缺点：进气阻力大，滤芯易堵塞。缺点：进气阻力大，滤芯易堵塞。综合式：综合上述两种滤清方式，使空气通过惯性式，除去综合式：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。粗粒灰尘，然后再通过过滤式除去细粒灰尘。可可变进气系气系统3.4.3 3.4.3 进气管与排气管进气管与排气管进气管的功用：进气管的功用：将可燃混合气或空气引入气将可燃混合气或空气引入气缸缸,对多缸机还要尽量保证各缸进气量均匀一致对多缸机还要尽量保证各缸进气量均匀一致 排气管的功用排气管的功用是将燃烧后的废气引入大气。是将燃烧后的废气引入大气。要求：要求：（1）进气阻力小，充气量要大。）进气阻力小，充气量要大。（2）排气阻力小，排气噪音小。）排气阻力小，排气噪音小。材料：材料：进、排气管一般用进、排气管一般用铸铁铸铁制成。进气管也制成。进气管也有用有用铝合金铸造铝合金铸造的。进、排气管二者可铸成一体，也的。进、排气管二者可铸成一体，也可分别铸出。可分别铸出。固定在气缸盖上，接合面处装有石棉衬垫，以防固定在气缸盖上，接合面处装有石棉衬垫，以防漏气。进气总管以凸缘连通化油器，漏气。进气总管以凸缘连通化油器，排气总管连通催化净化器或排气消声器。排气总管连通催化净化器或排气消声器。进、排气支管则分别与进、排气门的通道连通。进、排气支管则分别与进、排气门的通道连通。3.4.4 催化转换器催化转换器3.4.5 3.4.5 消声器消声器排气的特点排气的特点压力约为压力约为0305MPa，温度约，温度约500700，有一定的能量。具，有一定的能量。具有间歇性，产生压力的脉动。有间歇性，产生压力的脉动。排气直接排放到大气中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，将产生强烈的、频谱比较复杂的噪声，其频率从几十Hz到一万到一万Hz以上。以上。功用功用消减排气噪声，即降低排气压力和衰减排气压力的脉动，使排气能量耗消减排气噪声，即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。散殆尽。消声器有消声器有四种基本结构形式四种基本结构形式，如图，如图715所示。实际应用的消声器多为这些基本所示。实际应用的消声器多为这些基本形式的组合。形式的组合。图715 消声器消声器的基本的基本结构形式构形式a)吸收式；吸收式；b)干涉式；干涉式；c)扩张式；式；d)共振式共振式红旗红旗CA7220型轿车的排型轿车的排气系统装有前、中、后三个气系统装有前、中、后三个排气消声器排气消声器.前消声器前消声器为扩张式式。中消声器中消声器吸收式与共振式吸收式与共振式的的组合合内部由两个多孔管和两个内部由两个多孔管和两个隔板形成隔板形成两个共振室两个共振室，消减，消减共振共振频率附近的噪声。率附近的噪声。装填多孔性吸声材料装填多孔性吸声材料岩棉岩棉，消减中、高，消减中、高频噪声。噪声。使用寿命使用寿命较短，短，吸声材料吸声材料在高温和腐在高温和腐蚀性气体作用下性气体作用下会会丧失其消声能力。失其消声能力。后消声器后消声器吸收式、扩张式与共振式吸收式、扩张式与共振式的多种组合的多种组合排气循环流动排气循环流动，消减噪声，消减噪声，降低排气温度降低排气温度。3.4.6 空气流量空气流量计功用功用测量量进入入发动机的空气流量，并将机的空气流量，并将测量的量的结果果转换为电信号信号传输给电控控单元。元。型式型式翼片式、翼片式、热线式、式、热膜式和卡膜式和卡门涡旋式等。旋式等。1.翼片式空气流量翼片式空气流量计无空气流无空气流过的情况下，卷簧的情况下，卷簧总是使翼片是使翼片处于关于关闭主流道的位置。主流道的位置。怠速工作怠速工作时，节气气门接近关接近关闭，只有少量空气，只有少量空气进入入发动机。流机。流过主流道的空气推主流道的空气推动翼片偏翼片偏转很小的角度，同很小的角度，同时与翼片同与翼片同轴的的电位位计则输出一个微弱的出一个微弱的电压信号信号给电控控单元。元。高速、大高速、大负荷运荷运转时：吸入的空气量：吸入的空气量较多且全部流多且全部流过主流道，空气推主流道，空气推动翼片偏翼片偏转较大的角度，大的角度，电位位计则输出出较强强的的电压信号。信号。(2)热线式空气流量式空气流量计金属丝：直径为金属丝：直径为70m，工工作中被电流作中被电流加热至加热至100以以上上优点：优点：热线式空气流量计无热线式空气流量计无机械运动件，进气阻力小，机械运动件，进气阻力小，反应快，测量精度高。反应快，测量精度高。缺点缺点在使用中，铂热线表在使用中，铂热线表面受空气中灰尘的污染而影面受空气中灰尘的污染而影响测量精度。响测量精度。对策：对策：在发动机熄火后，自在发动机熄火后，自动将铂热线加热至动将铂热线加热至1000并并维持维持1s时间，烧掉沾附在铂时间，烧掉沾附在铂热线上的灰尘。热线上的灰尘。（3）L型卡型卡门涡旋式空气流量旋式空气流量计3.4.7 进气管气管压力力(MAP)传感器感器功用功用-测量量节气气门后后进气管内的气管内的绝对压力，力，为电控控单元提供元提供计算算喷油量的主油量的主要参数。要参数。膜盒式膜盒式进气管气管压力力传感器感器密封的密封的弹性性金属膜盒金属膜盒，内部保持真空，外部与，内部保持真空，外部与进气管相通。气管相通。当当进气管气管压力力发生生变化化时，膜盒便，膜盒便收收缩或膨或膨胀，并，并带动衔铁在感在感应线圈中移圈中移动，从而在感，从而在感应线圈中圈中产生感生生感生电压信号。信号。3.4.8 补充空气充空气阀功用：功用：是是实现发动机快怠速的装置当机快怠速的装置当发动机冷起机冷起动时，部分空气，部分空气经补充空气充空气阀进入入发动机，使机，使发动机的机的进气量增加。由于气量增加。由于这部分空气是部分空气是经过空气流量空气流量计计量量过的，的，因此因此喷油量将相油量将相应地有所增加，从而提高了怠速地有所增加，从而提高了怠速转速速缩短了暖短了暖车时间。双金属片式双金属片式补充空气充空气阀冷起冷起动时，阀片上的孔将片上的孔将补充空气道的充空气道的进、出口、出口连通，通，补充空气充空气进入入发动机，使机，使怠速怠速转速增高速增高随着随着发动机的运行机的运行，电流流流流过电热丝，使双当属片受，使双当属片受热弯曲，在弯曲，在弹簧的作用下，簧的作用下，阀片逐片逐渐将将补充空气道的充空气道的进、出口遮断，、出口遮断，发动机也逐机也逐渐恢复到正常状恢复到正常状态。蜡式补充空气阀蜡式补充空气阀冷却液温度低时冷却液温度低时，蜡盒内的石蜡凝固，蜡盒内的石蜡凝固收缩收缩，锥阀在弹簧的作用下开启，锥阀在弹簧的作用下开启，打开旁通空气道。打开旁通空气道。冷却液的温度高时冷却液的温度高时，蜡盒内的石蜡受热熔化，蜡盒内的石蜡受热熔化膨胀膨胀，使推杆伸出，推动锥，使推杆伸出，推动锥阀将旁通空气道关闭。阀将旁通空气道关闭。怠速调整螺钉怠速调整螺钉，用来调节怠速转速和提高怠速运转的稳定性。，用来调节怠速转速和提高怠速运转的稳定性。3.4.9 3.4.9 怠速控制阀怠速控制阀怠速控制阀怠速控制阀装在节气门体装在节气门体汽油喷射系统的节气门体上。汽油喷射系统的节气门体上。功用功用自动调节怠速转速，使发动机在设定怠速转速稳定运转。自动调节怠速转速，使发动机在设定怠速转速稳定运转。组成：组成：步进电机式怠速控制阀由步进电机、螺旋机构和锥面控制步进电机式怠速控制阀由步进电机、螺旋机构和锥面控制阀等。阀等。3.4.10 3.4.10 涡轮增压涡轮增压器器增压的概念：增压的概念：就是将空气预先就是将空气预先压缩然后再供入气缸，以期提压缩然后再供入气缸，以期提高空气密度、高空气密度、增加进气量增加进气量。进。进气量增加，可气量增加，可相应地增加循环相应地增加循环供油量供油量，从而可以增加发动机，从而可以增加发动机功率和改善燃油经济性。功率和改善燃油经济性。增增压器器实现空气增空气增压的装的装置。各种增置。各种增压类型所用的增型所用的增压器分器分别称称为涡轮增增压器、机械器、机械增增压器和气波增器和气波增压器器。机械增机械增压能有效地提高能有效地提高发动机功率，低速增机功率，低速增压效果好，效果好，与与发动机容易匹配，机容易匹配，结构也比构也比较紧凑。凑。但是，但是，由于由于驱动增增压器需消耗器需消耗发动因此燃油消耗率因此燃油消耗率比非增比非增压发动机略高机略高涡轮增增压器器最最为常用常用自学自学 p255-265