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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 配气机构,2011年11月22日,第,一节 概述,功用,：,配气机构是进、排气的控制机构，它按照气缸的工作顺序和工作过程的要求，定时地开闭进、排气门、向气缸供给可燃混合气（汽油机）或新鲜空气（柴油机）并及时排出废气。,另外，当进、排气门关闭时，保证气缸密封。进饱排净，四行程发动机都采用气门式配气机构。,充气效率,：,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充满气缸的程度，用充气效率c表示。,c越高，表明进入气缸的新气越多，可燃混合气燃烧时可能放出的热量也就越大，发动机的功率越大。,充气效率表示燃气或空气充满气缸的程度，即,进气行程中，实际进入气缸内的新气质量与进气系统进口状态下充满气缸工作容积的新气质量之比。,分析：,（1）c，M，燃烧热量，发动机功；,（2）c总是小于1。,（注：根据公式PV=mRT，一方面由于进气系统对气流阻力造成进气终了时气缸内压力降低，即P；另一方面上一循环残余废气又使进入的新鲜气体温度上升，即T；对于容积一定的气缸来说， V一定、 P、T,、,m,一般，应该想办法提高充气效率。),c=M/M0,新气：可燃混合气或新鲜空气,进口状态：指大气温度和大气压力下,配气机构的型式,1、根据气门的安装位置的不同，分为,（1）气门顶置式：,气门位于气缸盖上称为气门顶置式配气机构，由凸轮、挺柱、推杆、摇臂、气门和气门弹簧等组成。其特点，进气阻力小，燃烧室结构紧凑，气流搅动大，能达到较高的压缩比，目前国产的汽车发动机都采用气门顶置式配气机构。,气门位于气缸体侧面称为气门侧置式配气机构，由凸轮、挺柱、气门和气门弹簧等组成。省去了推杆、摇臂等另件，简化了结构。因为它的进、排气门在气缸的一侧，压缩比受到限制，进排气门阻力较大，发动机的动力性和高速性均较差，逐渐被淘汰。,（2）气门侧置式,2、按照凸轮轴的布置位置，分为：,主要缺点是气门和凸轮轴相距较远，因而气门传动另件较多，结构较复杂，发动机高度也有所增加。,1） 凸轮轴下置式,（2） 凸轮轴中置,凸轮轴位于气缸体的中部由凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，省去推杆，这种结构称为凸轮轴中置配气机构。 凸轮轴上置,凸轮轴布置在气缸盖上。,凸轮轴上置有两种结构，一是凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，这样既无挺柱，又无推杆，往复运动质量大大减小，此结构适于高速发动机。另一种是凸轮轴直接驱动气门或带液力挺柱的气门，此种配气机构的往复运动质量更小，特别适应于高速发动机。,（3） 凸轮轴上置,3、按照曲轴和凸轮轴的传动方式，分为,（1）齿轮传动,（2） 链条传动,（3）齿形带传动,传动方式,传动路线,特点,应用,齿轮传动,曲轴正时齿轮（钢）凸轮轴正时齿轮（铸铁或胶木）,工作可靠，啮合平稳、噪声小,凸轮轴下置、中置式配气机构,链条传动,曲轴链条凸轮轴正时齿轮,可靠性、耐久性略差，噪声大，造价高,凸轮轴上置式配气机构,齿形带传动,曲轴齿形皮带凸轮轴正时齿轮,成本低，但工作性能好,凸轮轴上置式配气机构,4、按照每缸气门数目分,二气门、四气门、五气门、八气门等等。一般发动机都采用每缸两个气门，即一个进气门和一个排气门的结构。为了改善换气，在可能的条件下，应尽量加大气门的直径，特别是进气门的直径。但是由于燃烧室尺寸的限制，气门直径最大一般不能超过气缸直径的一半。当气缸直径较大，活塞平均速度较高时，每缸一进一排的气门结构就不能保证良好的换气质量。因此，在很多新型汽车发动机上多采用每缸四个气门结构。即两个进气门和两个排气门。,四、 配气机构的组成,包括气门组和气门传动组,弹簧座,气门锁片,气门油封,气门弹簧,气门,凸轮轴正时齿轮,齿形带,张紧轮,曲轴正时齿轮,液力挺柱,凸轮,气门组,气门传动组,五、 气门间隙,气门间隙是指气门完全关闭时，气门杆尾端与摇臂或挺柱之间的间隙。（注：凸轮的凸起部分不顶挺柱）它的作用是补偿气门受热后的膨胀量。,不同机型，气门间隙的大小不同，根据实验确定，一般冷态时，排气门间隙大于进气门间隙，进气门间隙约为，排气门间隙约为。,摇臂,气门间隙,气门杆,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,气门间隙过大与过小的危害：,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。,无间隙或间隙过小,：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。,第二节配气相位,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的持续时间。通常用环形配气相位图来表示。,理论上的配气相位分析,理论上讲进、压、功、排各占180，也就是说进、排气门都是在上、下止点开闭，延续时间都是曲轴转角180。但实际表明，简单配气相位对实际工作是很不适应的，它不能满足发动机对进、排气门的要求。,原因,：实际发动机曲轴转速很高，活塞每一行程历时都很短，当转速为5600r/min时一个行程只有60/（56002），就是转速为1500r/min，一个行程也只有，这样短的进气或排气过程，使发动机进气不足，排气不净。可见，理论上的配气相位不能满足发动机进饱排净的要求，那么，实际的配气相位又是怎样满足这个要求的呢？下面我们就进行分析。,实际的配气相位分析,为了使进气充足，排气干净，除了从结构上进行改进外（如增大进、排气管道），还可以从配气相位上想点办法。,进气门的早开晚闭,活塞到达进气下止点时，由于进气吸力的存在，气缸内气体压力仍然低于大气压，在大气压的作用下仍能进气；另外，此时进气流还有较大的惯性。由此可见，进气门晚关可以增加进气量。,进气门早开，可使进气一开始就有一个较大的通道面积，可增加进气量。,气门能否早开晚闭，延长进、排气时间呢？,排气门的早开晚闭,在作功行程快要结束时，排气门打开，可以利用作功的余压使废气高速冲出气缸，排气量约占50%。排气门早开，势必造成功率损失，但因气压低，损失并不大，而早开可以减少排气所消耗的功，又有利于废气的排出，所以总功率仍是提高的。,当活塞到达上止点时，气缸内废气压力仍然高于外界大气压，加之排气气流的惯性，排气门晚关可使废气排得更净一些。,由此可见，气门具有早开晚关的可能。,那么气门早开晚关对发动机实际工作又有什么好处呢？,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。,二、 气门重叠,由于进气门早开，排气门晚关，进气门在上止点前开启，而排气门在上止点后关闭，势必造成在同一时间内两个气门同时开启的现象，这个现象叫气门重叠，把两个气门同时开启时间相当的曲轴转角叫作气门重叠角。,在这段时间内，可燃混合气和废气是否会乱串呢？,不会的，这是因为,：,a. 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；,b. 进气门附近有降压作用，有利于进气。,三、进、排气门的实际开闭时刻和持续时间,实际进气时刻和延续时间,：,在排气行程接近终了时，活塞到达上止点前，即曲轴转到离上止点还差一个角度，进气门便开始开启，进气行程直到活塞越过下止点后时，进气门才关闭。整个进气过程延续时间相当于曲轴转角180+。,- 进气提前角 一般=1030,- 进气延迟角 一般=4080,所以进气过程曲轴转角为230290,实际排气时刻和延续时间,：,同样，作功行程接近终了时，活塞在下止点前排气门便开始开启，提前开启的角度一般为4080，活塞越过下止点后角排气门关闭，一般为1030，整个排气过程相当曲轴转角180+。,- 排气提前角 一般=4080,- 进气延迟角 一般=1030,所以排气过程曲轴转角为230290,气门重叠角+=2060,从上面的分析，可以看出实际配气相位和理论上的配气相位相差很大，实际配气相位，气门要早开晚关，主要是为了满足进气充足，排气干净的要求。,但实际中，究竟气门什么时候开？什么时候关最好呢？,这主要根据各种车型，经过实验的方法确定，由凸轮轴的形状、位置及配气机构来保证。,配气相位演示,第三节配气机构的主要零部件,一、气门组,包括：气门、气门座、气门导管、气门弹簧、锁片、卡簧。,气门,功用,：,控制进、排气管的开闭。,工作条件,：,承受高温、高压、冲击、润滑困难,。,要求,：,足够的强度、刚度、耐磨、耐高温、耐腐蚀、耐冲击。,材料,：,进气门采用合金钢（铬钢或镍铬等），排气门采用耐热合金钢（硅铬钢等）。,构造,：,气门由头部、杆身和尾部组成。,气门头部,气门头部是一个具有圆锥斜面的圆盘，气门锥角一般为45，也有30，气门头边缘应保持一定厚度，一般为1-3 mm，以防工作中冲击损坏和被高温烧蚀。气门密封锥面与气门座配对研磨。,气门头顶部形状,气门头顶部形状有平顶，球面顶和喇叭形顶等,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，但受热面积大。,有的发动机进气门头部直径比排气门大，两气门一样大时，排气门有记号。,杆身,杆身与头部制成一体，装在气门导管内起导向作用，杆身与头部采用圆滑过渡连接。气门杆表面经过热处理并且磨光，一般是实心的，有的是空心的，空心杆质量轻，运动惯性力小。,特殊的对于某些热负荷特别重，结构尺寸比较大的排气门采用钠冷却气门：Na的熔点为97.8C，在空心气门杆中填入一半金属钠，因此发动机工作温度下纳呈现液态，在气门工作时，纳在气门杆内上下运动，不断地从气门头部吸收热量并传给气门杆使头部得以冷却。,尾部,尾部制有凹槽（锥形槽或环形槽）用来安装锁紧件。,凹槽（环槽）,：,安装两半锥形锁片。,锁销孔,：用锁销固定,。,2、气门导管,功用,：,导向作用，保证气门作直线往复运动。,导热作用，将气门头部传给杆身的热量，通过气缸盖传出去。,为了保证导向，导管应有一定的长度，气门导管的工作温度也较高，约500k。,气门导管和气门的润滑是靠配气机构飞溅出来的机油进行润滑的，因此易磨损。为了改善润滑性能，气门导管常用灰铸铁或球墨铸铁或铁基粉未治金制造。,导管内、外圆面加工后压入气缸盖的气门导管孔内，然后再精铰内孔。为了防止气门导管在使用过程中松脱，有的发动机对气门导管用卡环定位。,3、气门座,气门座与气门头部密封锥面配合密封气缸，气门头部的热量亦经过气门座外传。气门座可以在缸盖或缸体上直接镗出，也可以采用镶嵌式结构。镶嵌式结构气门座都采用较好的材料（合金铸铁、奥氏体钢等）单独制作。,4、气门弹簧,功用,：,保证气门回位；防止运动时传动件发生脱离。,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。气门弹簧多为圆柱形螺旋弹簧，它的一端支承在气缸盖上，另一端压靠在气门杆尾端的弹簧座上，弹簧座用锁片固定在气门杆的尾端。,型式,：,a. 圆柱螺旋弹簧（普通）,b. 变螺距的圆柱弹簧：工作时工作圈数不是常数，振动频率经常变化，防止弹簧与气门产生共振，使弹簧在工作中不易折断（造成气门关闭不严）,不等距弹簧,圆柱等螺距弹簧,提高弹簧自身刚度，改变其自振频率,随着有效圈数的减少，自然频率提高。,另外锁片、卡簧的功用是在气门弹簧力的作用下把弹簧座和气门杆锁住，使弹簧力作用到气门杆上。,c. 同心安装的两根弹簧：作用是可以防止共振（两根弹簧的振动频率不一样）；可以降低气门弹簧的高度；可以提高工作的可靠性（一个坏了，另外一个可以继续工作；并且二者旋向相反，防止折断后卡死。,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,Fg 气门传动组,功用,：传递凸轮轴气门之间的运动,气门传动组包括,：凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、气门间隙调整螺钉等。,凸轮,凸轮轴正时齿轮,推杆,摇臂,摇臂轴,挺柱,1、凸轮轴,功用,：,控制气门的开启和关闭，每一个进、排气门分别有相应的进气凸轮和排气凸轮。,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,驱动分电器的螺旋齿轮,凸轮轴轴颈,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。,凸轮轮廓应保证气门的运动规律符合配气相位的要求,凸轮的轮廓,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,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。,凸轮轴的轴向间隙,气缸体,止推板,隔圈（调节环）,正时齿轮,窜动量,凸轮轴颈,利用调节环控制轴向窜动,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,挺柱,（1）作用：,将凸轮的推力传给推杆或气门。,（2）挺柱的分类：,菌式,气门侧置式,筒式,气门顶置式，减轻质量,滚轮式,减小摩擦所造成的对挺柱的侧向力。多用于大缸径柴油机。,挺柱端面与凸轮的关系,锥形凸轮,挺住受凸轮侧向推力，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,空心推杆,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,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,摇臂衬套,调整螺钉,摇臂,定位弹簧,桑塔纳发动机的配气机构,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）画出配气相位图,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。,利用配气相位调节气门间隙,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,1缸,2缸,3缸,4缸,5缸,6缸,进气门,可调,可调,不可调,可调,不可调,不可调,排气门,可调,不可调,可调,不可调,可调,不可调,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。,
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