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1、第三章 配气机构,主讲：牛广源。配气机构：是发动机的两大核心机构之一，其结构和性能直接影响发动机的总体性能。作用：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，以便在进气行程使尽可能多的可燃混合气(汽油机)或空气(柴油机)得以及时进入气缸，在排气行程将废气快速排出气缸。,一、基本组成：,二、配气机构的布置和工作情况,1、气门顶置式,工作过程,特点：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。,2、气门侧置式,进排气门都布置在气缸的一侧，结构简单、零件数目少。气门布置在同一侧导致燃烧室结构不紧凑、热量损失大、进气道曲折、进气阻力
2、大，使发动机性能下降，已趋于淘汰。,3、凸轮轴下置,不利因素：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。有利因素：简化曲轴与凸轮轴之间才传动装置，有利于发动机的布置。,4、凸轮轴中置式,凸轮轴,挺柱,活塞,摇臂,调整螺钉,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。,5、凸轮轴上置式,凸轮轴,凸轮轴,活塞,双凸轮轴上置式发动机,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。,应用：高速发动机，如桑塔纳轿车发动机,6、按曲轴驱动凸轮轴的方式分,柴油机多用,注意油压张紧轮,高速
3、发动机现在多采用,传动方式图例,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。,为何排气门间隙大于进气门间隙？,三、配气相位,上止点,下止点,1、配气相位各角度表示,2、配气相位演示,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（+）。,1、简述配气机构的功用。2、作出配气相位图，并分析气门早开与迟 闭的原因。,作 业,四、配气机构的组件和工作情况,1、气门组,气门组实物图,（1）气门,头部,杆部,功用：燃烧室的组成部分，是气体进
4、、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570K670K,排气门1050K1200K;B、头部承受气体压力、气门弹簧力等;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。材料：进气门：铬钢或铬镍钢；排气门：硅铬钢。,气门头部的结构形式,气门实物图,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。,气门锥角的大小,进气门：一般为30，原因是在
5、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,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：环形槽、锁销孔,凹槽,易断裂处,（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。气门密封干涉角：比气门锥角大0.51度的气门座圈锥角。,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
6、用镶嵌式气门座柴油机：进气门采用镶嵌式气门座,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：用含石墨较多的铸铁，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：气门杆与气门间隙：0.050.12mm。,（4）气门弹簧,功用：保证气门的回位。材料：高锰碳钢、铬钒钢,气门弹簧的装配,气门弹簧的布置,旋向相反的两个弹簧，防止断裂的弹簧卡入另一弹簧,应用车型：奥迪100，捷达，桑塔纳,广州标致505,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
7、孔：用锁销固定。,气门旋转机构,锥形套筒,锁片,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？,2、气门传动组,凸轮轴,挺柱,推杆,摇臂,凸轮轴正时齿轮,摇臂轴,工作演示,（1）凸轮轴,凸轮,凸轮轴轴颈,驱动分电器的螺旋齿轮,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。材 料：优质钢、合金铸铁、球墨铸铁。,（2）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。,凸轮与挺柱线接触，接触压力大，磨损快。,凸轮轮廓与
8、气门的运动规律,同一气缸凸轮的相对角位置,同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置是与相应的配气相位相对应的。,四缸发动机凸轮投影,点火顺序：1342,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。,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,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,（3）挺柱,将凸轮的推力传给推杆或气门。,挺柱端面与凸轮的关
9、系,锥形凸轮,凸轮为何要成锥形？,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,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,挺柱体腔,进油口,进油通道,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。,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,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
10、，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13使柱塞11连同压合在柱塞中的球座紧靠着推杆，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和柱塞11上的反力力图使柱塞克服柱塞弹簧的力相对于挺柱体向下移动，于是柱塞下部空腔内的油压迅速升高，使单向阀关闭。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。,液压挺柱工作过程：,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
11、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。,（4）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。材料：硬铝或钢,（5）摇臂,功用：将推杆或凸轮传
12、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,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,润滑油道,油槽,润滑油道,摇臂组示意图,实例：桑塔纳发动机的配气机构,五、气门间隙的调整,1、调整原则：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。,可利用配气相位调节气门间隙,例：对=8，=31，=28，=8的发动机，其点火次序为：153624。当一缸在压缩上止点，问那些气门的间隙可
13、调？,实例：本田雅阁发动机气门间隙的调整,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。,(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
14、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。,六、可变进气系统,近年来为解决发动机高速动力性的中小负荷经济性矛盾,有些发动机上采用了可变技术,其中可变朝气了系统效果较显著,得到广泛应用。,该系统采用凸轮轴顶置，有三个气门（2个进气门，1个排气门），其中进气门有主副之分，同时，在主进气门处设置螺旋进气道。,1、多气门分段工作进气系统,低速、中小负荷时，主气门打开，有较好经济性;,高速、大负荷时，主副气门同时
15、打开，可获得较好的动力性。,2、双进气管分段工作进气系统,该系统利用进气管道面积的变化形成可变系统来改善可燃混合气的混合和燃烧状况。,低速、中小负荷时，由真空控制的主进气管关闭，仅副进气管打开，可改善燃料在进气管中的雾化、蒸发、混合与燃烧；,高速、大负荷时，主副进气管均打开，可提高发动机的动力性。,3、进气管长度及面积可变进气系统,低速、中小负荷时，使用长而细的进气管；,高速、大负荷时，使用短而粗的进气管。,4、配气相位可变进气系统,该系统中，随发动机转速和负荷变化，凸轮轴带轮沿轴向移动，同时，在螺旋形花键作用下，旋转一定角度，使配气相位发生变化，从而改变进气系统。,低速、中小负荷时，整个系统处于开启状态，进气迟关角小，得到大转矩；,高速、大负荷时，控制系统处于关闭状态，凸轮轴处于较大的进气迟关角位置，提高动力性。,5、气门定时和升程可变进气系统,该系统采用在一根凸轮轴上设置两种这同定时和升程的凸轮，利用油压进行切换。,低速、中小负荷时，主、副摇臂与中间摇臂分离，利用两边的低速凸轮驱动主、副摇臂，压下气门使其打开；,高速、大负荷时，利用摇臂内的油压活塞的油压，使三个摇臂连成一体，利用高速凸轮驱动，得到较大功率的配气相位和气门升程。,本章讲完,同学们有何收获,
