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第三章配气机构（valvetrain）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：配气机构的零件及组成配气机构功用：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。一、充气效率（充量系数）：在进气行程中，发动机每一工作循环进入气缸实际冲量（可燃混合气或空气）与进气状态下充满气缸工作容积的理论冲量的比值。冲量系数ΦcΦc=M/M0M——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。作用：衡量发动机换气质量的参数。充气效率越高，发动机的功率越大。决定因素：进气终了时气缸内的压力和温度压力：压力越高，Φc越高温度：温度越低，Φc越高值：0.80-0.90提高Φc的方法：要求配气机构有利于减小进气和排气的阻力，进、排气门的开启时刻和持续开启的时间适当，使吸气充分、排气彻底第一节气门式配气机构的布置及传动目前国产的汽车发动机都采用气门顶置式配气机构。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。气门顶置式组成：气门组：气门、气门座、气门弹簧、气门导管等气门传动组：凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂组等工作过程特点：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。BottomMiddleTop二、凸轮轴的布置型式凸轮轴下置凸轮轴中置凸轮轴上置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，有利于发动机的布置。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。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(OHC)应用：高速发动机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DoubleOverheadCamshaft三、凸轮轴的传动方式传动方式图示应用齿轮传动（Gear-driven）凸轮轴下置、中置式配气机构链条传动(Belt-driven)凸轮轴上置式配气机构齿形带传动(Chain-driven)凸轮轴上置式配气机构1、齿轮传动：凸轮轴下置、中置式配气机构大多数采用圆柱正时齿轮传动。斜齿轮(啮合平稳、减小噪声和磨损)2、链传动：工作可靠性和耐久性不如齿轮传动3、同步带传动：减小噪声、减小结构质量、降低成本进气门（大）排气门（小）五每缸气门数及其排列方式一个观念给大家从2气门进化到4气门，由于进气和排气的呼吸面积提升了15%以上，所以动力性会有飞跃的进步。但是从4气门进化到5气门虽然每缸增加了一个进气门，但必须使得每缸3个进气门的呼吸面积不得大于另2个排气门呼吸面积的总和（如果进气总面积超过排气总面积会造成排气不顺产生燃烧不完全现象），在这种限制下总呼吸面积的增加不容易超过5%，对马力的增加是相当有限的，但却使机械结构更加复杂，事实上每缸多一个进气门有可能增加引擎的呼吸量，但进排气门的动作就要更加精密不可，而且每缸多一个进气门对凸轮轴而言也多了一点传动的损耗。这也是为什么有些人觉得宝来提速有点肉的原因。而且5气门的发动机一般普遍反映质量不稳的原因也在于此。SOHU与DOHC的优缺点比较:单凸轮轴机械结构简单，问题比较少，低转速扭力较大。单凸轮轴的进排气门开启时间是固定的，但是机械结构简单，维修容易。双凸轮轴因为可以改变气门重迭角，所以可以发挥出比较大的马力，机械结构的复杂会造成维修上一定的困难。双凸轮轴的技术来自于赛车，主要是可以控制进气门跟排气门的时间差。六、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，在气门及其传动机构（摇臂、挺柱或凸轮）之间留有一定的间隙，以补偿气门受热后的膨胀量。气门杆摇臂气门间隙气门间隙进气门0.25-0.30mm排气门0.30-0.35mm为何排气门间隙大于进气门间隙？实物图测量气门间隙拧松紧定螺母，调整调节螺钉一、配气定时就是进排气门实际开闭时刻，通常用相对于上、下止点曲拐位置的曲轴转角表示进排气门开闭时刻及其开启的持续时间，称为配气定时。10°～30°30°～80°40°～80°10°～30°上止点下止点第二节配气定时进气门的配气相位：(1)进气提前角:在排气行程接近终了、活塞到达上止点之前，进气门便开始。从进气门开始开启到活塞上移到上止点所对应的曲轴转角，称为进气提前角。目的:是为了保证进气行程开始时进气门已开大，减小进气阻力，使新鲜气体能顺利地充入气缸。(2)进气延迟角:在进气行程活塞到达下止点过后，活塞又上行一段，进气门关闭。从下止点到进气门关闭所对应的曲轴转角称为进气迟后角。原因：活塞到达下止点时，气缸内压力仍低于大气压力、气流还有相当大的惯性，仍可能利用气流惯性和压力差继续进气。排气门的配气相位(1)排气提前角:在做功行程接近终了，活塞到达下止点之前，排气门便开始开启。从排气门开始开启到下止点所对应的曲轴转角称为排气提前角。目的：当做功行程活塞接近下止点时，气缸内的气体压力对做功的作用已经不大，但仍比大气压力高，因此在此压力作用下，气缸内的废气能迅速地自由排出。(2)排气延迟角:在排气行程接近终了，活塞越过上止点后，排气门才关闭。从上止点到排气门关闭所对应的曲轴转角称为排气迟后角。目的：由于活塞到达上止点时，气缸内的残余废气压力继续高于大气压力，加之排气时气流有一定的惯性，仍可能利用气流惯性和压力差把废气排放得较充分。配气相位演示气门重叠气门重叠：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。气门重叠角：气门同时开启的角度（+）。排气过程进气过程1、进气持续角为180°+α+β。2、排气持续角为180°++。3、气门重叠角为α+。丰田的VVT-i技术，其工作原理为：该系统由ECU协调控制，发动机各部位的，发动机各部位的传感器实时向ECU报告运转情况。由于在ECU中储存有气门最佳正时参数，所以ECU会随时对正时机构进行调整，从而改变气门的开启和关闭时间，或提前、或滞后、或保持不变，VVT系统就是通过在凸轮轴的传动端加装一套液力构，从而实现凸轮轴在一定范围内的角度调节，也就相当于对气门的开启和关闭时刻进行了调整本田可变气门升程i-VTEC一、什么叫VTEC？2.VTEC装备在本田汽车上，在当今汽车技术中处于领先地位。3.VTEC的特点：低速时：省油，尾气排放环保。高速时：动力强劲。本田汽车公司在1989年推出了自行研制的“可变气门配气相位和气门升程电子控制系统”，英文全称“VariableValveTimingandValveLifeElectronicControlSystem”，缩写就是“VTEC”。是世界上第一个能同时控制气门开闭时间及升程等两种不同情况的气门控制系统。与普通发动机相比，VIEC发动机同样是每缸4气门（2进2排）、凸轮轴和摇臂等，不同的是凸轮与摇臂的数目及控制方法。VTEC的构造。大家思考：此构造与我们以前所学的配气机构有哪些不同之处？当发动机在中、低转速时，三根摇臂处于分离状态，普通凸轮推动主摇臂和副摇臂来控制两个进气门的开闭，气门升量较小。此时虽然中间凸轮也推动中间摇臂，但由于摇臂之间是分离的，所以两边的摇臂不受它控制，也不会影响气门的开闭状态。发动机达到某一个设定的转速时，电脑即会指令电磁阀启动液压系统，推动摇臂内的小活塞，使三根摇臂锁成一体，一起由高角度凸轮驱动，这时气门的升程和开启时间都相应的增大了，使得单位时间内的进气量更大，发动机动力也更强。当发动机转速降到某一转速时，摇臂内的液压也随之降低，活塞在回位弹簧作用下退回原位，三根摇臂分开。气门组实物图第三节配气机构的零件和组件气门组的组成valveSpringsKeepersRetainersSeals一、气门（valve）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。进气门：合金钢排气门：耐热合金钢（硅铬钢、奥氏体钢）头部杆部工作条件：A、进气门300-400℃，排气门700-900℃；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、耐磨气门头部的结构形式平顶式结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也较小，进、排气门都可采用。球面顶适用于排气门，因为其强度高，排气阻力小，废气的清除效果好，但球形的受热面积大，质量和惯性力大加工较复杂。喇叭顶喇叭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，而不宜用于排气门。气门锥角气门锥角：气门密封锥面的锥角，一般做成45O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，1-3mm。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气门杆尾部的结构取决于气门弹簧座的固定方式2、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，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：气门杆与气门导管间隙0.05～0.12mm。气门导管3、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4、气门弹簧气门弹簧功用：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气门弹簧座锁片气门关闭保证气门及时关闭、密封气门开启保证气门不脱离凸轮气门弹簧圆柱形螺旋弹簧圆柱等螺距弹簧随着有效圈数的减少，自然频率提高。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作用：1、防止共振2、当一根弹簧折断折断时，另一根仍可继续工作3、降低了气门弹簧的整体高度凸轮轴（凸轮轴）正时齿轮二气门传动组1、组成:如图所示2、功用：使进、排气门能按配气定时规定的时刻开闭，且保证有足够的开度。挺柱推杆摇臂摇臂轴一、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。要求足够的韧性和刚度、及耐磨性材料：优质钢、合金铸铁、球墨铸铁结构：轴颈斜齿轮凸轮偏心轮正时齿轮斜齿轮：驱动分电器、（机油泵）偏心轮：驱动汽油泵凸轮工作条件：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。凸轮的轮廓凸轮轮廓与气门的运动规律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：1—2—4—3同名凸轮的相对角位置凸轮轴的传动A、齿轮传动：应用在下置凸轮轴发动机。采用斜齿齿轮。正时标记对准：保证正确的配气相位和点火时刻链条和齿形皮带传动：齿形皮带传动噪声小，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二、挺柱（1）作用：将凸轮的推力传给推杆（气门杆）（2）挺柱的分类：菌式气门侧置式筒式气门顶置式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。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结构：性能：消除了配