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第三章配气机构§3.1概述一、作用按照发动机的工作循环和发火次序，定时实现换气。达到进气尽可能充分、排气尽可能干净的目的。在各种工况下，保持最佳的充气效率，最佳性能。二、组成气门组实物三、分类1－进气孔2－排气孔3－扫气孔气门式气孔式气门顶置式气门侧置式（一）按气门布置形式分为凸轮轴下置式凸轮轴中置式（二）按凸轮轴布置形式分为凸轮轴上置式1.凸轮轴下置式配气机构（1）组成：气门传动组和气门组气门传动组：从正时齿轮开始至推动气门动作的所有零件。功用：定时驱动气门使其开闭。气门组：主要由气门锁片、气门弹簧座、气门弹簧、气门、气门导管、气门座等组成。功用：维持气门的关闭。凸轮轴挺柱推杆摇臂凸轮轴正时齿轮摇臂轴（2）工作过程：A.气门打开：由曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴旋转，使凸轮轴上的凸轮凸起部分通过挺柱、推杆、调整螺钉，推动摇臂摆转，摇臂的另一端便向下推开气门，同时使弹簧进一步压缩。B.气门关闭：当凸轮的凸起部分的顶点转过挺柱以后，气门在其弹簧张力的作用下，开度逐渐减小，直至最后关闭，进气或排气过程即告结束。压缩和作功行程中，气门在弹簧张力作用下严密关闭，使气缸密闭。1－凸轮轴正时齿轮2－凸轮轴3－挺柱4－推杆5－摇臂轴座6－摇臂轴7－气门间隙调整螺钉及锁紧螺母8－摇臂9－气门锁夹10－气门弹簧座11－气门12－防油罩13－气门弹簧14－气门导管15－气门座圈16－曲轴正时齿轮2.凸轮轴上置式配气机构通过摇臂驱动气门可分为单凸轮轴直接驱动气门双凸轮轴应用：主要应用于高速发动机。桑塔纳轿车发动机凸轮轴上置式凸轮轴上置直接驱动挺柱体气门顶置摇臂驱动式双凸轮轴上置直接驱动气门（3）应用：凸轮轴下置式、凸轮轴中置式。1.齿轮传动（1）优点：配气相位准确，工作可靠性好，耐久性好。（2）缺点：噪音、磨损较大，布置困难。（三）按凸轮轴的传动方式分（3）应用：凸轮轴上置式2.链传动（1）优点：布置自由度大，制造成本低，工作可靠。（2）缺点：配气相位易变，噪声、磨损大，耐久性较差。3.齿形带传动（1）优点配气相位准确，布置自由度大，磨损、噪声小。（2）缺点可靠性、耐久性差，摩擦阻力大，随温度变化大。齿形带传动曲轴正时齿形带轮中间轮水泵传动齿形带轮张紧轮凸轮轴正时齿形带轮1.配气机构的功用是什么？顶置式气门配气机构由哪些零件组成？2.双凸轮轴驱动的多气门机构的优缺点是什么？思考题§3.2配气相位和气门间隙一、配气相位1.定义：进、排气门的实际开闭时刻及其开启的持续时间。2.延长进、排气时间的原因（1）气门的开、闭有个过程；（2）气体惯性的影响；（3）发动机速度的要求。举例：当发动机转速为5600r/min时，一个行程持续时间：60/（5600×2）=0.0054s上止点下止点3.配气相位图的解释α—进气提前角:减少节流损失β—进气滞后角:气流惯性，压力差α＋β＋180°—进气持续角γ—排气提前角:压力差δ—排气滞后角:气流惯性，压力差γ＋δ＋180°—排气持续角4.气门重叠（1）定义：进气门、排气门同时开启的现象。α＋δ—气门重叠角（2）引起的问题：当气门重叠角较小时，新鲜气体和废气利用惯性可以保持原来的流动方向，不会产生废气倒流回进气管和新鲜气体随废气排出的问题。当气门重叠角过大时，发动机小负荷运转时，由于进气管压力很低，易出现废气倒流现象。实际配气相位演示10°~30°40°~80°40°~80°10°~30°5.影响配气相位的因素发动机结构形式、发动机转速等。按发动机性能要求通过试验确定某一常用转速下较合适的配气相位。变相位发动机。二、气门间隙1.定义：指当气门处于关闭状态时气门与传动件之间的间隙。2.留有气门间隙的原因发动机工作时，气门及传动件将因温度的升高而膨胀，造成气门关闭不严，气缸漏气。3.气门间隙的大小（1）由厂家确定：冷态时，进气门间隙0.25～0.35mm，排气门间隙0.30～0.35mm。（2）气门间隙过小：漏气，功率下降，气门烧坏。（3）气门间隙过大：使传动零件之间以及气门和气门座之间产生撞击，气门开启的持续时间减少。4.气门间隙的测量和调整（1）测量：塞尺。（2）调整前提条件：必须使气门处于完全关闭的状态，挺柱与凸轮的基圆部分接触。调整方法：调整螺钉调整垫片凸轮轴上置直接驱动挺柱体气门顶置1.什么叫配气相位图？图中各角度的含义、作用是什么？2.发动机的配气机构一般要保留气门间隙，为什么？其如何调整和测量？思考题作用：在任何情况下，必须保证燃烧室的密封性。§3.3配气机构的零件和组件§3.3.1气门组气门组实物图气门是保证发动机工作性能良好和可靠的重要零件之一。1.气门的构造由头部和杆部两部分组成。气门头部的散热：通过气门座、气门杆。头部过渡圆滑杆部作用：（1）散热；（2）降低阻力；（3）增加强度。一、气门气门1—杆部；2—头部（1）气门头部功用：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、高速气流冲击)。a.气门顶形状：a)平顶b)球面顶c)喇叭顶平顶式结构简单，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，而不宜用于排气门。b.气门锥角：定义：气门与气门座之间的配合面做成锥面，称为气门密封锥面；其锥角，称为气门锥角。作用：①就象锥形塞子可以塞紧瓶口一样，能获得较大的气门座合压力，以提高密封性和导热性。②气门落座时有自动定位作用。③避免使气流拐弯过大而降低流速。④有了锥角，气门落座时能挤掉接触面的沉积物，即有自洁作用。要求：锥面要研磨，宽度要合适，一般1－3mm。一般做成45°锥角。气门实物图进气门排气门两气门一样大时，排气门有记号。c.气门直径：进气门直径一般大于排气门直径。（2）气门杆部：用来为气门运动时导向、承受侧压力并传走一部分热量。气门杆呈圆柱形，在气门导管中不断进行往复运动。其表面须经过热处理和磨光，以保证与气门导管的配合精度和耐磨性。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充钠中空气门杆定义：在中空的气门杆中填入一半金属钠。作用：旨在减轻气门质量和减小气门运动的惯性力。增强排气门的散热能力。原因：钠的熔点的是97.8℃，沸点为880℃，所以在气门工作时，钠变成液体。应用：高度强化的发动机排气门。a）锁片式b）锁销式1-气门杆；2-气门弹簧；3-弹簧座；4-锁片；5-卡环；6-锁销a.弹簧座的固定：气门杆端的形状决定于气门弹簧座的固定方式6b.防松装置：为防止气门弹簧折断时，气门落入气缸造成严重事故，可在气门杆尾部加工一个环形槽，内装上弹簧卡环。图3-28锁片式结构1-气门杆；2-气门弹簧；3-弹簧座；4-锁片；5-卡环c.气门旋转机构结构：作用：可使气门头沿圆周温度均匀，减小气门头部热变形。阻止沉积物形成的自洁作用。2.气门的工作条件与材料工作条件：A、进气门570K-670K，排气门1050K-1200K。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570K-670K，采用合金钢（铬钢或铬镍钢）排气门1050K-1200K，采用耐热合金钢（硅铬钢）1.作用：导向作用，保证气门作直线往复运动，使气门与气门座正确贴合。此外，气门导管还在气门杆与气缸盖之间起导热作用。二、气门导管2.形状：导管内、外圆柱面经加工后压入气缸盖的气门导管孔中，然后再精铰内孔。3.材料：灰铸铁、球墨铸铁或铁基粉末冶金。4.防落装置：卡环定位。导管和气门导管孔是过盈配合。导管和气门杆是间隙配合。1.作用：气门座与气门头部共同对气缸起密封作用，并接受气门传来的热量。2.分类：a.镗出式气门座（用于汽油机进气门）；b.镶嵌式气门座（用于汽油机排气门、采用铝合金缸盖的发动机的进、排气门和柴油机进气门）。优点：节省材料，提高使用寿命，更换、维修方便。缺点：导热性差，加工精度要求高，脱落（过盈配合）。三、气门座1.作用：（1）保证气门自动回位关闭而密封。（2）保证气门与气门座的座合压力。（3）吸收气门在开启和关闭过程中传动零件所产生的惯性力，以防止各种传动件彼此分离而破坏配气机构正常工作。2.材料和固定：材料为高锰钢、铬钒钢，热处理；固定方法为一端靠在气缸盖上，一端靠在弹簧座上。3.具有足够的刚度和安装预紧力的原因：气门弹簧必须承受气门关闭过程中气门及传动件产生的惯性力，也必须克服配气机构因高速运转时产生的振动而引起的附加负荷。预紧力保证气门处于关闭状态时，关闭严实。四、气门弹簧4.防止气门弹簧共振的方法（1）提高气门弹簧的自然振动频率设法提高气门弹簧的刚度，如加粗钢丝直径或减小弹簧的圈径。优点：方法较简单。缺点：由于弹簧刚度大，增加了功率消耗和零件之间的冲击载荷。（2）采用双气门弹簧每个气门装两根直径不同、旋向相反的内外弹簧。由于两弹簧的自然振动频率不同，当某一弹簧发生共振时，另一弹簧可起减振作用。旋向相反，可以防止一根弹簧折断时卡入另一根弹簧内，导致好的弹簧被卡住或损坏。另外，万一某根弹簧折断时，另一根弹簧仍可保持气门不落入气缸内。（3）采用不等螺距弹簧这种弹簧在工作时，螺距小的一端逐渐叠合，有效圈数逐渐减小，自然频率也就逐渐提高，使共振成为不可能。注意：螺距小的一端应朝向气门头部。（4）采用等螺距的单弹簧，在其内圈加一个过盈配合的阻尼摩擦片来消除共振。（5）采用锥形气门弹簧锥形气门弹簧的刚度和固有频率沿弹簧轴线方向是变化的。注意：安装时，应使弹簧大端朝向气缸盖。图3-35气门弹簧a)等螺距弹簧；b)不等螺距弹簧；c)双螺旋弹簧凸轮轴挺柱推杆摇臂凸轮轴正时齿轮摇臂轴作用：使进、排气门能按配气相位规定的时刻开闭，且保证有足够的开度。§3.3.2气门传动组1.结构进、排气凸轮：用以使气门按一定的工作次序和配气相位及时开闭，并保证气门有足够的升程。偏心轮、齿轮。凸轮轴轴颈：用来支承凸轮轴，一般凸轮轴每隔两个气缸设置一个轴颈，也有全支撑的。一、凸轮轴凸轮凸轮轴轴颈驱动分电器的螺旋齿轮螺栓垫片正时齿轮止推凸缘止推座凸轮轴衬套驱动汽油泵的偏心轮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凸轮的工作过程如下：当凸轮按图中方向转过EA时，挺柱处于最低位置不动，气门处于关闭状态。凸轮转至A点时，挺柱开始移动。继续转动，在缓冲段AB内的某点M处消除气门间隙，气门开始开启，至C点时气门开度最大，而后逐渐关小，至缓冲段DE内某点N时，气门完全关闭。此后，挺柱继续下落，出现气门间隙，至E点时挺柱又处于最低位置。点火顺序：1—2—4—3根据上述道理，只要知道了凸轮轴的旋转方向和同名凸轮的相对位置，就可以判断发动机的工作顺序。2.a)同名凸轮的相对角位置凸轮轴上各缸进气(排气)凸轮，即同名凸轮的相对角位置与凸轮轴的转动方向、各缸的工作顺序和作功间隔角有关。点火顺序：1—5—3—6—2—4•b)异名凸轮的相对角位置•同一气缸的进、排气凸轮，即异名凸轮的相对角位置。它是由发动机的配气相位和凸轮轴的转向所决定的。3.凸轮轴的材料：凸轮轴的材料一般用优质钢模锻而成，也可采用合金铸铁或球墨铸铁铸造。凸轮各轴颈的工作表面一般经热处理后精磨，以改善其耐磨性。4.凸轮轴的驱动4.凸轮轴轴向定位：止推轴承、止推片、止推螺钉、止推凸缘定位。1.作用：挺柱是凸轮的从动件。作用是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。2.分类：分为机械挺柱（又分为平面挺柱和滚轮式挺柱）、液力挺柱。（1）平面挺柱平面挺柱由于结构简单、质量轻，被广泛用于车用发动机上。为减轻平面挺柱工作面的磨损，可采取下列结构措施：二、挺柱a.挺柱轴线偏离凸轮的对称轴线。一般e取1～3mm。发动机工作时凸轮与挺柱底面的摩擦力可使挺柱围绕自身的轴线旋转，以达