汽车发动机配气机构

工作过程
• 特点： • A、气门行程大，结构较复杂。(凸轮轴下臵 式) • B、进气阻力小，燃烧室结构紧凑，气流扰 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臵式配气机构。 • C、曲轴与凸轮轴传动比为2:1。
2)、气门侧臵式
进排气门都布臵在气缸 的一侧，结构简单、零件数 目少。 燃烧室结构不紧凑、热量 损失大、进气道曲折、进气 阻力大，使发动机性能下降， 已趋于淘汰。
§3.2 配气机构的布臵和传动 一、配气机构的组成与工作情况
气门驱动组：从正时齿 轮开始至推动气门动作的 所有零件。主要由正时齿 轮、凸轮轴、气门挺柱、 推杆、调整螺钉和锁紧螺 母、摇臂、摇臂轴、摇臂 轴支架等组成。其功用是 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。其功用主要 是维持气门的关闭。
实物图
测量气门间隙
拧松紧定螺母，调正调节螺钉
§3.3 配气相位
一、配气相位：用曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻和开启 持续时间，称为配气相位。
通常用环形图表示-配气相位图。
理论上讲进、压、功、排各占180°，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，它不能满足发动机对进、排气门的要求。
气门叠开角过大:小负荷运转时，由于进气管压力很低，易出现废气 倒流。 增压柴油机气门叠开角一般很大，因进气压力大，扫气，甚至有一 部分新鲜空气从排气门排出。
§3.4 气门传动组与气门组
一、气门传动组 组成 功用：定时驱动气门开闭，并保证气门有足够的开度和适当的 气门间隙。 摇臂轴 摇臂 凸轮轴 推杆
1、气门布臵 1)气门顶臵式 组成：
(1)气门打开：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。 (2)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。
(1)正在进气，则进气门不能调； (2)正在排气，则排气门不能调； (3)将要进气，则进气门不能调； (4)将要排气，则排气门不能调； (5)刚进气完，则进气门不能调； (6)刚排气完，则排气门不能调。
据调整原则结合表中的图可以看出：一缸压缩终了，双门关闭，均可 调；六缸排气终了，双门叠开，均不可调；五缸压缩过程，距“进关” 很近，属“进气刚完”，进气门不能调，距“排开”、“排关”都很远， 排气门可调；二缸“正在排气”，排气门不可调，距“进开”尚远，进 气门可调；三缸“正在进气”，进气门不可调，距“排关”已远，排气 门可调；四缸作功过程，已距“排开”很近，属“将要排气”，排气门 不可调，距“进开”“进关”都很远，进气门可调。 综上分析，一缸压缩终了时，可调气门有：一缸双门，二、四缸进气 门，三、五缸排气门。同理可分析六缸压缩终了时，剩下六个气门可调。 如此，两遍调完全部气门。
2.排气迟后角 (1)定义：在活塞越过上止点后，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(或晚关角)。排气迟后角用δ表示，δ 一般为10°~30°。 (2)目的： ①利用缸内外压力差继续排气：活塞到达上止点时，气缸内的压力仍高 于大气压，利用缸内外压力差可继续排气。 ②利用惯性继续排气：活塞到达上止点时，废气气流有一定的惯性，利 用惯性可继续排气。所以排气门适当晚关可使废气排得较干净。
2、凸轮轴的布臵型式
1)、凸轮轴下臵 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 轴与凸轮轴之间的 传动装臵，有利于 发动机的布臵。
2）、凸轮轴中臵式
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。
2.进气迟后角 (1)定义：在进气冲程下止点过后，活塞重又上行一段，进气门才关闭。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(或晚关角)。进气 迟后角用β表示，β一般为40°~80°。 (2)目的： ①利用压力差继续进气：活塞到达下止点时，由于进气阻力的影响，气缸 内的压力仍低于大气压，进气门晚关，利用压力差可继续进气。 ②利用进气惯性继续进气：活塞到达下止点时，进气气流还有相当大的惯 性，进气门晚关，仍能继续进气。 下止点过后，随着活塞的上行，气缸内压力逐渐增大，进气气流速度也逐 渐减小，至流速等于零时，进气门便关闭的β角最适宜。若β过大便会将 进入气缸内的气体重新又压回进气管。
第三章 配气机构
§3.1 概述
一、功用： 是进、排气道的控制机构，按照气缸的工作顺序和 工作过程的要求，准时地开闭进、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。 二、充气效率： 新鲜空气或可燃混合气充满气缸的程度，用充气效率ηv 表示。ηv越高，表明进入气缸的新鲜气体越多，可燃混 合气燃烧时可能放出的热量也就越大，发动机功率越大。
原因：
① 气门的开、闭有个过程
开启 总是 由小→大 关闭 总是 由大→小
② 气体惯性的影响
同样造成进气不足、排气不净 ③ 发动机速度的要求 曲轴转速很高，活塞每一行程历时都很短，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。
实际配气相位演示
凸轮轴正 时齿轮
挺柱
1、凸轮轴
1)、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。 2)、工作条件：承受气门间歇开启的周期性冲击载荷。 3)、材料：多用优质碳钢或合金钢锻制，并经表面高频淬火(中碳 钢)或渗碳淬火(低碳钢)处理。合金铸铁、球墨铸铁 4)、结构：
中间轴齿 形带轮 曲轴正时 齿形带轮
三、气门排列及驱动装臵
1.两气门的排列及驱动 一般发动机都采用每缸两个气门。 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。 排列 ： 一列 驱动：一根凸轮轴驱动 进排气道： 汽油机：臵于机体一侧，进气预热 ，提高汽油挥发性 柴油机：臵于机体两侧，防止进气预热，提高充气效率
3.单缸5气门
四、气门间隙及其调整
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。
摇臂 气门间隙
气门杆
2、必要性：发动机工作时，气门将因温度升高而膨胀，如果气 门及其传动件之间，在冷态时无间隙或间隙过小，则在热态时， 气门及其传动件的受热膨胀势必引起气门关闭不严，造成发动 机在压缩和作功行程中漏气，而使功率下降，严重时甚至不易 起动。为了消除这种现象，通常在发动机冷态装配时，留有气 门间隙，以补偿气门受热后的膨胀量。有的发动机采用液力挺 柱，挺柱的长度能自动变化，随时补偿气门的热膨胀量，故不 需要预留气门间隙。 3、大小： 气门 进气门 排气门 间隙 0.25~0.30mm 0.30~0.35mm
2.四气门的排列及驱动 某些大排量、高转速、高功率的发动机，由于气门尺寸的限制， 每缸两个气门不能满足换气的需要，而采用三气门(两进一排)或四 气门(两进两排)，因此必须有使两同名气门同步开闭的驱动装臵。 每缸采用四个气门时，其气门排列的方案有二种：
1).同名气门排成两列 如图所示，由一个凸轮通 过T形驱动杆同时驱动，并 且所有气门都可以由一根凸 轮轴驱动。 2).同名气门排成一列 如图所示，进排气门分别 位于曲轴中心线的两侧，分 别采用两凸轮轴驱动，每缸 两同名气门采用两个形状和 位臵相同的凸轮驱动。
过大： (1)传动零件之间及气门和气门座之间产生撞击声，并加速磨损。 (2)使气门开启的持续时间减少，气缸充气和排气情况变坏。 过小：热态下使气门关闭不严而发生漏气，导致功率下降，甚至烧 坏气门。
4、气门间隙调整
1）气门间隙调整方法——两遍法 生产实践中，普遍地采用两遍法调整气门间隙，即第一缸压缩终了上止点 时，调整所有气门的半数，再摇转曲轴一周(指四冲程发动机)便可调整其 余半数气门。 2）气门间隙调整原则——气门在完全关闭的情况下，即挺柱(或摇臂)必 须落在凸轮的基圆上才可调整。
链条传动
曲轴→链条→凸轮轴正时齿轮
曲轴→齿形皮带→凸轮轴正时 齿形带传动 齿轮
凸轮轴上臵 式配气机构
齿轮传动
曲轴正时齿轮（钢）→凸轮轴 正时齿轮（铸铁或胶木）
凸轮轴下臵、 中臵式配气 机构
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 材料： 曲轴正时齿轮：钢制 凸轮轴正时齿轮：铸铁，夹布胶木 配气正时：安装时正时记号对齐
链条传动
凸轮轴上臵 曲轴→链条→凸轮轴正时齿轮 式配气机构
噪音小 工作可靠性和 耐久性不如齿 轮传动
张紧机构
导链板
曲轴→齿形皮带→凸轮轴正时 齿形带传动 齿轮
凸轮轴上臵 式配气机构
凸轮轴正时 齿形带轮
张紧轮
ห้องสมุดไป่ตู้
齿形带传动，传动 比准确，效率高， 不需润滑，噪声小、 工作可靠、成本低 齿形皮带材料：氯 丁橡胶
由此可见，气门开启持续 时间内的曲轴转角，即排 气持续角为γ+180°+δ。
四、气门叠开
1.定义：由于进气门早开和排气门晚关，就出现了一段进排气门同时开 启的现象，称为气门叠开。同时开启的角度，即进气门早开角与排气门晚 关角的和(α+δ)，称为气门叠开角。 2.废气倒排回进气管和新鲜气体随废气排出的问题： 由于叠开时气门的开度较小，且新鲜气体和废气流的惯性要保持原来的 流动方向，所以只要叠开角适当，就不会产生废气倒排回进气管和新鲜气 体随废气排出的问题。发动机的结构不同、转速不同，配气相位也就不同。