第四章 换气系统与换气过程

1-进气门，2-排气门；3-摇臂；4-摇臂 轴；5-凸轮轴；6-液力挺柱
3. 类型
（3）凸轮轴顶置式 配气机构
摇臂驱动、单顶置 凸轮轴配气机构 （无挺柱）
1-进气门，2-排气门；3-摇臂； 4-摇臂轴；5-凸轮轴
3. 类型
（3）凸轮轴顶置式配气机构
摆臂驱动、单顶置 凸轮轴配气机构
1-气门间隙调整块； 2-弹簧扣； 3-摆臂； 4-摆臂支座；
根据凸轮轴的数量
•SOHC（Single Overhead Camshaft）式-用于两气门发动机 的单凸轮轴式 •DOHC（Double Overhead Camshaft）式-用于四气门发动机 的双凸轮轴式
由OHC式的结构特点将其分为直接驱动式和摇 臂式两种结构。
摇臂（摆臂）式（Rocker Arm）-凸轮轴必须通过摇臂或摆臂 驱动气门，往复运动质量小，适用于高速发动机。 直接驱动式-凸轮轴直接驱动气门。
②液压挺柱
作用：使凸轮与气门间实现无间隙传动，消除冲击和噪声。 组成：由挺柱体、液压缸、柱塞、球阀和补偿弹簧等组成。挺 柱体的外圆柱面上有一环形油槽，油槽内有一进油孔与低压油腔相通， 背面上有一键形槽将低压油腔与柱塞的上部相通。 液压缸与柱塞是一对精密偶件，配合间隙为0.OO5mm。 补偿弹簧——补偿弹簧使挺柱顶面和凸轮轮廓线保持紧密接触， 液压缸下端面与气门杆尾部紧密接触，因此没有气门间隙。把球阀压靠 在柱塞底部的阀座上，分成上部的低压油腔和下部的高压油腔。当球阀 开启后，则成为一个通腔。 液压挺柱结构复 杂，加工精度要 求高，磨损后会 因泄油过多、补 油不足而出现气 门间隙，无法调 整与维修，只能 更换。
凸轮轴下置、中置的配气机构大多采用圆柱形正时齿轮传动，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。 齿形皮带工作噪声小，曾经在发动机上得到广泛使用，但行驶一定公里数要 更换齿形带。近年来汽车发动机上广泛采用来链条传动， 行驶里程远，可靠性
气门、向气缸供给新气（可燃混合气或空气）并及时 排出废气。即进饱排净 当进、排气门关闭时，保证气缸密封。
4.1.3 充气效率 v 新鲜空气或可燃混合气充满气缸的程度.
m-进气过程中,实际进入气缸的新气质量 m0-在进气状态(压力、温度)下,充满气缸工作容积的新气质量 新鲜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。
4.2 4.1 配气机构 换气系统的作用与组成 4.2.1 3.1.1 配气机构总体组成与工作原理 配气机构（Valve Train）的组成 包括气门组（见图a）和气门驱动机构（凸轮轴 ）和气门传动组（见图b） 、凸轮轴传动机构）（见图b）
4.1.2 功用：
按照气缸的工作顺序和工作过程的要求，准时开闭进、排
2）挺柱
功用——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。 种类：分为普通（机械式）挺柱和液压挺柱。 ①普通挺柱---挺柱安装在挺柱导管内。
筒式挺柱——大多数发动机采用，下端设有油孔，以便润滑凸轮 滚轮式挺柱——某些大型柴油机采用，可减少摩擦力和侧向力 菌式——侧置气门发动机采用。 挺柱旋转机构——挺柱底面做成半径较大的球面，凸轮在轴向做成一定的锥度形状。 提高寿命，降低工作噪声的目的
消声器 消声器作用——消声、灭火。 工作原理——通过多次地变动排气气流方向或重复地使气流通过 收缩又扩大的断面，或将气流分割为许多小的支流并沿着不平滑的 平面流动等方法，以消耗废气中的能量，衰减排气气流的压力波， 降低噪声。 消声器有四种基本结构形式，实际应用的消声器多为这些基本形 式的组合。
a)吸收式；b)干涉式；c)扩张式；d)共振式
（4）气门弹簧（图3-12） 功用：气门落座并紧密贴合；防止振动时发生跳动；防止各传动件之 间因惯性力的作用产生间隙；保证气门按凸轮轮廓曲线的规律关闭。 组成：套装在气门杆上，一端支承在气缸体(或气缸盖)上，另一端支 承于装在气门杆尾端的弹簧座上，用锥形锁片(两片)或锁销固定。 材料：用高碳锰钢、铬钒钢等钢丝卷制而成。为提高疲劳强度， 弹簧丝表面要磨光、抛光或喷丸处理，同时为防止生锈，弹簧表面还需 镀锌、镀铜或进行氧化发蓝处理。
耐久性好，成本也不高。
二气门式 按每缸气门数目分 四气门式 五气门式
四气门配气机构
五气门配气机构
4.2 配气机构的主要零部件
4.2.1 气门组
气门组的零件——气门、气门座、气门导管、气门弹簧、锁片( 夹)、油封等。
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，以防止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。 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。
2 进气管与排气管
可变进气系统
进气管的功用：将可燃混合气或空气引入气缸,对多缸机还
要尽量保证各缸进气量均匀一致。
排气管的功用：是将燃烧后的废气引入大气。
要求：（1）进气阻力小，充气量要大。 （2）排气阻力小，排气噪音小。
材料：
进、排气管一般用铸铁制成。进气管也有用铝合金铸造的。 进、排气管二者可铸成一体，也可分别铸出。 固定在气缸盖上，接合面处装有石棉衬垫，以防漏气。 排气总管连通催化净化器或排气消声器。 进、排气支管则分别与进、排气门的通道连通。
②
凸轮轴下置式 按凸轮轴布置位置 凸轮轴中置式 凸轮轴上置式
凸轮轴下置式，主要缺点是气门和凸轮轴相距较远，因而气 门传动零件较多，结构较复杂，发动机高度也有所增加。 凸轮轴中置式,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。 凸轮轴上置式OHC（Overhead Camshaft）:凸轮轴布置在气缸 盖上。
4.1.4 配气机构的种类
气门顶置式配气机构 根据气门安装位置不同 ,分 气门侧置式配气机构
气门顶置式OHV（Overhead Valve）配气机构:由凸轮、挺柱、推杆、摇臂、气门 和气门弹簧等组成。其特点是进气阻力小，燃烧室结构紧凑，气流搅动大，能达 到较高的压缩比。 气门侧置式SV(Side Valve)配气机构:由凸轮、挺柱、气门和气门弹簧等组成。 缺点: 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。
组成——摇臂、摇臂轴、摇臂轴支座及定位弹簧等。
定位弹簧---防止摇臂轴向窜动。 摇臂轴---一根空心轴，在安装各摇臂部位的径向钻有油孔。 紧固螺钉---固定摇臂轴于摇臂轴支座孔内，以防转动。
3. 类型
摇臂驱动、单顶置凸轮轴 配气机构（有挺柱）
（3）凸轮轴顶置式配气机构
凸轮轴顶置配气机构 是现代发动机结构的主流 趋势之一。有单凸轮轴和 双凸轮轴两种类型。 特点： 离曲轴较远，不能用 齿轮传动，一般齿形带传 动，也可用链传动。 传动链短，零件少， 刚度好 。 运动质量小，惯性小， 适合高速。
图3—13
气门弹簧座的固定方式
结构特点——采用圆柱螺旋形弹簧等螺距弹簧，双弹簧结构， 变螺距弹簧
变螺距弹簧——在压缩时，螺距较小的弹簧两端逐渐贴合，使有 效圈数逐渐减少，共振频率逐渐提高，可有效避免共振的发生，同时还可 以减少弹簧的数量。变螺距弹簧安装时将大螺距一端朝上(作为活动端)， 小螺距一端朝下(作为固定端)。 双弹簧结构——内弹簧刚度较小，内外弹簧旋向相反，防止共振， 提高工作的可靠性。另外，可以减小弹簧的高度，减小安装空间。
气门头顶部形状有平顶，球面(凸)顶和喇叭形(凹)顶等
平顶 球面顶
结构简单、制造方便、吸热面积小，质量小、 进、排气门均可采用 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
中空气门杆的气门——减轻气门质量和减小气门运动的惯性力。 中空的气门杆中填入金属钠（熔点是97.8℃，沸点880℃） 冷却效果优良——降低排气门的温度，增强排气门的散热能力。在气 门工作时，钠变成液体，上、下激烈地振动，从头部吸收热量并传杆，再 经气门导管传给气缸盖，使气门头部得到冷却。 成本比普通气门高出几倍， 应用——奔驰190、尼桑SR系列发动机等。
第四章 换气系统与换气过程
换气系统的作用与组成
配气机构
配气相位 换气过程 充量系数及影响因素 充量系数提高措施
可变进气控制技术
4.1 换气系统的作用与组成
4.1.1 换气系统作用
根据发动机各缸的工作循环和着火次序，适时地开启和关闭各 缸的进气门、排气门，使足量的纯净空气或空气与燃油的混合气及 时地进入气缸，并及时地将废气排出。
（5）气门旋转机构（图3-13）
作用——使气门在工作中相对气门座缓慢旋转，使气门头部受热均匀而减 少变形，并通过相对旋转运动中的相互摩擦产生自洁作用。 类型——一种是低摩擦型自由旋转机构，另一种是强制旋转机构。
3.2.2．气门传动组
功用：传递 凸轮轴→气门之间的运动
功用： 控制气门的开启和关闭时刻 气门升程和工作顺序。 要求：耐磨，足够的韧性和刚度。 材料：优质碳钢或合金钢锻造，或合 金铸铁、球墨铸铁铸造。 凸轮的排列顺序——同名凸轮的夹角 为作功间隔角的1/2，故 四缸机为 180°/ 2=90°； 六缸机: 120°/2=60°。
（3 ）
推杆
最容易弯曲的零件。 作用:将从凸轮轴传来的推力传给摇臂 要求：很高的刚度，应尽量地做得短些。
（4）摇臂与摇臂组
①摇臂 将推杆传来的力改变方向，打开气门。 采用45钢冲压或有用铸铁或铸钢精铸而成的。
无声摇臂—可以自动消除气门与摇臂的接触 间 隙，从而消除气门开启时产生的噪声。
② 摇臂组
3. 类型
（1）凸轮轴下置式配气机构
特点： 离曲轴近，可以用齿轮传动。 （曲轴与凸轮轴的转速比为2：1） 传动链长，零件多，刚度差。 运动质量大，惯性大，不适合高速。
3. 类型
（2）凸轮轴中置式配气机构
特点： 离曲轴略远，仍可以用齿轮 传动（齿轮数多），也可用链传 动或齿形带传动。 传动链略短，零件多，刚度 差（只少推杆） 。 运动质量大，惯性大，不适 合高速。
（2）种类和工作原理
按滤清方式可以分为惯性式、过滤式和综合式； 按是否用机油分干式（干惯性式、干过滤式）和湿式（湿惯性式、湿过滤式）。
惯性式：它是根据离心力或惯性力与质量成正比的原理 优点：进气阻力小，保养简单。 缺点：滤清能力不强，即滤清效果差。 过滤式：它是根据吸附原理，引导气流通过滤芯（如金属网、 丝、棉质物质和纸质等），将尘土隔离和粘附在滤芯上 优点：滤清能力强，滤清效果好。 缺点：进气阻力大，滤芯易堵塞。 综合式：综合上述两种滤清方式，使空气通过惯性式，除去粗 粒灰尘，然后再通过过滤式除去细粒灰尘。
3. 类型
（3）凸轮轴顶置式配气机构
摆臂驱动、单顶置 凸轮轴配气机构
3. 来自百度文库型
（3）凸轮轴顶置式配气机构
摆臂驱动、双顶置 凸轮轴配气机构
3-摆臂； 4-摆臂支座； 5-气门间隙调整螺钉； 6-锁紧螺母；
3. 类型
（3）凸轮轴顶置式配气机构
直接驱动、顶置凸轮轴配 气机构（有挺柱）
③
齿轮传动 按曲轴和凸轮轴的传动 方式分链条传动 齿带传动
充钠排气门
（2）气门导管（图3-11） 功用： ①起导向作用，保证气门作直线往复运动。 ②起导热作用，将气门头部传给杆身的热量，通过气缸盖传出去。 材料——铸铁气缸盖的：采用灰铸铁、球墨铸铁或铁基粉末 冶金制造的导管，铝合金缸盖的：多采用铜锌合金制造，耐 磨性、导热性和加工性均比较好。 气门导管与气门杆之间留有0.05～0.12mm的间隙 压入气缸盖的气门导管孔内，再精铰内孔。 工作条件：温度约500K，润滑不良，易磨损。靠配气机构 飞溅润滑
4.1.2 换气系统组成
空气滤清器 进气管系统 配气机构
排气管系统
消声器等
化油器式汽油机 进、排气系统组成
现代电喷汽油机 进排气系统的组成
1. 空气滤清器
汽油机的空气滤清器和进气管
空气滤清器 工作原理
（1）功用与要求：
功用—把空气中的灰尘土分离出来，供给气缸足够量的清洁空气。 要求—滤清能力强，进气阻力小，维护保养周期长，价格低廉。