第三章_配气机构与换气系统

按凸轮轴的布置型式分
下置式 中置式 上置式
1、凸轮轴下置
缺点： 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。
优点： 简化曲轴与凸轮轴之 间才传动装置，有利 于发动机的布置。
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。
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。
（2） 气门锥角
α
1） 定义：气门锥 面与顶平面的夹角称 气门锥角。
2） 气门锥角的作用
就向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；
气门落座时有自动定位作用； 避免气流拐弯过大而降低流速； 气门落座时能挤掉接触面的沉积物，即有自洁作用。
h1 h2
气门杆
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： 1.靠其内锥面与气门锥面的紧密 贴合密封气缸。 2.接受气门传来的热量。
气门座
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。
应用：高速发动机,桑塔纳轿车发动机
双凸轮轴上置式发动机
按每个气缸的气门数目分
二气门式 四气门式 三气门式 五气门式 八气门式
气门数量与布置
三、配气机构的构造
气门组 气门传动组
捷达轿车气缸盖实物图
上置凸轮轴实物图
气门组
组成：气门、气门座、气门导管、气门 弹簧、弹簧座、锁片和挡圈等
由此可见，气门具有早开晚关的可能，那么气门早开晚关对发动机实际 工作又有什么好处呢？
进气门早开：增大了进气行程开始时气门的开启高度，减小进气阻 力，增加进气量。
进气门晚关：延长了进气时间，在大气压和气体惯性力的作用下， 增加进气量。
排气门早开：借助气缸内的高压自行排气，大大减小了排气阻力， 使排气干净。
排气门晚关：延长了排气时间，在废气压力和废气惯性力的作用下， 使排气干净。
② 气门重叠
由于进气门早开，排气门晚关，势必造成在同一时间内两个气门 同时开启。把两个气门同时开启时间相当的曲轴转角叫作气门重 叠角。在这段时间内，可燃混合气和废气是否会乱串呢？不会的， 这是因为：
a. 进、排气流各自有自己的流动方向和流动惯性，而重叠时间又 很短，不至于混乱，即吸入的可燃混合气不会随同废气排出，废 气也不会经进气门倒流入进气管，而只能从排气门排出；
润滑油道
油槽
润滑油道
摇臂组示意图
摇臂轴紧固螺钉
螺栓
摇臂
摇臂轴
摇臂轴支座
定位弹簧 摇臂称套 调整螺钉
摇臂组实物图
三、配气相位
配气相位：进、排气 门开启和关闭的时刻 所对应的曲轴转角。
配气相位图：用环形 图表示配气相位
理论上的配气相位分析
理论上讲进、压、功、排各占180°，也就 是说进、排气门都是在上、下止点开闭，延 续时间都是曲轴转角180°。
4、气门弹簧
功用：保证气门的回位。 材料：高锰碳钢、铬钒钢
锁片
气门弹簧座
气门弹簧 气门弹簧的装配
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
圆柱等螺距弹簧
不等距弹簧 应用： CA7560
圆柱形螺旋弹簧
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
应用车型：奥迪100，捷达，桑塔纳, 广州标致505
第三章 配气机构与换气系统
第一节 配气机构 第二节 换气系统 第三节 内燃机的换气过程 第四节 废气涡轮增压
第一节 配气机构
一、配气机构的功用 二、配气机构的类型 三、配气机构的构造
一、配气机构的功用
按照发动机各缸的工作过程和着火顺序的要求，定时开 启和关闭各缸的进、排气门，准时地供给清洁的、足够 的新鲜充量（空气或可燃混合气），及时并尽可能彻底 排除废气，以保证内燃机燃烧过程的有效进行。
二、配气机构的类型
根据气门布置的位置不同分 顶置式 侧置式
气门顶置式配气机构
气门位于气缸盖上称为气 门顶置式配气机构，由凸 轮、挺柱、推杆、摇臂、 气门和气门弹簧等组成。
其特点，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， 目前国产的汽车发动机都 采用气门顶置式配气机构。
3） 进、排气门锥角的大小
进气门锥角较小，多用300。因锥角越小，进气通道截面越大， 进气量越多。
排气门锥角较大，通常为450。因锥角越大，气门头部边缘的 厚度大，不易变形。排气门热负荷较大而用较大的锥角，以加强散 热和避免受热变形。且锥角越大，座合压力越大，自洁作用越大。
3） 气门头部直径
气门头部直径越大，气门口通道截面就越大，进、排气阻力 就越小。通常进气门头部直径大于排气门。另外，排气门稍小些， 还不易变形。 h1<h2
隔圈（调节环）
正时齿轮
凸轮轴的 轴向间隙
2、挺柱
（1）作用：将凸轮 的推力传给推杆 或气门。
（2）挺柱的分类：
菌式 筒式
气门侧置式 气门顶置式
减小摩擦所造成
滚轮式
的对挺柱的侧向 力。多用于大能： 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。
功用：保证气门与气门座的严密配合， 实现气缸的密封。
（1）气门
功用：控制进、排气管的开闭 工作条件： 承受高温、高压、冲击、润滑困难。 要求：足够的强度、刚度、耐磨、耐高温、耐腐蚀、耐冲击。 材料：进气门采用合金钢（铬钢或镍铬等），排气门采用耐热合
金钢（硅铬钢等）。 构造：气门由头部、杆身和尾部组成。
γ- 排气提前角 一般γ=30°～80° δ- 进气延迟角 一般δ=10°～35° 所以排气过程曲轴转角为220°～
295° 气门重叠角α+δ=20°～60°
10°~40 ° 40°~70 ° 30°~80 ° 10°~35 °
气门重叠角α+δ=20°～60°
从上面的分析，可以看出实际配气相位和理论上的配 气相位相差很大，实际配气相位，气门要早开晚关， 主要是为了满足进气充足，排气干净的要求。但实际 中，究竟气门什么时候开？什么时候关最好呢？这主 要根据各种车型，经过实验的方法确定，由凸轮轴的 形状、位置及配气机构来保证。
四、气门间隙
（1）定义：气门间隙是指气门完全关闭（凸轮的凸起部分不顶挺柱）时， 气门杆尾端与摇臂或挺柱之间的间隙。
（2） 作用：给热膨胀留有余地保证气门密封
不同机型，气门间隙的大小不同，根据实验确定，一般冷态时，排 气门间隙大于进气门间隙，进气门间隙约为0.25～0.3mm，排气 门间隙约为0.3～0.35mm。
气门升程最大时刻
出现气门 间隙阶段
消除气门 间隙阶段
气门关闭点
凸轮轮廓与气门的运动规律
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 气相位相对应的。
点火顺序： 1—2—4—3
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。
气缸体
凸轮轴颈
止推板
3、凸轮轴上置式
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。 凸轮轴上置有两种结构，一是凸轮轴直接通
过摇臂来驱动气门，这样既无挺柱，又无推杆， 往复运动质量大大减小，此结构适于高速发动 机。
另一种是凸轮轴直接驱动气门或带液力挺柱 的气门，此种配气机构的往复运动质量更小， 特别适应于高速发动机
5600r/min时一个行程只有60/（5600×2）=0.0054s，就是 转速为1500r/min，一个行程也只有0.02s，这样短的进气或排 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，那么，实际的 配气相位又是怎样满足这个要求的呢？下面我们就进行分析。
α- 进气提前角 一般α=10°～40° β- 进气延迟角 一般β=40°～70°
所以进气过程曲轴转角为230°～290°
实际排气时刻和延续时间：
同样，作功行程接近终了时，活塞在下 止点前排气门便开始开启，提前开启的 角度γ一般为30°～80°，活塞越过 下止点后δ角排气门关闭，δ一般为 10°～35°，整个排气过程相当曲轴 转角180°+γ+δ。
汽油机：排气门采用镶嵌式气门座 柴油机：进气门采用镶嵌式气门座
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0.05～0.12mm。
气门驱动组
1、组成 2、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。
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。 材料：优质钢、合金铸铁、球墨铸铁 结构：
凸轮的轮廓
气门开启点
发动机液压挺柱工作示意图
气门关闭时
气门打开时
3、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
4、摇臂
功用：将推杆或凸轮传来的力改变方向，作用到气门杆端以推开气门。
气门间隙 调节螺钉
调节螺母
摇臂
易磨损部位 堆焊耐磨合金