(2-3)配气机构与进排气系统

第二章 汽车发动机
2.3.4 排气系统
功用：把燃烧后的废气排出机外，并将排气噪声减小。现 代汽车的排气系统还增加了废气处理功能。 组成：包括排气歧管、排气管、三元催化转化器和消声器。 若汽缸为V型排列，前段排气管都要制成Y型，也有的发动 机采用双排气管。排气歧管像进气歧管一样，安装于缸盖 的一侧，其作用收集各缸排气，集中到排气管。有的带有 排气制动的汽车还在排气管中段装有电控蝶形阀。
废气涡轮增压
功用：提高充气压力。 组成：由两个涡轮组成， 装在排气管路的叫废气涡 轮（或动力涡轮），装在 进气管路的叫进气涡轮。 发动机排出的废气推动动 力涡轮高速转动（最高转 速可达15000r／min）， 由此带动与它同轴安装的 进气涡轮。带有增压器的 柴油机可使充入气缸的空 气量 提 高40 ％ ～50 ％ 左 右，因而可提高功率，并 降低了油耗。
有害气体的产生原因
CO的产生是由于混合气中含氧不足时燃烧所致。 HC是由于燃烧室壁面激冷效应、燃油分解、曲轴箱 窜气和燃油蒸发所造成的。 NO是在燃烧过程的高温条件下生成的。 NO一旦散 至空气中，很快变成二氧化氮。 氧化硫是燃油中的含硫杂质生成的。 碳黑是没有雾化的燃油（或润滑油）小珠滴在燃烧 过程中外表燃烧，芯部固化后生成的。
思考题
1.空气滤清器的作用是什么？ 2.三元催化转换器的作用是什么？ 3. 3.废气涡轮增压的作用是什么？
气门间隙
气门间隙：发动机冷机 时，已关闭的气门和摇 臂之间有一间隙叫气门 间隙。该间隙供配气机 构高温时膨胀之用。气 门间隙在冷机时约为 0.2mm，可用摇臂端头 的调整螺钉调整。
2.3.2.2 顶置凸轮轴式气门驱动机构
为了解决侧置凸轮轴式气 门驱动机构传力路程过长 的问题，现代轿车发动机 是把凸轮轴安装在缸盖上， 这种结构称为顶置凸轮轴 式。
气门弹簧
气门弹簧作用是使气门同气 门座保持紧密闭合，并防止 气门在开闭过程中，因运动 件的惯性而产生彼此脱开现 象。为了防止弹簧发生共振， 可采用螺距不等的圆柱弹簧 或采用双弹簧，双弹簧不但 可以防止共振，而且当一根 弹簧折断时，另一根还可维 持工作。此外，两个弹簧的 螺旋方向应相反，可防止折 断的弹簧圈卡入另一弹簧内。
2.3.2.1侧置凸轮轴式气门驱动组 侧置凸轮轴式气门驱动组
组成：主要由正时齿轮、凸轮轴、 挺杆、推杆、摇臂、摇臂轴和气 门间隙调整螺钉等组成。
正时齿轮
正时齿轮由装在曲轴前端的主 动齿轮和装在凸轮轴前端的被 动齿轮组成，二者的传动比为 2。由于转速较高，正时齿轮 均为斜齿圆柱齿轮。此外，两 个正时齿轮上都带有明显的对 正记号，安装时必须将对正记 号对准。
空气滤清器
空气滤清器，一般为薄钢 板冲压成的圆柱形的筒， 内部装有用过滤纸或陶瓷 制成的滤芯，外壳上带有 集气口。集气口都朝向汽 车前进的方向。要求集气 口周围温度较低，灰尘较 少。有的汽车为了提高进 气质量，将集气口布置在 驾驶室顶上，用很长的管 道通向空滤器和进气管。
进气歧管
进气歧管是把进气分配给各缸的通 道。对于汽油机，进气管又是汽油 雾化的重要场所。进气歧管用螺栓 固定安装在缸盖上。进气歧管的形 状、长度和有效截面面积对发动机 的性能影响很大。为了使进气歧管 内的汽油尽快雾化，常对进气歧管 加热。许多汽油机把进、排气歧管 布置于缸盖的同一侧，并把进气歧 管布置在排气歧管上面，二者紧靠 在一起，就是用排气热量加热进气 歧管。还有些汽油机用冷却水或用 电热器加热进气歧管。
推杆
推杆是传力零件。由于侧置式 凸轮轴距离气门较远，因而采 用推杆来传递推力，它将挺杆 传来的力传给摇臂。推杆一般 用空心钢管制成，杆的两端焊 有或嵌压不同形状的端头。
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摇臂
摇臂俗称“磕头虫” 。它是一 个双臂杠杆，中间带有圆孔， 安装在摇臂轴上。摇臂和摇臂 轴装配成总成后用支座安装于 缸盖上面。摇臂的短臂端头带 有球形凹坑，接受推杆传来的 推力．摇臂的长臂端头下面带 有弧形工作面，该工作面与气 门杆尾部接触，将推杆传来的 力压向气门，使气门开启。
气门的组成
气门由头部、杆部和尾部 组成。头部常用平顶结构， 气门与气门座之间的配合 面做成锥形面，使接触良 好，防止漏气。密封锥面 的锥角一般做成45°或30 ° 。既有利于充气，又保 证有足够的刚度。气门杆 部是圆柱形的，气门杆尾 部开有环形槽，安装锁片。
气门座和气门导管
气门座可以直接在气缸盖上镗出 来。有些发动机为了使气门座耐 磨，在气缸盖或气缸体上镶入耐 热钢或合金铸铁做成的气门座。 气门导管的主要作用是保证气门 直线运动，同时还将气门杆的热 量传至气缸体或气缸盖。气门导 管内外表面经加工后压入气缸盖 或气缸体。气门杆和导孔之间留 0.05-0.12mm的间隙，使气门能 在导管中自由运动。
第二章 汽车发动机
2.3.2 气门驱动组
功用： 功用 ： 能够提供外力将气 门打开。在没有外力作用 时，气门呈关闭状态。要 打开气门，必须要有外力 沿气门杆的轴向方向压向 气门尾部，克服弹簧张力， 使气门头部脱离气门座， 将气缸与气道连通。当外 力撤消时，气门又在弹簧 力的作用下关闭。 分类： 分类：
凸轮轴
作用： 作用 ： 来控制各气缸的进、排气门开闭时刻，使之 符合发动机的工作次序和配气相位的要求，同时控 制气门开度的变化规律。 组成： 组成 ： 凸轮轴由进气凸轮、排气凸轮组成。凸轮轴 一般采用多轴颈支承，以减小其变形。
挺杆
作用：将凸轮的旋转运 动变成直线运动，并将 凸轮的推力传给推杆。 为了减少惯性力的影响， 挺杆一般都做成空心的。 为了使工作表面磨损均 匀，构造上使挺杆被凸 轮顶起上升的同时还作 旋转运动。
有害气体的净化措施
废气净化通常有发动机机内和机外两种途径。 机内净化是指改善混合气的品质和燃烧状况， 使排气中的有害成分减至最少。如：采用EFI， 改进燃烧室结构，废气再循环等。 机外净化是指用设置在发动机外部的排气净 化装置改变废气的成分。如三元催化转化器 就是使用最普遍的机外废气净化装置。
三元催化转化器
气门叠开
在排气上死点附近，有一段时 间是进、排气门同时开启，这 种现象叫气门叠开。α+δ叫气 门重叠角。由于气流都有惯性， 加之这段时间极短，在这段时 间内活塞的行程也很少，所以 一般不会出现废气倒流和新鲜 混合气排出的现象。配气相位 角是根据发动机的结构参数、 常用转速和性能要求等，经精 确计算和反复试验后确定的。
外形很像消声器（比消声 器短），串联于排气歧管 与消声器之间。其核心部 分是装于其内的载体和活 性催化剂。载体是用陶瓷 或金属制成的极细的蜂窝 状网孔（孔截面积不大于 1mm ） 。 载 体 上 涂 有 氧 化铝为主的涂层，涂层表 面上散布着活性催化剂。
三元催化转化器
活性催化剂一般为贵金属，如铂（Pt）、铑（Rh） 和钯（Pd）。铂的作用是催化CO和HC的氧化反应， 铑主要是催化 NOx的还原反应。三种有害物质在催 化剂的作用下互为氧化剂和还原剂。反应后变成无 害的CO2 、N2和水。这种催化转化器因能净化三种 主要有害成分，所以叫三元催化转化器。国际上先 进的催化器的有害成分净化率可达99％以上。
中冷器
有的柴油机在增压器后面串连 一个中冷器，用空气或水对升 温的空气进行冷却。装有中冷 器的发动机又可将进气量提高。 某台国产六缸柴油机，自 然吸气式的功率为95kw，装入 废气涡轮增压器提高到118kw， 提高了24.2％；加人中冷器后， 提高到132kw，又提高了14.7 ％。两项合计功率提高了38.9 ％。目前国外的许多柴油机轿 车都装有增压器和中冷器。
第二章 汽车发动机
2.3.3 进气系统
功用：将新鲜空气经过滤 后送入气缸（柴油机）， 或与燃料混合后送入气缸 （汽油机）。 组成：它主要由集气口、 空气滤清器、进气歧管等 组成。化油器装于空滤器 与进气歧管之间，但不属 于进气系统的总成。柴油 机没有化油器，在空气滤 清器与歧管之间用进气管 相连。
现代汽车概论
主讲人： 主讲人：吴跃成
内容： 内容 2.3 配气机构与进排气系统
2.3.1 气门组 2.3.2 气门驱动组 2.3.3 进气系统 2.3.4 排气系统
要求：
1.了解配气机构的组成和作用。 2.掌握进气系统的组成。 3.掌握空气滤清器的作用。 3. 4.了解排气系统的组成。 5.了解三元催化转换器的作用。 6.了解废气涡轮增压的作用和工作原理。
消声器
功用：吸收或消耗废气的能量， 即减少气流速度，降低废气温度。 根据其消声的原理可分为阻流式 和吸收式两种。 阻流式：利用加长路径、气流拐 弯、截面积突然变化、让气流穿 过小孔等措施设置流动阻力，消 耗废气能量。 吸收式：在中心气管壁上冲有无 数小孔，中心管外填充吸音材料 来吸收废气能量。
废气污染
第二章 汽车发动机
2.3 配气机构与进排气系统
主要功用： 主要功用：是根据发 动机各缸的工作循环， 准时地开启和关闭进、 排气门，使混合气 （或空气）能及时进 入汽缸，废气能及时 排出气缸。 组成： 组成：由气门组和气 门驱动机构两部分组 成。
第二章 汽车发动机
2.3 配气机构与进排气系统
第二章 汽车发动机
2.3.1 气门组
气门组包括气门、 气门座、气门导管、 气门弹簧、弹簧座 和锁片等零件。
气门
气门的功用：是用 来控制进、排气道 的单向阀门。 每个气缸至少有进、 排气门各一个。现 代汽车发动机随着 转速和功率的提高， 有的装有三个气门 （进气门两个、排 气门一个）或四个 气门（进、排气门 各两个）。
在发动机排放的废气中，有 许多有害成分，如一氧化碳 (CO)、氮氧（NOx）、碳氢 化 合 物 （ HC ） 、 氧 化 硫 （SO2）、碳黑等，对人体 SO 和大气环境产生严重危害。 如CO会引起人类神经中毒， HC是致癌物质， NOx 对呼 吸系统有强烈刺激，SO2会 形成酸雾、酸雨。这些有害 成分还会产生温室效应，破 坏大气层等。
配气相位
气门提前开启和推 迟关闭的量用曲轴 转角来表示。这种 为提高进、排气效 果，用曲轴转角表 示进、排气门提前 开启和推迟关闭的 时间叫配气相位。 将进、排气门开、 闭的时刻用环形图 表示的图叫配气相 位图。
配气相位
由图可见，进气门在活塞到达上死点之前还差一个 角度α时即开启，在活塞过了下死点一个角度β后才 关闭。因此， α叫进气门早开角，β叫进气门迟闭角 （或晚关角）。进气门总开启对应的曲轴转角为 180º+ α +β。一般α为10º-30º，β一般为40º-80º。同 样，排气门在活塞到达下死点之前γ角开启，在过了 上死点之后δ才关闭。γ叫排气门早开角，δ叫排气 门迟闭角（或晚关角）。排气门总开启角度为 180º+γ+δ。γ一般为40º－80º，δ一般为 10º～30º。
顶置式凸轮传递机构
顶置凸轮轴由 于离曲轴较远， 两个正时齿轮 无法啮合，因 此，必须借助 链条、皮带等 传力机构。
顶置式凸轮传递机构
顶置式凸轮传递机构
配气相位
发动机的四个冲程的分界线是活塞的 上、下死点。在实际发动机工作中，由于 转速较高，每个冲程占用的时间极短（只 有5～50ms），加之气体也有惯性，气门 开启后还有起动加速时间。因此，要使进 气冲程中提高充气量，必须在活塞到达排 气上死点之前开启进气门，并在到达下死 点之后再关闭进气门。同样，要使排气冲 程中尽可能将废气排净，也必须在活塞到 达作功冲程下死点之前开启排气门，并在 到达上死点后再关闭。