《汽车构造》课件——4.配气机构

学 的刚度和安装预紧力。
院
气门弹簧多用中碳铬钒钢丝或
硅铬钢丝制成圆柱形螺旋弹簧。
加工后应对气门弹簧进行热处
理，钢丝表面要磨光、抛光或喷丸
处理，借以提高疲劳强度，增强气
门弹簧的工作可靠性。
4.1 配气机构
辽
宁 气门旋转装置
机
电 职
如果气门在工作中能相对于气门座
业 缓慢地旋转，则二者之间的密合和使用
技 术
气，提高发动机的性能，特别是高速性能。
但液力挺柱结构复杂，加工精度要求较高，
而且磨损后无法调整，只能更换。
4.1 配气机构
辽 气门间隙作用
宁
机 电
发动机在冷态下，当气门处于关闭状态时，
职 气门与传动件之间的间隙称为气门间隙。
业 技
发动机工作时，气门及其传动件将因温度升
术 高而膨胀伸长。如果气门及其传动件之间，在冷
气缸内的废气迅速地自由排出，高温废气迅速地排出，
还可以防止发动机过热。
辽 配气相位图——排气相位
4.1 配气机构
宁
机 电
（2）排气迟后角 活塞越过上止点后，排气门才关闭，
职
从活塞在上止点到排气门关闭所对应的曲轴转角δ称为
业
技
排气迟后角。
术
学
排气门迟后关闭的目的是：由于活塞到达上止点时，
院
气缸内的残余废气压力高于大气压力，加之排气时气流
提高其使用寿命，同时便于更换。
4.1 配气机构
1—气门锁夹； 2—气门杆密封件； 3—下部气门弹簧座； 4—换气通道； 5—气门座圈； 6—气缸盖； 7—气门导管； 8—气门弹簧； 9—上部气门弹簧座
辽
宁 气门弹簧
机
电 职
保证气门及时落座并紧密贴合，
业 防止气门在发动机振动时因跳动而
技 术
破坏密封。要求气门弹簧具有足够
学 和摇臂等零部件。
院
气门传动组的作用是使气门按发动
机配气相位规定的时刻及时开、闭，并
保证规定的开启时间和开启高度。
4.1 配气机构
辽 凸轮轴材料
宁
机
பைடு நூலகம்
凸轮轴的作用是控制换气过程和燃烧过程。其主要任
电 职
务是开启和关闭进气门及排气门。
业
凸轮轴通常由优质碳钢或合金钢锻造，也可用合金铸
技 术
铁或球墨铸铁铸造，轴颈和凸轮工作表面经热处理后磨光。
学 院
态时无间隙或间隙过小，则在热态下，气门及其
传动件的受热膨胀势必会引起气门关闭不严，造
成发动机在压缩和做功行程中漏气，从而使功率
下降，严重时甚至不易启动。
为了消除这种现象，通常留有适当的气门间
隙，以补偿气门受热后的膨胀量。（液力挺柱没
有气门间隙）
4.1 配气机构
进排气门为啥不一样？
气门 进气门 排气门
由于气门开闭动作比较迅速，因而转速更 高，运行的平稳度也比较好。
辽 配气机构分类
4.1 配气机构
宁
机
顶置凸轮轴
电
职 业
按凸轮轴数目的多少，分为单顶置凸轮轴(SOHC)和双顶置凸轮轴(DOHC)。
技 （a）单顶置凸轮轴(SOHC)
术
学 院
SOHC特点：
结构简单、重量轻、维护简单，天生
就具备低扭出色的优势。
学
院 公式：ηv=M/M0
M ——实际进入气缸的新气的质量； Mo——理想状态下，充满气缸工作容积的新
气质量。
辽 配气机构分类
宁
机 电
（1）按凸轮轴布置位置
职
业
技
术
学
院
4.1 配气机构
现在大多数量产车的发动机配备的是顶置 式凸轮轴。 主要优点：
运动件少，传动链短，显著减轻了发动机 重量，整个机构的刚度大，传动效率高。
DOHC技术更先进，发动机在高转速的扭力较大，更易
于引用可变正时技术。
4.1 配气机构
辽 配气机构分类
宁 机
（2）按凸轮轴传动方式
电
职 业
（a）齿轮传动
技
凸轮轴下置采用。控制精度高、不
术
学 需要张紧装置，传力零件多、发动机功
院 率损失大，振动噪声大。
4.1 配气机构
辽 配气机构分类
宁
机
电
职 （b）链条传动
在正常城市道路低速行驶时，低转速
扭矩响应快，更适应起起停停的节奏。
（思域手动、欧蓝德）
辽 配气机构分类
宁
机 电
（b）双顶置凸轮轴(DOHC)
职
业
技
发动机输出功率高，排放效率更好，弥补了单顶
术 学
置凸轮轴开合气门的不精确，在输出功率方面，DOHC
院 比SOHC优越性提高很多，性能比较强悍。
SOHC低扭输出强，结构简单，易于维护保养；
凹顶式（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。
辽 气门结构
宁
机 电
（2）气门锥角
职
气门头部与气门座圈接触的工作面，
业 技 是与杆部同心的锥面，通常将这一锥面与
术 气门顶部平面的夹角称为气门锥角，一般
学 院 做成30°或45°。
学
四缸四行程发动机，每个工作循环凸轮轴旋转一周，
院 各缸进或排气凸轮彼此间的夹角均为360°/4=90°。若六
缸四行程发动机的凸轮轴逆时针旋转，那么其点火次序为
1-5-3-6-2-4，任何两个相继点火的气缸进或排气凸轮间
的夹角均为360°／6=60°。
4.1 配气机构
辽 凸轮轴运动规律
宁
机 电
挺柱在A点升起，在E点结束。
胀，将气门推开，使气门关闭不严，造成漏气，
功率下降 ，并使气门的密封表面严重积碳或烧坏，
甚至气门撞击活塞。
4.1 配气机构
辽 配气相位图——进气相位
4.1 配气机构
宁
机 电
用曲轴转角的环形图来表示进、排气门的实际开闭时刻和开启持续时间。
职
业
技
（1）进气提前角 在排气行程接近终了、活塞到达上止
术 学
有一定的惯性，仍可以利用气流惯性和压力差把废气排
放得更干净。
由此可见，排气门开启持续时间内的曲轴转角，即
排气持续角为γ +180°+ δ。γ角一般为40°～80°，
δ角一般为10°～30°。
辽 气门叠开
宁
机
电
职
在一段时间内，进、排气门同时开启的
业 现象，称为气门叠开。曲轴转角α+δ称为 技 术 气门重叠角。
辽 配气机构组成
宁 机 电 职 业 技 术 学 院
4.1 配气机构
辽 充气效率
4.1 配气机构
宁
机 电
充气效率即充量系数——在进气行程中，实际进入气缸内的新鲜空气或可燃混
职 业
合气的质量与理想状态下充满气缸工作容积的新鲜空气或可燃混合气的质量之比。
技 术
反映了进气过程的完善程度，是衡量发动机进气性能的重要指标。
辽 气门座
宁
机
电
气缸盖或气缸体的进、排气道与气门
职 业
锥面相结合的部位称为气门座。
技
气门座的作用是靠其内锥面与气门锥
术 学
面的紧密贴合密封气缸，并接受气门传来
院 的热量。
因为气门座在高温下工作，磨损严重，
故有不少发动机的气门座是用耐热钢材或
合金铸铁单独制成气门座圈，然后镶嵌入
气缸盖或气缸体上的气门座圈孔中，以便
4.1 配气机构
辽 摇臂与液压挺住
宁
机 电
摇臂是一个中间带有圆孔的不等长双臂杠杆，
职 其作用是将推杆传来的力改变方向，作用到气
业 技
门杆尾部使其推开气门。摇臂是由锻钢、可锻
术 铸铁、球墨铸铁或铝合金制造。
学 院
挺柱的作用是将凸轮的推力传递给推杆或气
门杆。采用液力挺柱，消除了气门间隙，减小
了各零件的冲击载荷和噪声，改善发动机的换
学
只要气门叠开角选择适当，就不会有废
院
气倒流进入气管和新鲜气体随同废气排出的
可能性。
发动机转速越高，一个工作循环留给吸
气和排气的时间也越短，要达到更高的充气
效率，就需要延长吸气和排气时间。转速越
高时，要求气门重叠角越大。
4.1 配气机构
辽 宁 机 电 职 业 技 术 学 院
PART 02
4.2 可变配气技术
业
凸轮轴上置、中置采用。可靠性、耐久
技
术 性不如齿轮传动，传动性能取决于链条质量。
学
院
4.1 配气机构
辽 配气机构分类
宁
机 电
（c）齿形带传动
职
无需润滑、工作噪音低、质
业
技 量轻、成本低，高速发动机广泛
术
学 采用。
院
（3）按气门数量
4.1 配气机构
辽 气门组的组成
宁
机
电
气门组主要由气门、气门座、气门导
采用锥形工作面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
座时有定位作用；避免使气流拐弯过大而
降低流速。
4.1 配气机构
气门头部直径越大，进、排气阻力就越小。由于 最大尺寸受燃烧室结构的限制，考虑到进气阻力比排 气阻力对发动机性能的影响大得多，为尽量减小进气 阻力，进气门直径往往大于排气门。另外，排气门稍 小些，还不易变形。
辽 气门结构
宁
机 电
（3）气门杆
职
气门杆是圆柱形，在气门导管中不断
业 技 进行上、下往复运动。气门杆部应具有较
术 高的加工精度和较小的表面粗糙度值，与
学 院 气门导管保持正确的配合间隙，以减小磨
损和起到良好的导向、散热作用。
气门导管
4.1 配气机构
气门导管的功用是给气门的运动导向，并为气 门杆散热。气门杆与气门导管之间一般留有0.05～ 0.12mm的间隙，以使气门杆能在导管中自由运动。 气门导管的工作温度较高，润滑比较困难，一般用 含石墨较多的铸铁或铁基粉末冶金制成，以提高自 润滑性能。
间隙 0.25～0.30mm 0.30～0.35mm
辽 气门间隙影响
宁
机 电
气门间隙过大：进、排气门开启迟后，缩短
职 了进、排气时间，降低了气门的开启高度，改变
业 技
了正常的配气相位，使发动机因进气不足、排气
术 不净而功率下降，还使配气机构零件的撞击增加，
学 院
磨损加快 。
气门间隙过小：发动机工作时，零件受热膨
角一般为40°～80°。
辽 配气相位图——排气相位
4.1 配气机构
宁
机
电
职
业
（1）排气提前角 在做功行程接近终了、活塞到达下下
技 术
止点之前，排气门便开始开启。从排气门开始开启到活
学 院
塞移到下止点所对应的曲轴转角γ称为排气提前角。
排气门提前开启的目的是：当作功行程的活塞接近下
止点时，气缸内压力仍比大气压力高，可利用此压力使
职
业
一段，进气门才关闭。从下止点到进气门关闭所对应的
技 术
曲轴转角β称为进气迟后角。
学
进气门迟后关闭的目的是：由于活塞到达下止点时，
院
气缸内压力仍低于大气压力，且气流还有相当大的惯性，
可以利用气流惯性和压力差继续进气。
由此可见，进气门开启持续时间内的曲轴转角，即
进气持续角为α+180°+β。α角一般为10°～30°，β
Variable valve timing
辽 VVT——可变气门正时技术
宁
机 VVT一直以来都是车企宣传发动机技
电
职 术水平的重要零部件。日系在当年更
业
技 是凭借这一技术，独领市场风骚多年。
寿命可大为提高。
学
气门旋转时，可使气门头沿圆周温
院 度均匀，减少了气门头部受热变形的可
能性；还有助于清除密封锥面上的沉积
物，使气门与气门座保持良好的接触，
以使散热和密封。为此，有些发动机加
装有气门旋转装置。
4.1 配气机构
辽 气门传动组
宁
机
电
职
业
气门传动组件主要包括凸轮轴、正
技 术
时及其传动机构、气门挺杆、气门压杆
点之前，进气门便开始开启，从进气门开始开启到活塞
院
移到上止点所对应的曲轴转角α称为进气提前角。
进气门提前开启的目的是：为了保证进气行程开始
时进气门已开大，减小进气阻力，从而使新鲜气体能顺
利地充入气缸。
辽 配气相位图——进气相位
宁
4.1 配气机构
机
电
（2）进气迟后角 在进气行程下止点过后，活塞又上行
辽
宁
机
电
职 业 技 术
汽车构造
学
院
项目四 配气机构
黄海汽车工程学院
辽
宁
机
电
职
业
技
术 学 院
4.1 配气机构
Valve train
PART 01
辽 配气机构
宁
机
电
职
业
技
术
学
院
作用
4.1 配气机构
配气机构是按照发动机每一气缸内所进行的工作循环 和点火顺序的要求，定时开启和关闭各气缸的进、排气门， 使新鲜的可燃混合气（汽油机）或空气（柴油机）得以及 时进入气缸，废气得以及时从气缸排出 。在压缩与作功行 程中，关闭气门保证燃烧室的密封。
职 管、气门弹簧、气门锁夹等零件组成。 业 技 要求：
术
1.气门头部与气门座贴合严密；气门
学
院 导管与气门杆的上下运动有良好的导向；
2.气门弹簧两端面与气门杆的中心线
相垂直；
3.气门弹簧的弹力足以克服气门及其
传动件的运动惯性力，使气门能迅速开闭，
并保证气门紧压在气门座上。
4.1 配气机构
辽 气门材料——合金钢
宁 机 电 职 业 技 术 学 院
4.1 配气机构 杆部 头部
辽 气门结构
宁
机 电
（1）气门头部
职
业
技
术
学
院
平顶式
4.1 配气机构
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，应用最多。
凸顶式（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，但球形的受势面积大，质量和惯性力大，加工较复杂。
职
1.AB为缓冲段。凸轮转过A点后，挺柱开
业 技
始上移。AB段内某一点处，气门间隙消除，气
术 门开始开启；
学 院
2.凸轮转到C点，气门开度达到最大，而
后逐渐关小，至N点，气门闭合终了。此后，
挺柱继续下落，出现气门间隙，至E点挺柱又
处于最低位置。
3.凸轮轮廓BCD弧段为凸轮的工作段，其形
状决定了气门的升程及其升降过程的运动规律。