第三章-配氣機(jī)構(gòu)

*1第三章配氣機(jī)構(gòu)配氣機(jī)構(gòu)的主要零部件概述

配氣相位*2

配氣機(jī)構(gòu)*3§3.1 概述一、配氣機(jī)構(gòu)功用:

按照發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)氣缸內(nèi)所進(jìn)行的工作循環(huán)和發(fā)火次序的要求，定時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉氣缸的進(jìn)、排氣門，使新鮮可燃混合氣(汽油機(jī))或空氣(柴油機(jī))得以及時(shí)進(jìn)入氣缸，廢氣得以及時(shí)從氣缸排出。二、配氣機(jī)構(gòu)組成:

由氣門組和氣門傳動(dòng)組兩部分組成。*4氣門氣門座或氣門座圈氣門導(dǎo)管氣門彈簧氣門鎖緊裝置凸輪軸挺柱推桿搖臂軸搖臂配氣機(jī)構(gòu)的組成氣門組氣門傳動(dòng)組*5對(duì)充氣效率的分析

ηv<1（一般為0.8~0.9）提高ηv方法

減少進(jìn)氣和排氣阻力，

進(jìn)排氣門的開(kāi)啟時(shí)刻和持續(xù)開(kāi)啟時(shí)間適當(dāng)。ηv=M/M0M-進(jìn)氣過(guò)程中，實(shí)際進(jìn)入氣缸的新氣的質(zhì)量；Mo-在理想狀態(tài)下，充滿氣缸工作容積的新氣質(zhì)量。

三、充氣效率：

在進(jìn)氣行程中，實(shí)際進(jìn)入氣缸內(nèi)的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量與在進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)口狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量之比。

*6*7配氣機(jī)構(gòu)工作過(guò)程*8五、配氣機(jī)構(gòu)類型氣門頂置式氣門布置形式氣門側(cè)置式凸輪軸下置式凸輪軸布置位置凸輪軸中置式凸輪軸上置式齒輪傳動(dòng)式凸輪軸傳動(dòng)方式鏈傳動(dòng)式齒形帶傳動(dòng)式*9搖臂驅(qū)動(dòng)式氣門驅(qū)動(dòng)形式擺臂驅(qū)動(dòng)式直接驅(qū)動(dòng)式兩氣門式每缸氣門數(shù)多氣門式4氣門5氣門3氣門*10氣門頂置式

氣門位于氣缸蓋上；由凸輪、挺柱、推桿、搖臂、氣門和氣門彈簧等組成；特點(diǎn)：進(jìn)氣阻力小，燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊，氣流攪動(dòng)大，能達(dá)到較高的壓縮比。氣門行程大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，曲軸與凸輪軸傳動(dòng)比為2:1。目前國(guó)產(chǎn)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)都采用氣門頂置式配氣機(jī)構(gòu)。*11氣門側(cè)置式

由凸輪、挺柱、氣門和氣門彈簧等組成。省去了推桿、搖臂等另件，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。

進(jìn)排氣門都布置在氣缸的一側(cè)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零件數(shù)目少。氣門布置在同一側(cè)導(dǎo)致燃燒室結(jié)構(gòu)不緊湊、壓縮比受到限制、熱量損失大、進(jìn)氣道曲折、進(jìn)氣阻力大，使發(fā)動(dòng)機(jī)性能下降，已趨于淘汰。*12凸輪軸下置式——位于缸體中部

CA6102Q、EQ6100Q、BJ492Q

特點(diǎn)：凸輪軸傳動(dòng)簡(jiǎn)單氣門傳動(dòng)件較多

*13凸輪軸中置式——位于缸體上部凸輪軸上置式——位于缸蓋頂上桑塔納、切諾機(jī)*14凸輪軸下置式

缺點(diǎn)是氣門和凸輪軸相距較遠(yuǎn)，因而氣門傳動(dòng)另件較多，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，發(fā)動(dòng)機(jī)高度也有所增加。凸輪軸中置

凸輪軸位于氣缸體的中部，由凸輪軸經(jīng)過(guò)挺柱直接驅(qū)動(dòng)搖臂，省去推桿，這種結(jié)構(gòu)稱為凸輪軸中置配氣機(jī)構(gòu)。

凸輪軸上置

凸輪軸直接驅(qū)動(dòng)氣門或直接通過(guò)搖臂來(lái)驅(qū)動(dòng)氣門，既無(wú)挺柱，又無(wú)推桿，往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量大大減小，此結(jié)構(gòu)適于高速發(fā)動(dòng)機(jī)。*15按照凸輪軸的傳動(dòng)方式分類方式圖示應(yīng)用齒輪傳動(dòng)

為大多數(shù)凸輪軸下置，中置的配氣機(jī)構(gòu)采用，一般從曲軸到凸輪軸只需一對(duì)正時(shí)齒輪傳動(dòng)，若齒輪直徑過(guò)大，可增加一個(gè)中間齒輪。為了嚙合平穩(wěn)，減小噪聲，正時(shí)齒輪多用斜齒。鏈條傳動(dòng)

適用于凸輪軸上置和中置的配氣機(jī)構(gòu)，但其工作可靠性和耐久性不如齒輪傳動(dòng)。齒形帶傳動(dòng)

凸輪軸上置式配氣機(jī)構(gòu)，在高速汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上廣泛采用齒形皮帶來(lái)代替?zhèn)鲃?dòng)鏈，齒形帶傳動(dòng)，噪聲小、工作可靠、成本低。*16*17按照氣門數(shù)目分類

一般發(fā)動(dòng)機(jī)都采用每缸兩個(gè)氣門，即一個(gè)進(jìn)氣門和一個(gè)排氣門的結(jié)構(gòu)。為了改善換氣，在可能的條件下，應(yīng)盡量加大氣門的直徑，特別是進(jìn)氣門的直徑。但是由于燃燒室尺寸的限制，氣門直徑最大一般不能超過(guò)氣缸直徑的一半。當(dāng)氣缸直徑較大，活塞平均速度較高時(shí)，每缸一進(jìn)一排的氣門結(jié)構(gòu)就不能保證良好的換氣質(zhì)量。因此，在很多新型汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上多采用每缸四個(gè)氣門結(jié)構(gòu)。即兩個(gè)進(jìn)氣門和兩個(gè)排氣門。*18凸輪軸下置凸輪軸中置氣門頂置挺柱挺柱推桿搖臂搖臂*19單上置凸輪軸(SOHCSingleOverHeadCamshaft

)氣門頂置搖臂驅(qū)動(dòng)液力挺柱搖臂驅(qū)動(dòng)氣門頂置*20凸輪軸上置氣門頂置擺臂驅(qū)動(dòng)擺臂支座擺臂支座氣門間隙調(diào)整塊*21凸輪軸上置直接驅(qū)動(dòng)挺柱體氣門頂置*224氣門配氣機(jī)構(gòu)5氣門配氣機(jī)構(gòu)雙凸輪軸上置直接驅(qū)動(dòng)氣門*23§3.2配氣相位及氣門間隙一、配氣相位1.定義：以活塞上下止點(diǎn)為基準(zhǔn)，用曲軸轉(zhuǎn)角來(lái)表示氣門開(kāi)啟和關(guān)閉的時(shí)刻進(jìn)氣定時(shí)：1.進(jìn)氣門早開(kāi)（進(jìn)氣提前角=0～30°

）2.正常進(jìn)氣（180°）3.進(jìn)氣門晚關(guān)（進(jìn)氣遲后角=30～

80°

）4.進(jìn)氣持續(xù)角++180

*24排氣定時(shí)1.排氣門早開(kāi)（排氣提前角=40～

800）2.正常排氣（1800）3.排氣門晚關(guān)（排氣遲后角=0～

300

）4.排氣持續(xù)角++180

*25氣門疊開(kāi)進(jìn)、排氣門同時(shí)開(kāi)啟氣門疊開(kāi)所占的曲軸轉(zhuǎn)角叫氣門重疊角即

+*26二、氣門間隙

1.氣門間隙定義：為保證氣門關(guān)閉嚴(yán)密，通常發(fā)動(dòng)機(jī)在冷態(tài)下，氣門處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，氣門桿尾端與傳動(dòng)件的間隙。氣門桿凸輪軸氣門間隙進(jìn)氣門0.25～0.30mm排氣門0.30～0.35mm*272.氣門間隙作用：給熱膨脹留有余地，保證氣門密封.間隙過(guò)大：進(jìn)、排氣門開(kāi)啟遲后，縮短了進(jìn)排氣時(shí)間,降低了氣門的開(kāi)啟高度，改變了正常的配氣相位，使發(fā)動(dòng)機(jī)因進(jìn)氣不足，排氣不凈而功率下降，此外，還使配氣機(jī)構(gòu)零件的撞擊增加，磨損加快。間隙過(guò)?。喊l(fā)動(dòng)機(jī)工作后，零件受熱膨脹，將氣門推開(kāi)，使氣門關(guān)閉不嚴(yán)，造成漏氣，功率下降，并使氣門的密封表面嚴(yán)重積碳或燒壞，甚至氣門撞擊活塞。采用液壓挺柱的配氣機(jī)構(gòu)不需要留氣門間隙。

*28§3.3配氣機(jī)構(gòu)的主要零部件一、氣門組

包括氣門、氣門座、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧、鎖片、卡簧.*29*30氣門組實(shí)物圖鎖片彈簧座*311.氣門功用：控制進(jìn)、排氣管的開(kāi)閉。

構(gòu)造：頭部、桿身和尾部。

工作條件：承受高溫、高壓、沖擊、潤(rùn)滑困難。

性能要求：足夠的強(qiáng)度、剛度、耐磨、耐高溫、耐腐蝕、耐沖擊。

材料：進(jìn)氣門采用合金鋼(鉻鋼或鎳鉻等)，排氣門采用耐熱合金鋼(硅鉻鋼等).頭部桿部尾部*32進(jìn)氣門（大）排氣門（小）如果兩氣門一樣大時(shí)則排氣門有記號(hào)。*33平頂式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，吸熱面積小，質(zhì)量也較小，進(jìn)、排氣門都可采用。凸頂式（球面頂）適用于排氣門，因?yàn)槠鋸?qiáng)度高，排氣阻力小，廢氣的清除效果好，但球形的受勢(shì)面積大，質(zhì)量和慣性力大加工較復(fù)雜。凹頂式（喇叭頂）凹頂頭部與桿部的過(guò)渡部分具有一定的流線形，可以減少進(jìn)氣阻力，但其頂部受熱面積大，故適用于進(jìn)氣門，而不宜用于排氣門。*34氣門錐角——?dú)忾T頭部與氣門座圈接觸的錐面與氣

門頂部平面的夾角。

A.獲得較大的氣門座合壓力,提高密封性和導(dǎo)熱性

B.氣門落座時(shí)有較好的自動(dòng)對(duì)中、定位作用。

C.避免氣流拐彎過(guò)大而降低流速。

D.落座時(shí)能擠掉接觸面的沉積物，即有自潔作用

氣門錐角邊緣應(yīng)保持一定1～3mm的厚度，以防工作中沖擊損壞和被高溫?zé)g。進(jìn)、排氣門*35較高的加工精度，表面經(jīng)過(guò)熱處理和磨光，保證同氣門導(dǎo)管的配合精度和耐磨性氣門桿尾部：環(huán)形槽、鎖銷孔凹槽易斷裂處

桿身→桿身與頭部制成一體，裝在氣門導(dǎo)管內(nèi)起導(dǎo)向作用，桿身與頭部采用圓滑過(guò)渡連接。尾部→制有凹槽（錐形槽或環(huán)形槽）用來(lái)安裝鎖緊件。*362.氣門導(dǎo)管作用:為氣門運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向兼起導(dǎo)熱作用。工作條件:溫度高。潤(rùn)滑難，易磨損.材料:用含石墨較多的鑄鐵，以提高自潤(rùn)滑作用。加工方法:外表面加工精度較高，內(nèi)表面精絞。裝配:氣門桿與氣門間

隙0.05～0.12mm氣門導(dǎo)管氣缸蓋過(guò)盈配合卡環(huán)：防止氣門導(dǎo)管在使用中脫落。伸入深度應(yīng)適量。錐度可減少氣流阻力。*373.氣門座與氣門座圈氣缸蓋上與氣門錐面相貼合的部位稱氣門座。氣門座的溫度很高，又承受頻率極高的沖擊載荷，容易磨損。因此，鋁氣缸蓋和大多數(shù)鑄鐵氣缸蓋均鑲嵌由合金鑄鐵或粉末冶金或奧氏體鋼制成的氣門座圈。在氣缸蓋上鑲嵌氣門座圈可以延長(zhǎng)氣缸蓋的使用壽命。也有一些鑄鐵氣缸蓋不鑲氣門座圈，直接在氣缸蓋上加工出氣門座。

氣門座圈*384.氣門彈簧功用：保證氣門的回位。吸收傳動(dòng)件慣性力，防止挺柱脫離凸輪。材料：高錳碳鋼、鉻釩鋼。氣門彈簧氣門彈簧座鎖片氣門關(guān)閉

保證氣門及時(shí)關(guān)閉、密封氣門開(kāi)啟

保證氣門不脫離傳動(dòng)機(jī)構(gòu)*39圓柱等螺距彈簧不等距彈簧旋向相反的兩個(gè)彈簧，防止斷裂的彈簧卡入另一彈簧*405.氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)功用：為了使氣門頭部溫度均勻，防止局部過(guò)熱引起的變形和清除氣門座積炭，可設(shè)法使氣門在工作中相對(duì)氣門座緩慢旋轉(zhuǎn)*41外端圓孔，可防止應(yīng)力集中。*42二、氣門傳動(dòng)組組成

功用：定時(shí)驅(qū)動(dòng)氣門開(kāi)閉，并保證氣門有足夠的開(kāi)度和適當(dāng)?shù)臍忾T間隙。凸輪軸挺柱推桿搖臂凸輪軸正時(shí)齒輪搖臂軸氣門間隙調(diào)整螺釘*431.凸輪軸作用：驅(qū)動(dòng)和控制各缸氣門的開(kāi)啟和關(guān)閉，使其符合發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序、配氣相位和氣門開(kāi)度的變化規(guī)律等要求。工作條件：承受氣門間歇性開(kāi)啟的沖擊載荷。材料：優(yōu)質(zhì)鋼、合金鑄鐵、球墨鑄鐵結(jié)構(gòu)：軸頸斜齒輪凸輪偏心輪正時(shí)齒輪偏心輪：驅(qū)動(dòng)汽油泵斜齒輪：驅(qū)動(dòng)分電器、（機(jī)油泵）*44（1）凸輪工作條件：承受氣門彈簧的張力，間歇性的沖擊載荷.凸輪與挺柱線接觸，接觸壓力大，磨損快。性能要求：表面有良好的耐磨性，足夠的剛度。

輪廓：開(kāi)啟點(diǎn)消除氣門間隙階段最大升程關(guān)閉點(diǎn)出現(xiàn)氣門間隙階段緩沖結(jié)束點(diǎn)*45

凸輪軸上各同名凸輪(各進(jìn)氣凸輪或各排氣凸輪)的相對(duì)角位置與凸輪軸旋轉(zhuǎn)方向、發(fā)動(dòng)機(jī)工作順序及氣缸數(shù)或作功間隔角有關(guān)。如果從發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇端看凸輪軸逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，則工作順序?yàn)?-3-4-2的四缸發(fā)動(dòng)機(jī)其作功間隔角為720°／4＝180°曲軸轉(zhuǎn)角，相當(dāng)于90°凸輪軸轉(zhuǎn)角，即各同名凸輪間的夾角為90°。對(duì)于工作順序?yàn)?-5-3-6-2-4的六缸發(fā)動(dòng)機(jī)，其同名凸輪間的夾角為60°。同一氣缸的進(jìn)、排氣凸輪的相對(duì)角位置即異名凸輪相對(duì)角位置，決定于配氣定時(shí)及凸輪軸旋轉(zhuǎn)方向。

*46（2）凸輪軸的軸向定位

作用：為了防止凸輪軸在工作中產(chǎn)生軸向竄動(dòng)和承受斜齒輪產(chǎn)生的軸向力。正時(shí)齒輪止推板調(diào)節(jié)環(huán)凸輪軸頸凸輪軸的軸向間隙氣缸體竄動(dòng)量止推板軸向定位*47*48（3）凸輪軸的驅(qū)動(dòng)A、齒輪傳動(dòng)：應(yīng)用在下置凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)。采用斜齒齒輪。正時(shí)齒輪及正時(shí)標(biāo)記*49B、鏈條和齒形皮帶傳動(dòng)：鏈條傳動(dòng)噪聲小，用于中置式或頂置式凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)。曲軸正時(shí)齒形帶輪中間軸齒形帶輪張緊輪凸輪軸正時(shí)齒形帶輪*502.挺柱⑴作用：將凸輪的推力傳給推桿或氣門。⑵挺柱的分類：機(jī)械挺柱和液力挺柱。菌式氣門側(cè)置式筒式氣門頂置式滾輪式減小摩擦所造成的對(duì)挺柱的側(cè)向力。多用于大缸徑柴油機(jī)。*51（3）挺柱的旋轉(zhuǎn)

旋轉(zhuǎn)的目的：使挺柱磨損均勻。在挺柱工作時(shí)，由于受凸輪側(cè)向推力的作用會(huì)引起挺柱與導(dǎo)管之間單面磨損，又因挺柱底面與凸輪固定不變地在一處接觸，也會(huì)造成磨損不均勻。

旋轉(zhuǎn)的措施：1）挺柱軸線偏離凸輪的對(duì)稱軸線2）將挺柱底面做成球面，將凸輪工作面制成錐度很小的錐面*52（4）液力挺柱⑴目的：消除配氣機(jī)構(gòu)的氣門間隙，減小各零件的沖擊載荷和噪聲提高發(fā)動(dòng)機(jī)高速時(shí)的性能。⑵結(jié)構(gòu)：挺柱體和柱塞上有油孔與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體上相應(yīng)的油孔相通。球座為推桿的支承座。同時(shí)將柱塞內(nèi)腔堵住。彈簧用來(lái)將柱塞經(jīng)常壓向上方。柱塞下端單向閥架內(nèi)裝有碟形彈簧，用以關(guān)閉單向閥。推桿球座挺柱體柱塞單向閥凸輪碟形彈簧柱塞彈簧*533.氣門推桿作用：將挺柱傳來(lái)的推力傳給搖臂。工作情況：是氣門機(jī)