1、2022-3-171第三章第三章 配氣機構配氣機構72022-3-172本章主要內容配氣機構的功用及組成配氣定時及氣門間隙氣門組氣門傳動組2022-3-173第第一節一節 概述概述功用功用： 配氣機構是進、排氣的控制機構，它按照氣缸的工作順序和工作過程的要求，定時地開閉進、排氣門、向氣缸供給可燃混合氣（汽油機）或新鮮空氣（柴油機）并及時排出廢氣。 另外，當進、排氣門關閉時，保證氣缸密封。進飽排凈，四行程發動機都采用氣門式配氣機構。2022-3-174充氣效率充氣效率：新鮮空氣或可燃混合氣充滿氣缸的程度，用充氣效率c表示。 空氣或可燃混合氣被吸入氣缸愈多，則發動機可能發出的功率愈大。c越高，表明

2、進入氣缸的新氣越多，可燃混合氣燃燒時可能放出的熱量也就越大，發動機的功率越大。 2022-3-175分析：分析：（1）c，M，燃燒熱量，發動機功； （2）c總是小于1。（注：根據公式PV=mRT，一方面由于進氣系統對氣流阻力造成進氣終了時氣缸內壓力降低，即P；另一方面上一循環殘余廢氣又使進入的新鮮氣體溫度上升，即T；對于容積一定的氣缸來說， V一定、 P、T m一般c=0.800.90，應該想辦法提高充氣效率。) c=M/M0 新氣：可燃混合氣或新鮮空氣 進口狀態：指大氣溫度和大氣壓力下 充氣效率表示燃氣或空氣充滿氣缸的程度，即進氣行程中，實際進入氣缸內的新氣質量與進氣系統進口狀態下充滿氣缸工

3、作容積的新氣質量之比。2022-3-176對配氣機構的要求進氣充分排氣干凈運動部件質量小剛度大2022-3-177配氣機構的型式配氣機構的型式1、根據氣門的安裝位置的不同，分為 （1）氣門頂置式 氣門位于氣缸蓋上稱為氣門頂置式配氣機構，由凸輪、挺柱、推桿、搖臂、氣門和氣門彈簧等組成。其特點，進氣阻力小，燃燒室結構緊湊，氣流攪動大，能達到較高的壓縮比，目前國產的汽車發動機都采用氣門頂置式配氣機構。2022-3-178 氣門位于氣缸體側面稱為氣門側置式配氣機構，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，簡化了結構。因為它的進、排氣門在氣缸的一側，壓縮比受到限制，進排氣門阻力較大，

4、發動機的動力性和高速性均較差，逐漸被淘汰。（2）氣門側置式(SV)2022-3-1792、按照凸輪軸的布置位置，分為： 主要優點是凸輪軸離曲軸較近，可用齒輪傳動，傳動簡單。 主要缺點是氣門和凸輪軸相距較遠，因而氣門傳動另件較多，結構較復雜，發動機高度也有所增加。 在高速發動機中已被淘汰。僅用于發動機轉速在5000r/min以下的發動機中，國產輕、中型車上。1） 凸輪軸下置式凸輪軸置于曲軸箱內的配氣機構為凸輪軸下置式配氣機構 。 2022-3-1710（2） 凸輪軸中置凸輪軸位于氣缸體的中部由凸輪軸經過挺柱直接驅動搖臂，省去推桿，這種結構稱為凸輪軸中置配氣機構。凸輪軸置于機體上部的配氣機構被稱為

5、凸輪軸中置式配氣機構。 有些凸輪軸中置式配氣機構的組成與凸輪軸下置式配氣機構沒有什么區別，只是推桿較短而已 2022-3-1711凸輪軸中置2022-3-1712凸輪軸上置有兩種結構，一是凸輪軸直接通過搖臂來驅動氣門，這樣既無挺柱，又無推桿，往復運動質量大大減小，此結構適于高速發動機。另一種是凸輪軸直接驅動氣門或帶液力挺柱的氣門，此種配氣機構的往復運動質量更小，特別適應于高速發動機。（3） 凸輪軸上置凸輪軸置于氣缸蓋上的配氣機構為凸輪軸上置式配氣機構(OHC)。2022-3-1713凸輪軸頂置2022-3-1714搖臂驅動、單凸輪軸上置式配氣機構 2022-3-1715擺臂驅動、凸輪軸上置式配

6、氣機構 2022-3-1716直接驅動、凸輪軸上置式配氣機構 2022-3-17173、按照曲軸和凸輪軸的傳動方式，分為（1）齒輪傳動（2） 鏈條傳動（3）齒形帶傳動傳動方式傳動方式傳動路線傳動路線特點特點應用應用齒輪傳動齒輪傳動曲軸正時齒輪（鋼）曲軸正時齒輪（鋼）凸凸輪軸正時齒輪（鑄鐵或膠輪軸正時齒輪（鑄鐵或膠木減少噪聲）木減少噪聲）工作可靠，嚙合工作可靠，嚙合平穩、噪聲小平穩、噪聲小凸輪軸下置凸輪軸下置、中置式配、中置式配氣機構氣機構鏈條傳動鏈條傳動曲軸曲軸鏈條鏈條凸輪軸正時凸輪軸正時齒輪齒輪成本高，易磨損成本高，易磨損，易伸長，傳動，易伸長，傳動平穩性差，振動平穩性差，振動、沖擊和噪聲、

7、沖擊和噪聲 凸輪軸上置凸輪軸上置式配氣機構式配氣機構 齒形帶傳動齒形帶傳動曲軸曲軸齒形皮帶齒形皮帶凸輪軸凸輪軸正時齒輪正時齒輪成本低，但工作成本低，但工作性能好性能好凸輪軸上置凸輪軸上置式配氣機構式配氣機構2022-3-17184、按照每缸氣門數目分 二氣門、四氣門、五氣門、八氣門等等。一般發動機都采用每缸兩個氣門，即一個進氣門和一個排氣門的結構。為了改善換氣，在可能的條件下，應盡量加大氣門的直徑，特別是進氣門的直徑。但是由于燃燒室尺寸的限制，氣門直徑最大一般不能超過氣缸直徑的一半。當氣缸直徑較大，活塞平均速度較高時，每缸一進一排的氣門結構就不能保證良好的換氣質量。因此，在很多新型汽車發動機上

8、多采用每缸四個氣門結構。即兩個進氣門和兩個排氣門。2022-3-1719 特點：凡是進氣門和排氣門數量相同時，進氣門頭特點：凡是進氣門和排氣門數量相同時，進氣門頭部直徑總比排氣門大；凡是進氣門數比排氣門數多時部直徑總比排氣門大；凡是進氣門數比排氣門數多時，排氣門頭部直徑總比進氣門大，排氣門頭部直徑總比進氣門大 2022-3-1720每缸氣門數2022-3-1721每缸氣門數2022-3-1722四、 配氣機構的組成包括氣門組和氣門傳動組彈簧座氣門鎖片氣門油封氣門彈簧氣門凸輪軸正時齒輪齒形帶張緊輪曲軸正時齒輪液力挺柱凸輪氣門組氣門傳動組2022-3-1723五、 氣門間隙 氣門間隙是指氣門完全關

9、閉時，氣門桿尾端與搖臂或挺柱之間的間隙。（注：凸輪的凸起部分不頂挺柱）它的作用是補償氣門受熱后的膨脹量。 不同機型，氣門間隙的大小不同，根據實驗確定，一般冷態時，排氣門間隙大于進氣門間隙，進氣門間隙約為0.250.3mm，排氣門間隙約為0.30.35mm。搖臂搖臂氣門間隙氣門間隙氣門桿氣門桿為何排氣為何排氣門間隙大門間隙大于進氣門于進氣門間隙？間隙？2022-3-1724氣門間隙氣門間隙氣門間隙氣門間隙氣門間隙氣門間隙2022-3-1725氣門間隙過大與過小的危害：氣門間隙過大與過小的危害： 間隙過大：進、排氣門開啟遲后，縮短了進排氣時間，降低了氣門的開啟高度，改變了正常的配氣相位，使發動機因

10、進氣不足，排氣不凈而功率下降；此外，還使配氣機構零件的撞擊增加，磨損加快。 無間隙或間隙過小：發動機工作后，零件受熱膨脹，將氣門推開，使氣門關閉不嚴，造成漏氣，功率下降，并使氣門的密封表面嚴重積碳或燒壞，甚至氣門撞擊活塞。2022-3-1726氣門間隙的調整2022-3-1727第二節配氣相位第二節配氣相位 配氣相位是用曲軸轉角表示的進、排氣門的開閉時刻和開啟的持續時間。通常用環形配氣相位圖來表示。2022-3-1728理論上的配氣相位分析 理論上講進、壓、功、排各占180，也就是說進、排氣門都是在上、下止點開閉，延續時間都是曲軸轉角180。但實際表明，簡單配氣相位對實際工作是很不適應的，它不

11、能滿足發動機對進、排氣門的要求。 原因：實際發動機曲軸轉速很高，活塞每一行程歷時都很短，當轉速為5600r/min時一個行程只有60/（56002）=0.0054s，就是轉速為1500r/min，一個行程也只有0.02s，這樣短的進氣或排氣過程，使發動機進氣不足，排氣不凈。可見，理論上的配氣相位不能滿足發動機進飽排凈的要求，那么，實際的配氣相位又是怎樣滿足這個要求的呢？下面我們就進行分析。2022-3-1729實際的配氣相位分析 為了使進氣充足，排氣干凈，除了從結構上進行改進外（如增大進、排氣管道），還可以從配氣相位上想點辦法。進氣門的早開晚閉進氣門的早開晚閉 活塞到達進氣行程下止點時，由于進

12、氣吸力的存在，氣缸內氣體壓力仍然低于大氣壓，在大氣壓的作用下仍能進氣；另外，此時進氣流還有較大的慣性。由此可見，進氣門晚關可以增加進氣量。 進氣門早開，可使進氣一開始就有一個較大的通道面積，可增加進氣量。氣門能否早開晚閉，延長進、排氣時間呢？2022-3-1730排氣門的早開晚閉排氣門的早開晚閉 在作功行程快要結束時，排氣門打開，可以利用作功的余壓使廢氣高速沖出氣缸，排氣量約占50%。排氣門早開，勢必造成功率損失，但因氣壓低，損失并不大，而早開可以減少排氣所消耗的功，又有利于廢氣的排出，所以總功率仍是提高的。 當活塞到達上止點時，氣缸內廢氣壓力仍然高于外界大氣壓，加之排氣氣流的慣性，排氣門晚關

13、可使廢氣排得更凈一些。由此可見，氣門具有早開晚關的可能。 那么氣門早開晚關對發動機實際工作又有什么好處呢？2022-3-1731 進氣門早開進氣門早開：增大了進氣行程開始時氣門的開啟高度，減小進氣阻力，增加進氣量。 進氣門晚關進氣門晚關：延長了進氣時間，在大氣壓和氣體慣性力的作用下，增加進氣量。 排氣門早開排氣門早開：借助氣缸內的高壓自行排氣，大大減小了排氣阻力，使排氣干凈。 排氣門晚關排氣門晚關：延長了排氣時間，在廢氣壓力和廢氣慣性力的作用下，使排氣干凈。2022-3-1732二、二、 氣門重疊氣門重疊 由于進氣門早開，排氣門晚關，進氣門在上止點前開啟，而排氣門在上止點后關閉，勢必造成在同一

14、時間內兩個氣門同時開啟的現象，這個現象叫氣門重疊，把與兩個氣門同時開啟時間相當的曲軸轉角叫作氣門重疊角。在這段時間內，可燃混合氣和廢氣是否會亂串呢？不會的，這是因為： a. 進、排氣流各自有自己的流動方向和流動慣性，而重疊時間又很短，不至于混亂，即吸入的可燃混合氣不會隨同廢氣排出，廢氣也不會經進氣門倒流入進氣管，而只能從排氣門排出； b. 進氣門附近有降壓作用，有利于進氣。2022-3-1733三、進、排氣門的實際開閉時刻和持續時間三、進、排氣門的實際開閉時刻和持續時間2022-3-1734實際進氣時刻和延續時間： 在排氣行程接近終了時，活塞到達上止點前，即曲軸轉到離上止點還差一個角度，進氣門

15、便開始開啟，進氣行程直到活塞越過下止點后時，進氣門才關閉。整個進氣過程延續時間相當于曲軸轉角180+。 - - 進氣提前角進氣提前角 一般一般=10=103030 - - 進氣延遲角進氣延遲角 一般一般=40=408080 所以進氣過程曲軸轉角為所以進氣過程曲軸轉角為230230290290實際排氣時刻和延續時間： 同樣，作功行程接近終了時，活塞在下止點前排氣門便開始開啟，提前開啟的角度一般為4080，活塞越過下止點后角排氣門關閉，一般為1030，整個排氣過程相當曲軸轉角180+。 - - 排氣提前角排氣提前角 一般一般=40=408080 - - 排氣延遲角排氣延遲角 一般一般=10=103

16、030 所以排氣過程曲軸轉角為所以排氣過程曲軸轉角為230230290290 氣門重疊角氣門重疊角+=20=2060602022-3-1735從上面的分析，可以看出實際配氣相位和理論上的配氣相位相差很大，實際配氣相位，氣門要早開晚關，主要是為了滿足進氣充足，排氣干凈的要求。但實際中，究竟氣門什么時候開？什么時候關最好呢？ 這主要根據各種車型，經過實驗的方法確定，由凸輪軸的形狀、位置及配氣機構來保證。2022-3-1736發動機高速運轉時氣門重疊角大，發動機高速運轉時氣門重疊角大，低速運轉時氣門重疊角小低速運轉時氣門重疊角小四沖程發動機的配氣定時應該是進氣遲后角和氣門重疊角隨發動機轉速的升高而加

17、大VVT技術關關2022-3-1737可變配氣定時機構 搖臂軸搖臂軸2022-3-1738配氣相位演示配氣相位演示2022-3-1739第三節配氣機構的主要零部件第三節配氣機構的主要零部件一、氣門組一、氣門組包括：氣門、氣門座、氣門導管、氣門彈簧、鎖片、卡簧。82022-3-1740對氣門組的要求氣門頭部與氣門座貼合嚴密；氣門導管對氣門桿的上下運動有良好的導向；氣門彈簧的兩端面與氣門桿的中心線相垂直，以保證氣門頭在氣門座上不偏斜氣門彈簧的彈力足以克服氣門及其傳動件的運動慣性力，使氣門能及時關閉，保證氣門緊壓在氣門座上。2022-3-1741 氣門氣門 功用功用：控制進、排氣管的開閉。2022-

18、3-1742氣門的工作條件溫度高受力復雜速度高受腐蝕2022-3-1743氣門材料的要求耐熱，且有良好的導熱性在高溫下仍能保持足夠的硬度和強度，并耐沖擊耐磨損和耐腐蝕2022-3-1744氣門結構2022-3-1745氣門頭部氣門頭部 氣門頭部是一個具有圓錐斜面的圓盤 氣門錐角一般為45，也有30，氣門頭邊緣應保持一定厚度，一般為1-3 mm，以防工作中沖擊損壞和被高溫燒蝕。氣門密封錐面與氣門座配對研磨。2022-3-1746氣門頭頂部形狀氣門頭頂部形狀 氣門頭頂部形狀有平頂，球面頂和喇叭形頂等 平頂平頂：結構簡單、制造方便、吸熱面積小，質量小、進、排氣門均可采用。球面頂球面頂：適用于排氣門，

19、強度高，排氣阻力小，廢氣的清除效果好，但受熱面積大，質量和慣性力大，加工較復雜。喇叭形頂喇叭形頂：適用于進氣門，進氣阻力小，但受熱面積大。 有的發動機進氣門頭部直徑比排氣門大，兩氣門一樣大時，排氣門有記號。2022-3-1747桿身桿身 桿身與頭部制成一體，裝在氣門導管內起導向作用，桿身與頭部采用圓滑過渡連接。氣門桿表面經過熱處理并且磨光，一般是實心的，有的是空心的，空心桿質量輕，運動慣性力小。特殊的對于某些熱負荷特別重，結構尺寸比較大的排氣門采用鈉冷卻氣門：Na的熔點為97.8C，在空心氣門桿中填入一半金屬鈉，因此發動機工作溫度下納呈現液態，在氣門工作時，納在氣門桿內上下運動，不斷地從氣門頭

20、部吸收熱量并傳給氣門桿使頭部得以冷卻。2022-3-1748尾部尾部 尾部制有凹槽（錐形槽或環形槽）用來安裝鎖緊件。凹槽（環槽）：安裝兩半錐形鎖片。鎖銷孔：用鎖銷固定。2022-3-1749氣門尾端形狀2022-3-17502 2、氣門導管、氣門導管 功用功用： 導向作用，保證氣門作直線往復運動。 導熱作用，將氣門頭部傳給桿身的熱量，通過氣缸蓋傳出去。 為了保證導向，導管應有一定的長度，氣門導管的工作溫度也較高，約500k。 氣門導管和氣門的潤滑是靠配氣機構飛濺出來的機油進行潤滑的，因此易磨損。為了改善潤滑性能，氣門導管常用灰鑄鐵或球墨鑄鐵或鐵基粉未治金制造。 導管內、外圓面加工后壓入氣缸蓋的

21、氣門導管孔內，然后再精鉸內孔。為了防止氣門導管在使用過程中松脫，有的發動機對氣門導管用卡環定位。2022-3-17513 3、氣門座、氣門座 氣門座與氣門頭部密封錐面配合密封氣缸，氣門頭部的熱量亦經過氣門座外傳。氣門座可以在缸蓋或缸體上直接鏜出，也可以采用鑲嵌式結構。鑲嵌式結構氣門座都采用較好的材料（合金鑄鐵、奧氏體鋼等）單獨制作-氣門座圈。2022-3-17524 4、氣門彈簧、氣門彈簧 功用功用： 保證氣門回位；防止運動時傳動件發生脫離。氣門彈簧的作用在于保證氣門回位，在氣門關閉時，保證氣門與氣門座之間的密封，在氣門開啟時，保證氣門不因運動時產生的慣性力而脫離凸輪。氣門彈簧多為圓柱形螺旋彈

22、簧，它的一端支承在氣缸蓋上，另一端壓靠在氣門桿尾端的彈簧座上，彈簧座用鎖片固定在氣門桿的尾端。型式型式： a. 圓柱螺旋彈簧（普通） b. 變螺距的圓柱彈簧：工作時工作圈數不是常數，振動頻率經常變化，防止彈簧與氣門產生共振，使彈簧在工作中不易折斷（造成氣門關閉不嚴）不等距彈簧不等距彈簧 圓柱等螺距彈簧圓柱等螺距彈簧提高彈簧自身剛度，改提高彈簧自身剛度，改變其自振頻率變其自振頻率隨著有效圈數的減少，隨著有效圈數的減少，自然頻率提高。自然頻率提高。2022-3-1753 另外鎖片、卡簧的功用是在氣門彈簧力的作用下把彈簧座和氣門桿鎖住，使彈簧力作用到氣門桿上。 c. 同心安裝的兩根彈簧：作用是可以防

23、止共振（兩根彈簧的振動頻率不一樣）；可以降低氣門彈簧的高度；可以提高工作的可靠性（一個壞了，另外一個可以繼續工作；并且二者旋向相反，防止折斷后卡死。旋向相反的兩個彈簧，防止斷裂的彈旋向相反的兩個彈簧，防止斷裂的彈簧卡入另一彈簧，一根折斷后另一根簧卡入另一彈簧，一根折斷后另一根可繼續工作可繼續工作2022-3-1754二二 氣門傳動組氣門傳動組功用功用：傳遞凸輪軸氣門之間的運動氣門傳動組包括氣門傳動組包括：凸輪軸、挺柱、推桿、搖臂、氣門間隙調整螺釘等。凸輪凸輪凸輪軸正凸輪軸正時齒輪時齒輪推桿推桿搖臂搖臂搖臂軸搖臂軸挺柱挺柱8.12022-3-17551、凸輪軸功用功用： 控制氣門的開啟和關閉，每

24、一個進、排氣門分別有相應的進氣凸輪和排氣凸輪。工作條件工作條件： 承受氣門間歇性開啟的沖擊載荷。 耐磨，抗沖擊韌性，剛度。 材料材料： 優質鋼、合金鑄鐵、球墨鑄鐵 結構結構：凸輪、軸頸、偏心輪、驅動分電器螺旋齒輪；每2氣缸一個軸頸；軸頸直徑前后依次減小；另有空心凸輪軸，如捷達EA113凸輪凸輪驅動分電器的螺旋齒輪驅動分電器的螺旋齒輪凸輪軸軸頸凸輪軸軸頸2022-3-1756凸輪凸輪 工作條件：承受氣門彈簧的張力，間歇性的沖擊載荷。 凸輪性能：表面有良好的耐磨性，足夠的剛度、韌性。2022-3-1757 凸輪軸上各同名凸輪的相對角位置符合各缸發火次序 模鍛或鑄造制成360o/4=90o360o/

25、6=60o2022-3-1758凸輪輪廓應保證氣門的運動規律符合配氣相位的要求凸輪的輪廓凸輪的輪廓氣門開啟點氣門開啟點消除氣門消除氣門間隙階段間隙階段氣門升程最大時刻氣門升程最大時刻氣門關閉點氣門關閉點出現氣門出現氣門間隙階段間隙階段緩沖結束點緩沖結束點2022-3-1759凸輪軸的軸向定位凸輪軸的軸向定位作用：作用：為了防止凸輪軸在工作中產生軸向竄動和承受斜齒輪產生的軸向力。凸輪軸的凸輪軸的軸向間隙軸向間隙氣缸體氣缸體止推板止推板隔圈（調節環）隔圈（調節環）正時齒輪正時齒輪竄動量竄動量凸輪軸頸凸輪軸頸利用調節環控制軸向竄動利用調節環控制軸向竄動2022-3-1760凸輪軸的軸向定位：凸輪軸的

26、軸向定位：止推軸承：止推軸承：第一軸承止推片：止推片：正時齒輪與第一軸頸之間止推螺釘：止推螺釘：正時齒輪蓋上 以上各結構中均應留有一定間隙，并可調整。以上各結構中均應留有一定間隙，并可調整。止推片止推片2022-3-1761凸輪軸支承發動機工作時，凸輪軸的變形會影響配氣定時，因此發動機凸輪軸采用支承。凸輪軸軸頸數目的多少是影響凸輪軸支承剛度的重要因素。2022-3-1762凸輪軸支承中置式和下置式：整體式上置式：剖分式2022-3-1763凸輪軸的驅動凸輪軸的驅動A A、齒輪傳動：、齒輪傳動：應用在下置凸輪軸發動機。采用斜齒齒輪。2022-3-1764B B、鏈條和齒形皮帶傳動、鏈條和齒形皮帶

27、傳動：鏈條傳動噪聲小，用于中置式或頂置式凸輪軸發動機。曲軸正時曲軸正時齒形帶輪齒形帶輪中間軸齒中間軸齒形帶輪形帶輪張緊輪張緊輪凸輪軸正時凸輪軸正時齒形帶輪齒形帶輪2022-3-1765挺柱挺柱作用：作用：將凸輪的推力傳給推桿(或氣門桿)， 并承受凸輪鈾旋轉時施加的側向力。材料材料碳鋼、合金鋼、鎳鉻合金鑄鐵2022-3-1766（2 2）挺柱的分類：）挺柱的分類：菌式菌式氣門側置式氣門側置式筒式筒式氣門頂置式，減輕質量氣門頂置式，減輕質量滾輪式滾輪式減小摩擦所造成的對挺柱的減小摩擦所造成的對挺柱的側向力。多用于大缸徑柴油側向力。多用于大缸徑柴油機。機。液壓挺柱液壓挺柱機械挺柱機械挺柱2022-3-1767液力挺柱液力挺柱結構：結構： 性能：性能： 消除了配氣機構的間隙，減小了消除了配氣機構的間隙，減小了各零件的沖擊載荷和噪聲提高發各零件的沖擊載荷和噪聲提高發動機高速時的性能。動機高速時的性能。2022-3-1768液力挺柱液力挺柱機油經機油經2 2、3 3、4 4、7 7進入低壓油進入低壓油腔腔6 6（柱塞（柱塞1