发动机配气机构授课课件
概述配气机构的构造气门间隙配气相位配气机构的组成和零件
配气机构的功用功用：按发动机所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭进、排气门，使新鲜的可燃混合气得以及时进入气缸，废气得以及时排出气缸。新鲜的可燃混合气进入气缸的愈多，发动机可能发出的功率就愈大。由于进气阻力，残余废气以及温度升高等因素，进入气缸内新鲜气体的体积，如果换算到进气口处状态的话，将小于气缸的工作容积。
充气效率播放
配气机构的布置及传动配气机构组成：气门组和气门传动机构配气机构可以从不同的角度分类：按气门的布置形式：主要有气门顶置式和气门侧置式；按凸轮轴的布置位置：有凸轮轴下置、凸轮轴中置和凸轮轴下置式；按凸轮轴的数目：有单凸轮轴和双凸轮轴式；按同一个凸轮所驱动摇臂数目：有驱动单摇臂和驱动两个摇臂式；按凸轮轴的传动方式：有齿轮传动和链条传动以及齿形带传动方式；按每气缸的气门数目，有二气门、三气门式、四气门、五气门式等。
气门的布置形式四行程汽油机的气门有气门顶置和气门侧置两种形式。
凸轮轴顶置凸轮轴布置在气缸盖上，这样布置使气门的传动更轻便灵活、功率响应迅速，特别适用于高速发动机。气门传动零件少，质量小，不仅减小了气门传动机构的惯性力，而且弯曲变形的零件数也减少了。凸轮轴与曲轴距离长，动力传动机构复杂。
1、凸轮轴下置有利因素：简化曲轴与凸轮轴之间的传动装置（齿轮传动），有利于发动机的布置。不利因素是什么？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。
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。凸轮轴挺柱活塞摇臂调整螺钉
3、凸轮轴上置式应用：高速发动机如：桑塔纳轿车发动机凸轮轴凸轮轴活塞特点：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。双凸轮轴上置式发动机
凸轮轴的传动方式气门的运动必须同活塞的位置相匹配，凸轮轴传动机构的作用是使凸轮轴和气门按活塞的位置正常工作，为此，凸轮轴的转速应是曲轴转速的一半，所以传动机构应有减速功能。其传动比为2：1。1．齿轮传动2．链传动3．同步带传动播放
传动方式图例
链传动的机械自动张紧机构图示为重型链传动双棘爪式链条自动张紧机构。张紧器包括凸缘安装块1，其突出部分为矩形截面；圆柱形的滑动块2上开有一个狭长的矩形中心槽与凸缘安装块1相配合。滑动块2的外圆柱面与链轮的内圆面配合并支撑链轮，其中预紧弹簧12安装在凸缘安装块1矩形截面一端的孔内。因此，预紧弹簧12推动滑动块2和链轮6紧紧地压靠在链条上，保证其张紧状态。
链传动的液压自动张紧机构张紧器是由拧进气缸盖中的柱塞套7、支承单向阀3的盖螺母1、推力柱塞6、预紧弹簧4及溢流阀8等组成。预紧弹簧4对柱塞6施加的轴向推力迫使它将张紧滑轨10轻压到滚子链11上。当发动机运行时，来自发动机润滑系统的机油从气缸盖的油道、张紧器的柱塞套和盖螺母1并通过单向阀3进入柱塞腔。柱塞套7内建立的初始机油压力迫使柱塞6向右移动，引起张紧滑轨10摆动，使链条张紧。
同步齿形带传动的张紧机构通过弹簧给枢轴板1加上恒定的转矩，使调整枢轴板1把张紧轮压向齿带的光面，使齿带张紧并具有正确的张紧力。产生枢轴摆动的弹簧力可由不同类型的弹簧获得：①压缩弹簧2(图3-11a)；②张紧弹簧14(图3-11b)；③扭簧9(图3-11c)。图3-11d为偏心轴套调整式张紧器。这时同步齿形带8的张紧是利用偏心轴套11进行的。图3-12为弹簧加载的滑板式带传动的张紧机构。图3-12a所示的张紧器，其张紧轮4通过一个轴承支柱2安装在滑动板3上。同步齿形带5的张紧是通过松开紧固在狭长调整孔中的螺栓或螺母使预紧的压缩弹簧6伸张，直至以预定的力把张紧轮推向同步齿形带5的光面，然后再次拧紧锁紧螺母，以使滑动板3维持在其调整好的位置上。另一种同步齿形带5的张紧轮有一个凸轮8在调整之前释放同步齿形带上的张力，以便它可轻松地滑落或推向带槽的张紧轮而不破坏同步齿形带5的纤维结构。
常用气门顶置配气机构的类型气门顶置，下置凸轮轴（OHV）气门顶置，上置凸轮轴（OHC）气门顶置，双摇臂，上置凸轮轴（OHV/OHC）气门顶置，上置双凸轮轴（OHV/DOHC）单顶置凸轮轴(SOHC)Singleoverheadcamshaft双顶置凸轮轴(DOHC) DualOverHeadCamshaft
三气门的排列方式及气门的传动排列方式一般是同名气门排成一列，采用单顶置凸轮轴时两个进气门用一个叉形摇臂来驱动，采用双顶置凸轮轴时，由凸轮通过挺柱或下置摇臂直接驱动气门。
四气门的排列方式及气门的传动两种排列方式：一种是四个气门呈辐射状排列；另一种是同名气门轴线互相平行并与气缸轴线成一定夹角。
气门间隙气门工作温度很高，气门及其传动件因温度升高而膨胀。发动机在冷态装配时，在气门与其传动机构中留有适当的间隙，以补偿气门及其传动件受热后的膨胀伸长量，使气门在工作状态下受热伸长后，还能与气门座贴紧，保证具有良好的密封。气门间隙的大小一般由发动机制造厂根据试验确定。一般在冷态时，进气门的间隙为0.25-0.3mm，排气门的间隙为0.3-0.35mm。使用一定时间后气门传动机构会有一定的磨损，磨损后气门间隙必然增大，在气门摇臂的一端装有气门间隙调整螺钉，以便根据需要重新进行调整。气门间隙
配气相位进、排气门实际开启时刻到关闭时刻，相对于曲拐所转过的角度称为配气相位。通常用曲轴转角的环形图来表示，这种图形称为配气相位图。配气相位图是表示曲轴旋720°气门的工作过程，为了简化起见把它画在一个图形中(360°)。配气相位角
1、用曲轴转角表示的进、排气门的实际开闭时刻和开启的持续时间，称为配气相位。10°~30°40°~80°40°~80°10°~30°上止点下止点
配气相位角进气过程持续时间排气过程持续时间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己开大，新鲜气体能顺利地充入气缸。进气门晚关的目的，在压缩行程开始阶段，活塞上移速度较慢的情况下，仍可以利用气流惯性和压力差继续进气。排气提前开启的原因是：作功行程末期，气体虽有0.3-0.4MPa的压力，但作用不大。排气门迟关的原因是：利用排气时气流的惯性，可以便废气排放得较干净。
气门重叠角活塞在排气上止点时进气门已经开大，而排气门还未有关闭，这就是说活塞在排气上止点附近的一定转角范围内，排气门和进气门都同时开启，这种现象称为气门重叠，气门重叠时的曲轴转角称为气门重叠角。由于在排气过程中，废气都向排气口流动，排气流有一定的惯性，在短时间内不会改变流向，使进气门周围产生一定的真空度，且此时进、排气门开启得都很小，因此只要气门重叠角选择得合适，就不会有废气流入进气管或新鲜可燃气被排出的现象，这对于换气是有利的。气门重叠角的大小发动机转速有关，高速发动机大一些，低速发动机则小一些。但应注意，如果气门重叠角选择过大，发动机在小负荷运转时，节气门开启很小，进气管内压力很低时，就可能出现废气倒流进气管，致使新鲜可燃气进入量减少。
气门组气门组包括气门、气门导管，气门座及气门弹簧等零件。气门组应保证气能实现气缸的密封。气门：头部与气门座之间必须贴合严密；气门导管：保证气门上下运动灵活且有良好的导向作用；气门座：保证气门头部正确贴合在气门座上不偏斜；气门弹簧的弹力应足以克服气门及其传动件的运动惯性力，使气门能迅速关闭．并保证气门与气门座有一定的接触应力。
气门组实物图
1）气门功用：燃烧室的组成部分，是气体进、出燃烧室通道的开关，承受冲击力、高温冲击、高速气流冲击。工作条件：A、进气门600K~700K，排气门800K~1100K。B、头部承受气体压力、气门弹簧力、传动惯性力等，C、冷却和润滑条件差，D、被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。性能：强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨进气门570K~670K（铬钢或铬镍钢）排气门1050K~1200K（硅铬钢）头部杆部
气门头部的结构形式平顶式结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也较小，进、排气门都可采用。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，但球形的受热面积大，质量和惯性力大，加工较复杂。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。
气门弹簧功用：克服气门及其传动机构在工作过程中的运动惯性力，保证气门能随配气凸轮的转动及时开启和关闭，关闭后能与气门座紧密贴合。为此，气门弹簧应具有一定的刚度和安装预紧力。材料：采用高锰钢(65Mn)、铬钒钢(50CrVA)等冷拔钢丝，加工成弹簧后需进行热处理。钢丝表面要进行抛光或喷丸处理，借以提高耐疲劳强度，增强弹簧的工作可靠性。共振：采用变螺距圆柱螺旋弹簧同一个气门采用同心安装的内外两根弹簧。锥形弹簧
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：用含石墨较多的合金铸铁或粉末冶金材料，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：气门杆与气门导管间隙0.05～0.12mm。气门导管气缸盖过盈配合卡环：防止气门导管在使用中脱落。倒角伸入深度应适量。锥度可减少气流阻力。
弹簧结构锥形弹簧
气门旋转为了改善气门和气门座密封面的工作条件，可设法使气门在工作中能相对气门座缓慢旋转、这样可使气门头沿圆周温度均勿，减小气门头部热变形。气门自由旋转机构的气门锁片并不直接与弹簧座接触，而是装在一个锥形套筒中。气门强制旋转机构：气门升起时，不断增大的气门弹簧力将碟形弹簧压平而迫使钢球沿着凹槽的斜面该动，带着碟形弹簧、支承、气门弹簧和气门一起转过一个角度播放
气门驱动组1、组成：凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂。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。凸轮挺柱推杆摇臂凸轮轴正时齿轮摇臂轴
凸轮轴凸轮轴的作用：按发动机一定的工作次序和配气相位及时开、闭进排气门，保证气门升程，驱动机油泵、断电器等附件。凸轮轴驱动气门间歇开启，受到周期性的冲击负荷，凸轮与其从动件接触应力大，相对滑动速度高；因此要求凸轮表面耐磨，凸轮轴有足够的刚度和韧性，凸轮和轴颈耐磨和良好润滑。凸轮轴一般用优质合金钢(如铬钼合金钢)经模锻制成，也可以采用合金铸铁或球墨铸铁铸造，凸轮和轴颈表面一般要经热处理后精磨，以改善其耐磨性能，并保证气门的升程特性正确。凸轮轴结构支承轴颈：全支承、部分支承凸轮驱动其它装置的凸轮、齿轮轴颈凸轮
凸轮工作条件：承受气门弹簧的张力，间歇性的冲击载荷。凸轮性能：表面有良好的耐磨性，足够的刚度、韧性。凸轮与挺柱线接触，接触压力大，磨损快。
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。四缸发动机凸轮投影点火顺序：1—2—4—3
凸轮的轮廓凸轮轮廓应保证气门的运动规律符合配气相位的要求气门开启点消除气门间隙阶段气门升程最大时刻气门关闭点出现气门间隙阶段缓冲结束点
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。正时齿轮止推板隔圈（调节环）凸轮轴颈凸轮轴的轴向间隙气缸体利用调节环控制轴向窜动窜动量
奥迪轿车所采用的液压挺柱挺柱体9由上盖和圆筒组成。液压缸12的外圆与挺柱内导向孔相配合，内孔则与柱塞11配合，两者都有相对运动。当球阀5关闭柱塞中间孔时，可将挺柱分成两个油腔，上部的低压油腔6和下部的高压油腔1。当圆筒挺柱体9上的环形油槽与缸盖上的斜油孔4对齐时，发动机润滑系中的机油经量油孔3、斜油孔4和环形油槽流入低压油腔6。高压油腔与低压油腔被分隔开。整个挺柱如同一个刚体一样下移，推开气门并保证了气门应到达的升程。
桑塔纳发动机液压挺柱工作示意图气门关闭时气门打开时单向阀弹簧被压缩
推杆推杆的作用是将从凸轮轴经过挺柱传来的推力传给摇臂，它是气门机构中最易弯曲的零件，要求有很高的刚度。推杆可以是实心或空心的。硬铝棒制成的推杆，推杆两端配以钢制的支承。钢管制成的推杆，有球头是直接锻成的，然后经过精磨加工；也有球支承则是压配的，并经淬火和磨光。
摇臂摇臂：是一个双臂杠杆，中间的圆孔套在摇臂轴上作为支点，一端压在气门杆端，另一端与凸轮或推杆接触，接受凸轮传来的力，使力作用到气门尾部，以推动气门作往复直线运动。摇臂比：摇臂两臂长的比值约为1.0：1.5，其中长臂一端用来推动气门，以增大气门升程。
