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1、第三章第三章 配气机构配气机构第1页，此课件共30页哦第二章第二章 曲柄连杆机构曲柄连杆机构本章的主要教学内容：本章的主要教学内容：1.1.配气机构的功用及组成配气机构的功用及组成2.2.配气机构及气门间隙配气机构及气门间隙3.3.气门组气门组4.4.气门传动组气门传动组第2页，此课件共30页哦2-1.配气机构的功用及组成配气机构的功用及组成（1 1）功用）功用 配气机构的功用是按照发动机的工配气机构的功用是按照发动机的工作循序和工作循环的要求，定时开启和作循序和工作循环的要求，定时开启和关闭各缸的进、排气门，使新气进入气关闭各缸的进、排气门，使新气进入气缸，废气从气缸排出；另外，当进、排缸，
2、废气从气缸排出；另外，当进、排气门关闭时，保证气缸密封。气门关闭时，保证气缸密封。新气：汽油与空气的混合物新气：汽油与空气的混合物（汽油机）（汽油机）；纯净的空气纯净的空气（柴油机）（柴油机）。四冲程发动机都采用气门式配气机构。四冲程发动机都采用气门式配气机构。第3页，此课件共30页哦（2 2）进气量对发动机性能的影响）进气量对发动机性能的影响进入缸内的新气数量（进气量）对发动机的性能影进入缸内的新气数量（进气量）对发动机的性能影响很大，进气量越多，发动机的有效功率和转矩越响很大，进气量越多，发动机的有效功率和转矩越大。大。（3 3）要求）要求进气充分，进气量尽可能多；进气充分，进气量尽可能多
3、；废气要排除干净，因为残余废气影响进气量。废气要排除干净，因为残余废气影响进气量。运动件具有较小的质量和较大的刚度，以保证配气机运动件具有较小的质量和较大的刚度，以保证配气机构良好的动力特性。构良好的动力特性。2-1.配气机构的功用及组成配气机构的功用及组成第4页，此课件共30页哦（4 4）组成）组成 气门式配气机构：气门组和气门传动组两部分组成；气门式配气机构：气门组和气门传动组两部分组成；凸轮轴位置：下置式、中置式、上置式。凸轮轴位置：下置式、中置式、上置式。气门驱动形式：摇臂驱动、摆臂驱动、直接驱动。气门驱动形式：摇臂驱动、摆臂驱动、直接驱动。现代汽车发动机均采用顶置气门机构。现代汽车发
4、动机均采用顶置气门机构。2-1.配气机构的功用及组成配气机构的功用及组成气门组气门组气门传动组气门传动组第5页，此课件共30页哦（5 5）凸轮下置式配气机构）凸轮下置式配气机构 定定义义：凸凸轮轮轴轴置置于于曲曲轴轴箱箱内内的的配配气气机机构构，称称为为凸凸轮轮轴轴下下置置式式配配气机构。气机构。下下置置凸凸轮轮轴轴曲曲轴轴定定时时齿齿轮轮驱驱动动。发发动动机机工工作作时时，曲曲轴轴通通过过正正时时齿齿轮轮驱驱动动凸凸轮轮轴。轴。传动比：曲轴与凸轮轴的为传动比：曲轴与凸轮轴的为2 2：1 1。优点：凸轮轴离曲轴近，可以简单地用一对齿轮传动。优点：凸轮轴离曲轴近，可以简单地用一对齿轮传动。缺缺点
5、点：零零件件多多，传传动动链链长长，整整个个机机构构的的刚刚度度差差，高高速速运运动动时时影影响响气气门门的运动规律和气门的定时开启（气门关闭的准确性）。的运动规律和气门的定时开启（气门关闭的准确性）。因此它不适用于高速发动机因此它不适用于高速发动机2-1.配气机构的功用及组成配气机构的功用及组成第6页，此课件共30页哦（6 6）凸轮中置式配气机构）凸轮中置式配气机构 定定义义：凸凸轮轮轴轴置置于于机机体体上上部部的的配配气气机机构，称为凸轮轴中置式配气机构。构，称为凸轮轴中置式配气机构。特特点点：与与凸凸轮轮轴轴下下置置式式配配气气机机构构相相比比，减减少少了了推推杆杆，减减轻轻了了配配气气
6、机机构构的的往往复复运运动动质质量量，增增大大了了机构的刚度，更适合于较高转速的发动机。机构的刚度，更适合于较高转速的发动机。2-1.配气机构的功用及组成配气机构的功用及组成第7页，此课件共30页哦2-1.配气机构的功用及组成配气机构的功用及组成（7 7）凸轮上置式配气机构）凸轮上置式配气机构 定定义义：凸凸轮轮轴轴置置于于气气缸缸盖盖上上的的配配气气机机构构，称称为为凸凸轮轴上置式配气机构。轮轴上置式配气机构。优优点点：运运动动件件少少，传传动动链链短短，整整个个机机构构的的刚刚度度大大，适适合于高速发动机。合于高速发动机。缺点：凸轮轴与曲轴距离长，动力传动机构复杂。缺点：凸轮轴与曲轴距离长
7、，动力传动机构复杂。（8 8）凸轮上置式配气机构结构形式）凸轮上置式配气机构结构形式摇臂驱动、单凸轮轴上置式配气机构；摇臂驱动、单凸轮轴上置式配气机构；摆臂驱动、凸轮轴上置式配气机构；摆臂驱动、凸轮轴上置式配气机构；直接驱动、凸轮轴上置式配气机构。直接驱动、凸轮轴上置式配气机构。第8页，此课件共30页哦2-2.配气定时及气门间隙配气定时及气门间隙1 1 配气定时配气定时 以以曲曲轴轴转转角角表表示示的的进进、排排气气门门开开闭闭时时刻刻及及其其开开启启的的持持续时间称为配气定时。续时间称为配气定时。（1 1）进气提前角）进气提前角 进进气气门门在在进进气气行行程程上上止止点点之之前前开开启启称
8、称为为早早开开。从从进进气气门开到上止点曲轴所转过的角度门开到上止点曲轴所转过的角度 称为进气提前角。称为进气提前角。目目的的：进进气气开开始始时时，进进气气门门有有较较大大的的开开度度或或较较大大的的进进气气流流通通截面，减小进气阻力。截面，减小进气阻力。（2 2）进气迟后角）进气迟后角 进进气气门门在在进进气气行行程程下下止止点点之之后后关关闭闭称称为为晚晚关关。从从进进气气行行程下止点到进气门关闭曲轴转过的角度程下止点到进气门关闭曲轴转过的角度称为进气迟后角。称为进气迟后角。目的：利用气流惯性，在进气迟后角内继续进气，增加进气量。目的：利用气流惯性，在进气迟后角内继续进气，增加进气量。（
9、3 3）进气持续角）进气持续角：180+180+。第9页，此课件共30页哦2-2.配气定时及气门间隙配气定时及气门间隙（4 4）排气提前角）排气提前角 排排气气门门在在作作功功行行程程结结束束之之前前，即即在在作作功功行行程程下下止止点点之之前前开开启启，称称为为排排气气门门早早开开。从从排排气气门门开开启启到到下下止止点点曲曲轴轴转过的角度称为排气提前角。转过的角度称为排气提前角。目目的的：排排气气门门开开启启时时气气缸缸内内压压力力较较高高，废废气气高高速速自自由由排排出出，减减小小排气阻力和排气消耗的功率。排气阻力和排气消耗的功率。（5 5）排气迟后角）排气迟后角 排排气气门门在在排排气
10、气行行程程结结束束之之后后，即即在在排排气气行行程程上上止止点点之之后后关关闭闭，称称为为排排气气门门晚晚关关。从从上上止止点点到到排排气气门门关关闭闭转转过过的的角角度度称称为为排排气气排气迟后角。排气迟后角。目的：利用废气惯性，在排气迟后角内继续排气，减少残余废气。目的：利用废气惯性，在排气迟后角内继续排气，减少残余废气。（6 6）排气持续角）排气持续角：第10页，此课件共30页哦2-2.配气定时及气门间隙配气定时及气门间隙（7 7）气门重叠角）气门重叠角 由由于于进进气气门门在在上上止止点点前前即即开开启启，而而排排气气门门在在上上止止点点后后才才关关闭闭，致致使使活活塞塞在在上上止止点
11、点附附近近出出现现一一段段时时间间内内排排气气门门和和进进气气门门同同时时开开启启的的现现象象，这这种种现现象象称称为为气气门门重重叠叠，重重叠叠时时期期的的曲曲轴轴转转角称为气门重置角。角称为气门重置角。由由于于新新鲜鲜气气流流和和废废气气流流的的流流动动惯惯性性都都比比较较大大。在在短短时时间间内内是是不不会会改改变变流流向向的的，因因此此只只要要气气门门重重叠叠角角选选择择适适当当，就就不不会会有有废废气气倒倒流流人人进进气气管管和和新新鲜鲜气气体体随随同同废废气气排排除除的的可可能能性性。这这对对换换气气是是有有利利的的，但但应应注注意意，如如气气门门重重叠叠角角过过大大，当当汽汽油油
12、机机小小负负荷荷运运转转、进进气气管管内内压压力力很很低低时时，就就可可能能出出现现废废气气倒倒流流，使使进进气气量量减减少。少。第11页，此课件共30页哦2-2.配气定时及气门间隙配气定时及气门间隙第12页，此课件共30页哦2-2.配气定时及气门间隙配气定时及气门间隙2 2 气门间隙气门间隙（1 1）含义）含义 在冷态下气门完全关闭时，气门与传动件在冷态下气门完全关闭时，气门与传动件之间的间隙称为气门间隙。之间的间隙称为气门间隙。（2 2）作用）作用给热膨胀留有余地。给热膨胀留有余地。（3 3）气门间隙大小）气门间隙大小 由生产厂通过试验确定。由生产厂通过试验确定。过小：受热时，可能发生气门
13、关闭不严过小：受热时，可能发生气门关闭不严 过大：传动零件之间以及气门和气门座之间产生过大：传动零件之间以及气门和气门座之间产生撞击撞击 气门开启的持续时间减少。气门开启的持续时间减少。一般，进气门间隙一般，进气门间隙排气门间隙排气门间隙第13页，此课件共30页哦2-3.气门组气门组（1 1）组成：）组成：1 1）气门；）气门；2 2）气门座；）气门座；3 3）气门导管；）气门导管；4 4）气门弹簧）气门弹簧5 5）锁片、卡簧；）锁片、卡簧；6 6）气门旋转机构）气门旋转机构（2 2）要求：）要求：为保证气门能够实现气缸的密封，要求：为保证气门能够实现气缸的密封，要求：气门头部与气门座贴合严密
14、；气门头部与气门座贴合严密；气门导管对气门杆的上下运动有良好的导向；气门导管对气门杆的上下运动有良好的导向；气门弹簧的两端面与气门杆的中心线相垂直，以保证气门头气门弹簧的两端面与气门杆的中心线相垂直，以保证气门头在气门座上不偏斜；在气门座上不偏斜；气门弹簧的弹力足以克服气门及其传动件的运动惯性力，气门弹簧的弹力足以克服气门及其传动件的运动惯性力，使气门能及时关闭，保证气门紧压在气门座上。使气门能及时关闭，保证气门紧压在气门座上。第14页，此课件共30页哦2-3.气门组气门组1 1 气门气门（1 1）工作条件：）工作条件：高温、高压、冲击、润滑困难、腐蚀高温、高压、冲击、润滑困难、腐蚀（2 2）
15、材料：）材料：要求要求:耐热，良好的导热性；足够的强度、耐热，良好的导热性；足够的强度、刚度，耐冲击；耐磨，耐腐蚀。刚度，耐冲击；耐磨，耐腐蚀。进气门：普通合金钢（如铬钢或镍铬钢）进气门：普通合金钢（如铬钢或镍铬钢）排气门：耐热合金钢（如硅铬钢）排气门：耐热合金钢（如硅铬钢）（3 3）气门构造：）气门构造：由头部和杆部组成。由头部和杆部组成。第15页，此课件共30页哦2-3.气门组气门组a a）气门头部气门头部头部形状：平顶、凹顶和凸顶头部形状：平顶、凹顶和凸顶工艺性、特点、适用范围工艺性、特点、适用范围形状形状制造制造受热受热面积面积刚性刚性进气进气阻力阻力适用适用范围范围平顶平顶容易容易小
16、小差差大大均可均可凹顶凹顶困难困难大大最好最好最小最小进气门进气门凸顶凸顶困难困难大大好好小小排气门排气门第16页，此课件共30页哦气门锥角气门锥角 指气门密封锥面的锥角，气门锥面与气门顶面之间的夹角称为气门指气门密封锥面的锥角，气门锥面与气门顶面之间的夹角称为气门锥角。一般做成锥角。一般做成4545（有的进气门采用（有的进气门采用3030的气门锥角）。的气门锥角）。锥角小，气门通过端面大，阻力小，增加进气量，刚度差，易变锥角小，气门通过端面大，阻力小，增加进气量，刚度差，易变形。形。锥度大，刚度大，接触力大，有利于定位、传热并清理积碳。锥度大，刚度大，接触力大，有利于定位、传热并清理积碳。为
17、保证气门头与气门座之间的良好配合，装配前应将气为保证气门头与气门座之间的良好配合，装配前应将气门头与气门座二者的密封锥面互相研密。研磨好的零件不门头与气门座二者的密封锥面互相研密。研磨好的零件不能互换。能互换。气门头部的散热气门头部的散热途径：直接通过气门座；通过气门杆，经气门导管传给气缸盖。途径：直接通过气门座；通过气门杆，经气门导管传给气缸盖。改善措施：加强气门座孔区域的冷却；气门头与气门杆圆滑过改善措施：加强气门座孔区域的冷却；气门头与气门杆圆滑过渡；加大气门杆直径；加强气门导管的冷却；气门杆与气门导渡；加大气门杆直径；加强气门导管的冷却；气门杆与气门导管之间的间隙尽可能小。管之间的间隙
18、尽可能小。2-3.气门组气门组第17页，此课件共30页哦b b）气门杆气门杆 呈圆柱形，在气门导管中不断进行往复运动。其表面呈圆柱形，在气门导管中不断进行往复运动。其表面须经过热处理和磨光，以保证与气门导管的配合精度和须经过热处理和磨光，以保证与气门导管的配合精度和耐磨性。耐磨性。杆端的形状取决于气门弹簧的固定方式。杆端的形状取决于气门弹簧的固定方式。2-3.气门组气门组第18页，此课件共30页哦（4 4）气门数）气门数一般发动机都采用每缸两个气门，即一进一般发动机都采用每缸两个气门，即一进一排。一排。为了进一步改善气缸的换气为了进一步改善气缸的换气:在可能的情况下，应尽量加大气门的直径，在可
19、能的情况下，应尽量加大气门的直径，特别是进气门的直径。因为进气门直径对发特别是进气门的直径。因为进气门直径对发动机性能的影响更明显。动机性能的影响更明显。采用每缸采用每缸3 3气门、气门、4 4气门、甚至气门、甚至5 5气门的结气门的结构，即采用构，即采用2 23 3个进气门和个进气门和1 1或或2 2个排气门。个排气门。目的：增大流通面积，每个气门的质量轻，目的：增大流通面积，每个气门的质量轻，运动惯性小，有利于提高发动机转速。运动惯性小，有利于提高发动机转速。缺点：制造成本增加。缺点：制造成本增加。2-3.气门组气门组三气门三气门四气门四气门二气门二气门五气门五气门第19页，此课件共30页
20、哦2-3.气门组气门组2 2 气门座与气门座圈气门座与气门座圈气缸盖上与气门椎面相贴合的部位称为气门座气缸盖上与气门椎面相贴合的部位称为气门座（1 1）功用：）功用：气门座与气门头部密封锥面配合，起到两个作用：气门座与气门头部密封锥面配合，起到两个作用：密封气缸、对气门头部导热。密封气缸、对气门头部导热。（2 2）结构型式：）结构型式：在气缸盖直接镗出；在气缸盖直接镗出；镶嵌式结构。镶嵌式结构。（3 3）气门锥角一般比气门座或气门座圈的锥角小）气门锥角一般比气门座或气门座圈的锥角小0.5-0.5-1 1度。度。增加接触压力，加速磨合，清除积碳，密封良好。增加接触压力，加速磨合，清除积碳，密封良
21、好。第20页，此课件共30页哦2-3.气门组气门组3 3 气门导管气门导管气缸盖上与气门椎面相贴合的部位称为气门座气缸盖上与气门椎面相贴合的部位称为气门座1 1）功用：）功用：a a）导向，保证气门作直线往复运动导向，保证气门作直线往复运动b b）导热导热（2 2）工作条件：）工作条件：a a）工作温度较高工作温度较高b b）润滑不良润滑不良（3 3）材料：）材料：灰铸铁、球铁或铁基粉末冶金灰铸铁、球铁或铁基粉末冶金（4 4）结构：）结构：为圆柱形，导管内、外表面经加工后压入气缸盖的气门为圆柱形，导管内、外表面经加工后压入气缸盖的气门导管孔中，然后再精铰内孔。导管孔中，然后再精铰内孔。第21页
22、，此课件共30页哦2-3.气门组气门组4 4 气门弹簧气门弹簧（1 1）功用：）功用：保证气门回位、密封可靠保证气门回位、密封可靠（2 2）结构）结构:多为圆柱形螺旋弹簧。多为圆柱形螺旋弹簧。气门上一般装有一个或两个气门弹簧。装一个弹簧时，气门上一般装有一个或两个气门弹簧。装一个弹簧时，采用不等距的螺距，以防共振。装二个气门弹簧时，它采用不等距的螺距，以防共振。装二个气门弹簧时，它们同心地安装在气门导管的外面，两个弹簧直径不同，们同心地安装在气门导管的外面，两个弹簧直径不同，并且一个左旋，一个右旋，旋向相反，这样可以提高气并且一个左旋，一个右旋，旋向相反，这样可以提高气门弹簧工作可靠性，防止共
23、振，而且当一根弹簧折断时，门弹簧工作可靠性，防止共振，而且当一根弹簧折断时，另一根弹簧还可以维持工作。也不会使折断的弹簧卡入另一根弹簧还可以维持工作。也不会使折断的弹簧卡入另一个弹簧圈入。另一个弹簧圈入。第22页，此课件共30页哦5 5 气门旋转机构气门旋转机构（1 1）功用）功用:a a）使气门头部温度均匀使气门头部温度均匀b b）清除气门座内积碳清除气门座内积碳（2 2）结构）结构:自由旋转机构发动机运转振动自由旋转机构发动机运转振动气门有可能自由地作不规则运动。气门有可能自由地作不规则运动。强制旋转机构气门每开一次便转过一定角度。强制旋转机构气门每开一次便转过一定角度。2-3.气门组气门
24、组第23页，此课件共30页哦2-4.气门传动组气门传动组第24页，此课件共30页哦2-4.气门传动组气门传动组1 1 凸轮轴凸轮轴（1 1）功功用用：控控制制气气门门的的开开启启和和关关闭闭，每每一一个个进进、排排气气门门分别有相应的进气凸轮和排气凸轮。分别有相应的进气凸轮和排气凸轮。凸轮的形状凸轮的形状影响气门的开闭时刻及高度影响气门的开闭时刻及高度 凸轮的排列凸轮的排列影响气门的工作顺序影响气门的工作顺序 （根据凸轮轴可以判断工作顺序）（根据凸轮轴可以判断工作顺序）(2)(2)工工作作条条件件：工工作作中中，凸凸轮轮轴轴受受到到气气门门间间歇歇性性开开启启的的周周期期性性冲冲击击载载荷荷，
25、因因此此对对凸凸轮轮表表面面要要求求耐耐磨磨，凸凸轮轴要有足够的韧性和刚度。轮轴要有足够的韧性和刚度。（3 3）材材料料：一一般般用用优优质质钢钢模模锻锻而而成成，也也可可采采用用合合金金铸铸铁铁或或球球墨铸铁铸造。墨铸铁铸造。第25页，此课件共30页哦2-4.气门传动组气门传动组（4 4）凸凸轮轮轴轴构构造造：排排气气凸凸轮轮、进进气气凸凸轮轮、凸凸轮轮轴轴轴轴径，等。径，等。每个每个1-21-2个气缸设置一个凸轮轴轴径，目的提高刚度。个气缸设置一个凸轮轴轴径，目的提高刚度。自由端第26页，此课件共30页哦2-4.气门传动组气门传动组（5 5）凸凸轮轮轮轮廓廓：形形状状决决定定了了气气门门的
26、的升升程程及及其其升升降降过过程程的的运运动规律。动规律。凸凸轮轮转转过过A点点后后挺挺柱柱开开始始上上移移。至至B点点，气气门门间间隙隙消消除除，气气门门开开始始开开启启，凸凸轮轮转转到到C点点，气气门门开开度度达达到到最最大大，而而后后逐逐渐渐关关小小，至至D点点，气气门门闭闭合合终终了了。此此后后，挺挺柱柱继继续下落，出现气门间隙，至续下落，出现气门间隙，至E点挺柱又处于最低位置。点挺柱又处于最低位置。第27页，此课件共30页哦2-4.气门传动组气门传动组（6 6）同名凸轮的相对角位置：）同名凸轮的相对角位置：同同一一气气缸缸的的进进、排排气气凸凸轮轮的的相相对对角角位位置置是是与与既既
27、定定的的配配气气相相位位相相适适应应的的。发发动动机机各各个个气气缸缸的的进进、排排气气凸凸轮轮的的相相对对角角位位置置符符合合发发动动机机各各缸缸的的点点火火次次序序和和点点火火间间隔隔时时间间的的要要求求。因因此此，根根据据凸凸轮轮轴轴的的旋旋转转方方向向以以及及各各缸缸进进、排排气气凸凸轮轮的的工工作作顺顺序序，就就可可以以判定发动机的点火次序。判定发动机的点火次序。第28页，此课件共30页哦2-4.气门传动组气门传动组（7 7）凸轮传动机构：）凸轮传动机构：传动机构：齿轮式、链条式、齿形带式；传动机构：齿轮式、链条式、齿形带式；齿轮传动机构用于下置和中置式凸轮轴的传动；齿轮传动机构用于
28、下置和中置式凸轮轴的传动；链传动机构用于中置式和上置式凸轮轴的传动；链传动机构用于中置式和上置式凸轮轴的传动；齿形带传动机构用于上置式凸轮轴的传动；齿形带传动机构用于上置式凸轮轴的传动；优优点点：噪噪声声小小、质质量量轻轻、成成本本低低、工工作作可可靠靠，不需要润滑油。不需要润滑油。第29页，此课件共30页哦2-4.气门传动组气门传动组（7 7）凸轮轴的轴向定位：）凸轮轴的轴向定位：目目的的：限限制制凸凸轮轮轴轴的的轴轴向向移移动动，承承受受螺螺旋旋齿齿轮轮传传动产生的轴向力。动产生的轴向力。定位方式：定位方式：上上置置式式凸凸轮轮轴轴，凸凸轮轮轴轴轴轴承承盖盖的的端端面面或或凸凸轮轮轴轴径两侧的凸肩定位；轴轴径两侧的凸肩定位；中下置式凸轮轴，止推板定位；中下置式凸轮轴，止推板定位；止推螺钉定位。止推螺钉定位。第30页，此课件共30页哦