單元3配氣機構(1)

1、汽車發(fā)動機構造與維修汽車發(fā)動機構造與維修單元單元3 配氣機構配氣機構3.1 概述概述3.2 氣門組氣門組3.3 氣門傳動組氣門傳動組3.4 配氣正時及可變配氣正時機構配氣正時及可變配氣正時機構 知識目標：知識目標：1.了解配氣機構中各部件的定義和種類；了解配氣機構中各部件的定義和種類；2.掌握配氣機構中各部件的功用、配氣正時的定義及掌握配氣機構中各部件的功用、配氣正時的定義及配氣正時圖；配氣正時圖；3.了解可變配氣正時的原理及可變配氣正時機構。了解可變配氣正時的原理及可變配氣正時機構。 能力目標：能力目標：1.掌握配氣機構各部件的組成及相對位置；掌握配氣機構各部件的組成及相對位置；2.掌握配氣

2、機構各部件的構造及結構特點。掌握配氣機構各部件的構造及結構特點。 建議學時：建議學時：10學時學時3.1 概述概述 l配氣機構的功用是按照發(fā)動機每一汽缸所進行配氣機構的功用是按照發(fā)動機每一汽缸所進行的工作循環(huán)和發(fā)火次序的要求，定時開起和關的工作循環(huán)和發(fā)火次序的要求，定時開起和關閉進、排氣門，使新鮮可燃混合氣（汽油機）閉進、排氣門，使新鮮可燃混合氣（汽油機）或空氣（柴油機）得以及時進入汽缸，廢氣得或空氣（柴油機）得以及時進入汽缸，廢氣得以及時從汽缸排出。以及時從汽缸排出。充氣效率充氣效率對配氣機構的要求對配氣機構的要求l進氣充分進氣充分l排氣干凈排氣干凈l運動部件質量小剛度大運動部件質量小剛度大

3、配氣機構的組成配氣機構的組成 配氣機構配氣機構氣門式配氣機構由氣門組和氣門式配氣機構由氣門組和氣門傳動組兩部分組成，氣門傳動組兩部分組成，每組的零件組成則與氣門每組的零件組成則與氣門的位置、凸輪軸的位置和的位置、凸輪軸的位置和氣門驅動形式等有關?，F(xiàn)氣門驅動形式等有關?，F(xiàn)代汽車發(fā)動機均采用頂置代汽車發(fā)動機均采用頂置氣門，即進、排氣門置于氣門，即進、排氣門置于氣缸蓋內，倒掛在氣缸頂氣缸蓋內，倒掛在氣缸頂上。上。 配氣機構分類配氣機構分類_按凸輪軸位置分按凸輪軸位置分凸輪軸的位置有下置式、中置式和上置式3種。凸輪軸下置式配氣機構凸輪軸下置式配氣機構 凸輪軸中置式配氣機構凸輪軸中置式配氣機構 凸輪軸上

4、置式配氣機構凸輪軸上置式配氣機構 氣門驅動形式有搖臂驅動、擺臂氣門驅動形式有搖臂驅動、擺臂驅動和直接驅動三種類型。驅動和直接驅動三種類型。 搖臂驅動、單凸輪軸上置式配搖臂驅動、單凸輪軸上置式配氣機構氣機構 凸輪軸推動液力挺柱，液力挺柱推動搖臂，搖臂再驅動氣門；或凸輪軸直接驅動搖臂，搖臂驅動氣門。擺臂驅動、凸輪軸上置式配氣擺臂驅動、凸輪軸上置式配氣機構機構 由于擺臂驅動氣由于擺臂驅動氣門的配氣機構門的配氣機構比搖臂驅動式比搖臂驅動式剛度更好，更剛度更好，更有利于高速發(fā)有利于高速發(fā)動機，因此在動機，因此在轎車發(fā)動機上轎車發(fā)動機上的應用比較廣的應用比較廣泛。泛。 直接驅動、凸輪軸上置式配氣直接驅動、

5、凸輪軸上置式配氣機構機構 在這種形式的配氣機構中，凸輪通過吊杯形機械挺柱驅動氣門；在這種形式的配氣機構中，凸輪通過吊杯形機械挺柱驅動氣門；或通過吊杯形液力挺柱驅動氣門。與上述各種形式的配氣機或通過吊杯形液力挺柱驅動氣門。與上述各種形式的配氣機構相比，直接驅動式配氣機構的剛度最大，驅動氣門的能量構相比，直接驅動式配氣機構的剛度最大，驅動氣門的能量損失最小。因此，在高度強化的轎車發(fā)動機上得到廣泛的應損失最小。因此，在高度強化的轎車發(fā)動機上得到廣泛的應用。用。 3.2 氣門組氣門組3.2.1 氣門應具備的條件氣門應具備的條件3.2.2 氣門氣門3.2.3 氣門座氣門座3.2.4 氣門導管氣門導管3.

6、2.5 氣門彈簧、氣門鎖夾氣門彈簧、氣門鎖夾與氣門油封與氣門油封氣門組組成氣門組組成對氣門組的要求對氣門組的要求3.2.1 氣門應具備的條件氣門應具備的條件（1）具有耐熱性及良好導熱性。）具有耐熱性及良好導熱性。（2）在高溫下不會發(fā)生氧化熔蝕。）在高溫下不會發(fā)生氧化熔蝕。（3）在高溫下仍能保持其硬度與強度，耐沖擊。）在高溫下仍能保持其硬度與強度，耐沖擊。（4）具有良好的耐磨性。）具有良好的耐磨性。3.2.2 氣門氣門（1）現(xiàn)代發(fā)動機所使用氣門的結構及各部）現(xiàn)代發(fā)動機所使用氣門的結構及各部名稱。名稱。（2）氣門的結構要求。）氣門的結構要求。（3）通常進氣門的頭部外徑比排氣門大，）通常進氣門的頭部

7、外徑比排氣門大，以利進氣。以利進氣。氣門材料氣門材料 進氣門一般用中碳合金鋼制造，如鉻鋼、鉻鉬鋼和鎳鉻鋼等。排氣門則采用耐熱合金鋼制造，如硅鉻鋼、硅鉻鉬鋼、硅鉻錳鋼等。氣門構造氣門構造 汽車發(fā)動機的進、排氣門均為菌形氣門，由氣門汽車發(fā)動機的進、排氣門均為菌形氣門，由氣門頭部和氣門桿兩部分構成。氣門頂面有平頂、頭部和氣門桿兩部分構成。氣門頂面有平頂、凹頂和凸頂?shù)刃螤?。目前應用最多的是平頂氣凹頂和凸頂?shù)刃螤?。目前應用最多的是平頂氣門，其結構簡單，制造方便，受熱面積小，進、門，其結構簡單，制造方便，受熱面積小，進、排氣門都可采用。排氣門都可采用。 氣門構造氣門構造氣門錐角氣門錐角氣門與氣門座或氣門座

8、圈之間靠錐面密封。氣門錐面與氣門頂面之間的夾角稱為氣門錐角。進、排氣門的氣門錐角一般均為45，只有少數(shù)發(fā)動機的進氣門錐角為30。上氣門彈簧座的固定方式上氣門彈簧座的固定方式氣門尾端形狀氣門尾端形狀充鈉排氣門充鈉排氣門每缸氣門數(shù)每缸氣門數(shù) 一般發(fā)動機每個氣缸有兩個氣門，即一個進氣門和一般發(fā)動機每個氣缸有兩個氣門，即一個進氣門和一個排氣門。進氣門頭部直徑比排氣門大一個排氣門。進氣門頭部直徑比排氣門大1530，目的是增大進氣門通過斷面面積，減小進，目的是增大進氣門通過斷面面積，減小進氣阻力，增加進氣量。凡是進氣門和排氣門數(shù)量氣阻力，增加進氣量。凡是進氣門和排氣門數(shù)量相同時，進氣門頭部直徑總比排氣門大

9、。每缸兩相同時，進氣門頭部直徑總比排氣門大。每缸兩氣門的發(fā)動機又稱兩氣門發(fā)動機?，F(xiàn)代高性能汽氣門的發(fā)動機又稱兩氣門發(fā)動機。現(xiàn)代高性能汽車發(fā)動機普遍采用每缸三、四、五個氣門，其中車發(fā)動機普遍采用每缸三、四、五個氣門，其中尤以四氣門發(fā)動機為數(shù)最多。尤以四氣門發(fā)動機為數(shù)最多。 四氣門發(fā)動機每缸兩個進氣門，兩個排氣門。其突四氣門發(fā)動機每缸兩個進氣門，兩個排氣門。其突出的優(yōu)點是氣門通過斷面積大，進、排氣充分，出的優(yōu)點是氣門通過斷面積大，進、排氣充分，進氣量增加，發(fā)動機的轉矩和功率提高。其次是進氣量增加，發(fā)動機的轉矩和功率提高。其次是每缸四個氣門，每個氣門的頭部直徑較小，每個每缸四個氣門，每個氣門的頭部直

10、徑較小，每個氣門的質量減輕，運動慣性力減小，有利于提高氣門的質量減輕，運動慣性力減小，有利于提高發(fā)動機轉速。最后，四氣門發(fā)動機多采用篷形燃發(fā)動機轉速。最后，四氣門發(fā)動機多采用篷形燃燒室，火花塞布置在燃燒室中央，有利于燃燒。燒室，火花塞布置在燃燒室中央，有利于燃燒。 氣門的結構氣門的結構3.2.3 氣門座氣門座1.概述概述2.氣門座寬度氣門座寬度3.氣門座角度氣門座角度1.概述概述l氣門座與氣門配合用以密封，鑄鐵汽缸蓋在鑄氣門座與氣門配合用以密封，鑄鐵汽缸蓋在鑄造時直接制成氣門座；鋁合金汽缸蓋，則須另造時直接制成氣門座；鋁合金汽缸蓋，則須另外鑲入鎢鉻鋼等耐磨材料制成的氣門座。外鑲入鎢鉻鋼等耐磨材

11、料制成的氣門座。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。2.氣門座寬度氣門座寬度l氣門座應保持一定的寬度，使其與氣門保氣門座應保持一定的寬度，使其與氣門保持良好的氣密效果。持良好的氣密效果。l一般進氣門座寬度較小，約一般進氣門座寬度較小，約1mm；排氣門；排氣門因溫度較高，故排氣門座寬度較大，約因溫度較高，故排氣門座寬度較大，約1.5mm，以利散熱。以

12、利散熱。3.氣門座角度氣門座角度l氣門座角度，進、排氣門座通常均為氣門座角度，進、排氣門座通常均為45 左右。左右。 氣門錐面與氣門座的配合氣門錐面與氣門座的配合3.2.4 氣門導管氣門導管（1）氣門導管的目的，在于保持氣門正確的直線）氣門導管的目的，在于保持氣門正確的直線運動。運動。（2）氣門桿與氣門導管間必須保持適當?shù)拈g隙。）氣門桿與氣門導管間必須保持適當?shù)拈g隙。（3）氣門桿與氣門導管的間隙大小。）氣門桿與氣門導管的間隙大小。 氣門導管的安裝位置氣門導管的安裝位置3.2.5 氣門彈簧、氣門鎖夾與氣門油封氣門彈簧、氣門鎖夾與氣門油封1.氣門彈簧氣門彈簧2.氣門鎖夾氣門鎖夾3.氣門油封氣門油封

13、1.氣門彈簧氣門彈簧l氣門彈簧的作用，是使氣門能緊密關閉。氣門彈簧的作用，是使氣門能緊密關閉。 螺距不等的氣門彈簧螺距不等的氣門彈簧2.氣門鎖夾氣門鎖夾l氣門彈簧座與氣門桿的固定，均使用氣門鎖夾，氣門彈簧座與氣門桿的固定，均使用氣門鎖夾，以錐體式使用最多。以錐體式使用最多。 錐體式氣門鎖夾錐體式氣門鎖夾3.氣門油封氣門油封l氣門油封套在氣門桿上或氣門導管上方，只氣門油封套在氣門桿上或氣門導管上方，只允許少量機油進入氣門導管潤滑。允許少量機油進入氣門導管潤滑。 氣門油封的安裝位置氣門油封的安裝位置3.3 氣門傳動組氣門傳動組3.3.1 概述概述3.3.2 凸輪軸凸輪軸3.3.3 正時機構正時機構

14、3.3.4 氣門挺柱、氣門推桿與氣門挺柱、氣門推桿與氣門搖臂氣門搖臂3.3.1 概述概述氣門傳動組作用氣門傳動組作用:使進、排氣門能按配氣相位規(guī)使進、排氣門能按配氣相位規(guī)定的時刻開閉。并保證有足夠的開度。定的時刻開閉。并保證有足夠的開度。（1）凸輪軸與正時機構，包括凸輪軸、鏈輪、）凸輪軸與正時機構，包括凸輪軸、鏈輪、軸承、鏈條、張緊輪等，用于軸承、鏈條、張緊輪等，用于OHV發(fā)動機發(fā)動機。（2）目前的）目前的OHC發(fā)動機發(fā)動機，很多采用正時皮帶，很多采用正時皮帶傳動。傳動。 OHV發(fā)動機凸輪軸及正時機構發(fā)動機凸輪軸及正時機構采用正時皮帶的采用正時皮帶的OHC發(fā)動機發(fā)動機3.3.2 凸輪軸凸輪軸（

15、1）凸輪軸由曲軸以正時鏈條或正時皮帶帶動，）凸輪軸由曲軸以正時鏈條或正時皮帶帶動，四沖程發(fā)動機其轉速為曲軸的一半。四沖程發(fā)動機其轉速為曲軸的一半。（2）OHV發(fā)動機凸輪軸裝在汽缸體上，發(fā)動機凸輪軸裝在汽缸體上，OHC發(fā)動機則裝在汽缸蓋上。發(fā)動機則裝在汽缸蓋上。（3）凸輪軸各凸輪的結構。）凸輪軸各凸輪的結構。凸輪軸工作條件及材料凸輪軸工作條件及材料 l凸輪軸承受周期性的沖擊載荷。凸輪軸承受周期性的沖擊載荷。l凸輪與挺柱之間的接觸應力很凸輪與挺柱之間的接觸應力很大，相對滑動速度也很高大，相對滑動速度也很高l因此，凸輪工作表面的磨損比因此，凸輪工作表面的磨損比較嚴重較嚴重 凸輪軸構造凸輪軸構造 四缸

16、四缸16氣門氣門SOHC發(fā)動機發(fā)動機的凸輪軸的凸輪軸同名凸輪軸相對位置同名凸輪軸相對位置 凸輪的構造凸輪的構造凸輪軸傳動機構凸輪軸傳動機構l齒輪式齒輪式l鏈條式鏈條式l齒形帶式齒形帶式凸輪軸傳動機構凸輪軸傳動機構 短鏈條式正時機構短鏈條式正時機構 長鏈條式正時機構長鏈條式正時機構 正時鏈條的型式正時鏈條的型式凸輪軸傳動機構凸輪軸傳動機構正時皮帶式正時機構正時皮帶式正時機構 正時皮帶的結構正時皮帶的結構l價格便宜價格便宜l不需潤滑不需潤滑l噪聲小噪聲小3.3.4 氣門挺柱、氣門推桿與氣門搖臂氣門挺柱、氣門推桿與氣門搖臂1.氣門挺柱氣門挺柱2.氣門推桿氣門推桿3.氣門搖臂氣門搖臂4.氣門間隙氣門間

17、隙 各種氣門驅動方式各種氣門驅動方式1.氣門挺柱l氣門挺柱為OHV發(fā)動機配氣機構的零件之一，裝在發(fā)動機體內，將凸輪軸的旋轉運動變成直線運動，以驅動氣門推桿。挺柱的功用挺柱的功用挺柱是凸輪的從動件，其功用是挺柱是凸輪的從動件，其功用是將來自凸輪的運動和作用力傳將來自凸輪的運動和作用力傳給推桿或氣門，同時還承受凸給推桿或氣門，同時還承受凸輪所施加的側向力，并將其傳輪所施加的側向力，并將其傳給機體或氣缸蓋。給機體或氣缸蓋。挺柱的材料及分類挺柱的材料及分類 制造挺柱的材料有碳鋼、合金鋼、制造挺柱的材料有碳鋼、合金鋼、鎳鉻合金鑄鐵和冷激合金鑄鐵等。鎳鉻合金鑄鐵和冷激合金鑄鐵等。挺柱可分為挺柱可分為機械挺

18、柱和液力挺柱機械挺柱和液力挺柱兩兩大類，每一類中又有平面挺柱和滾大類，每一類中又有平面挺柱和滾子挺柱等多種結構形式。子挺柱等多種結構形式。 機械挺柱機械挺柱 機械挺柱的結構結構簡單，機械挺柱的結構結構簡單，質量輕，在中、小型發(fā)動機質量輕，在中、小型發(fā)動機中應用比較廣泛。挺柱上的中應用比較廣泛。挺柱上的推桿球面支座的半徑比推桿推桿球面支座的半徑比推桿球頭半徑略大，以便在兩者球頭半徑略大，以便在兩者中間形成楔形油膜來潤滑推中間形成楔形油膜來潤滑推桿球頭和挺柱上的球面支座。桿球頭和挺柱上的球面支座。 液力挺柱液力挺柱 在配氣機構中預留氣門間隙將使發(fā)動機工作時配氣機構產生撞擊和噪聲。為了消除這一弊端，

19、有些發(fā)動機尤其是轎車發(fā)動機采用液力挺柱，借以實現(xiàn)零氣門間隙。氣門及其傳動件因溫度升高而膨脹，或因磨損而縮短，都會由液力作用來自行調整或補償。2.氣門推桿l氣門推桿也是OHV發(fā)動機配氣機構的零件之一，由氣門挺柱驅動，以帶動氣門搖臂。推桿推桿 推桿處于挺柱和搖臂之間，其功用是將挺柱傳來的運動和作用力傳給搖臂。在凸輪軸下置式的配氣機構中，推桿是一個細長桿件，加上傳遞的力很大，所以極易彎曲。因此，要求推桿有較好的縱向穩(wěn)定性和較大的剛度。推桿一般用冷拔無縫鋼管制造，兩端焊上球頭和球座。也可以用中碳鋼制成實心推桿，這時兩端的球頭或球座與推桿鍛成一個整體。3.氣門搖臂氣門搖臂l氣門搖臂常用于氣門搖臂常用于O

20、HV及及OHC發(fā)動機發(fā)動機。l氣門搖臂可改變運動方向，并具備杠桿作用，氣門搖臂可改變運動方向，并具備杠桿作用，使氣門的開啟量比凸輪的行程大；另外氣門搖使氣門的開啟量比凸輪的行程大；另外氣門搖臂上有調整螺釘，可調整氣門間隙。臂上有調整螺釘，可調整氣門間隙。搖臂搖臂 搖臂的功用是將推桿和凸輪傳來的運動和作用力，改搖臂的功用是將推桿和凸輪傳來的運動和作用力，改變方向傳給氣門使其開啟。搖臂在擺動過程中承受變方向傳給氣門使其開啟。搖臂在擺動過程中承受很大的彎矩，因此應有足夠的強度和剛度以及較小很大的彎矩，因此應有足夠的強度和剛度以及較小的質量。搖臂由鍛鋼、可鍛鑄球、球墨鑄鐵或鋁合的質量。搖臂由鍛鋼、可鍛

21、鑄球、球墨鑄鐵或鋁合金制造。搖臂是一個雙臂杠桿，以搖臂軸為支點，金制造。搖臂是一個雙臂杠桿，以搖臂軸為支點，兩臂不等長。短臂端加工有螺紋孔，用來擰入氣門兩臂不等長。短臂端加工有螺紋孔，用來擰入氣門間隙調整螺釘。長臂端加工成圓弧面，是推動氣門間隙調整螺釘。長臂端加工成圓弧面，是推動氣門的工作面的工作面 氣門間隙氣門間隙發(fā)動機在冷態(tài)下，當氣門處于關發(fā)動機在冷態(tài)下，當氣門處于關閉狀態(tài)時，氣門與傳動件之間閉狀態(tài)時，氣門與傳動件之間的間隙稱為氣門間隙的間隙稱為氣門間隙 氣門間隙氣門間隙l因氣門、氣門搖臂等零件受熱后會膨脹，因此必因氣門、氣門搖臂等零件受熱后會膨脹，因此必須留有適當?shù)臍忾T間隙，以防止氣門無

22、法閉合，須留有適當?shù)臍忾T間隙，以防止氣門無法閉合，并保持正確的氣門正時。并保持正確的氣門正時。l氣門間隙的調整方法有以下兩種。氣門間隙的調整方法有以下兩種。 螺釘調整式螺釘調整式 墊片調整式墊片調整式氣門間隙的調整氣門間隙的調整3.4 配氣正時及可變配氣正時機構配氣正時及可變配氣正時機構3.4.1 配氣正時配氣正時3.4.2 可變配氣正時機構可變配氣正時機構3.4.1 配氣正時配氣正時l配氣相位就是配氣相位就是進、排氣門的實際開閉時刻進、排氣門的實際開閉時刻，通，通常用相對與上、下止點曲拐位置的曲軸轉角的常用相對與上、下止點曲拐位置的曲軸轉角的環(huán)形圖來表示。這種圖形稱為配氣相位圖。環(huán)形圖來表示

23、。這種圖形稱為配氣相位圖。配氣相位圖配氣相位圖l由圖可見，由于進氣門在上止點前即開啟，而由圖可見，由于進氣門在上止點前即開啟，而排氣門在上止點后才關閉，這就出現(xiàn)了一段時排氣門在上止點后才關閉，這就出現(xiàn)了一段時間內排氣門和進氣門同時開啟的現(xiàn)象，這種現(xiàn)間內排氣門和進氣門同時開啟的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為氣門重疊，重疊時期的曲軸轉角稱為氣象稱為氣門重疊，重疊時期的曲軸轉角稱為氣門重疊角。門重疊角。l不同發(fā)動機，由于結構形式、轉速各不相同，不同發(fā)動機，由于結構形式、轉速各不相同，因此配氣相位也不相同。因此配氣相位也不相同?？勺兣錃庹龝r機構優(yōu)點可變配氣正時機構優(yōu)點能兼顧高速及低速不同工況，提高發(fā)能兼顧高速及低速不同工況，提高發(fā)動機的動力性和經濟性；動機的動力性和經濟性； 降低發(fā)動機的排放；降低發(fā)動機的排放； 改善發(fā)動機怠速及低速時的性能及改善發(fā)動機怠速及低速時的性能及穩(wěn)定性穩(wěn)定性 4.4.2 可變配氣正時機構可變配氣正時機構1.結構結構2.工作原理工作原理l發(fā)動機轉速不同，要求不同的配氣定時。發(fā)動機轉速不同，要求不同的配