配氣機(jī)構(gòu)綜述

第5章

配氣機(jī)構(gòu)主要內(nèi)容概述配氣相位氣門(mén)傳動(dòng)組氣門(mén)組學(xué)習(xí)目標(biāo)了解配氣機(jī)構(gòu)的功用、組成和布置形式，理解配氣相位和氣門(mén)間隙的概念。熟悉配氣機(jī)構(gòu)主要件的結(jié)構(gòu)。第一節(jié)概述

一、功用按照發(fā)動(dòng)機(jī)各缸工作過(guò)程的需要，定時(shí)地開(kāi)啟和關(guān)閉進(jìn)、排氣門(mén)，使新鮮可燃混合氣(汽油機(jī))或空氣(柴油機(jī))及時(shí)進(jìn)入氣缸，廢氣及時(shí)排出氣缸。進(jìn)飽排凈，當(dāng)進(jìn)排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)，保證氣缸密封。進(jìn)氣終了時(shí)壓力越高，溫度越低，則充氣效率越高充量系數(shù)進(jìn)入氣缸的實(shí)際充量/進(jìn)入氣缸的理論充量=0.8～0.9二、類(lèi)型：按凸輪軸的位置分為：下置式、中置式、上置式按曲軸和凸輪軸的傳動(dòng)方式分為：

齒輪傳動(dòng)式、鏈條傳動(dòng)式和齒形帶傳動(dòng)式按每缸氣門(mén)數(shù)分：二氣門(mén)式、三氣門(mén)式、四氣門(mén)式、五氣門(mén)式。(一)下置凸輪軸式配氣機(jī)構(gòu)1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）凸輪軸裝在曲軸箱內(nèi)，而搖臂軸裝在氣缸蓋上，兩者相距較遠(yuǎn)，推桿較長(zhǎng)。（2）凸輪軸距曲軸較近，兩者之間采用正時(shí)齒輪傳動(dòng)。

（3）傳動(dòng)鏈長(zhǎng)，零件多，機(jī)構(gòu)剛度差，高速動(dòng)力性能差；高速發(fā)動(dòng)機(jī)不用。2.組成：氣門(mén)傳動(dòng)組氣門(mén)組氣門(mén)傳動(dòng)組正時(shí)齒輪、凸輪軸、氣門(mén)挺柱、推桿、調(diào)整螺釘鎖緊螺母搖臂搖臂軸搖臂軸支架氣門(mén)組3.工作過(guò)程凸輪軸下置式配氣機(jī)構(gòu)組成與原理動(dòng)畫(huà)（1）氣門(mén)打開(kāi)：曲軸通過(guò)正時(shí)齒輪驅(qū)動(dòng)凸輪軸旋轉(zhuǎn)，凸輪軸上的凸起部分通過(guò)挺柱、推桿、調(diào)整螺釘，推動(dòng)搖臂擺轉(zhuǎn)，搖臂的另一端便向下推開(kāi)氣門(mén)，同時(shí)氣門(mén)彈簧進(jìn)一步壓縮。（2）氣門(mén)關(guān)閉：當(dāng)凸輪的凸起部分的頂點(diǎn)轉(zhuǎn)過(guò)挺柱以后，在氣門(mén)彈簧張力的作用下，氣門(mén)開(kāi)度逐漸減小，直至最后關(guān)閉。(二)凸輪軸上置式配氣機(jī)構(gòu)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為1、凸輪軸位于氣缸蓋上。2、凸輪軸直接通過(guò)搖臂來(lái)驅(qū)動(dòng)氣門(mén)，沒(méi)有挺柱和推桿，使往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣量大大減小，因此它適用于高速發(fā)動(dòng)機(jī)。（三）中置凸輪軸式配氣機(jī)構(gòu)

其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為1.凸輪軸位于氣缸體的上部2.推桿較短，運(yùn)動(dòng)慣性小。3.也可省去推桿，而由挺柱直接驅(qū)動(dòng)搖臂。三、配氣機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)凸輪軸正時(shí)齒輪和曲軸正時(shí)齒輪的齒數(shù)存在什么關(guān)系？思考一下四、每缸氣門(mén)數(shù)及其排列方式每缸5氣門(mén)新型奧迪轎車(chē)的V型六缸五氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)和捷達(dá)EAll3型四缸五氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)就采用五氣門(mén)技術(shù)。與四氣門(mén)相比，采用每缸五氣門(mén)的發(fā)動(dòng)機(jī)其氣門(mén)流通截面更大，充氣效率更高?？梢詫?shí)現(xiàn)燃油消耗低、轉(zhuǎn)矩大及排污少，比四氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到的性能指標(biāo)更好。

五、氣門(mén)間隙1.

定義發(fā)動(dòng)機(jī)冷裝配時(shí)，氣門(mén)桿尾端與氣門(mén)驅(qū)動(dòng)組零件之間的間隙。2.必要性

如果氣門(mén)及其傳動(dòng)件之間，在冷態(tài)時(shí)無(wú)間隙，則發(fā)動(dòng)機(jī)在熱態(tài)，氣門(mén)及其傳動(dòng)件的受熱膨脹將引起氣門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)，造成發(fā)動(dòng)機(jī)在壓縮和作功行程中漏氣，而使功率下降，嚴(yán)重時(shí)甚至不易起動(dòng)。為此，在冷態(tài)時(shí)應(yīng)該留氣門(mén)間隙。3.氣門(mén)間隙過(guò)大和過(guò)小的危害正常：冷態(tài)時(shí)，進(jìn)氣門(mén)0.25mm~0.35mm，排氣門(mén)0.30mm～0.35mm。過(guò)大：（1）傳動(dòng)零件之間及氣門(mén)和氣門(mén)座之間產(chǎn)生撞擊響聲，并加速磨損。（2）使氣門(mén)開(kāi)啟的持續(xù)時(shí)間減少，氣缸充氣和排氣情況變壞。過(guò)?。簾釕B(tài)下使氣門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)而發(fā)生漏氣，導(dǎo)致功率下降，甚至燒壞氣門(mén)。1.某車(chē)?yán)鋯?dòng)時(shí)動(dòng)力性好，但是越跑感覺(jué)車(chē)越?jīng)]勁，什么原因？2.在發(fā)動(dòng)機(jī)的上方氣門(mén)處，有“噠噠”聲，隨轉(zhuǎn)速的增加響聲變大，冷車(chē)時(shí)響聲大，熱車(chē)時(shí)響聲減小，什么原因？思考？第二節(jié)配氣相位（一）定義：用曲軸轉(zhuǎn)角表示的進(jìn)、排氣門(mén)開(kāi)閉時(shí)刻和開(kāi)啟持續(xù)時(shí)間，稱(chēng)配氣相位。（二）配氣相位的必要性1.因發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高，氣門(mén)開(kāi)啟的理論持續(xù)時(shí)間極短。例如四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速3000r/min時(shí)，一個(gè)行程時(shí)間只有0.01s。2.氣門(mén)開(kāi)啟需要一個(gè)過(guò)程，氣門(mén)全開(kāi)時(shí)間就更短。在這樣短的時(shí)間內(nèi)，難以做到進(jìn)氣充分和排氣干凈，因此實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣門(mén)都要早開(kāi)和晚關(guān)，氣門(mén)開(kāi)啟的持續(xù)角都大于1800。（三）進(jìn)氣門(mén)的配氣相位1.進(jìn)氣提前角（1）定義：從進(jìn)氣門(mén)開(kāi)始開(kāi)啟到上止點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱(chēng)為進(jìn)氣提前角(或早開(kāi)角)。進(jìn)氣提前角用α表示，α一般為100～300。（2）目的：進(jìn)氣門(mén)早開(kāi)，使得活塞到達(dá)上止點(diǎn)開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)氣門(mén)已有一定的開(kāi)度，可獲得較大的進(jìn)氣通道截面，減少進(jìn)氣阻力。2.進(jìn)氣滯后角（1）定義：從下止點(diǎn)到進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱(chēng)為進(jìn)氣滯后角(或晚關(guān)角)。進(jìn)氣滯后角用β表示，β一般為40°～80°。（2）目的：1）利用缸內(nèi)外的壓力差繼續(xù)進(jìn)氣：到下止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)的壓力仍低于大氣壓2）利用氣流的慣性繼續(xù)進(jìn)氣：所以進(jìn)氣門(mén)適當(dāng)晚關(guān)可使進(jìn)氣較充分。(四)排氣門(mén)的配氣相位1.排氣提前角(或早開(kāi)角)

（1）定義：從排氣門(mén)開(kāi)始開(kāi)啟到下止點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角。排氣提前角用γ表示，γ一般為40°～80°。（2）目的：1）利用缸內(nèi)外的壓力差繼續(xù)排氣：排氣門(mén)早開(kāi)，氣缸內(nèi)300kPa～500kPa的壓力，使氣缸內(nèi)的廢氣迅速地自由排出。2）減少排氣沖程所消耗的功率：因排氣門(mén)早開(kāi)，廢氣先排出一部分，活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)只剩約110kPa～120kPa的壓力，使排氣沖程所消耗的功率大為減少。3）高溫氣體的早排，可以防止發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱。2.排氣滯后角（2）目的：

1）利用缸內(nèi)外的壓力差繼續(xù)排氣：因活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)的壓力仍高于大氣壓，可利用缸內(nèi)外的壓力差繼續(xù)排氣。

2）利用廢氣流的慣性繼續(xù)排氣：因活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，廢氣流還有一定的慣性，仍能繼續(xù)排氣。所以排氣門(mén)適當(dāng)晚關(guān)可使廢氣排得較干凈。（1）定義：從上止點(diǎn)到排氣門(mén)關(guān)閉所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱(chēng)為排氣滯后角(或晚關(guān)角)。排氣滯后角用δ表示，δ一般為10°～30°。（五）氣門(mén)的疊開(kāi)定義：由于進(jìn)氣門(mén)早開(kāi)和排氣門(mén)晚關(guān)，就出現(xiàn)了一段進(jìn)排氣門(mén)同時(shí)開(kāi)啟的現(xiàn)象，稱(chēng)為氣門(mén)疊開(kāi)。進(jìn)排氣門(mén)同時(shí)開(kāi)啟的角度，即進(jìn)氣門(mén)早開(kāi)角與排氣門(mén)晚關(guān)角的和（α+δ），稱(chēng)為氣門(mén)疊開(kāi)角。第三節(jié)氣門(mén)傳動(dòng)組組成：凸輪軸及其驅(qū)動(dòng)裝置，包括挺柱、推桿、搖臂及搖臂軸、氣門(mén)間隙調(diào)整螺釘?shù)?。一、凸輪軸(一)凸輪軸的功用1.驅(qū)動(dòng)和控制各缸氣門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉，使其符合發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序、配氣相位及氣門(mén)開(kāi)度變化規(guī)律等要求。2.驅(qū)動(dòng)汽油泵、機(jī)油泵和分電器等。材料：優(yōu)質(zhì)碳鋼或合金鋼鍛制，合金鑄鐵和球墨鑄鐵鑄造。（二）凸輪軸的構(gòu)造凸輪軸主要由凸輪、凸輪軸軸頸等組成。對(duì)于下置式凸輪軸，還有偏心輪(用于驅(qū)動(dòng)汽油泵)、螺旋齒輪(用于驅(qū)動(dòng)機(jī)油泵和分電器)。1.凸輪凸輪的輪廓保證氣門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉的持續(xù)時(shí)間符合配氣相位的要求。O為凸輪的中心，EA為凸輪的基圓，AB和DE為凸輪的緩沖段，BCD為凸輪的工作段。CODNEAMB1.凸輪氣門(mén)開(kāi)啟點(diǎn)消除氣門(mén)間隙階段氣門(mén)升程最大時(shí)刻氣門(mén)關(guān)閉點(diǎn)出現(xiàn)氣門(mén)間隙階段緩沖結(jié)束點(diǎn)氣門(mén)開(kāi)啟點(diǎn)消除氣門(mén)間隙階段氣門(mén)升程最大時(shí)刻氣門(mén)關(guān)閉點(diǎn)出現(xiàn)氣門(mén)間隙階段緩沖結(jié)束點(diǎn)2.凸輪軸軸頸作用：用來(lái)支承凸輪軸。3.凸輪軸軸承凸輪軸軸承做成襯套壓入整體式的座孔內(nèi)，最后再加工，與軸頸配合。上置式凸輪軸各軸頸的直徑均相等，下置式凸輪軸軸頸的直徑由風(fēng)扇端向飛輪端依次減小，目的是便于安裝。4.凸輪軸的軸向限位裝置作用：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。1、正時(shí)齒輪；2、墊圈；3、螺母；4、止推片；5、螺栓；6、隔圈。123456二、正時(shí)齒輪凸輪軸通常由曲軸通過(guò)一對(duì)定時(shí)齒輪驅(qū)動(dòng)，小齒輪和大齒輪分別用鍵裝在曲軸和凸輪軸的前端，其傳動(dòng)比為2：1。在裝配曲軸和凸輪軸時(shí)，必須將定時(shí)齒輪記號(hào)對(duì)準(zhǔn)，以保證正確的配氣正時(shí)和發(fā)火時(shí)刻。三、氣門(mén)挺柱與推桿（一）挺柱1.功用：將凸輪的推力傳給推桿或氣門(mén)。2.普通挺柱的構(gòu)造1）型式：常見(jiàn)挺柱有2）挺柱的旋轉(zhuǎn)

目的：使挺柱磨損均勻。

因挺柱工作時(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始終在一處接觸，也會(huì)造成磨損不均勻。措施：

挺柱底部工作面多制成球面，并且把凸輪制成錐形。這樣，在工作時(shí)，由于凸輪與挺柱的接觸點(diǎn)偏離挺柱軸線(xiàn)，當(dāng)挺柱挺起時(shí)，接觸點(diǎn)的摩擦力使其繞本身軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，以達(dá)到磨損均勻的目的。3）液力挺柱（1）目的：

解決了因有氣門(mén)間隙而產(chǎn)生的沖擊及噪音問(wèn)題。（2）組成：（3）工作原理工作原理動(dòng)畫(huà)(二)推桿1.作用：將挺柱傳來(lái)的推力傳給搖臂。2.結(jié)構(gòu)：推桿一般采用冷拔無(wú)縫鋼管制成桿的兩端焊接或壓配有不同形狀的端頭，下端通常是圓球形，以便與挺柱的凹球形支座相適應(yīng)；上端一般采用凹球形。四、搖臂1.功用：將推桿或凸輪傳來(lái)的推力傳給氣門(mén)使其開(kāi)啟。2.結(jié)構(gòu)：搖臂裝在搖臂軸上，搖臂軸通過(guò)搖臂軸支座裝在氣缸蓋上。搖臂是一個(gè)不等臂杠桿，其長(zhǎng)臂一端驅(qū)動(dòng)氣門(mén)。3.浮動(dòng)式搖臂其搖臂沒(méi)有中間支承軸，是在導(dǎo)槽中浮動(dòng)的安裝。搖臂的一端安裝在氣缸蓋的液力挺柱上，另一端驅(qū)動(dòng)氣門(mén)，凸輪抵在搖臂的中部。1-浮動(dòng)搖臂；2-柱塞；3-殼體；4-進(jìn)油孔；5-單向閥；6-柱塞彈簧；7-高壓腔；8-單向閥保架及單向閥彈簧；9-滾輪；10-銷(xiāo)軸；11-滾針五、搖臂支架第四節(jié)氣門(mén)組氣門(mén)組的主要機(jī)件有氣門(mén)氣門(mén)彈簧氣門(mén)導(dǎo)管一、氣門(mén)氣門(mén)的功能氣門(mén)各部分的名稱(chēng)氣門(mén)的分類(lèi)1頭部形狀2）氣門(mén)錐角（1）

定義：氣門(mén)錐面與頂平面的夾角稱(chēng)氣門(mén)錐角。α2）

氣門(mén)錐角的作用就像錐形塞子可以塞緊瓶口一樣，能獲得較大的氣門(mén)座合壓力，以提高密封性和導(dǎo)熱性；氣門(mén)落座時(shí)有自動(dòng)定位作用；避免氣流拐彎過(guò)大而降低流速；氣門(mén)落座時(shí)能擠掉接觸面的沉積物，即有自潔作用。

3）

進(jìn)、排氣門(mén)錐角的大小進(jìn)氣門(mén)錐角較小，多用300。因錐角越小，進(jìn)氣通道截面越大，進(jìn)氣量越多。排氣門(mén)錐角較大，通常為450。因錐角越大，氣門(mén)頭部邊緣的厚度大，不易變形。排氣門(mén)熱負(fù)荷較大而用較大的錐角，以加強(qiáng)散熱和避免受熱變形。且錐角越大，座合壓力越大，自潔作用越大。

氣門(mén)彈簧座的固定方式a-氣