柴油机基本知识之配气机构共32页

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图3-35 气门弹簧 a)等螺距弹簧；b)不等螺距弹簧；c)双螺旋弹簧
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§3.3.2 气门传动组
作用：使进、排气门能按配气相位规定的时刻开闭， 且保证有足够的开度。
摇臂轴
摇臂
凸轮轴
凸轮轴正 时齿轮
推杆 挺柱
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一、凸轮轴
1. 结构
进、排气凸轮：用以使气门按一定的工作次序和配 气相位及时开闭，并保证气门有足够的升程。 偏心轮、齿轮。 凸轮轴轴颈：用来支承凸轮轴，一般凸轮轴每隔两 个气缸设置一个轴颈，也有全支撑的。
凸轮轴
驱动汽 油泵的
凸轮
正时齿轮 衬套
偏心轮
螺栓
止推座
垫片
机进气门）。 优点：节省材料，提高使用寿命，更换、维修方便。 缺点：导热性差，加工精度要求高，脱落（过盈配合）。
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四、气门弹簧
1. 作用： （1）保证气门自动回位关闭而密封。 （2）保证气门与气门座的座合压力。 （3）吸收气门在开启和关闭过程中传动零件 所产生的惯性力，以防止各种传动件彼此分离而破 坏配气机构正常工作。 2. 材料和固定：材料为高锰钢、铬钒钢，热 处理；固定方法为一端靠在气缸盖上，一端靠在弹 簧座上。 3. 具有足够的刚度和安装预紧力的原因：气 门弹簧必须承受气门关闭过程中气门及传动件产生 的惯性力，也必须克服配气机构因高速运转时产生 的振动而引起的附加负荷。预紧力保证气门处于关 闭状态时，关闭严实。
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§3.2 配气相位和气门间隙
一、配气相位 1. 定义：进、排气门的实际开闭时刻及其开 启的持续时间。
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2. 延长进、排气时间的原因 （1）气门的开、闭有个过程； （2）气体惯性的影响； （3） 发动机速度的要求 。 举例：当发动机转速为5600r/min时，一个行程 持续时间：60/（5600×2）=0.0054s

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气门检修
❖（1）气门的耗损：
1）气门工作面起槽、变宽； 2）烧蚀后的斑点和凹陷； 3）气门杆和尾端的磨损； 4） 气门的弯曲变形。
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❖ （2）气门的检验 1）气门杆的磨损量测量； 2）气门头部边缘厚度测量； 3）利用百分表测量气门杆的弯曲； 4）气门头部烧蚀、烧裂、烧损无法修复；
❖ 气门叠开——当进气门早开和排气门晚关时，出现的
进排气门同时开启的现象。
气门叠开
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气门叠开角的选择 气门叠开角α+ δ——进、排气门同时开启过程
中的曲轴转角。
❖ 由于新鲜气流和废气 流的流动惯性都比较 大，在气门叠开时不 会改变流向。只要气 门重叠角选择适当， 就不会有废气倒流入 进气管和新鲜气体随 同废气排出的可能性， 有利于换气。
5. 配气机构的分类
（1）按气门布置形式
压缩比受到限制， 进排气门阻力较大， 发动机的动力性和 高速性均较差，逐
渐被淘汰。
目前国产的汽车发 动机都采用气门顶
置式配气机构。
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❖ 顶置气门式配气机构 ❖ 结构特点——气门位于活塞顶上方。
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的实际充量（新鲜可燃混合气或新鲜空气）与进气 状态下充满气缸工作容积的理论充量的比值。也称 充气效率或容积效率。
Φc=M/M0
❖ M——进气过程中，进入气缸的实际充量。 ❖ M0——进气状态下，充满气缸工作容积的理论充量。
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充量系数对发动机性能的影响

进气门570K~670K（铬钢
性能： 或铬镍钢）
排气门1050K~1200K（硅 强 度 和 刚 度铬大钢、）耐 热 、 耐 腐 蚀 、 耐 磨
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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。
适用于排气门，因为其强度高，排气阻力小，废气的清
优点：
简化曲轴与凸轮 轴之间才传动装 置，有利于发动 机的布置。
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2、凸轮轴中置式
调整螺钉
摇臂
传动方式：凸轮轴经
过挺柱直接驱动摇臂，
省去了推杆。
挺柱
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
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活塞
3、凸轮轴上置式
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。
η / v=M M0
M ——进气过程中，实际进入气缸的新气的质量； Mo——在理想状态下，充满气缸工作容积的新气质
量。
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§3.2 配气机构的布置和工作情 况
一、气门的布置型式
1、气门顶置式 组成：
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工作过程
特点： A、气门行程 大，结构较复 杂，燃烧室紧 凑。 B、曲轴与凸 轮轴传动比为 2:1。
凸轮性能：
表面有良好的耐磨性，足够的刚度。
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凸轮的轮廓
凸轮轮廓与气门的运动规律
气门开启点
气门升程最大时刻
出现气门 间隙阶段
消除气门 间隙阶段
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气门关闭点
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。

（喇叭顶） 而不宜用于排气门。
19 软件网络
气门实物图
进气门
排气门
20 软件网络
气门锥角
气门锥角：气门头部与气门座圈接触的锥面与 气门顶部平面的夹角。
锥角作用：
A、获得较大的气门座合压力，提高密封性和导热性。 B、气门落座时有较好的对中、定位作用。 C、避免气流拐弯过大而降低流速。
边缘应保持 一定的厚度， 1~3mm。
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3、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：
倒角
工作温度较高，约500K。润滑困难，易磨损。
气缸盖
材料：
ห้องสมุดไป่ตู้
气门导管
用含石墨较多的铸铁，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：
卡环：防止气门 导管在使用中脱 落。
气门杆与气门间隙0.05～0.12mm。
装配前应将 密封锥面研 磨。
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气门杆
凹槽
较高的加工精度，表面 经过热处理和磨光，保 证同气门导管的配合精 度和耐磨性
气门杆尾部： 环形槽、锁 销孔
易断裂处
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2、气门座
气门座： 气缸盖的进、排气道与气门锥面相结 合的部位。
作用： 靠其内锥面与气门锥面的紧密贴合密封气缸。 接受气门传来的热量。
排气门 0.30~0.35mm
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四、配气相位
1、气门从开启到关闭所经历的曲轴
转角，称为配气相位。
上止点
10°~30 ° 40°~80 ° 40°~80 ° 10°~30 °
下止点
10 软件网络

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B：凸轮直接驱动气门 完全取消气门摇臂，由凸轮直
接驱动气门。一根凸轮轴上有进、 排气凸轮（混合凸轮）使得气门只 能直上直下运动，不能采用结构紧 凑的半球形燃烧室，进排气道左右 分置。优点是气门机构刚性好，具 有良好的动力特性，更适应高速机， 但气门间隙调整困难。...
上海桑塔纳时代超人AJR发动机、红 旗488-3发动机、一汽奥迪100以及南汽 索菲姆柴油机均使用这一配气机构。
要求：（1）足够的刚度及安装预紧力 （2） 疲劳强度高 （3）加工精度高，如垂直度要求、 自由公差小等。...
材料：高碳锰钢、铬钒钢等冷拔钢丝， 加工后要经热处理。...
结构特点： （1）压缩弹簧：
1）圆柱弹簧（等螺距、变螺距）； 2）圆锥弹簧。...
（2）内外两根弹簧，可使安装高度减小，注意螺旋方向相反。
底面是滚轮改善磨损减小侧压力面接触推杆作小幅度摆动适用于顶置气门式配气机构质量心体适用于侧置气门式配气机47主油道来的机油经过气缸盖油道侧面的油孔上盖底部的键形槽流入柱塞11与柱塞11下移液压缸12底部容积减小油压升高加上补偿弹簧13的作用使单向球阀关闭形成高压油腔
一、侧置气门式气门机构
1、结构特点： 气门布置在气缸体一侧，气门头部朝上，没有摇臂、推杆，
多气门优点： 1、在相同缸径条件下，气门头部尺寸小，重量轻，气门升程小，有利于高速化； 2、进气总通过断面积增加，有利于提高充气效率； 3、有利于形成结构紧凑的燃烧室； 4、排气门热负荷低。
多气门缺点：结构复杂，成本高。
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四气门
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最佳的气门重叠角随发动机转速上升而增大；... 汽油机的气门重叠角<柴油机。... 活塞顶一般需设避阀坑（气门重叠角大者避阀坑较深，压缩比大者避阀坑较深）。

紧密地贴合气门座。
气门间隙大小的选择
02
根据发动机的工作条件和性能要求，选择合适的气门间隙大小。
气门间隙的定期检查与调整
03
定期检查气门间隙，并根据需要调整，以保证发动机的正常运
转。
配气相位的选择与优化
配气相位计算
根据发动机的工作循环和性能要求，计算出合适的配气相位。
配气相位的调整
通过调整凸轮型线和气门开启、关闭时刻，实现配气相位的优化。
分类
根据气门安装位置可分为顶置式和侧 置式，根据凸轮轴安装位置可分为下 置式、中置式和上置式。
工作原理
通过凸轮轴的旋转，使气门按照一定 规律开启和关闭，实现发动机的进气 和排气过程。
配气机构的性能要求
气门开启和关闭的时刻和高度 应准确控制。
气门和气门座之间的密封性能 要好，以减少气体泄漏。
气门弹簧的弹力要适当，以确 保气门的正常开闭。
配气机构应尽可能轻便、紧凑 以提高发动机的效率。
02
发动机配气机构的设计
气门的设计与优化
气门材料选择
气门杆部长度和直径
选择耐高温、耐磨损的材料，如合金 钢、不锈钢等。
根据气门的工作条件和发动机的结构 要求，选择合适的长度和直径。
气门头部形状设计
根据发动机性能要求，设计出适合的 头部形状，如圆形、椭圆形等。
04
发动机配气机构的故障诊断与维修
配气机构常见故障及原因分析
气门关闭不严
气门异响
气门漏气
凸轮轴损坏

气门间隙调整不当、气 门杆弯曲或气门头烧蚀。
气门间隙过大、气门杆 与气门导管间隙过大。
气门杆与气门导管间隙 过小或气门头与气门座
接触不良。

气缸总容积与燃烧室容积之比值，称几何压缩比或名义压缩比，用ε 表示。
ε＝Ｖa／Ｖc＝（Ｖc＋Ｖh）／Ｖc ＝1＋Ｖh／Ｖc
ε表示工质在缸内被压缩的程度，对运转可靠性和经济性有较大影响。 一般为ε＝12～22，机车用ε＝12～14.5。 （七）工作循环
（八）四冲程和二冲程
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二、柴油机的工作原理
（一）四冲程柴油机的工作原理 １、进气过程：
活塞从上止点移动到下止点，进气门开，排气门关。
进气过程开始时，活塞位于上止点位置，气缸内残留着上次循 环未排净的残余废气，它的压力稍高于大气压力，约为110～ 120KPa。
当曲轴旋转时，通过连杆带动活塞向下移动，同时进气门 打开，随着活塞下移，气缸内部容积增大，压力随之减少，当 压力低于大气压力时，外部新鲜空气开始被吸入气缸，直到活 塞移动到下止点位置，气缸内充满了新鲜空气。
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第一章 内燃机车柴油机的基本知识
第一节 柴油机的主要特点 第二节 柴油机的基本知识 第三节 柴油机的分类、型号及转向
第3页，共65页。
第4页，共65页。
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第5页，共65页。
船用中速柴油机
低速柴油机
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第一节 柴油机的主要特点
一、概述
发动机：将一种能量转变为机械能的机器。 根据能量转变方式不同，分为：风力机、水力机、热机等。
实现热能转化为机械能，工作行程。 Ｐz＝10000～14000KPa Ｔ＝1700～2100K
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４、排气过程
过程开始气缸内充满了燃料燃烧并膨胀作功的废气， 排气门打开后，废气随着活塞上移，被排出气缸之外。
排气门早开晚关。 排气提前角θe，排气滞后角θe′。

使用专用工具和仪器，对发动 机的气门正时进行检查，判断 是否符合标准。
调整气门正时的方法
如需调整，使用专用工具和仪 器，对发动机的气门正时进行 调整，使其符合标准。
调整后的检查
调整完成后，对发动机进行试 运转，检查气门正时是否合适
，如有问题及时进行调整。
05
配气机构的常见故障与排除
气门漏气
总结词
06
新型配气机构技术介绍
可变气门正时技术
总结词
通过改变气门开启和关闭的时间，优化发动机在不同工况下的性能。
详细描述
可变气门正时技术通过电子控制单元（ECU）和相应的执行机构，实时调整气门的开启和关闭时间，以适应不同 转速和负载的需求。在低转速时，气门开启时间延长，增加进气量，提高发动机扭矩；在高转速时，气门开启时 间缩短，减少进气量，提高发动机功率。
THANKS
感谢观看
02
分类
进气门和排气门。
03
04
材料
通常采用耐高温、耐磨损、抗 腐蚀的合金钢。
结构
气门头部和杆部的组合，头部 用于与气门座接触，杆部用于
与气门弹簧连接。
气门导管与气门座
气门导管
01 引导气门运动，保证气门位置
正确。
材料
02 通常采用耐高温、耐磨、抗腐
蚀的合金钢。
结构
03 分为上导管和下导管，上导管
配气相位与气门重叠角
配气相位
配气相位是指进气门、排气门开启和关闭的角度，以及它们 之间的夹角，对发动机的充气效率和排气效果有重要影响。
气门重叠角
气门重叠角是指在进气门和排气门同时开启的一段时间内， 进气门和排气门的夹角，对发动机的换气效果有重要影响。
03

第三章 配气机构
SDUT
主要内容
• 概述 • 气门式配气机构的布置及传动 • 配气定时及气门间隙 • 配气机构的零件和组件
SDUT
概述
• 功用
– 按照发动机工作循环和点火次序的要求，定时开 闭进、排气门，向气缸供给新鲜的可燃混合气 （汽油机）或空气（柴油机），并及时排出废气。
– 进饱排净，当进排气门关闭时，保证气缸密封。
SDUT
气门间隙
• 用途：给热膨胀留有余地，保证气门密封
• 气门间隙不能过大（产生撞击）、过小（漏气）
– 进气门：0.25～0.30mm – 排气门：0.30～0.35mm 为什么？
• 气门机构传动链磨损，导致气门间隙变化，需定 期调整
• 机械方法：调整螺钉、垫片
• 液力挺柱：长度能自动变化，无间隙
SDUT
衡量指标及组成
• 充气效率（充量系数）
– 发动机每一工作循环进入气缸的实际充量（新鲜可燃混 合气或空气）与进气状态下充满气缸工作容积的理论充 量的比值
– 进气终了时的压力越高，温度越低，则充量系数越大。
• 四冲程发动机大都采用气门式配气机构，主要由 气门组和气门传动组组成 。
SDUT
运动方式
适用于较高转速的发动机 。
• 上置
– 凸轮轴布置在气缸盖上； – 传动链短，运动件少，机构刚度大，适
合高速机。
– 凸轮轴与曲轴距离长，动力传动机构复 杂。
SDUT
凸轮轴的传动方式
• 齿轮传动
– 凸轮轴下置，中置配气机构大多采用 圆柱形正时齿轮传动。
– 一般只需一对正时齿轮传动，为了啮 合平稳，减小噪声，多用斜齿轮。
• 链传动
– 适用于凸轮轴上置的配气机构，可靠 性和耐久性不如齿轮传动。

《配气机构》PPT课件
了解配气机构的结构和工作原理，以及其在发动机中的作用。探索各种配气 机构的分类、优势和应用范围，以及未来发展趋势。
什么是配气机构？
配气机构是一种用于控制气缸内混合气进入和排出的机械装置。它协调活塞运动和气门开闭，确保发动机的正 常运转。
配气机构的功能是什么？
• 准确控制气门的开启和关闭时间，以优化燃烧效率。 • 确保气门和活塞之间的配合，以防止机械碰撞。 • 调整气门的开启程度，以适应不同工况。
长曲轴配气机构的结构及工作 原理
• 使用较长的曲轴，将活塞和气门通过滑块相连。 • 曲轴上的滑块沿着凸轮轨迹运动，控制气门的开闭。 • 提供稳定的气门控制和较高的发动机效率。
斜盘配气机构的结构及工作原理
• 采用斜盘和滚子，将曲轴的旋转运动转化为气门的线性运动。 • 通过斜盘的倾斜角度来控制气门的开闭。 • 结构紧凑，可实现精确的气门控制。
配气机构的分类及其特点有哪些？
单凸轮轴配气机构
结构简单，控制精度较低，适用于低功率发动 机。
无凸轮轴配气机构
无需凸轮轴，采用电磁和液压控制。
双凸轮轴配气机构
控制精度较高，适用于高功率发动机。
长曲轴配气机构
采用长曲轴和滑块，具有高效稳定的运行。
单凸轮轴配气机构的结构及工 作原理
• 采用单个凸轮轴驱动气门的开闭。 • 凸轮轴上的凸轮控制气门的开闭时机。 • 通过连杆将凸轮轴的旋转运动转化为气门的线性运动。
齿轮式配气机构的结构及工作 原理
• 采用齿轮传动的方式控制气门的开闭。 • 齿轮上的凸轮控制气门的开闭时机。 • 精度高，适用于高功率发动机。
齿链式配气机构的结构及工作原理
• 采用齿链传动的方式控制气门的开闭。 • 齿链上的凸轮控制气门的开闭时机。 • 结构简单可靠，适用于中功率发动机。