《发动机构造》课程授课教案（讲义）第三章 配气机构

第三章配气机构知识点：·配气机构的功用及组成·配气定时及气门间隙·气门组·气门传动组教学重点：·配气机构的功用及组成·配气相位与气门间隙·配气机构各组成零部件的结构及特点教学难点：·配气相位及可变配气定时机构·液力挺柱教学方法及手段：重点介绍、简要介绍、重点分析、归纳小结、多媒体教学内容：第一节教学内容：由发动机总体结构导入配气机构一、配气机构的功用与组成1.配气机构的功用简要介绍：·按照发动机的工作顺序和工作循环的要求，定时开启和关闭各缸的进、排·要求学生了解配气机气门，使新鲜可燃混合气或空气得以及时进入气缸，废气得以从气缸及时排构的功用2.充气效率（1）充气效率· d=M/Mo·M：在进气行程中实际进入气缸内新气质量启发分析：·Mo：在进气系统进口状态下，充满气缸工作容积的新气质量要求学生理解充气效（2）对充气效率的分析率的概念Φ<1（一般为0.8~09）（3）提高Φ方法·减少进气和排气阻力·进排气门的开启时刻和持续开启时间适当3.配气机构的类型（图3-1）对比介绍：（1）气门布置形式·要求学生比较理解配·气门顶置式（图3-1）气机构的类型及特点·气门侧置式（2）凸轮轴布置位置

第三章 配气机构 知识点： ·配气机构的功用及组成 ·配气定时及气门间隙 ·气门组 ·气门传动组 教学重点： ·配气机构的功用及组成 ·配气相位与气门间隙 ·配气机构各组成零部件的结构及特点 教学难点： ·配气相位及可变配气定时机构 ·液力挺柱 教学方法及手段： 重点介绍、简要介绍、重点分析、归纳小结、多媒体 教学内容： 第一节教学内容： 由发动机总体结构导 入配气机构 一、配气机构的功用与组成 简要介绍： ·要求学生了解配气机 构的功用 1．配气机构的功用 ·按照发动机的工作顺序和工作循环的要求，定时开启和关闭各缸的进、排 气门，使新鲜可燃混合气或空气得以及时进入气缸，废气得以从气缸及时排 除 启发分析： ·要求学生理解充气效 率的概念 2．充气效率 （1）充气效率 ·c = M/Mo ·M：在进气行程中实际进入气缸内新气质量 ·Mo：在进气系统进口状态下，充满气缸工作容积的新气质量 （2）对充气效率的分析 ·c <1（一般为 0.8~09） （3）提高 c 方法 ·减少进气和排气阻力 ·进排气门的开启时刻和持续开启时间适当 对比介绍： ·要求学生比较理解配 气机构的类型及特点 3．配气机构的类型（图 3-1） （1）气门布置形式 ·气门顶置式（图 3-1） ·气门侧置式 （2）凸轮轴布置位置

·凸轮轴上置式（图3-1）·凸轮轴下置式·凸轮轴中置式（3）气门驱动形式·直接驱动式（图3-1a)·摇臂驱动式（图3-1b）·摆臂驱动式（图3-1c）（4）每缸气门数及其排列方式1）两气门式2）多气门式·3气门式·4气门式·5气门式（图3-1d）轮图3-1:配气机构(e)(d)（5）凸轮轴传动方式图3-2:凸轮轴齿形带·齿形带传动式（图3-2）传动方式·齿轮传动式·链传动式

·凸轮轴上置式（图 3-1） ·凸轮轴下置式 ·凸轮轴中置式 （3）气门驱动形式 ·直接驱动式（图 3-1a） ·摇臂驱动式（图 3-1b） ·摆臂驱动式（图 3-1c） （4）每缸气门数及其排列方式 1）两气门式 2）多气门式 ·3 气门式 ·4 气门式 ·5 气门式（图 3-1d） 图 3-1：配气机构 （a） （b） （c） （d） 图 3-2：凸轮轴齿形带 传动方式 （5）凸轮轴传动方式 ·齿形带传动式（图 3-2） ·齿轮传动式 ·链传动式

张紫形由彩香重点讲解：4.配气机构的组成与传动过程·要求学生理解掌握配（1）组成气机构的组成与传动·凸轮轴中置、气门顶置、摇臂驱动式配气机构组成（图3-3）过程（2）传动过程·结合组成介绍配气机构的工作过程按骨图3-3配气机构的组伞锅楼兄节金如三、配气相位1.配气定时（配气相位）（图3-4a）·配气定时：以曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻及其开启的持续时间·进气提前角α：从进气门开到上止点曲轴所转过的角度·进气迟后角β：从进气行程下止点到进气门关闭曲轴转过的角度·排气提前角：从排气门开启到下止点曲轴转过的角度启发分析：·排气迟后角8：从上止点到排气门关闭曲轴转过的角度要求学生理解掌握配2.配气相位图（图3-4b）气相位和配气相位图·配气相位图：上、下止点曲拐位置时的曲轴转角环形图·进气时：进气门提前a角打开，滞后β角关闭。进气时间为：a+180+β·排气时：排气门提前角开启，滞后8角关闭，排气时间为：+180°+·气门重叠：活塞在排气上止点附近出现进、排气门同时开启的现象

重点讲解： ·要求学生理解掌握配 气机构的组成与传动 过程 图 3-3：配气机构的组 成 4．配气机构的组成与传动过程 （1）组成 ·凸轮轴中置、气门顶置、摇臂驱动式配气机构组成（图 3-3） （2）传动过程 ·结合组成介绍配气机构的工作过程 启发分析： ·要求学生理解掌握配 气相位和配气相位图 二、配气相位 1．配气定时（配气相位）（图 3-4a） ·配气定时：以曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻及其开启的持续时间 ·进气提前角α：从进气门开到上止点曲轴所转过的角度 ·进气迟后角β：从进气行程下止点到进气门关闭曲轴转过的角度 ·排气提前角γ：从排气门开启到下止点曲轴转过的角度 ·排气迟后角δ：从上止点到排气门关闭曲轴转过的角度 2．配气相位图（图 3-4b） ·配气相位图：上、下止点曲拐位置时的曲轴转角环形图 ·进气时：进气门提前α角打开，滞后β角关闭。进气时间为：α+180°+β ·排气时：排气门提前γ角开启，滞后δ角关闭， 排气时间为：γ+180°+ δ ·气门重叠：活塞在排气上止点附近出现进、排气门同时开启的现象

.气门重叠角：重叠期间的曲轴转角称为气门重叠角，它等于进气提前角与排气迟后角之和α+80进气门开一图3-4：配气相位和配气相位图P下止点(b）配气相位图正时卡板中间摇费次级瑶图3-5:可变配气定时同步活塞上机构步活塞时活鑫进迎门初级摇背可变配气定时机构三、气门间隙1.气门间隙概念·冷态时，当气门处于关闭状态时，气门与传动件之间的间隙（图3-6）·气门间隙过小：漏气、气门烧坏启发分析：·气门间隙过大：传动零件之间、气门和气门座之间撞击严重，加速磨损·要求学生理解掌握气2.气门间隙的调整门间隙概念及气门间·气门间隙调整螺钉（图3-6）隙的调整方法气门间隙调整块（图3-7）3.零气门间隙·采用液压挺柱或气门间隙自动补偿器可以实现零气门间隙，不用调整气门间隙

·气门重叠角：重叠期间的曲轴转角称为气门重叠角，它等于进气提前角与 排气迟后角之和α+δ 图 3-4：配气相位和配 气相位图 （a）配气相位 （b）配气相位图 图 3-5：可变配气定时 机构 启发分析： ·要求学生理解掌握气 门间隙概念及气门间 隙的调整方法 三、气门间隙 1．气门间隙概念 ·冷态时，当气门处于关闭状态时，气门与传动件之间的间隙（图 3-6） ·气门间隙过小：漏气、气门烧坏 ·气门间隙过大：传动零件之间、气门和气门座之间撞击严重，加速磨损 2．气门间隙的调整 ·气门间隙调整螺钉（图 3-6） ·气门间隙调整块（图 3-7） 3．零气门间隙 ·采用液压挺柱或气门间隙自动补偿器可以实现零气门间隙，不用调整气门 间隙

0U0图3-6：气门间隙门间限母20N图3-7:气门间隙调整螺钉图3-8:气门间隙调整间归纳小结：·概括基本内容，归纳重点内容，布置下一讲主要教学内容第二节教学内容：简要介绍：二，配气机构的主要零部件·要求学生掌握配气机构的主要零部件，得知各个部件的结构重点介绍：气门组的组成气门组的组成部件，及·气门、气门座、气门导管、气门油封、气门弹簧、锁片、卡簧其功用

图 3-6：气门间隙 图 3-7：气门间隙调整 螺钉 图 3-8：气门间隙调整 块 归纳小结： ·概括基本内容，归纳 重点内容，布置下一讲 主要教学内容 第二节教学内容： 简要介绍： ·要求学生掌握配气机 构的主要零部件，得知 各个部件的结构。 二．配气机构的主要零部件 重点介绍： 气门组的组成部件，及 其功用 1． 气门组的组成 ·气门、气门座、气门导管、气门油封、气门弹簧、锁片、卡簧

图3-9：气门组组成H重点分析：·掌握各个组成部件的(1)气门·功用：控制进、排气管的开闭功用，工作条件，要求，材料及构造·工作条件：承受高温、高压、冲击、润滑困难·要求：足够的强度、刚度、耐磨、耐高温、耐腐蚀、耐冲击·材料：进气门采用合金钢（铬钢或镍铬等），排气门采用耐热合金钢（硅铬钢等）·构造：气门由头部（气门头顶部形状有平顶，球面顶和喇叭形顶）、杆身和尾部组成00003-10:气门DOO图3-11：气门头部形状球面顶叭形顶

图 3-9：气门组组成 重点分析： ·掌握各个组成部件的 功用，工作条件，要求， 材料及构造 3-10：气门 图 3-11：气门头部形状 （1）气门 ·功用：控制进、排气管的开闭 ·工作条件： 承受高温、高压、冲击、润滑困难 ·要求：足够的强度、刚度、耐磨、耐高温、耐腐蚀、耐冲击 ·材料：进气门采用合金钢（铬钢或镍铬等），排气门采用耐热合金钢（硅 铬钢等） ·构造：气门由头部（气门头顶部形状有平顶，球面顶和喇叭形顶）、杆身 和尾部组成

图3-12：气门锥角（2）气门座·作用：与气门配合密封气缸，接受气门传来的热量。·工作条件：温度很高，承受频率极高的冲击载荷，易磨损。·结构：可以在缸盖或缸体上直接镗出，也可以采用镶嵌式结构。·材料：合金铸铁或粉末冶金或奥氏体钢。图3-13：气门座圈门气门座圈（3）气门导管·功用：导向，导热图3-14：气门导管f山（4）气门弹簧·功用：保证气门回位图3-15：气门弹簧门弹

图 3-12：气门锥角 图 3-13：气门座圈 （2）气门座 ·作用：与气门配合密封气缸，接受气门传来的热量。 ·工作条件：温度很高，承受频率极高的冲击载荷，易磨损。 ·结构：可以在缸盖或缸体上直接镗出，也可以采用镶嵌式结构。 ·材料：合金铸铁或粉末冶金或奥氏体钢。 图 3-14：气门导管 （3）气门导管 ·功用：导向，导热 图 3-15：气门弹簧 （4）气门弹簧 ·功用：保证气门回位

介绍气门旋转机构，明（5）气门旋转机构确其功用·功用：使气门头部温度均匀，自洁·组成：锁片、卡簧锁片、卡簧F图3-16：气门旋转机构气门旋转机构气门旋转机构（6）锁片、卡簧锁片、卡簧其功用是在气门弹簧力的作用下把弹簧座和气门杆锁住，使弹簧力作用到气门杆上。2.气门传动组·功用：传递凸轮轴一气门之间的运动·组成：凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、气门间隙调整螺钉等（1）凸轮轴·功用：控制气门的开启和关闭图3-17:凸轮轴凸轮轴

介绍气门旋转机构，明 确其功用 图 3-16：气门旋转机构 （5）气门旋转机构 ·功用：使气门头部温度均匀，自洁 ·组成：锁片、卡簧 锁片、卡簧 （6）锁片、卡簧 锁片、卡簧 其功用是在气门弹簧力的作用下把弹簧座和气门杆锁住，使弹簧力作用到 气门杆上。 2. 气门传动组 ·功用：传递凸轮轴→气门之间的运动 ·组成：凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、气门间隙调整螺钉等 图 3-17：凸轮轴 （1）凸轮轴 ·功用：控制气门的开启和关闭

（2）挺挂·功用：将凸轮的推力传给推杆（或气门杆），并承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力图3-18：挺挂液力挺柱·功用：实现零气门间隙。气门及其传动件因温度升高而膨胀，或因磨损而缩短，都会由液力作用来自行调整或补偿·工作原理：如下图图3-19：液力挺柱气门开房气门关闭液力挺柱工作原理示意图(3) 推杆图3-20:推杆·功用：将从凸轮轴传来的推力E传给摇臂推杆

图 3-18：挺拄 图 3-19：液力挺柱 （2）挺拄 ·功用：将凸轮的推力传给推杆（或气门杆），并承受凸轮轴旋转时所施加 的侧向力 液力挺柱 ·功用：实现零气门间隙。气门及其传动件因温度升高而膨胀，或因磨损 而缩短，都会由液力作用来自行调整或补偿 ·工作原理：如下图 图 3-20：推杆 （3）推杆 ·功用：将从凸轮轴传来的推力 传给摇臂

（4）摇臂图3-21:摇臂·功用：将推杆传来的力改变方向，作用到气门杆端打开气门星型归纳小结：·概括基本内容，归纳重点内容，布置下一讲主要教学内容本章思考题：1．简述配气机构的功用及组成。2．试比较凸轮轴下置式、中置式和上置式配气机构的优缺点及各自的应用范围。3．进、排气门为什么要早开，晚关？4。什么是配气相位？画出配气相位图，并标出气门重叠角。5．为什么在采用机械挺柱的配气机构中要预留气门间隙？怎样调整气门间隙？为什么采用液力挺柱或气门间隙补偿器的配气机构可以实现零气门间隙？6.如何根据凸轮轴判定发动机工作顺序7。如何确定异名凸轮的相对角位置？8．试述两种可变配气定时机构的工作原理及其各自的优缺点

图 3-21：摇臂 归纳小结： ·概括基本内容，归纳 重点内容，布置下一讲 主要教学内容 （4）摇臂 ·功用：将推杆传来的力改变方向，作用到气门杆端打开气门 本章思考题： 1． 简述配气机构的功用及组成。 2． 试比较凸轮轴下置式、中置式和上置式配气机构的优缺点及各自的应用范围。 3． 进、排气门为什么要早开，晚关？ 4． 什么是配气相位？画出配气相位图，并标出气门重叠角。 5． 为什么在采用机械挺柱的配气机构中要预留气门间隙？怎样调整气门间隙？为什么采 用液力挺柱或气门间隙补偿器的配气机构可以实现零气门间隙？ 6． 如何根据凸轮轴判定发动机工作顺序？ 7． 如何确定异名凸轮的相对角位置？ 8． 试述两种可变配气定时机构的工作原理及其各自的优缺点