第四章 配气机构.docx

汽车工程系教案
200 /200 学年 第 二 学期
课程名称：汽车构造（一） 授课教师：李佳星
班级：
第 10 讲
题目：第四章 配气机构
第10讲 配气机构主要零部件
第 周 星期
本讲教学目标：
知识点：
·气门组主要零件的结构特点
·气门传动组主要零件的结构特点
·可变配气正时及气门升程机构

能力点：
·正确理解气门组主要零件结构及特点
·正确理解传动组主要零件结构及特点
本讲主要内容：
·配气机构的零件和组件
·可变配气正时及气门升程机构
本讲教学要求及适合专业：
·汽车检测与维修专业（2课时）

·车辆工程 （2课时）
·汽车服务工程 （2课时）
·汽车制造与维修专业（2课时）
·重点讲解配气机构的零件和组件
·启发分析可变配气正时及气门升程机构
教学重点： ·气门组结构及特点
·传动组结构及特点
教学难点： ·可变配气正时及气门升程机构
教学方法及手段：导入、重点分析、简介、重点介绍、归纳小结、多媒体
作业或课外阅读资料：
·同步学习《汽车构造课程建设》中的《汽车发动机网络教程》
·具体书面作业从《汽车发动机网络教程》获取，由教师根据不同专业要求布置

本讲教学内容：
由配气机构组成导入
一、配气机构的零件和组件
重点讲解
（一）气门组
简单介绍：
·要求学生了解气门组组成及要求
1．气门组组成及要求
（1）组成（图4-7）
·有的进气门还设有气门旋转机构
（2）要求
·气门头部与气门座贴合严密
·气门导管与气门杆导向良好
·气门弹簧两端与气门杆的中心垂直
·气门弹簧的弹力足够
图4-7：气门组组成

重点介绍：
2．气门
·要求学生了解气门工作条件及材料
（1）气门的工作条件及材料
1）气门的工作条件
·气门工作温度很高（进气门：300~400℃，排气门：600~800℃）
·承受气缸压力、弹簧力、传动组零件惯性力
·冷却和润滑条件差、易受腐蚀
2）气门的材料
·足够的强度刚度、耐热、耐磨能力
·进气门：合金钢（铬钢或镍铬钢）
·排气门：耐热合金钢（硅铬钢）。有的排气门头部用耐热合金钢；杆部用铬钢
·要求学生理解掌握气门构造及其特点

图4-8：气门构造
（2）气门构造（图4-8）

图4-9：气门顶面
1）气门顶面（图4-9）
·平顶：结构简单、制造方便、受热面积小、质量小；目前应用最多。进排气门均可用
·凹顶：头部与杆部有较大的过渡圆弧，可以减小进气阻力；头部弹性较大，能较好适应气门座圈的变形。适用于进气门，不宜用于排气门
·凸顶：头部刚度大，排气阻力小；但受热面积大，质量大，加工较复杂。适用于 排气门

图4-10：气门锥面
2）气门锥面（图4-10）
·气门锥角：气门锥面与气门顶面之间的夹角。一般为45°，少数进气门为30°。
·较小气门锥角：气门通过断面较大，进气阻力较小，可以增加进气量。但气门头部边缘较薄，刚度较差，致使密封性变差
·较大气门锥角：可提高气门头部边缘的刚度，气门落座时有较好的自动对中作用及较大的接触压力。有利于密封与传热及挤掉密封锥面上的积炭

3）气门传热
·气门密封锥面必须严密贴合：研磨气门与气门座圈
·气门杆与气门导管配合间隙小：减少热阻
4）特殊气门
·中空气门杆气门：减轻气门质量，减小气门运动惯性力，应用某些高度强化发动机
·充钠排气门：冷却效果明显，应用某些风冷和轿车发动机。钠熔点：97.8 ℃，沸点：880 ℃
（3）每缸气门数
1）两气门：进气门比排气门大，减小进气阻力，增大进气量
2）多气门：现代高性能汽车发动机普遍采用每缸三、四、五个气门
·3气门：2个进气门，1个排气门, 排气门比进气门大，进气量有明显增加，火花塞很难布置在中央,对燃烧不利
·4气门和5气门：其中尤以四气门发动机为数最多
重点介绍：
·要求学生理解掌握气门座圈功用及结构材料
3．气门座与气门座圈
（1）气门座的功用
·与气门配合对气缸起密封作用
·接受气门传来的热量进行散热
（2）气门座的工作条件及材料
·工作条件：工作温度很高承受频率极高的冲击载荷，容易磨损
·气门座圈材料（铝气缸盖和多数铸铁缸盖）：合金铸铁、粉末冶金、奥氏体钢。部分铸铁缸盖不镶气门座圈
重点介绍：
·要求学生理解掌握气门导管功用及结构材料
4．气门导管
（1）气门导管的功用
·对气门的运动导向，保证气门作直线往复运动，使气门和气门座能正确贴合
·将气门杆接受的热量部分传给气缸盖
（2）气门导管的工作条件及材料
·工作条件：工作温度较高，润滑条件较差（靠配气机构飞溅机油润滑），容易磨损
·材料：灰铸铁，球墨铸铁，铁基粉末冶金
（3）气门导管结构
·与气缸盖承孔过盈配合，有的发动机不设气门导管
·有的气门导管设有卡环槽：防松落
·有的排气气门导管设有排渣槽：清除沉积物和积炭
启发介绍：
·要求学生了解气门油封功用及结构
5．气门油封
（1）气门油封的功用
·气门杆与气门导管孔需要润滑，机油又不能太多，否则机油消耗量增加
·为了控制和减少机油消耗量，现代汽车发动机装有气门油封
（2）气门油封的结构
简要介绍：
·要求学生了解气门弹簧功用及结构材料
6．气门弹簧
（1）气门弹簧的功用
·保证气门关闭时能紧密地与气门座贴合。
·克服在气门开启时配气机构产生的惯性力
·使传动件始终受凸轮控制而不相互脱离
（2）气门弹簧的工作条件及材料
1）工作条件
·承受交变载荷
·为保证其可靠的工作，应具有合适的刚度和足够的抗疲劳强度
·避免弹簧锈蚀
·两端面必须磨光并与轴线垂直
2）材料
·优质冷拔弹簧钢丝如高碳锰钢、铬钒钢等并经热处理
·钢丝表面抛光处理
·表面镀锌、磷化
（3）气门弹簧结构（图4-11）
·等螺距圆柱形螺旋弹簧：会发生共振。防止共振发生。采取如下结构措施：
·变螺距气门弹簧：螺距小端向缸盖顶面
·锥形气门弹簧：弹簧大端向缸盖顶面
·双气门弹簧：弹簧旋向相反
·气门弹簧振动阻尼器
图4-11：气门弹簧

重点讲解：
（二）气门传动组
简要回顾：
·要求学生了解气门传动组成
1．气门传动组组成
·凸轮轴下置式：凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂和摇臂轴等
·凸轮轴顶置式：凸轮轴、挺柱、摇臂和摇臂轴等
·凸轮轴顶置直接驱动气门式：凸轮轴、挺柱等
重点介绍：
2．凸轮轴
·要求学生了解凸轮轴功用及要求
（1）凸轮轴的功用
·配置有各缸进、排气凸轮，使气门按一定的工作次序和配气相位及时开闭
（2）凸轮轴的工作条件及材料
1）工作条件
·承受周期性的冲击载荷
·表面磨损比较严重
2）要求
·要求表面耐磨，足够韧性刚度
·由优质碳钢或合金钢锻造
·用合金铸铁或球墨铸铁铸造
·凸轮表面经热处理后磨光
·要求学生理解掌握凸轮轴结构及特点

图4-12：4缸发动机凸轮轴
（3）凸轮轴结构
·4缸发动机凸轮轴（图4-12）

图4-13：凸轮轮廓
·r0：实际基圆半径
·r′0：理论基圆半径
·AB/DE：缓冲段，气门运动速度小，防止强烈冲击
·BCD：工作段
·挺柱：A点开始升起，E点停止运动
·气门：最迟在B点开始升起，最早在D点完全关闭
1）凸轮轮廓（图4-13）
·控制进排气门开闭时刻、持续时间及开闭的速度

图4-14：同名凸轮的相对位置
2）同名凸轮的相对位置（图4-14）
·与凸轮轴的旋转方向、发动机点火顺序、气缸数、作功间隔角有关
①四缸机:
· 发火顺序：1-3-4-2
·作功间隔角：180°曲轴转角（90°凸轮轴转角）
·同名凸轮夹角90°
②六缸机:
·发火顺序：1-5-3-6-2-4
·作功间隔角：120°曲轴转角（60°凸轮轴转角）
·同名凸轮夹角：60°

·要求学生理解凸轮轴传动机构定时记号与配气相位的关系

图4-15：凸轮轴传动机构定时记号
（4）凸轮轴传动机构定时记号（图4-15）

重点介绍：
3．挺柱
·要求学生了解挺柱功用及要求
（1）挺柱的功用
·是凸轮的从动件，将来自凸轮的运动和作用力传给推杆或气门
（2）挺柱的工作条件及材料
1）工作条件
·摩擦和磨损都相当严重
·承受凸轮侧向力而偏磨
2）材料
·挺柱工作面应耐磨损并得到良好润滑
·碳钢 合金钢 镍铬合金铸铁和冷激合金铸铁
·要求学生理解掌握机械挺柱结构及特点

图4-16：机械挺柱的结构形式
（3）机械挺柱的结构形式（图4-16）

·要求学生了解减轻挺柱底面磨损的结构措施

图4-17：减轻挺柱底面磨损的结构措施
（4）减轻挺柱底面磨损的结构措施（图4-17）
·挺柱轴线偏离凸轮的对称轴线
·凸轮工作面为锥角很小的锥面

·要求学生理解掌握液压挺柱结构及特点

图4-18：液压挺柱的结构形式
（5）液压挺柱 （图4-18）
·零气门间隙
·结构复杂
·加工精度高
·磨损后无法调整，只能更换

重点介绍：
4．摇臂
·要求学生了解摇臂功用及要求
（1）摇臂的功用
·将推杆或凸轮传来的运动和作用力，改变方向传给气门使其开启
（2）摇臂的工作条件及材料
1）工作条件
·承受很大弯矩、足够强度、足够刚度、较小质量
2）材料
·锻钢、铸铁、铝合金
·要求学生理解掌握摇臂结构及特点

图4-19：摇臂结构
（3）摇臂结构（图4-19）
·与其他零部件的连接关系

启发分析：
二、可变配气正时及气门升程机构（雅阁VTEC）
·要求学生了解VTEC功用及组成

图4-20：VTEC组成
1．VTEC功用
·VTEC使配气正时和气门升程根据发动机转速变化作出相应的实时调整，使气缸的充气量同时满足发动机低转速和高转速下的不同需要，从而提高了发动机的动力性和经济性
2．VTEC组成（图4-20）

·要求学生理解分析VTEC工作原理
3．VTEC的工作原理
图4-21：低转速下VTEC原理
（1）低转速下VTEC原理（图4-21）
·正时活塞无油压作用
·同步活塞在图示位置
·主、辅摇臂分别由主、辅进气凸轮驱动
·主进气门按正常的时间和高度开启
·辅助进气门由于辅助凸轮的高度小而稍稍打开，以防止燃油阻塞进气口
·中间进气摇臂由中间凸轮驱动，但对进气门的开启无任何作用
·进排气门重叠角和升程都较小，满足了低速工况的需要

图4-22：高转速下VTEC原理

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
（2）高转速下VTEC原理（图4-22）
·ECM输出控制信号，使VTEC电磁阀打开
·来自机油泵的油压作用于正时活塞，使正时活塞和同步活塞右移
·同步活塞将3个摇臂连锁，成为一体
·主、辅助进气摇臂均由中间凸轮驱动，从而改变了配气正时
·增大了进排气门重叠角和升程，适应了高速工况的需要