云南交通职业技术学院教案首页 第_次授课授课时间。年_月_日_学时级班教案修改时间_年_月_日 第。次授课授课时间年月日学时级班教案修改时间年月日 课程名称 汽车发动机构造与维修 专业名称 汽车运用技术 授课教师/职称 授课方式(合、小班) 小班 授课题目(章、节)第3章配气机构构造与维修 教材:汤定国汽车发动机构造与维修北京:人民交通出版社,2005 教材及参考书日参考书目:陈家瑞主编,汽车构造北京:人民交通出版社,2003 清华大学汽车工程系编著.汽车维修.北京:人民邮电出版社,2000 教学目的与要求: l、能简单叙述换气过程、配气相位定义和影响换气过程的因素 2、能正确描述配气机构的分类、工作过程; 3、能正确描述配气机构的组成、主要零部件的构造和装配连接关系; 4、能正确描述配气机构的装配要求和调整方法 能正确描述可变进气系统的工作原理及结构 6、会进行配气机构主要零部件的正确检修; 7、会进行配气机构的装配和调整 会对气门间隙进行调整 9、能对配气机构常见故障进行分析、判断并能排除故障。 内容和时间安排、教学方法: 1.内容和时间安排:10学时 2.教学方法:以课堂讲授结合实训及作业、辅导进行。 教学重点和难点 复习思考题、作业题 思考题 实施情况及分析:
云 南 交 通 职 业 技 术 学 院 教 案 首 页 第 次授课 授课时间 年 月 日 学时 级 班 教案修改时间 年 月 日 第 次授课 授课时间 年 月 日 学时 级 班 教案修改时间 年 月 日 课程名称 汽车发动机构造与维修 专业名称 汽车运用技术 授课教师/职称 授课方式（合、小班） 小班 授课题目（章、节） 第 3 章 配气机构构造与维修 教材及参考书目 教材：汤定国.汽车发动机构造与维修.北京:人民交通出版社，2005 参考书目： 陈家瑞主编．汽车构造．北京：人民交通出版社，2003 清华大学汽车工程系编著．汽车维修．北京：人民邮电出版社，2000 教学目的与要求： 1、能简单叙述换气过程、配气相位定义和影响换气过程的因素； 2、能正确描述配气机构的分类、工作过程； 3、能正确描述配气机构的组成、主要零部件的构造和装配连接关系； 4、能正确描述配气机构的装配要求和调整方法； 5、能正确描述可变进气系统的工作原理及结构。 6、会进行配气机构主要零部件的正确检修； 7、会进行配气机构的装配和调整； 8、会对气门间隙进行调整； 9、能对配气机构常见故障进行分析、判断并能排除故障。 内容和时间安排、教学方法： 1．内容和时间安排：10 学时 2．教学方法：以课堂讲授结合实训及作业、辅导进行。 教学重点和难点： 复习思考题、作业题： 思考题： 实施情况及分析： 1
第3章配气机构构造与维修 第1节概述 发动机的换气过程 换气过程——一发动机排出废气和充入新气(空气或可燃混合气)的全过程。 1、换气过程 (1)自由排气阶段 排气门开始开启到气缸内压力接近排气管内压力的时期。 超临界流动状态 2=(2)=临界压比 此时废气流过排气门最小截面处的流速等于该处气体状态下的音速,进入排气管时,则达到 超音速。音速a等于a=√RTm/s) 式中k—绝热指数;R——气体常数 气体的绝对温度(K)。 在超临界排气时,废气流量与排气管内的压力无关,只决定于气缸内的气体状态和气门开启面 积的大小。在某些高速内燃机中,为使气缸压力及时下降,需要加大排气提前角。 自由排气阶段排出的废气可达60%以上 P (2)强制排气阶段 从自由排气阶段结束,活塞上行至上止点,称为强制排气阶段。 由于排气通道特别是排气门开启处的阻力,使强制排气阶段内的气缸平均压力比排气管内平均 压力(排气背压)略高10kPa,且流速愈高,阻力与压差愈大,即排气耗功愈多。 (3)进气过程 为保证活塞下行时,进气门已全开,进气提前角10°~30°CA 为了利用新鲜充量的流动惯性来达到增加气缸充气量的目的,进气迟闭角40°~80°CA (4)气门叠开与燃烧室扫气 燃烧室扫气——一由于气门叠开,使进气管、气缸、排气管连通起来,使一定数量的新鲜充量直 接扫过燃烧室,达到清除废气,填充新鲜工质,降低燃烧室温度的目的,称为燃烧室扫气。 、换气损失和泵气损失
第 3 章 配气机构构造与维修 第 1 节 概述 一、发动机的换气过程 换气过程——发动机排出废气和充入新气（空气或可燃混合气）的全过程。 1、换气过程 （1）自由排气阶段 排气门开始开启到气缸内压力接近排气管内压力的时期。 超临界流动状态 ' 1 0 ' 2 1 k k k p p k β − ⎛ ⎞ ≤ = ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ + （临界压比） 此时废气流过排气门最小截面处的流速等于该处气体状态下的音速，进入排气管时，则达到 超音速。音速 a 等于a kRT = （m/s） 式中 k——绝热指数；R——气体常数；T——气体的绝对温度（K）。 在超临界排气时，废气流量与排气管内的压力无关，只决定于气缸内的气体状态和气门开启面 积的大小。在某些高速内燃机中，为使气缸压力及时下降，需要加大排气提前角。 自由排气阶段排出的废气可达 60%以上。 亚临界 ' 1 0 ' 2 1 k p k p k − ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ + ＞ （2）强制排气阶段 从自由排气阶段结束，活塞上行至上止点，称为强制排气阶段。 由于排气通道特别是排气门开启处的阻力，使强制排气阶段内的气缸平均压力比排气管内平均 压力（排气背压）略高 10kPa，且流速愈高，阻力与压差愈大，即排气耗功愈多。 （3）进气过程 为保证活塞下行时，进气门已全开，进气提前角 10°~30°CA 为了利用新鲜充量的流动惯性来达到增加气缸充气量的目的，进气迟闭角 40°~80°CA （4）气门叠开与燃烧室扫气 燃烧室扫气——由于气门叠开，使进气管、气缸、排气管连通起来，使一定数量的新鲜充量直 接扫过燃烧室，达到清除废气，填充新鲜工质，降低燃烧室温度的目的，称为燃烧室扫气。 二、换气损失和泵气损失 2
换气损失:理论循环换气功和实际循环换气功之差 1、排气损失 (1)排气损失的概念 (2)自由排气损失 (3)强制排气损失 总结:随着排气提前角的增大,自由排气损失增加,强制排气损失减小,因而最有利的排气提 前角应使面积(ⅹ+Y)之和为最小。当发动机转速高而排气门截面积较小时,排气损失增大。为减 少排气损失,高转速的内燃机应适当加大排气提前角。采用两个排气门的结构也有较好的效果。 2、进气损失 对于非增压内燃机,由于进气系统的阻力,进气过程气缸内的压力低于大气压力,而活塞背面 曲轴箱内的压力稍大于大气压力,因此,进气过程活塞要消耗功X 对于增压内燃机,进气压力高于大气压力,活塞顶面压力高于活塞背面压力,活塞在进气过程 中得到正功。同样由于进气系统的阻力,进气压力低于增压压力,因此也存在功的损失。 进气损失比排气损失小。 3、换气损失和泵气损失 换气损失等于进气损失与排气损失之和,即(W+X+Y)。 泵气损失为换气损失的一部分,即(X+Y-d)。 三、换气过程的评价指标 1、循环充量△G 每循环实际进入气缸内的新鲜充量的质量。 2、充气效率(充气系数)nn 实际进入气缸的新鲜充量质量 进气状态下充满气缸的新鲜充量质量△G e P T 1 E-1T。P,1+r 式中T——进气终点温度 残余废气系数 P,进气门前的充量压力 T——进气门前的充量温度。 7n是评价发动机换气过程完善程度的指标 3、单位时间充量G 单位时间内进入气缸内的新鲜充量的质量。 四、充气效率 (一)充气效率的试验测定
换气损失：理论循环换气功和实际循环换气功之差。 1、排气损失 （1）排气损失的概念 （2）自由排气损失 （3）强制排气损失 总结：随着排气提前角的增大，自由排气损失增加，强制排气损失减小，因而最有利的排气提 前角应使面积（X+Y）之和为最小。当发动机转速高而排气门截面积较小时，排气损失增大。为减 少排气损失，高转速的内燃机应适当加大排气提前角。采用两个排气门的结构也有较好的效果。 2、进气损失 对于非增压内燃机，由于进气系统的阻力，进气过程气缸内的压力低于大气压力，而活塞背面 曲轴箱内的压力稍大于大气压力，因此，进气过程活塞要消耗功 X。 对于增压内燃机，进气压力高于大气压力，活塞顶面压力高于活塞背面压力，活塞在进气过程 中得到正功。同样由于进气系统的阻力，进气压力低于增压压力，因此也存在功的损失。 进气损失比排气损失小。 3、换气损失和泵气损失 换气损失等于进气损失与排气损失之和，即（W+X+Y）。 泵气损失为换气损失的一部分，即（X+Y－d）。 三、换气过程的评价指标 1、循环充量 ΔG 每循环实际进入气缸内的新鲜充量的质量。 2、充气效率（充气系数）ηv 0 v G G η Δ = = Δ 实际进入气缸的新鲜充量质量 进气状态下充满气缸的新鲜充量质量 1 1 1 a s v a s p T Tp r ε η ε = ⋅⋅⋅ − + 式中 Ta ——进气终点温度； r ——残余废气系数； s p ——进气门前的充量压力； Ts ——进气门前的充量温度。 ηv 是评价发动机换气过程完善程度的指标。 3、单位时间充量 G 单位时间内进入气缸内的新鲜充量的质量。 四、充气效率 （一）充气效率的试验测定 3
对于非增压发动机,用流量计测量内燃机吸入的总充气量(m3/h),理论充气量V为 ≈V17×60=003m1(m23h) 因此,n (二)充气效率的分析式 T T, P I 5为考虑排气迟后角影响的系数。 总结:由上式可知,影响充气效率的因素有:进气状态、进气终了状态、残余废气系数、压缩 比、配气相位等。 (三)影响充气效率的因素 1、进气终了压力P Pa=ps-Ap Δpa-—由于进气系统阻力而引起气体流动时的压降。 式中λ—管道阻力系数 p—进气状态下气体的密度(kgm3) 管道内气体流速(m/s)。 负荷变化时,汽油机和柴油机的进气终了压力P的变化不同,汽油机p随负荷变化显著,而 柴油机p基本不随负荷变化。P随使用工况(转速、负荷)的变化,决定了n,的变化,也直接关 系到内燃机的使用性能。 00%节流阀开度 ≤65节流阀开度 %节流阀开度 25%节流阀开度 2、进气终了温度T 进气终了温度T升高,7n下降。 影响进气终了温度T的主要因素有:转速、负荷、缸壁的冷却强度、进气温度 (1)负荷不变而转速增加时,由于新鲜充量与缸壁接触时间短,充量被加热少,T稍有上升。 (2〕转速不变而负荷增加时,缸壁温度升高,T也随之升高←
对于非增压发动机，用流量计测量内燃机吸入的总充气量V（m 3 /h），理论充气量Vah为 3 60 0.03 ( / ) 1000 2 h ah h V n V i inV m = ×= h 因此， v ah V V η = （二）充气效率的分析式 1 1 1 a s v a s p T Tp r ε η ξ ε = ⋅⋅⋅ − + ξ 为考虑排气迟后角影响的系数。 总结：由上式可知，影响充气效率的因素有：进气状态、进气终了状态、残余废气系数、压缩 比、配气相位等。 （三）影响充气效率的因素 1、进气终了压力 a p a s a p = −Δ p p a Δp ——由于进气系统阻力而引起气体流动时的压降。 2 (Pa) 2 a v p ρ Δ = λ 式中 λ ——管道阻力系数； ρ ——进气状态下气体的密度（kg/m3 ）； v ——管道内气体流速（m/s）。 负荷变化时，汽油机和柴油机的进气终了压力 a p 的变化不同，汽油机 a p 随负荷变化显著，而 柴油机 a p 基本不随负荷变化。 a p 随使用工况（转速、负荷）的变化，决定了ηv 的变化，也直接关 系到内燃机的使用性能。 2、进气终了温度Ta 进气终了温度Ta 升高，ηv 下降。 影响进气终了温度Ta 的主要因素有：转速、负荷、缸壁的冷却强度、进气温度。 （1）负荷不变而转速增加时，由于新鲜充量与缸壁接触时间短，充量被加热少，Ta 稍有上升。 （2）转速不变而负荷增加时，缸壁温度升高，Ta 也随之升高。 4
(3)缸壁冷却强度越小,则温度越高,新鲜充量T越大。 3、压缩比E 对于非增压发动机,E增加,气缸内残余废气量相对减少,n增加。 对于增压发动机,由于扫气而使余隙容积内充满新鲜工质,所以E减小,充气效率η增加 4、残余废气系数y 四冲程非增压柴油机y=0.03~0.06 四冲程增压柴油机y=0.00-0.03 四冲程汽油机y=006-0.16 当排气终了废气压力高时,残余废气密度增加,y上升,使η,下降。 5、配气相位 6、进气状态 进气温度升高,进气压力下降,均使进气密度减小,因此,进气量减少。 (四)提高充气效率的措施 1、减少进气门处的流动损失 (1)增大进气门直径,配置适当大小的排气门。 (2)采用多气门结构 (3)改善进气门和阀座处的流体动力性能 2、减少整个进气管道对气流的阻力 (1)合理选用空气滤清器。 (2)减小进气管和缸盖上进气道的表面粗糙度,避免急转弯及流通截面突变,保证足够的流通 截面。 3、减少对新鲜充量的热传导 避免对进气管加热,增压内燃机组织燃烧室扫气、采用油冷活塞 4、减少排气系统对气流的阻力 5、合理选择配气相位 配气相位合理程度的评定 (1)提高充气效率以保证发动机的动力性能。(靠调整进气迟闭角达到) (2)合适的充气效率特性以适应发动机扭矩特性的需要。(靠调整进气迟闭角达到) (3)较小的换气损失以保证发动机的经济性能。(主要依赖于合适的排气提前角 (4)必然的燃烧室扫气作用以保证高温零件的热负荷得以适当降低,达到可靠运转。(合理选 气门叠开角) (5)合适的排气温度。(合理选定气门叠开角) (6)降低噪声及排气污染。(综合考虑) 在进排气门开闭的四个角度中,进气门迟闭角对充气效率的影响最大。 五、配气相位 定义:用曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻和开启持续时间。 (一)进气门的配气相位 、进气提前角a一一从进气门开始开启到活塞顶到达上止点对应的曲轴转角
（3）缸壁冷却强度越小，则温度越高，新鲜充量 越大。 Ta 3、压缩比ε 对于非增压发动机，ε 增加，气缸内残余废气量相对减少，ηv 增加。 对于增压发动机，由于扫气而使余隙容积内充满新鲜工质，所以ε 减小，充气效率ηv 增加。 4、残余废气系数γ 四冲程非增压柴油机γ =0.03~0.06 四冲程增压柴油机γ =0.00~0.03 四冲程汽油机γ =0.06~0.16 当排气终了废气压力高时，残余废气密度增加，γ 上升，使ηv 下降。 5、配气相位 6、进气状态 进气温度升高，进气压力下降，均使进气密度减小，因此，进气量减少。 （四）提高充气效率的措施 1、减少进气门处的流动损失 （1）增大进气门直径，配置适当大小的排气门。 （2）采用多气门结构 （3）改善进气门和阀座处的流体动力性能 2、减少整个进气管道对气流的阻力 （1）合理选用空气滤清器。 （2）减小进气管和缸盖上进气道的表面粗糙度，避免急转弯及流通截面突变，保证足够的流通 截面。 3、减少对新鲜充量的热传导 避免对进气管加热，增压内燃机组织燃烧室扫气、采用油冷活塞 4、减少排气系统对气流的阻力 5、合理选择配气相位 配气相位合理程度的评定： （1）提高充气效率以保证发动机的动力性能。（靠调整进气迟闭角达到） （2）合适的充气效率特性以适应发动机扭矩特性的需要。（靠调整进气迟闭角达到） （3）较小的换气损失以保证发动机的经济性能。（主要依赖于合适的排气提前角） （4）必然的燃烧室扫气作用以保证高温零件的热负荷得以适当降低，达到可靠运转。（合理选定 气门叠开角） （5）合适的排气温度。（合理选定气门叠开角） （6）降低噪声及排气污染。（综合考虑） 在进排气门开闭的四个角度中，进气门迟闭角对充气效率的影响最大。 五、配气相位 定义：用曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻和开启持续时间。 （一）进气门的配气相位 1、进气提前角α —一从进气门开始开启到活塞顶到达上止点对应的曲轴转角。 5