Chapter3 Valve Trains配气机构 3.1 Overview最述 (Automotive Configuration) 支IO内rview地 L.Volumetric Efclency(@)充气效率 支2 Layout and Transeiion布置及传动 asiructurt程roL Ligeang Li 支3 Vahve Timing配气正时 Mfatien Shoal uf Amtamative Studies 支4 Parts and Campou Ca中e民g电dn 零并是顺成 where Mthe actaal a rtake mass (kyl:Mftheurtical m 341w502出6 B321 Schonl of ulemntive Studies 日叫d84,时%-日 气充清气加工作容相的座论场 的凡冷大复 窗包冷法司 窗凡冷大复 1.olumetri位E指cec完气敢率 1.Volumetric Efficiency克气单停 Iafaeneing Factes(when fixed volume) (xe> 影响图度，（容积一定） )Valve trauioion proup气门传对 斗Valve goup气门蝴 Toa powet输出合功率 进气雄了压力【透气阻力横失) In general.80% 进气锋了盖度（残余度气及高襟组片如热 气门财是从正时齿轮开室能动气门作销斯有组作。 州 当shgm甲气门罐 lve gromp%yieal Map气n■k量 9 得敏完海， 笔71 物凡冷？ 堂只冷大T R冷 Page 1
Page 1 1 同济大学汽车学院 《Automotive Configuration》 Instructor：Ph.D./Prof. Liguang Li Affiliation：School of Automotive Studies Contact： liguang@tongji.edu.cn 13701850216 B321 School of Automotive Studies Class period：1-8 week , 2nd term, 2012-13 2 同济大学汽车学院 Chapter 3 Valve Trains 配气机构 3.1 Overview 概述 3.2 Layout and Transmission 布置及传动 3.3 Valve Timing 配气正时 3.4 Parts and Components 零件及组成 3 同济大学汽车学院 3.1 Overview 概述 • 4 同济大学汽车学院 1. Volumetric Efficiency 充气效率 • 5 同济大学汽车学院 Influencing Factor: (when fixed volume) 影响因素：（容积一定） 1)Pressure at the end of intake process (intake resistance) 进气终了压力（进气阻力损失） 2) Temperature at the end of intake process (residual gas& high temperature components heating) 进气终了温度（残余废气及高温组件加热） 3) Residual gas existence 残余废气存在 1. Volumetric Efficiency 充气效率 6 同济大学汽车学院 2. Constitution of Valve Trains 配气机构的组成 视频（Video） 1) Valve transmission group 气门传动组 2) Valve group 气门组 1) Valve transmission group consists of all parts that begin from timing gear to the part pushing valves action. 气门传动组是从正时齿轮开始至推动气门动作的所有组件。 7 同济大学汽车学院 1) Valve transmission group 气门传动组 1-Camshaft timing gear 凸轮轴正时齿轮 2-Camshaft 凸轮轴 3-Tappet 挺柱 4-Push rod 推杆 5-Rocker arm shaft bracket 摇臂轴支架； 6-Rocher arm shaft 摇臂轴； 7-Adjust screw and lock nut 调整螺钉及锁紧螺母； 8-Rocker arm 摇臂； 16-Crankshaft timing gear 曲轴正时齿轮； 8 同济大学汽车学院 2) Valve group 气门组: Its function is mainly for keeping valves closing. 其功用主要是维持气门的关闭。 Locking plate Spring seat Spring Valve Guide Valve seat ring Valve 9 同济大学汽车学院 Valve group Physical Map 气门组实物图 锁片 Locking plate 弹簧座 Spring seat
AV解n由e歌气热热月 40e要求 3.2 Layout and Transmission布量与传 中0动eunc出ecy足够商的充气效事 1.Vahe type n吧tnd 2Ai向工作可事 气门率减 yd女时py 提餐好的老时力料性供功能不晨。不说科、 @R冷大？ 窗包冷法置 降情大带汽单物 @凡冷大复 2.Camh由avoed type凸箱卷神置形式 气门量排洲方式 cy hader: 数海数气门微黄分 2BHs南e 凸轮验正时其能 11 3.3 Valve Timing配气相位 2 Intako Valve Timing撞门Z气卷位 in order to atd vahe espataionand bi-h gas heeane af high 1.Valve timing is the procis cae of the npering and cloung af 终aa侧接a 用鱼触转角表茶的进，韩气门开闭时刻相开自持续时间。称为 为有汽门间的楼气门上 配气物脸（福位）。 鹤家0.a州型 cwibe) - 在明气冲权颗还样了，济率到运上 气万 常环形表示能气阳国 正之输，气门便开着开府。从 避气门开酚开日到上止点所对悦的 复R冷子 应R冷大 Page 2
Page 2 10 同济大学汽车学院 3. Valve train function 配气机构功用 Valve train opens and closes intake and exhaust valves at regular time according to the working cycle and firing order in each cylinder, promoting fresh mixture (gasoline engine) or air (diesel engine) to enter the cylinder, and residual gas to exhaust from the cylinder promptly. 按照发动机每个气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求 ，定时开启和关闭气缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气(汽 油机)或空气(柴油机)得以及时进入气缸，废气得以及时从气 缸排出。 11 同济大学汽车学院 4. Demand 要求 1) High enough volumetric efficiency 足够高的充气效率 2) High reliability 工作可靠 3) Accurate valve timing 配气相位准确 4) Good high speed dynamic characteristics (without drive chain flying out, bouncing or early seating) 气门机构有良好的高速动力特性; (传动链不飞脱、不反跳、 不提前落座） 12 同济大学汽车学院 3.2 Layout and Transmission布置与传动 1. Valve layout type 气门布置形式 气门侧置 Side-mounted Valve 气门顶置 Overhead Valve 13 同济大学汽车学院 2. Camshaft layout type 凸轮轴布置形式 凸轮轴下置 Bottom-mounted Camshaft 凸轮轴中置 Center-mounted Camshaft 凸轮轴顶置 Overhead Camshaft 14 同济大学汽车学院 Type Transmission Route 传动路线 Graphic图示 Application 应用 Gear Drive 齿轮传动 Crankshaft timing gear 曲 轴正时齿轮 (steel 钢)→Camshaft timing gear (cast iron 铸铁 or bakelite 胶木) Center & bottom mounted camshaft valve train 中、下置凸轮轴 配气机构 Chain Drive 链条传动 Crankshaft 曲轴→ Chain 链条→ Camshaft timing gear 凸轮轴正时齿轮 Overhead camshaft valve train 顶置凸轮轴配气 机构 Toothed Belt Drive 齿形带传 动 Crankshaft曲轴 →Tooth belt 齿形带 →Camshaft timing gear 凸轮轴正时齿轮 Overhead camshaft valve train (lower noise, mass & cost than chain drive 相对链条更 低成本、质量及噪声) 3. Camshaft transmission type 凸轮轴传动方式 15 同济大学汽车学院 By valve number in each cylinder: 按每缸气门数目分： 2/3/4/5 valve type 4. Valve number and arrangement 气门数目及排列方式 4 Valve type 16 同济大学汽车学院 5. Valve Clearance 气门间隙: In order to avoid valve expansion and blow-by gas because of high temperature when engines are operating, appropriate clearance should be kept between valve stems and valve driving parts (rocker arms, tappets or cams) during engine assembly at cold conditions. 为保证气门关闭严密，通常发动机在冷态装配时，在气门杆尾 端与气门驱动零件（摇臂、挺柱或凸轮）之间留有适当的间隙. Valve 气门 Clearance 间隙 Intake 进气 0.25～0.30mm Exhaust 排气 0.30～0.35mm Exhaust valve clearance>Intake valve clearance, Why? 为何排气门间隙>进气门间隙？ Valve clearance 17 同济大学汽车学院 3.3 Valve Timing 配气相位 1. Valve timing is the precise crank angle of the opening and closing of the valves. 用曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻和开启持续时间，称为 配气相位（相位）。 视频（Video） Ordinarily, circular diagram is used to show valve timing. 通常用环形图表示配气相位图 18 同济大学汽车学院 2. Intake Valve Timing 进气门配气相位 1) Intake advance angle (α) 进气提 前角: α is the crank angle corresponding to the duration from intake valve opening to top dead center。In general, α is 10º~30º. 在排气冲程接近终了，活塞到达上 止点之前，进气门便开始开启。从 进气门开始开启到上止点所对应的 曲轴转角称为进气提前角(或早开 角) 。α一般为10º~30º
2 ako Valve Timing拨门置气w微 王Exhaust Valve Timing特气n置气性 生Exhaust Valve Timing箱气度气业 与a山egae山确设气通类通 与ee中像种气通类海 he duratiod timm es如eahe 1- 40-3. a学a- 在锅惠时过上是点日，用门才美 角成晚关。事一餐与了。 @R冷大？ 1季 窗凡冷大司 窗凡冷复 大汽 4.Valve Overfap气门弄 3.4 Components and Parts配气机构得都件 i.alve group门随 1.Vahe Group气门爆 wa.h.co 觉汽公疗常 12 21 24 Vahe physical map气Uw物 dd度刚度大，h 士耐热。耐青球，耐等。 出 路遂啊 包月冷子 2 应R冷大 Page 3
Page 3 19 同济大学汽车学院 2. Intake Valve Timing 进气门配气相位 2) Intake lag angle (β) 进气迟关角: β is the crank angle corresponding to the period from bottom dead center to intake valve closing. In general, β is 40º~80º. 在进气冲程下止点过后，活塞继续上行 一段，进气门才关闭。从下止点到进气 门关闭所对应的曲轴转角称为进气迟后 角(或晚关角)。 β一般为 40º~80º 。 20 同济大学汽车学院 3. Exhaust Valve Timing 排气门配气相位 1) Exhaust advance angle(γ) 排气 提前角: γ is the crank angle corresponding to the duration from exhaust valve opening to bottom dead center. In general, γ is 40º~80º. 在作功行程的后期，活塞到达下止 点前，排气门便开始开启。从排气 门开始开启到下止点所对应的曲轴 转角称为排气提前角(或早开角)。排 气提前角用γ表示，γ一般为40º~80º 。 21 同济大学汽车学院 3. Exhaust Valve Timing 排气门配气相位 2) Exhaust lag angle (δ) 排气迟关角: δ is the crank angle corresponding to the duration from top dead center to exhaust valve closing. In general, δ is 10º~30º. 在活塞越过上止点后，排气门才关 闭。从上止点到排气门关闭所对应 的曲轴转角称为排气迟后角(或晚关 角)。 δ一般为10º~30º 。 22 同济大学汽车学院 4. Valve Overlap 气门叠开 Valve overlap is the phenomenon that both intake and exhaust valves open due to early intake valve opening and late exhaust valve closing. The valve overlap angle is the crank angle corresponding to the duration that all valves keep open, namely α+δ. 由于进气门早开和排气门晚关，就 出现了一段进排气门同时开启的现 象，称为气门叠开。同时开启的角 度，即进气门早开角与排气门晚关 角的和(α+δ)，称为气门叠开角。 23 同济大学汽车学院 3.4 Components and Parts 配气机构零部件 1. Valve Group 气门组 Locking plate Spring seat Spring Valve Guide Valve seat ring Valve 24 同济大学汽车学院 1.Valve group 气门组 1) Valve 气门 Function: Component parts of combustion chamber; switch for gas intake and exhaust through combustion chamber passage; bearing impact force, high temperature impact and high speed airflow impact. 功用：燃烧室的组成部分，是气体进出燃烧室的开关， 承受冲击力、高温冲击、高速气流冲击。 Working Condition 工作条件： A. Intake valve 进气门 570K~670K；Exhaust valve排气门 1050K~1200K. B. Bearing gas pressure, valve spring force, etc. in the valve head. 头部承受气体压力、气门弹簧力等。 C. Bad cooling and lubrication condition.冷却和润滑条件差。 D. Corroded by in-cylinder combustion products. 被缸内燃烧生成物中的物质所腐蚀。 头部 Head 杆部 Stem 25 同济大学汽车学院 1) Valve 气门 性质及材料视频(Video) 传热及磨损视频(Video) Property 性质： High strength and rigidity 强度、刚度大；heat-resistant，corrosionresistant, abrasion-resistant.耐热，耐腐蚀，耐磨。 Material 材料： Intake valve：chrome steel铬钢 or nickel chromium steel 铬镍钢 Exhaust valve：chrome silicon steel 硅铬钢 Valve head configuration type 气门头部结构形式: 头部Head 杆部 Stem Flattop Spherical top Trumpet top 26 同济大学汽车学院 1) Valve physical map 气门实物图 进气门（大） Intake valve (bigger) 排气门（小） Exhaust valve(smaller) 27 同济大学汽车学院 Valve stem 气门杆部 High machining accuracy, heat treatment and burnishing on surface, ensuring high precision and abrasion resistance between the same valve 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 Valve stem tail 气 门杆尾部 ： Ring groove环形槽、 Groove Lockpin hole锁销孔 凹槽 易断裂处 Easy to break
动V年的气门博增 韩b年t气门座 yh单re气门■ aa4 rian:Cmulde St tah线国 目 民高气了1碎的使用每鱼：便千更典。 桃殊总，工病皮高。服时品造速产重市故， oovg adf-briczing. 气n题 e R冷大习 窗凡冷法司 窗凡冷复 30 )Cah△e输 行属影响格行制不红气门南汗有和天州。能共销许双璃来前工据牛.配 ad面d络锅钠 气相枪和气门好线的变化明律等要求。 工采设气开的带年 eep-t.ahve 0pn-tmpom- 0 aka置h鞋 geh女网意精款地里方测脸 气厅量实 Lange boee dienel englu 康用干大喜做钢 Valve Clesing Vahe aprn 应户冷大写 15 窗R冷大 Page 4
Page 4 28 同济大学汽车学院 2) Valve guide 气门导管 Function: Guide for valve moving, ensuring valve linear motion; heat conduction meanwhile. 作用： 为气门的运动导向，保证气门直线运动 兼起导热作用。 Working conditions: High T, about 500K; difficult lubrication and easy to wear. 工作条件：工作温度较高，约500K。 润滑困难，易磨损。 Material: Cast iron with high graphite, improving self-lubricating. 材料： 用含石墨较多的铸铁，能提 高自润滑作用。 Processing technique: high precision on outside surface, fine twisting on inside surface 加工方法：外表面加工精度较高，内表面精绞 Valve guide 气门导管 Cylinder head 气缸盖 Press fit 过盈配合 Snap ring卡环： preventing valve guide from working off 防止气门导管在使 用中脱落。 29 同济大学汽车学院 3) Valve seat 气门座 The position where inlet and outlet of cylinder head fit valve conical face. 气缸盖的进、排气道与气门锥面相结合的部位。 Function: Sealing cylinder by tight fitting between its internal cone surface and valve conical face. 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。 气门座 Valve seat 30 同济大学汽车学院 Valve seat ring 气门座圈 The ring inlaid in the valve seat ring with big shrink range. 以较大过盈量镶嵌在气门座上的圆环。 Characteristics of Mosaic type valve seat 镶嵌式气门座特点： Advantage 优点：increasing life length of valve seat, easy to replace. 提高气门座的使用寿命，便于更换。 Disadvantage 缺点：poor thermal conductivity，high precision， easily resulting in serious accident when working off. 导热性差，加工精度高，脱落时易造成严重事故。 Gasoline engine 汽油机：Exhaust valves apply Mosaic type valve seat. 排气门采用镶嵌式气门座。 Diesel engine 柴油机： Intake valves apply Mosaic type valve seat。 进气门采用镶嵌式气门座。 Valve seat ring 气门座圈 31 同济大学汽车学院 4) Valve spring 气门弹簧 视频(Video) Function：ensuring valve seating. 功用：保证气门的回位。 Material：high manganese steel 高锰碳钢 chrome vanadium steel 铬钒钢 气门弹簧 valve spring 气门弹簧座 valve spring seat 锁片 locking plate Valve Closing 气门关闭 Ensure valve closing in time and sealing 保证气门及时关闭、 密封 Valve opening 气门开启 Keep valve contacting with cam保证气门不脱 离凸轮 32 同济大学汽车学院 2. Valve transmission group 气门传动组 Function：Driving valves to open and close at regular time, ensuring valves with enough opening and appropriate clearance. 功用 :定时驱动气门开闭，并保证气门有足够的开度和适当的气门间隙。 Camshaft 凸轮轴 Push rod 推杆 Rocker arm 摇臂 Camshaft timing gear 凸轮轴正时 齿轮 Rocker arm shaft 摇臂轴 33 同济大学汽车学院 1) Camshaft 凸轮轴 Function：Drive and control valve opening and closing, making it suitable for firing order, valve timing and opening. 作用：驱动和控制各缸气门的开启和关闭，使其符合发动机的工作顺序、配 气相位和气门开度的变化规律等要求。 Working condition: bear impact loads of valves intermittent open. 工作条件：承受气门间歇性开启的冲击载荷。 Material：high-quality steel 优质钢，alloyed cast iron 合金铸铁，nodular cast iron 球墨铸铁 Structure 结构： helical gear 斜齿轮：drive distributor and oil pump 驱动分电 器、机油泵；eccentric gear 偏心轮：drive fuel pump 驱动燃油泵。 34 同济大学汽车学院 2) Tappet 挺柱 Function：Pass the thrust of cam to push rod or valve. 作用：将凸轮的推力传给推杆或气门。 Classification 分类：plain tappet 普通挺柱 & hydraulic tappet 液力挺柱 Plain tappet 普通 挺柱 Application 用途 Graphic图示 Barrel type 筒式 Overhead valve 气门顶置式 Roller type 滚轮式 Large bore diesel engine 多用于大缸径柴油机 35 同济大学汽车学院 Hydraulic Tappet 液力挺柱 视频（Video） Function：Eliminate valve clearance，reduce impact Loads and noise from parts, enhance high speed performance. 作用：消除了配气机构的间隙，减小了各零件的冲击 载荷和噪声，提高发动机高速时的性能。 36 同济大学汽车学院 Santana Engine Hydraulic Tappet 桑塔纳发动机液力挺柱 Valve Closing Valve open 单向阀 One-way valve 弹簧被压缩 Spring compressed
身ed海济 封hgrm得 业女七塑府绿童量 厚存推杆成A轮传卖前成支方内。作用到1嘴这推开气L 细新梅：向白d过aE由场刻有是ee山r匹无弹声 工有包地气顺购中量容馨有鱼的年裤. m 的R冷大复 窗包冷大复 窗R冷大司 Page 5
Page 5 37 同济大学汽车学院 3) Push rod 推杆 Function：Pass the thrust of tappet to rocker arm. 作用：将挺柱传来的推力传给摇臂。 Working condition: Being the most flexible part in valve train. 工作情况：是气门机构中最容易弯曲的零件。 Material：duralumin 硬铝 or steel 钢 38 同济大学汽车学院 3) Rocker arm 摇臂 Function：change the direction of the force passed from push rod or cam to valve stem in order to open valve. 作用：将推杆或凸轮传来的力改变方向，作用到气门杆端以推开气门。 Classification 分类：plain rocker arm 普通摇臂 & no noise rocker arm 无噪声 摇臂 Short arm Long arm 短臂 长臂 Rocker arm 摇臂 39 同济大学汽车学院 Rocker arm group schematic drawing摇臂组示意图 Rocker arm shaft 摇臂轴 Bolt螺栓 Rocker arm shaft seat 摇臂轴支座 Rocker arm shaft trip bolt 摇臂轴紧固螺钉 Rocker arm bush 摇臂称套 Adjusting screw 调整螺钉 Rocker arm摇臂 Spring poppet 定位弹簧