了解发动机之配气相位与气门间隙详解

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一、配气相位（配气定时）

（1）定义：
　　配气相位是用曲轴转角表示的进、排气门的开启时刻和开启延续时间，通常用环形图表示-配气相位图。





（2）理论上的配气相位分析
　　理论上讲进、压、功、排各占180°，也就是说进、排气门都是在上、下止点开闭，延续时间都是曲轴转角180°。但实际表明，简单配气相位对实际工作是很不适应的，它不能满足发动机对进、排气门的要求。　　

　　原因：

　　①气门的开、闭有个过程　　开启总是由小→大　　关闭总是由大→小

　　②气体惯性的影响　　随着活塞的运动　　同样造成进气不足、排气不净

　　③发动机速度的要求　　实际发动机曲轴转速很高，活塞每一行程历时都很短，当转速为5600r/min时一个行程只有60/（5600×2）=0.0054s，就是转速为 1500r/min，一个行程也只有0.02s，这样短的进气或排气过程，使发动机进气不足，排气不净。

　　可见，理论上的配气相位不能满足发动机进饱排净的要求，那么，实际的配气相位又是怎样满足这个要求的呢？下面我们就进行分析。　　

（3）实际的配气相位分析

　　为了使进气充足，排气干净，除了从结构上进行改进外（如增大进、排气管道），还可以从配气相位上想点办法，气门能否早开晚闭，延长进、排气时间呢？

　　①气门早开晚闭的可能从示功图中可以看出，活塞到达进气下止点时，由于进气吸力的存在，气缸内气体压力仍然低于大气压，在大气压的作用下仍能进气；另外，此时进气流还有较大的惯性。由此可见，进气门晚关可以增加进气量。　　进气门早开，可使进气一开始就有一个较大的通道面积，可增加进气量。　　在作功行程快要结束时，排气门打开，可以利用作功的余压使废气高速冲出气缸，排气量约占50%。排气门早开，势必造成功率损失，但因气压低，损失并不大，而早开可以减少排气所消耗的功，又有利于废气的排出，所以总功率仍是提高的。　　从示功图上还可以看出，活塞到达上止点时，气缸内废气压力仍然高于外界大气压，加之排气气流的惯性，排气门晚关可使废气排得更净一些。 　　由此可见，气门具有早开晚关的可能，那么气门早开晚关对发动机实际工作又有什么好处呢？　　进气门早开：增大了进气行程开始时气门的开启高度，减小进气阻力，增加进气量。　　进气门晚关：延长了进气时间，在大气压和气体惯性力的作用下，增加进气量。　　排气门早开：借助气缸内的高压自行排气，大大减小了排气阻力，使排气干净。　　排气门晚关：延长了排气时间，在废气压力和废气惯性力的作用下，使排气干净。

　　②气门重叠　　由于进气门早开，排气门晚关，势必造成在同一时间内两个气门同时开启。把两个气门同时开启时间相当的曲轴转角叫作气门重叠角。在这段时间内，可燃混合气和废气是否会乱串呢？不会的，这是因为：a.进、排气流各自有自己的流动方向和流动惯性，而重叠时间又很短，不至于混乱，即吸入的可燃混合气不会随同废气排出，废气也不会经进气门倒流入进气管，而只能从排气门排出；b.进气门附近有降压作用，有利于进气。

　　③进、排气门的实际开闭时刻和延续时间　　实际进气时刻和延续时间：在排气行程接近终了时，活塞到达上止点前，即曲轴转到离上止点还差一个角度α，进气门便开始开启，进气行程直到活塞越过下止点后β时，进气门才关闭。整个进气过程延续时间相当于曲轴转角180°+α+β。　　α-进气提前角一般α=10°～30° 　　β-进气延迟角一般β=40°～80° 　　所以进气过程曲轴转角为230°～290° 　　实际排气时刻和延续时间：同样，作功行程接近终了时，活塞在下止点前排气门便开始开启，提前开启的角度γ一般为40°～80°，活塞越过上止点后δ角排气门关闭，δ一般为10°～30°，整个排气过程相当曲轴转角180°+γ+δ。　　γ-排气提前角一般γ=40°～80° 　　δ-排气延迟角一般δ=10°～30° 　　所以排气过程曲轴转角为230°～290° 　　气门重叠角α+δ=20°～60°

　　从上面的分析，可以看出实际配气相位和理论上的配气相位相差很大，实际配气相位，气门要早开晚关，主要是为了满足进气充足，排气干净的要求。但实际中，究竟气门什么时候开？什么时候关最好呢？这主要根据各种车型，经过实验的方法确定，由凸轮轴的形状、位置及配气机构来保证。

二、可变配气定时机构

　　采用可变配气定时机构可以改善发动机的性能。发动机转速不同，要求不同的配气定时。这是因为：当发动机转速改变时，由于进气流速和强制排气时期的废气流速也随之改变，因此在气门晚关期间利用气流惯性增加进气和促进排气的效果将会不同。例如，当发动机在低速运转时，气流惯性小，若此时配气定时保持不变，则部分进气将被活塞推出气缸，使进气量减少，气缸内残余废气将会增多。当发动机在高速运转时，气流惯性大，若此时增大进气迟后角和气门重叠角，则会增加进气量和减少残余废气量，使发动机的换气过程臻于完善。总之，四冲程发动机的配气定时应该是进气迟后角和气门重叠角随发动机转速的升高而加大。如果气门升程也能随发动机转速的升高而加大，则将更有利于获得良好的发动机高速性能。

三、气门间隙

（1）定义： 　　气门间隙是指气门完全关闭（凸轮的凸起部分不顶挺柱）时，气门杆尾端与摇臂或挺柱之间的间隙。

（2）作用： 　　给热膨胀留有余地。 　　不同机型，气门间隙的大小不同，根据实验确定，一般冷态时，排气门间隙大于进气门间隙，进气门间隙约为0.25～0.3mm，排气门间隙约为0.3～0.35mm。 　　间隙过大：进、排气门开启迟后，缩短了进排气时间，降低了气门的开启高度，改变了正常的配气相位，使发动机因进气不足，排气不净而功率下降，此外，还使配气机构零件的撞击增加，磨损加快。 　　间隙过小：发动机工作后，零件受热膨胀，将气门推开，使气门关闭不严，造成漏气，功率下降，并使气门的密封表面严重积碳或烧坏，甚至气门撞击活塞。 　　采用液压挺柱的配气机构不需要留气门间隙。







小叶子理解和评注：

1.原文摘录：从上面的分析，可以看出实际配气相位和理论上的配气相位相差很大，实际配气相位，气门要早开晚关，主要是为了满足进气充足，排气干净的要求。但实际中，究竟气门什么时候开？什么时候关最好呢？这主要根据各种车型，经过实验的方法确定，由凸轮轴的形状、位置及配气机构来保证。

　　以上摘录说明，配气相位，很大程度上决定了进气和排气的效率，而配气相位，又是主要根据各种车型，经过实验的方法确定，由凸轮轴的形状、位置及配气机构来保证。所以，这也就是为什么同样的排量，不同的发动机的功率和扭力，甚至耗油量为什么有时候有着较大的差距，这也同时看出了该发动机的设计的优良性，也反应了厂家的设计和制造水平。

　　同时，为了改进发动机的进气和排气的效率，降低耗油量，一些最新型的发动机采用了可变配气定时机构，从而改善了发动机的性能。

2.原文摘录：气门间隙的作用： 　　给热膨胀留有余地。

　　是的，气门间隙的唯一作用就是给热膨胀留有余地（在不考虑气门本身的弹性的情况下）。如果不考虑热肿胀的话，那么气门间隙理论上是越小越好，也就是0是理想的状况。因为气门间隙会导致气门迟开早关，而这与配气相位理论：气门要早开晚关是相矛盾的。

　　那么怎么调节气门呢？我认为，这主要由发动机的壳体和气门的材料决定，因为一般气门的材料大都是差不多的，气门材料一般选择“耐热钢”如4Cr9Si2等，所以热膨胀率是基本一样的，所以这个间隙就由发动机的壳体的材料决定。

　　我的另一篇文章曾经指出：通常铝合金缸盖热态间隙要比冷态间隙稍大一些，约0.05mm左右。若缸盖是铸铁的，则气门间隙在热态时与冷态时基本一致或热态要比冷态略小。


　　由此看出，因为摩托车的发动机一般都是由铝合金做，所以，如果你在冷态调节气门的话，那么可以是0间隙，但是同时考虑到气门本身是有弹性的，同时你在调节的时候不保证是最冷的季节和环境，所以你必需要稍微留一点间隙。同时， 相对对于铝合金的摩托车发动机来说，考虑到排气门温度高，热膨胀的程度比进气门大，所以排气门热态间隙比进气门小（如果冷态时进排气门是一样大小的话）。

　　由此进一步看出，如果发动机是由铸铁做的，则调节方法和以上方法相反，也就是冷态时是一定要留相应大小的气门间隙的，具体方法不再祥述。

zphil

顶dddddddddddd

yuchong723

好啊  支持   终于找到家乐

stone_angle

刚刚入门   感觉还很深奥

delna

楼主分析得很好。
现在已经出现一些发动机为避免调节气门间隙的麻烦和不必考虑热膨胀的问题，产生的液压挺柱。

连连流星

初学者``  不是那么太懂`````

qf23122

好东西，楼主分析得太好了。

qqj999

好东西
得顶dddddddddddd

rocking

现在基本上都是液压挺柱的了，已经不需要调整了，都是自动调整的。不过我们现在学的，平时练的都还是机械式的，我们刚刚前不久还组织了一次气门间隙调整的比赛，唉！也不知道现在学这些以后还能不能用到。

小壞蛋

想问下 车辆冷启动液压挺住有响声，这是由于机油的原因吗？

sdh207

好像在什么地方看过了
不过还是谢谢楼主。

小海

回10楼，冷启动时由于挺柱内油压未建立起，出现间隙大，也就是启动瞬间声音大，这时可运转一会！！！

changanljb

好!!!!!!

连连流星

DDDDDDDD

winwall

好东东，学习一下啊