第3章 配气机构 概述 配气相位 配气机构的组成和零件 可变配气相位

§3.1 概述 一、功用： 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。 二、充气效率： ηv=M/M0 M ——进气过程中，实际进入气缸的新气的质量； Mo——在理想状态下，充满气缸工作容积的新气质量。

配气机构 组成： 气门组 传动组 驱动组

§3.2 配气机构的布置和工作情况 一、气门的布置型式 1、气门顶置式 组成：

工作过程 特点： A、气门行程大，结构较复杂，燃烧室紧凑。 B、曲轴与凸轮轴传动比为2:1。

2、气门侧置式 进排气门都布置在气缸的一侧，结构简单、零件数目少。 气门布置在同一侧导致燃烧室结构不紧凑、热量损失大、进气道曲折、进气阻力大，使发动机性能下降，已趋于淘汰。

二、凸轮轴的布置型式 1、凸轮轴下置 缺点： 凸轮轴与气门相距较远，动力传递路线较长，环节多，因此不适用于高速发动机。 优点： 简化曲轴与凸轮轴之间才传动装置，有利于发动机的布置。

2、凸轮轴中置式 传动方式：凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，省去了推杆。 应用：适用于发动机转速较高时，可以减少气门传动机构的往复运动质量。

3、凸轮轴上置式 特点： 凸轮轴与气门距离近， 不需要推杆、挺柱，使往复 运动的惯量减少。 双凸轮轴上置式发动机 应用：高速发动机 桑塔纳轿车发动机

捷达轿车气缸盖实物图

上置凸轮轴实物图

三、凸轮轴的传动方式 1、齿轮传动 凸轮轴下置、中置式配气机构

2、链条传动 张紧机构 导链板

3、齿带传动

传动方式 传动路线 应用 齿轮传动 曲轴正时齿轮→凸轮轴正时齿轮 凸轮轴下置、中置式配气机构 链条传动 曲轴→链条→凸轮轴正时齿轮 凸轮轴上置式配气机构 齿形带传动 曲轴→齿形皮带→凸轮轴正时齿轮

气门数 和布置形式 单缸4气门

单缸2气门

单缸5气门

四、气门间隙 1、概念： 气门间隙：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。 气门 间隙 进气门 0.25~0.30mm 排气门 0.30~0.35mm

五、配气相位 1、气门从开启到关闭所经历的曲轴转角，称为配气相位。  10°~30 °  40°~80 °  

3、气门叠开 气门叠开：当进气门早开和排气门晚关时，出现的进排气门同时开启的现象。 气门叠开角：气门同时开启的角度（+ ）。 排气过程 进气过程

作业: 1、作出配气相位图，并分析气门早开与迟闭的原因。

§4.3 配气机构的组件和工作情况 一、气门组

1、气门 杆部 头部 功用： 燃烧室的组成部分，是气体进、出燃烧室通道的开关，承受冲击力、高温冲击、高速气流冲击。 工作条件： A、进气门570K~670K，排气门1050K~1200K。 B、头部承受气体压力、气门弹簧力等， C、冷却和润滑条件差， D、被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。 性能： 强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨 杆部 头部 进气门570K~670K（铬钢或铬镍钢） 排气门1050K~1200K（硅铬钢）

气门头部的结构形式 平顶式 凸顶式（球面顶） 凹顶式（喇叭顶） 结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也较小，进、排气门都可采用。 适用于排气门，因为其强度高，排气阻力小，废气的清除效果好，但球形的受势面积大，质量和惯性力大加工较复杂。 凹顶式（喇叭顶） 凹顶头部与杆部的过渡部分具有一定的流线形，可以减少进气阻力，但其顶部受热面积大，故适用于进气门，而不宜用于排气门。

定义：气门锥面与顶平面的夹角称气门锥角。     气门锥角 定义：气门锥面与顶平面的夹角称气门锥角。 α

2） 气门锥角的作用 就向锥形塞子可以塞紧瓶口一样，能获得较大的气门座合压力，以提高密封性和导热性； 气门落座时有自动定位作用； 2）  气门锥角的作用 就向锥形塞子可以塞紧瓶口一样，能获得较大的气门座合压力，以提高密封性和导热性； 气门落座时有自动定位作用； 避免气流拐弯过大而降低流速； 气门落座时能挤掉接触面的沉积物，即有自洁作用。

进、排气门锥角的大小 进气门锥角较小，多用300。因锥角越小，进气通道截面越大，进气量越多。 排气门锥角较大，通常为450。因锥角越大，气门头部边缘的厚度大，不易变形。排气门热负荷较大而用较大的锥角，以加强散热和避免受热变形。且锥角越大，座合压力越大，自洁作用越大。

3）    气门头部直径 气门头部直径越大，气门口通道截面就越大，进、排气阻力就越小。通常进气门头部直径大于排气门。另外，排气门稍小些，还不易变形。 h1<h2 h1 h2

气门杆

2、气门座 气门座： 气缸盖的进、排气道与气门锥面相结 合的部位。 作用： 1.靠其内锥面与气门锥面的紧密 贴合密封气缸。 2.接受气门传来的热量。 气门座

气门座圈： 以较大过盈量镶嵌在气门座上的圆环。 镶嵌式气门座特点： 优点：提高气门座的使用寿命，便于更换。 缺点：导热性差，加工精度高，脱落时易造成严重事故。 汽油机：排气门采用镶嵌式气门座 柴油机：进气门采用镶嵌式气门座

3、气门导管 作用： 为气门的运动导向，保证气门直线运动兼起导热作用。 工作条件： 工作温度较高，约500K。润滑困难，易磨损。 材料： 用含石墨较多的铸铁，能提高自润滑作用。 加工方法： 外表面加工精度较高 内表面精绞 装配： 气门杆与气门间隙0.05～0.12mm。

4、气门弹簧 功用：保证气门的回位。 材料：高锰碳钢、铬钒钢 锁片 气门关闭 气门开启 气门弹簧座 气门弹簧 气门弹簧的装配 保证气门及时关闭、密封 气门开启 保证气门不脱离凸轮 气门弹簧的装配

气门弹簧 不等距弹簧 应用：CA7560 圆柱等螺距弹簧 圆柱形螺旋弹簧

旋向相反的两个弹簧，防止断裂的弹簧卡入另一弹簧 双弹簧布置 旋向相反的两个弹簧，防止断裂的弹簧卡入另一弹簧 应用车型： 奥迪100，捷达，桑塔纳, 广州标致505

作业: 1、气门弹簧起什么作用？为什么在装配气门弹簧时要预先压缩？ 2、气门锥角有什么作用？ 3.分析气门早开与迟闭的原因。 4.配气相位

二、气门驱动组 1、组成 2、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。

凸轮轴 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。 工作条件： 承受气门间歇性开启的冲击载荷。 材料： 优质钢、合金铸铁、球墨铸铁 结构：

凸轮的轮廓 凸轮轮廓与气门的运动规律 气门升程最大时刻 气门开启点 出现气门间隙阶段 消除气门间隙阶段 气门关闭点

同名凸轮的相对角位置 同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置是与相应的配气相位相对应的。 点火顺序： 1—2—4—3

凸轮轴的轴向定位 作用： 为了防止凸轮轴在工作中产生轴向窜动和承受斜齿轮产生的轴向力。 气缸体 凸轮轴颈 止推板 隔圈（调节环） 凸轮轴的轴向间隙 正时齿轮

2、挺柱 （1）作用：将凸轮的推力传给推杆或气门。 （2）挺柱的分类： 菌式 气门侧置式 筒式 气门顶置式 滚轮式 减小摩擦所造成的对挺柱的侧向力。多用于大缸径柴油机。

液力挺柱 结构： 性能： 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。

发动机液压挺柱工作示意图 气门关闭时 气门打开时

3、气门推杆 作用： 将挺柱传来的推力传给摇臂。 工作情况： 是气门机构中最容易弯曲的零件。 材料： 硬铝或钢

4、摇臂 功用： 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。 摇臂 气门间隙调节螺钉 调节螺母 易磨损部位 堆焊耐磨合金 摇臂轴套 摇臂结构示意图

摇臂结构示意图 油槽 润滑油道 润滑油道

摇臂组示意图 摇臂轴紧固螺钉 螺栓 摇臂 摇臂轴 定位弹簧 摇臂轴支座 摇臂称套 调整螺钉

摇臂组实物图

桑塔纳发动机的配气机构

可变配气相位 ★气门定时和升程可变的进气系统 ★可变谐振增压系统

控制原理

VTEC高速时

气缸数目可变机构

可变进气谐振增压系统

VG30DE可变谐振增压系统

小结: 配气机构有三种传动方式齿轮驱动、链驱动和齿形皮带驱动。四冲程发动机曲轴与凸轮轴之比(即传动比)应为2：1即曲轴旋转两周，凸轮轴旋转一周。现代汽车发动机采用多气门布置和排列方式，进、排气门配气相位早开晚关，以改善进、排气状况。凸轮轴上主要配置有各缸进、排气凸轮，凸轮的轮廓保证气门开启和关闭的持续时间符合配气相位的要求，凸轮轴有轴向定位装置。轿车发动机采用液力挺柱，可消除配气机构中的间隙，减小各零件的冲击载荷和噪声。