第三章-配气机构2-3节
第三章 配 气 机 构 习题二答案
第三章配气机构习题二答案一、填空题1.发动机的配气机构由气门组和气门传动组两部分组成。
2.发动机凸轮轴的布置形式包括凸轮轴上置、中置式和下置式三种。
3.曲轴与凸轮轴之间的传动方式为齿轮传动、链条传动和齿形带传动。
4.配气机构按气门布置形式可分为顶置式式和侧置式式两种。
5.顶置式气门配气机构的气门传动组由正时齿轮、凸轮轴、挺杆、推杆、调整螺钉、摇臂、摇臂轴等组成。
6.CA6102发动机凸轮轴上的凸轮是顶动挺杆的，偏心轮是推动汽油泵的，螺旋齿轮是驱动机油泵和分电器的。
二、解释术语1.气门间隙：发动机在冷态下时，在气门关闭的状态下，气门杆尾部与摇杆之间留有一定的间隙。
三、判断题（正确打√、错误打×）1.排气门的材料一般要比进气门的材料好些。
（√）2.进气门头部直径通常要比排气门的头部大，而气门锥角有时比排气门的小。
（√）3.CA1092型汽车发动机凸轮轴的轴向间隙，可通过改变隔圈的厚度进行调整，其间隙的大小等于隔圈厚度减去止推凸缘的厚度。
（√）4.顶置式气门可由凸轮轴上的凸轮压动摇臂顶开，其关闭是依靠气门弹簧实现的。
（√）5.在冷态下，气门脚及其传动机件之间无间隙或间隙过小，热态时，气门会因温度升高而膨胀，势必关闭不严，造成漏气。
(√ )6.汽车运行中如发现气门响声过大，应及时调整气门间隙，并使间隙值符合原厂家规定。
(√ )四、选择题1.安装不等距气门弹簧时，向着气缸体或气缸盖的一端应该是（A）。
A.螺距小的 B、螺距大的2.下述各零件中不属于气门组的是（C ）。
A.气门弹簧B.气门座C.摇臂轴D.气门导管3. 气门、气门弹簧、气门弹簧座、气门导管等组成( A )。
A、气门组B、配气机构C、气门驱动组D、顶置气门组五、问答题1.气门导管的作用是什么？保证气门作直线往复运动，与气门座正确贴合（导向作用）；在气缸体或气缸盖与气门杆之间起导热作用。
2.为什么有的配气机构中采用两个套装的气门弹簧？气门弹簧长期在交变载荷下工作，容易疲劳折断，尤其当发生共振时，断裂的可能性更大。
第三章配气机构
• 有些发动机为了制造和维修方便，二者都用450。
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锥面研磨
• 为保证良好密合，装配前应将气门头与气门座二者的 密封锥面互相研磨，研磨好的零件不能互换。
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③气门直径
• 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。
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(2)气门杆部
1-气门杆；2-气门弹簧； 3-弹簧座；4-锁片；5-卡环
4
一、气门的布置形式:
1.顶置式—位于缸盖顶上
气门行程大,充气好,燃烧室紧 凑，有利于燃烧及散热，有 利于提高压缩比和改善发动 机动力性（结构复杂,零件多）
5
2.侧置式—位于缸体一侧已趋于淘汰
a. 结构简单，高度低 b. 燃烧室结构不紧凑,散热大 c. 拐弯多,阻力大,进气不充分,排气不彻
底
6
二、 凸轮轴的布置位置
（4）优点：正时精度高，传动阻力小，无需张紧机构。
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（5）正时记号(装配时必须对齐):保证配气正时。
A—B；
1—1为配气正时记号; 2—2为喷油正时记号;
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2、链条传动（凸轮轴上置或中置用）
（1）特点：噪声小,可靠性、 耐久性不如齿轮传动，传 动性取决于链条的制造质 量。
（2）防止链条抖振，设有导 链板和张紧装置。
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一、气门
• 作用：
• 燃烧室的组成部分； • 根据工作需要，实现燃烧室的开启与密封。
• 工作条件：
• 承受热负荷：进气门600~700K，排气门800~1100K； • 承受机械载荷：气体压力、气门弹簧力、落座惯性力等； • 作高速往复直线运动；冷却和润滑条件差； • 易被腐蚀（高温燃气中有腐蚀性的气体）。
第三章 配气机构
1．已知某型号发动机的进气提前角度数为 20°，气门叠开角度数为39°，进气持续 角度数为256°，排气持续角度数为249°， 画出其配气相位图。
第三节 气门传动组与气门组
一、气门传动组 组成 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。 摇臂轴 摇臂 凸轮轴 推杆
凸轮轴正 时齿轮
第三章
配气机构
第一节 配气机构的功用及组成
一、功用： 配气机构是进、排气管道的控制机构，它按照气 缸的工作顺序和工作过程的要求，准时地开闭进、排 气门、向气缸供给可燃混合气（汽油机）或新鲜空气 （柴油机）并及时排出废气。另外，当进、排气门关 闭时，保证气缸密封。 二、充量系数： 新鲜空气或可燃混合气被吸入气缸愈多，则发动机可 能发出的功率愈大。新鲜空气或可燃混合气充满气缸 的程度，用充量系数hv表示。hv越高，表明进入气缸 的新气越多，可燃混合气燃烧时可能放出的热量也就 越大，发动机的功率越大。
的结构。为了改善换气，在可能的条件下，应尽量加大气门的 直径，特别是进气门的直径。 排列 ： 一列 驱动：一根凸轮轴驱动
进排气道：
汽油机：臵于机体一侧，进气预热 ，提高汽油挥发性 柴油机：臵于机体两侧，防止进气预热，提高充气效率
2.四气门的排列及驱动 某些大排量、高转速、高功率的发动机，由于气门尺寸的限制， 每缸两个气门不能满足换气的需要，而采用三气门(两进一排)或四 气门(两进两排)，因此必须有使两同名气门同步开闭的驱动装臵。 每缸采用四个气门时，其气门排列的方案有二种：
气门开启的结构方法：
利用摇臂驱动：摇臂设置在凸轮与气门杆之间，通过选择
摇臂两段长度比来改变气门升程的大小。（适用升程较大
发动机）
优点：气门间隙的调整方便。 缺点：结构复杂，使气缸盖总成结构不紧凑，尺寸大。 利用凸轮轴驱动：用凸轮轴直接驱动气门。 优点：零件少；气缸盖布置空间大，利于减小气门夹角。 缺点：气门升程不能太大。
汽车构造(上)第三章
配气相位演示
四、气门间隙
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 进气门 排气门 间隙 0.25~0.30mm 0.30~0.35mm
气门间隙
作用：给热膨胀留有余地、保证气门密封 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。
2、进气迟闭角：从下止点到进气门关闭所对应的曲轴转角。
目的：利用压差，气流惯性，提高充量 （β=40º — 80º ）。
二、排气定时：包括（排气提前角γ，排气迟闭角δ）
1、排气提前角：排气门在下止点前开始开启，从开始开启 到下止点所对应的曲轴转角（γ=40º — 80º ）。
目的：利用压差进行排气。（作功接近终了时，缸内压力P=3— 4个大气压）
单缸4气门
(1)不同名气门排成两列 (2)同名气门排成同一列
充气效率较高，可适当减 小气门升程，改善配气机 构的动力性，
单缸2气门
一个进气门和一个排气门 大多数采用所有气门沿机体 纵向轴线排成一列的方式。
单缸3气门
单缸5气门
（5）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： 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。
第三章 配气机构解析
第二节
气门驱动组的主要机件
一、凸轮轴及其驱动装置
(一)凸轮轴的功用
1. 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、配气相位及 气门开度变化规律等要求。 2. 驱动汽油泵、机油泵和分电器等。
（二）凸轮轴的构造
凸轮轴主要由凸轮、凸轮轴轴颈等组成。
对于下置式凸轮轴，还有偏心轮(用于驱动汽
(2)吸收气门在开启和关闭过程中传动零件所产 生的惯性力，以防止各种传动件彼此分离而 破坏配气机构正常工作。
三、摇臂和摇臂组
1.功用：
将推杆或凸轮 传来的推力传给 气门使其开启。
2. 结构
摇臂装在摇臂轴上，摇臂轴通过
摇臂轴支座装在气缸盖上。摇臂是
一个不等臂杠杆，其长臂一端驱动 气门。
3. 浮动式摇臂
其摇臂没有 中间支承轴，是 在导槽中浮动的 安装。摇臂的一 端安装在气缸盖 的液力挺柱上， 另一端驱动气门， 凸轮抵在摇臂的
入中间惰轮传动
1. 齿轮传动
（3）正时齿轮都用斜齿轮并用不同材料制成，以
减小噪声和磨损。通常小齿轮用中碳钢，大齿轮柴
油机用钢而汽油机用夹布胶木或塑料。
1. 齿轮传动
（4）正时齿轮上有正
时记号，装配时必须
使记号对齐，以保证
配气正时。
2. 链条传动
（1）链条传动使用寿命
长，但噪声大，一般用
于上置凸轮轴的发动机
a-气门锁片固定；b-圆柱销固定 1-气缸盖；2-气门杆；3-气门弹簧；4-气门弹簧振动阻尼器；5-气门油封；6-气门弹 簧座；7-气门锁片；8-圆柱销；9-气门导管
三、气门导管
1. 作用
（1 ） 为气门运动导向。
（2）
汽车构造-第三章-配气机构
二、气门座和气门座圈
（５） 是否镶座的几种情况 1） 铝合金气缸盖必须镶双座圈，因其耐磨、耐热性差。 2） 有的汽油机的排气门镶座圈，而进气门不镶座圈。因为
排气门座热负荷大，而进气管中真空度大，会从气门导管间 隙吸进少量机油，对进气门座进行润滑。 3)柴油机一般情况是进、排气门都镶座，有的柴油机只镶进气 门座圈，这是由于柴油机的废气往往在排气过程中还有未燃 完的柴油，可对排气门座进行润滑。而柴油机因没有节气门， 进气管中真空度小，难以从进气门导管处吸进机油，对进气 门座进行润滑。
4、顶置气门配气机构的分类 （1）按凸轮轴的位置 （2）按气门驱动形式 （3）按凸轮轴传动的形式 （4）按每缸气门数及其排列方式
第一节 配气机构的功用和组成
4、顶置气门配气机构的分类 （1）按凸轮轴的位置 凸轮轴下置式、凸轮轴中置式、凸轮轴上置式。
凸轮轴下置式
凸轮轴中置式
第二节配气定时及气门间隙
气门间隙过大过小的危害？ 间隙过小: 热态下使气门关闭不严而发生漏气，导致功率下降，
甚至烧坏气门。 间隙过大: (1)将在气门与气门座以及各传动件之间产生撞击和
响声。（2）使气门开启的持续时间减少，气缸充气 和排气情况变坏。
气门间隙
可变配气定时机构
180º+α+β
第二节配气定时及气门间隙
排气提前角：从排气门开启到活塞到达下止点，曲 轴转角；γ一般为：40º-80º
排气迟后角：从排气行程上止点到排气门关闭，曲 轴转角；δ一般为：10º-30º
排气持续角：排气门开启持续时间的曲轴转角。 180º+γ+δ
第二节配气定时及气门间隙
（1）进气提前的目的 进气开始时进气门有较大的开度或较大的进气通过
课件3配气机构
3 、凸轮轴上置式 优点：机构刚度最好； 缺点：凸轮轴驱动复杂。
第三章 配气机构
第一节 配气机构的功用及组成
第三章 配气机构
第一节 配气机构的功用及组成
第三章 配气机构
第一节 配气机构的功用及组成
第三章 配气机构
第二节 配气定时及气门间隙
一、配气定时
指以曲轴转角所表示的进、排气门实际开闭时刻及其所持续的时 间。用相对于上、下ห้องสมุดไป่ตู้点的曲轴转角的环形图（配气相位图）表示。
四、气门弹簧
保证气门及时落座并紧紧贴合，同时防止发动机振动时气门跳动。 为防止共振，可采取以下措施：① 双气门弹簧；② 变螺距弹簧；③ 锥形弹簧
第三章 配气机构
第三节 气门组
五、气门旋转机构
可使气门头沿圆周温度分布均匀，同时，摩擦锥面上的摩擦力能阻止 沉积物形成。
通过变厚度凹槽的设计，使得气门旋转。
第四节 气门传动组
3、 液力挺柱
使用液力挺柱， 实现了零气门间隙。
第三章 配气机构
第四节 气门传动组
三、推杆
将从挺柱传来的力传给摇臂。要求其抗 弯曲刚度高，质量小，两端焊球头和球座。
第三章 配气机构
第四节 气门传动组
四、摇臂
将推杆或凸轮传来的运动和作用力改变方向传给气门。
第三章 配气机构
第四节 气门传动组
加工复杂。
第三章 配气机构
第三节 气门组
3 、气门密封
气门密封锥面的锥角为气门锥角，一般为45° ，也有的为30° 。
第三章 配气机构
第三节 气门组
4 、气门散热
气门头部的热量直接通 过气门座以及通过气门杆、 经气门导管而传到气缸盖 上，最终被冷却液带走。
第三章-配气机构概述PPT课件
2020年9月28日
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4．组成 包括气门组和气门传动组
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第二节 配气机构的主要零部件
1．气门组 构成：气门、气门座、
气门导管、气门 弹簧、锁片等。
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气门组实物图
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（1）气门 功用：控制进、排气管的开闭 工作条件： 承受高温、高压、冲击、
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2．充气效率
新鲜空气或可燃混合气被吸入气缸愈多，则发动机可能 发出的功率愈大。新鲜空气或可燃混合气充满气缸的程度， 用充气效率表示。越高，表明进入气缸的新气越多，可燃混 合气燃烧时可能放出的热量也就越大，发动机的功率越大。
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3. 型式 (1) 气门布置方式
与气门座配对研磨。
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气门头顶部形状有平顶，球面顶和喇叭形顶等。
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➢ 平顶：结构简单、制造方便、吸热面积小，质量小、进、 排气门均可采用。
➢ 球面顶：适用于排气门，强度高，排气阻力小，废气的 清除效果好，但受热面积大，质量和惯性力大，加工较复 杂。
➢ 喇叭形顶：适用于进气门，进气阻力小，但受热面积大。 ➢ 有的发动机进气门头部直径比排气门大，两气门一样大时，
气门顶置式配气机构、气门侧置式配气机构
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气门位于气缸盖上称为气门顶置式配气机构，由凸轮、挺柱、
推杆、摇臂、气门和气门弹簧等组成。其特点，进气阻力小， 燃烧室结构紧凑，气流搅动大，能达到较高的压缩比，目前国 产的汽车发动机都采用气门顶置式配气机构。
第3章配气机构
• 1.配气定时工作原理
•
配气定时就是进、排气门的实际开闭时刻，通常用相对于上、下止点曲拐位置的曲轴转角的环
形图来表示。这种图形称为配气定时图(如图3-7所示)。
• 2.可变配气定时典型机构
•
20世纪90年代初，日本本川公司推出了一种既可改变配气定时，又能改受气门运动规律的可变
气门正时和气门升程电子控制机构，称为VTEC机构。其配气凸轮轴上布置了高速机低速两种凸轮，采用了
并将气门杆所承受的热量传给汽缸盖。气门导管为一空心管状结构，如图3-19所示。气门导管压装在汽缸
盖上的导管孔中，其外圆柱面与导管孔的配合有一定的过盈量，以保计良好的传热性能和防止松脱。有些
发动机为防止气门导管脱落，利用卡环对气门导管定位。气门导管的下端仲入气道，为减小对气流造成的
阻力，仲入气道的部分制成锥形。
但位于气门组上方，凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门开启和关闭，省去了推杆，使往复运动质量大大减小。
但此种布置使凸轮轴距离曲轴较远，因此不便于使用齿轮传动，现多采用同步齿形胶带传动。这种结构形
式的气门传动组主要由凸轮轴、同步齿形胶带、摇臂、摇臂轴等组成。
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3.1配气机构的功用及组成
锁片或锁销与气门杆定以保证气门迅速回座，保证气门和气门座密封。
• ②必须克服在气门开闭的过程中气门及传动零件产生的惯性力。
• ③高速度、长时间运转下具有良好的耐久性。
• ④保证气门不会发生跳动。
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3.4气门传动组
图3-2凸轮轴中置式配气机构
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图3-3凸轮轴顶置式配气机构
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第三章 配气机构
第三章配气机构§3-1凸轮机构凸轮机构的分类：按凸轮形状分：1）盘形凸轮2）移动凸轮3）圆柱凸轮按从动件型式分：1）尖底从动件；2）滚子从动件；3）平底从动件按维持高副接触分（锁合）；1）力锁合→弹簧力、重力等2）几何锁合：等径凸轮；等宽凸轮凸轮机构的优点：结构简单、紧凑、设计方便，可实现从动件任意预期运动，因此在机床、纺织机械、轻工机械、印刷机械、机电一体化装配中大量应用。
缺点：1）点、线接触易磨损；2）凸轮轮廓加工困难；3）行程不大§3-2配气机构的作用是按照发动机每一缸内所进行的工作循环和发火顺序的要求，定时开启和关闭各气缸的进、排气门，使新鲜可染混合气（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除。
新鲜空气或可染混合气被吸入气缸越多，则发动机可能发出的功率越大，新鲜混合气或空气充满气缸的程度，用充气效率来表示。
充气效率=在进气行程中实际进入气缸的新鲜空气或可染混合气的质量/充满气缸工作容积的质量。
充气效率越高，表明进入气缸内的新鲜空气或可染混合气质量越多，燃烧混合气可能发出的热量越大，发动机的功率越大。
对一定容积的发动机而言，V一定，质量与进气终了的T和P有关，进气的T和P越低，进气质量越大，充气效率越高。
但由于进气系统对气体造成阻力使进气终了时的气缸内压力下降，有因为上一轮循环中残余的高温废气，使进气终了气体温度升高，实际进入气体的质量总小于在一般张态下的充满气缸气体的质量。
也就是说，充气效率总小于1。
一般为0.8~0.9。
一、配气机构的分类配气机构可以从不同角度分类。
按气门的布置型式，主要有气门顶置式和气门侧置式；按凸轮轴的布置位置，可分为凸轮轴下置式，凸轮轴中置式；和凸轮轴上置式；按曲轴和凸轮轴的传动方式，可分为齿轮传动式和链条传动式和齿带传动式。
按每气缸气门数目，有二气门式、四气门式等。
1．气门的分布型式气门顶置式配气机构应用最广泛，其进气门和排气门都倒挂在气缸上。
第三章 配气机构 第一节 气门式配气机构的布置与传动 第二节 气门式配气机构的主要零部件 工程机械内
第二节 气门式配气机构的主要零部件
一、气门组
气门组应保证气门能够实现气 缸的密封，因此要求： ➢ 气门头部与气门座贴合严密； ➢ 气门导管与气门杆的上下运动有 良好的导向； ➢ 气门弹簧的两端面与气门杆的中 心线相垂直，以保证气门头在气门 座上不偏斜； ➢ 气门弹簧的弹力足以克服气门及 其传动件的运动惯性力，使气门能 迅速关闭，并保证气门紧压在气门 座上。
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第二节 气门式配气机构的主要零部件
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采用铝合金气缸盖的发动机，气门座必须镶嵌。
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第二节 气门式配气机构的主要零部件
一、气门组
4. 气门弹簧
功用：保证气门及时落座 并和气门座紧密贴合，防 止气门在开闭过程中因气 门及传动件的惯性力产生 彼此脱开的现象。气门弹 簧多为圆柱形螺旋弹簧。
有些高速内燃机上，一个气门同心安装螺旋方向相反的
内外两个弹簧，不但能够防止共振，并且当一根弹簧断
筒式 滚轮式
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第二节 气门式配气机构的主要零部件
二、气门传液压挺柱
可消除配气机构
的间隙，减小各零件 柱塞 的冲击载荷和噪声，
提高发动机高速时的
性能，在轿车发动机 碟形
上被广泛地采用。
弹簧
挺杆 体
卡环
支承 座
柱塞 内腔 阀架 压力室 单向阀
柱塞 弹簧
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第二节 气门式配气机构的主要零部件
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第一节 气门式配气机构的布置与传动
三、曲轴和凸轮轴的传动
2. 链传动和齿形带传动
➢链 条 与 链 轮 的 传 动 适 用于凸轮轴上置的配气 机构，但其工作可靠性 和耐久性一般不如齿轮 传动。 ➢齿 形 带 传 动 的 优 点 是 噪声小、质量小、成本 低。缺点是需定期更换。
发动机第三章-配气机构
第一节 配气机构的功用及组成第二节 配气定时及气门间隙第三节 气门组第四节 气门传动组思考题１、试比较凸轮轴下置式、中置式和上置式配气机构的优缺点及其各自的应用范围。
２、进、排气门为什么要早开晚关?３、为什么在采用机械挺柱的配气机构中要预留气门间隙?怎样调整气门间隙?为什么采用液力挺柱或气门间隙补偿器的配气机构可以实现零气门间隙?４、如何根据凸轮轴判定发动机工作顺序?５、如何确定异名凸轮的相对角位置?６、试述两种可变配气定时机构的工作原理及其各自的优缺点。
目前，四冲程汽车发动机都采用气门式配气机构。
其功用是按照发动机的工作顺序和工作循环的要求，定时开启和关闭各缸的进、排气门，使新气进入气缸，废气从气缸排出。
进入气缸内的新气数量或称进气量对发动机性能的影响很大。
进气量越多，发动机的有效功率和转矩越大。
因此，配气机构首先要保证进气充分，进气量尽可能的多；同时，废气要排除干净，因为气缸内残留的废气越多，进气量将会越少。
第一节 配气机构的功用及组成气门式配气机构由气门组和气门传动组两部分组成，每组的零件组成则与气门的位置、凸轮轴的位置和气门驱动形式等有关。
现代汽车发动机均采用顶置气门，即进、排气门置于气缸盖内，倒挂在气缸顶上。
凸轮轴的位置有下置式、中置式和上置式3种。
一、凸轮轴下置式配气机构凸轮轴置于曲轴箱内的配气机构为凸轮轴下置式配气机构。
其中气门组零件包括气门、气门座圈、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座和气门锁夹等；气门传动组零件则包括凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴、摇臂轴座和气门间隙调整螺钉等。
下置凸轮轴由曲轴定时齿轮驱动。
发动机工作时，曲轴通过定时齿轮驱动凸轮轴旋转。
当凸轮的上升段顶起挺柱时，经推杆和气门间隙调整螺钉推动摇臂绕摇臂轴摆动，压缩气门弹簧使气门开启。
当凸轮的下降段与挺柱接触时，气门在气门弹簧力的作用下逐渐关闭。
四冲程发动机每完成一个工作循环，每个气缸进、排气一次。
这时曲轴转两周，而凸轮轴只旋转一周，所以曲轴与凸轮轴的转速比或传动比为2∶1。
第三章-配气机构2-3节.
（4）气门直径：同一气缸上进气门头部直径大、排气门头部直径小。
原因：进气压差小，流速低，排气压差大，流速高，按进出气
体流量相等原则，可以进大、排小。此外，进气门头部直径较 大的好处是增加进气量，提高充气效率，从而提高发电机功率。
排气门头部直径较小的好处是减轻了排气门的热负荷。
1、凸轮轴： 工作特点：受到气门间歇性开启的周期性冲击性载荷。... 要求：足够的（心部）冲击韧性和刚度，凸轮表面耐磨。... 材料：优质钢模锻，合金铸铁或球墨铸铁铸造，凸轮和轴颈表 面经热处理后精磨。... 结构：凸轮、轴颈、驱动机油泵和分电盘的蜗轮、驱动汽油泵 的偏心轮（传统汽油机的混合式凸轮轴，如图示）。... 分类：a：混合式凸轮轴----进、排气凸轮在一根凸轮轴上。 b：单一凸轮轴----同名凸轮在一根凸轮轴上。… 凸轮：（1）各缸同名凸轮之间夹角----各缸发火次序确定的 发火间隔角确定。如4缸机，为720°/2/4=90°凸 轮夹角（图示）... （2）每缸进、排气凸轮之间夹角----配气相位及气门 机构几何运动关系确定。如6100Q型汽油机，气 门垂直布置，气门及挺柱、推杆皆直上直下运动， 凸轮外形对称，e1=40°CA， e2=19°CA， i1=20°CA， i2=56°CA。
柴油机大部分用铸铁气缸盖， 气门座圈过盈压配，但容易压 碎；汽油机用铝合金气缸盖， 采用气门座圈过盈压配方式时， 需在气门座圈外圆上切几道环 槽（图示）。... 3、气门导管： 作用：导向---气门杆直线运动； 传热---气门杆热量。... 结构：台阶圆筒，过盈压配在气缸 盖上，下端伸入气道内部。... 工作特点：高温、润滑不良、与 气门杆高速滑动。... 要求：耐热、耐磨。... 材料：灰铸铁、球墨铸铁、铁基 粉末冶金。
c、凸球面形----强度高，排气阻力小，易清除废气，但吸热面 积大，质量大，加工复杂，仅适用于排气门。...
第三章 配气机构
气门头部的机构型式
气门锥角：气门头部与气门座接触的平面，和气
门顶平面的夹角。一般为45。 气门头部与气门座之间的密封锥面在装配前，必须相 互研磨，以保证良好的配合。
2、气门座： 一般在气缸盖上直接镗出。 功用：与气门头部共同对气缸起密封 作用，并接受气门传来的热量。 工作条件：高温、磨损严重。 类型：直接镗出（进气门座）、镶嵌 式（排气门和铝合金发动机的进、 排气门座）。
四缸四冲程汽油机凸轮轴
六缸四冲程汽油机凸轮轴
驱动：用曲轴通过一对正时齿轮驱动。在装配
曲轴与凸轮轴时必须将正时记号对挺柱
功用： 将凸轮的推力
传给推杆或气门，并 承受凸轮轴旋转时所 施加的侧向力。
结构形式 ：筒式、滚
轮式。
材料：镍硌合金、冷
激合金铸铁。
可拆式挺柱导向体
无噪声摇臂 （2）
四、气缸数自动可变化机构简介
发动机通过一个电脑控制的电子机械结构， 根据汽车的行驶状况，改变发动机的排 气量，使选定气缸的气门停止工作，达 到工作的气缸数自动变化的目的。 1、结构 组成：由气门配气结构；（图3-38） 气门选择器组成。（图3-39）
气门配气机构
气门选择器
1、气门
组成：头部和杆部。 功用：头部是用来密封气缸的进、排气通道；杆部是用 来为气门的运动导向。 工作条件：受高温、气体压力、气门弹簧力以及传动零 件惯性力的作用。 材料：进气门：中碳合金钢、耐热合金钢； 排气门：耐热合金钢； 形状、结构：气门头顶面：平顶、球面顶、喇叭顶。 平顶：机构简单、制造方便。目前使用最多。 球面顶：强度高、排气阻力小、废气的清除效果好。用 于排气门。 喇叭顶：进气阻力小、顶部受热面积大。用于进气门。
一、气门式配气机构的布置与传动
汽车构造。配气机构
第三章配气机构配气机构是控制发动机进气和排气的装置，其作用是按照发动机的工作次序和各缸工作循环的要求，定时开启和关闭各缸的进、排气门，以便在进气行程中使尽可能多的可燃混合气（汽油机）或空气（柴油机）进入气缸；在排气行程中将燃烧后生成的废气及时从气缸内排出。
同时配气机构应能保证发动机在压缩行程和做功行程中，气缸具有良好的密封性。
§3—1 概述四冲程车用发动机大都采用气门式配气机构。
其机构形式多种多样，按气门布置形式不同分为气门顶置式和气门侧置式；按每缸气门数目不同分为二气门式和多气门式两种，其中多气门式发动机又分为三气门式、四气门式和五气门式几种；按凸轮轴布置形式不同分为凸轮轴下置式、凸轮轴中置式和凸轮轴上置式；按曲轴和凸轮轴的传送方式不同分为齿轮传动式、链条传动式和齿形带传动式。
一、气门布置形式气门顶置式配气机构是目前应用最广泛的一种配气形式，其结构如图3—1所示，由气门组和气门传动组组成。
气门组包括气门、气门座圈、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座等；其门传动组包括摇臂、摇臂轴、调整螺钉、气门推杆、气门挺柱和凸轮轴等。
图3—1 气门顶置式配气机构1-凸轮轴 2-挺柱 3-推杆 4-摇臂轴 5-调整螺钉 6-摇臂 7-气门弹簧座 8-气门弹簧9-气门导管 10-气门 11-气门座圈 12-气缸盖 13-气缸体发动机工作时，曲轴通过正时齿轮组驱动凸轮轴旋转，当凸轮的凸起部分顶起挺柱时，挺柱推动推杆一起上行，作用于摇臂上的推动力使摇臂绕摇臂轴转动，摇臂的另一端压缩气门弹簧使气门下行，打开气门。
随着凸轮轴的继续转动，当凸轮的凸起部分离开挺柱时，在气门弹簧张力的作用下气门上升而落座，使气门关闭。
由于气门顶置式配气机构的进、排气门倒装在气缸盖上，使燃烧室结构合理，进气阻力小，充气效率高，混合气的行程和燃烧过程得到改善，因而，有利于提高发动机的动力性和经济性，改善了排放指标。
桑塔纳JV型和一汽奥迪JW型发动机均采用这种结构形式。
3第三章 配气机构
课题一 配气机构的结构
1.按照凸轮轴的位置分类
2. 按照配气机构的传动来分类
课题二 配气机构的主要机件
一 、气门组（包括进、排气门及其附属零件）
气门弹簧
气门
课题二 配气机构的主要机件
应当满足的要求： 1.气门头部与气门座贴合严密； 2.气门导管对气门杆的往复运动导向良好； 3.气门弹簧两端面与气门杆中心线相互垂直，以
第3章: 配气机构
课题一 配气机构的结构 课题二 配气机构的主要机件 课题三 配气相位 课题四 发动机的换气过程 课题五 可变配气相位与气门升程 电子控制
1
课题一 配气机构的结构
一、配气机构的功用
配气机构是控制发动机进气和排气的装置， 其作用是按照发动机的工作循环和发火次 序的要求，定时开启和关闭各缸的进排气 门，以便在进气行程时尽可能多的混合气 或者空气进入气缸，在排气行程将废气快 速排出气缸。
VSS(Vehicle Speed Sensor )车速传感器
ECTS(Engine Coolant Temperature Sensor)发 动机冷却液温度
Solenoid Valve
电磁阀
Camshaft
凸轮轴
Rocker arm
摇臂
Rocker arm shaft
摇臂轴
二、原理
配气相位图
配气相位角： ①进气提前角：α 一般为：10º-30º ②进气迟后角：β 一般为：40º-80º ③进气持续角： 进气门开启持续时间的曲轴转
角。180º+α+β ④排气提前角：γ 一般为：40º-80º ⑤排气迟后角：δ 一般为：10º-30º ⑥排气持续角：排气门开启持续时间的曲轴转角。
一汽奥迪发动机液力挺柱
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4、气门弹簧 作用：克服气门及传动件惯性力，防止 出现间隙，保证气门及时关闭且 紧密贴合，不会因发动机振动等 原因出现气门不正常开启现象。... 要求：（1）足够的刚度及安装预紧力 （2） 疲劳强度高 （3）加工精度高，如垂直度要求、 自由公差小等。... 材料：高碳锰钢、铬钒钢等冷拔钢丝， 加工后要经热处理。... 结构特点： （1）压缩弹簧：1）圆柱弹簧（等螺距、变螺距）； 2）圆锥弹簧。...
结构特点： （1）筒式：上面 凹腔与推杆球面接 触，推杆作小幅度 摆动，适用于顶置 气门式配气机构 （质量小）。
（2）菌式：实心 体，适用于侧置
气门式配气机构。
（3）滚轮式：底面是 滚轮，改善磨损，减
小侧压力，船用机。
能自动消除气门间隙液压挺柱结构示意图： 挺柱体9由上盖和圆柱体激光堆焊而成。... 液压缸12与挺柱体9内孔精密配合，座落 在气门杆尾端。... 柱塞11与液压缸12内孔精密配合。... 液压缸12底部装有补偿弹簧13，上端 座落单向球阀5。... 主油道来的机油经过气缸盖油道2通过 挺柱体9侧面的油孔、上盖底部的键形 槽7流入柱塞11内腔形成低压油腔。...
（4）气门直径：同一气缸上进气门头部直径大、排气门头部直径小。
原因：进气压差小，流速低，排气压差大，流速高，按进出气
体流量相等原则，可以进大、排小。此外，进气门头部直径较 大的好处是增加进气量，提高充气效率，从而提高发电机功率。
排气门头部直径较小的好处是减轻了排气门的热负荷。
1、凸轮轴： 工作特点：受到气门间歇性开启的周期性冲击性载荷。... 要求：足够的（心部）冲击韧性和刚度，凸轮表面耐磨。... 材料：优质钢模锻，合金铸铁或球墨铸铁铸造，凸轮和轴颈表 面经热处理后精磨。... 结构：凸轮、轴颈、驱动机油泵和分电盘的蜗轮、驱动汽油泵 的偏心轮（传统汽油机的混合式凸轮轴，如图示）。... 分类：a：混合式凸轮轴----进、排气凸轮在一根凸轮轴上。 b：单一凸轮轴----同名凸轮在一根凸轮轴上。… 凸轮：（1）各缸同名凸轮之间夹角----各缸发火次序确定的 发火间隔角确定。如4缸机，为720°/2/4=90°凸 轮夹角（图示）... （2）每缸进、排气凸轮之间夹角----配气相位及气门 机构几何运动关系确定。如6100Q型汽油机，气 门垂直布置，气门及挺柱、推杆皆直上直下运动， 凸轮外形对称，e1=40°CA， e2=19°CA， i1=20°CA， i2=56°CA。
凸轮转动时，挺柱体9与柱塞11下移，液压缸12底部容积减小，油 压升高，加上补偿弹簧13的作用，使单向球阀5关闭，形成高压油 腔。由于液体不可压缩性，液压挺柱犹如刚体一样移动，打开气门。 此时气缸盖油道2不再向低压油腔供油。
液压挺柱开始上行时，由于气 门弹簧和凸轮下压的作用，高 压油腔继续关闭，直至转到凸 轮基圆接触处，气门关闭，此 时，气门杆、液压缸12不再上 移，高压油腔容积在补偿弹簧 13弹力的作用下增大，高压油 腔压力下降，在主油道油压的 作用下，克服补偿弹簧13弹力， 推开单向球阀5，使两腔相通。
柴油机大部分用铸铁气缸盖， 气门座圈过盈压配，但容易压 碎；汽油机用铝合金气缸盖， 采用气门座圈过盈压配方式时， 需在气门座圈外圆上切几道环 槽（图示）。... 3、气门导管： 作用：导向---气门杆直线运动； 传热---气门杆热量。... 结构：台阶圆筒，过盈压配在气缸 盖上，下端伸入气道内部。... 工作特点：高温、润滑不良、与 气门杆高速滑动。... 要求：耐热、耐磨。... 材料：灰铸铁、球墨铸铁、铁基 粉末冶金。
第二节 配气相位
配气相位：用曲轴转角表示进、排气门开闭时刻，并用圆弧表 示气门的开启角度和关闭角度。
为什么气门要提前开启和迟后关闭？ 原因：1、进气门早开：减少节流损失 2、进气门迟闭：利用气流惯性多进气 3、排气门早开：（1）自由排气，排除大部分废气 （2）减少压缩负功 4、排气门迟闭：利用气流惯性多排气... 气门重叠角：在进气上止点前后，有一段时间进、排气门同时开 启，重叠的曲轴转角叫气门重叠角。... 汽油机气门重叠角为什么不能过大？ 原因：如果过大，在怠速或低负荷运转时，节气门开度极小，进 气管内真空度很大，废气会倒流入进气管内。这既会造成废气稀 释，又会引起进气管内“放炮”现象。... 最佳的气门重叠角随发动机转速上升而增大；... 汽油机的气门重叠角<柴油机。... 活塞顶一般需设避阀坑（气门重叠角大者避阀坑较深，压缩 比大者避阀坑较深）。
补偿弹簧13的作用是始终使液压 挺柱顶面与凸轮形线接触，以消 除气门间隙。 当气门杆受热伸长时，高压油腔内的油液可经过柱塞11与液压 缸12之间的间隙挤入低压油腔，因此，可以不预留气门间隙。
注意：在频繁起动时，使低压油腔中存油减少，或者说低压油腔 仅部分存油时，储油容量不足以在起动过程中完全充满高压油腔， 高压油腔必然要吸入空气。由于空气是可压缩的，挺柱不能再视 作刚体，从而使气门传动机构产生敲击 声。随着运行的继续，挺柱内存留的空 气通过柱塞与油缸之间的间隙，以及挺 柱体与缸盖挺柱体孔之间的间隙逃逸， 直到空气完全排尽，敲击声消失。 3、推杆： 作用：将从凸轮轴经过挺柱传来的推力 传给摇臂。 要求：足够的刚度（长度短），质量轻。 材料及结构：图示。 一般是钢制，对缸体与缸盖都是铝合金 的发动机，用硬铝制造。 推杆可以是实心或空心的。下端同外凸 球面支座锻成一个整体；上端同外凸或 内凹球面支座锻成一个整体。
(180 + e1+ e2)/2 °CA
2 °CA
(180 + i1+ i2)/2 °CA
i1
e2
BDC 180°CA e1
排气行程
TDC
180°CA 进气行程
BDC
i2
2 =(e1+ 180°+ 180°+ i2) - (180° + e1+ e2)/2 -(180° + i1+ i2)/2 =90°+(e1+ i2- e2- i1)/4 = 90°+(40°+56°-19°-20°) =104°15´（凸轮转角）
1）保证配气相位； （3）凸轮几何形线： 2）合适的气门升程及其运动规律。... 如图示，A点：挺柱始升点 缓冲段---消除气门间隙，控 B点：气门始升点 制气门开启和落座速度。 C点：最高点。 BCD段：工作段----决定了凸轮（最大）升程及其 运动规律。 D点：气门最早落座点。 E点：挺柱运动终点。 气门升程大小直接影响气门开启时流通截 面积的大小，但也不是愈大愈好： a:气门升程有上限---不超过进气道最小流 通截面积； b:气门升程愈大，最大负加速度愈大，惯 性力愈大，容易发生脱离； c:气门升程愈大，容易与活塞顶发生干涉，避 阀坑较深。解决办法----采用多气门方案。
b：摇臂驱动气门式： 凸轮轴、气门摇臂及摇臂轴、正时齿轮（带中间齿轮）或正时 链轮（带链条、张紧器等）或正时带轮（带齿形皮带、张紧器等）。
（3）气门锥角：45°或30 °。...
气门锥角较小，则在气 门升程相同的情况下，气流 通过断面较大。但头部厚度 较薄，刚度差，密封性差， 仅适用于进气门（ 30 °）， 排气门均用45°锥角（热负 荷高）。
c、凸球面形----强度高，排气阻力小，易清除废气，但吸热面 积大，质量大，加工复杂，仅适用于排气门。...
（5）气门杆端形状： 决定于气门弹簧座的固定形式： 1）两半锥形锁片---尾端沉割槽； 2）锁销---尾端径向小孔。... 2、气门座 作用：1）传热（气门头部热量）； 2）密封（燃烧室）。... 工作特点：高温、高接触应力、 润滑不良、冷却条件差。... 结构：（1）气缸盖或气缸体上 直接镗出---铸铁气缸盖，低性能 要求；... （2）气门座圈过盈压配---耐 高温、耐磨的合金铸铁或奥氏 体钢材料制成的气门座圈，但 容易脱落，导热性差。
4、气门摇臂： 作用：双臂杠杆作用，一则改变推杆力方向，从而使气门运动方向 不同于推杆运动方向；二则在较小的凸轮升程下增大了气门升程。
要求：刚度大（机构刚度的一部分），质量轻（自身质量的1/3作 为机构往复惯性质量），两端工作表面耐磨（渡铬）。
材料：45号钢冲压或铸铁、铸钢精铸而成。 结构：厚度方向呈“工字形”截面，钻有润滑油道，来自凸轮轴中 心控油道、摇臂轴承孔的机油通过摇臂自身斜钻的油道流向两端， 润滑推杆与气门两端的接触工作表面。
一、气门 （1）结构：由头部和杆部组成。... 工作特点：高温、高压、润滑不良、冷却条件差。... 要求：足够的强度、刚度、耐热和耐磨。... 材料：进气门—合金钢（如铬钢或镍铬钢等）。…. 排气门—耐热钢（如硅铬钢等），为节约成本，多采 用头部用耐热合金钢、杆部用合金钢的堆焊形式。... 结构特点：（1）杆部至头部圆滑过渡---提高刚度。... （2）气门头部形状： a、平顶---结构简单，制造方便，吸热面积小，质量小，适用 于进、排气门；... b、喇叭形---杆部至头部过渡圆弧半径大，刚度好，进气阻力小， 但吸热面积大，仅用于进气门；...
（2）内外两根弹簧，可使安装高度减小，注意螺旋方向相反。
二、气及配气相位规定的时刻开、闭， 且保证一定的气门升程和合适的气门运动规律。... 组成：与气门布置形式、凸轮轴布置形式及传动方式有关。... （一）侧置气门式配气机构：正时齿轮副、下置凸轮轴、挺杆。... （二）顶置气门式配气机构： 1、下置凸轮轴：正时齿轮副、下置凸轮轴、挺柱、推杆、气门 摇臂及摇臂轴。... 2、顶置凸轮轴： a：凸轮直接驱动气门式： 凸轮轴、正时齿轮（带中间齿轮）或正时链轮（带链条、张紧 器等）或正时带轮（带齿形皮带、张紧器等）。...
凸轮轴的正时传动：正时齿轮有正时记号，装配时必须对准，如 图示。
凸轮轴安装与拆卸时轴 承盖连接螺栓应有一定 的次序要求：
（5）凸轮轴的轴向定位： 2、挺柱： 工作特点：将凸轮推力传 给推杆或气门杆，并承受 凸轮旋转时所施加的侧向 力。... 要求：质量小、刚度大、 耐磨。... 材料：镍铬合金铸铁或冷 激合金铸铁，其摩擦表面 应经热处理后精磨。