第四章：配气机构

气门的布置形式
图3-1 气门顶置式配气机构 1—气缸盖 2—气门导管 3—气 门 4—气门主弹簧 5—气门副弹 簧 6—气门弹簧座 7—锁片 8—气门室罩 9—摇臂轴 10—摇臂 11—锁紧螺母 12—调整螺钉 13—推杆 14—挺柱 15—凸轮轴
汽车构造
汽车构造
气门的布置形式
汽车构造
进、排气门均布置在气缸体的一侧，压缩比受到 限制，进排气阻力较大，目前已被淘汰。
链传动式
用于中置式和上置式 凸轮轴的传动，尤其 是上置式凸轮轴的 高速汽油机采用较多。 链条一般为滚子链，工作时 应保持一定的张紧度，不使 其产生振动和噪声。为此在 链传动机构中装有导链板并 在链条的松边装置张紧器。
汽车构造
配气机构的传动方式
汽车构造
链传动
配气机构的传动方式
齿轮传动式
用于下置式和中置式 凸轮轴的传动，汽油机 只用一对定时齿轮，即 曲轴正时齿轮和凸轮轴 正时齿轮。柴油机还需 要驱动喷油泵，所以 增加一个中间齿轮。
力。有利于密封与传热及挤掉密封锥面上的积炭。
气门组
汽车构造
气门组
气门传热 气门头部接受的热量，一部分经气门座圈 传给气缸盖，另一部分通过气门杆和气门 导管也传给气缸盖，最终被气缸盖水 套中的冷却液带走。 气门密封锥面必须严密贴合 研磨气门与气门座圈的密封锥面 气门杆与气门导管配合间隙尽量小。 气门头向气门杆过渡部分的几何形状应尽 量做到圆滑，以增加强度并减少热流阻力。
汽车构造
凸轮轴的布置形式
汽车构造
凸轮轴上置式
配气机构的传动方式
同步齿形带传动式
用于上置式凸轮轴的传动 主要优点：噪声小、质量 轻、成本低、工作可靠、 不需要润滑；齿形带伸长 量小，适合有精确定时要 求的传动，轿车发动机多 采用。
汽车构造
配气机构的传动方式
汽车构造
正时 皮带
配气机构的传动方式
汽车构造
气门驱动方式
摇臂驱动式
汽车构造
摇臂驱动、单凸轮轴上置式配气机构：凸轮轴直接驱动摇臂，摇臂 直接驱动气门或凸轮轴推动挺柱，挺柱推动摇臂，摇臂再驱动气门。
气门驱动方式
汽车构造
气门驱动方式
摆臂驱动式
汽车构造
摆臂驱动、双凸轮轴上置式配气机构：摆臂驱动比摇臂驱动刚度更 好，更有利于高速发动机，在轿车发动机上应用广泛。（DOHC)
气门驱动方式
汽车构造
气门驱动方式
汽车构造
3.直接驱动、凸轮轴上置式配气机构 凸轮通过吊杯形机械挺柱驱动气门；或通过吊杯形液力挺柱驱
动气门。 直接驱动式配气机构的刚度最大，驱动气门的能量损失最小。
因此，在高度强化的轿车发动机上得到广泛的应用。如奥迪、 捷达、桑塔纳、马自达6、欧宝V6、奔弛320E等均为直接驱动 式配气机构。
凸轮轴的布置形式
汽车构造
凸轮轴的位置有下置式、中置式和上置式3种。
凸轮轴的布置形式
凸轮轴下置式配气机构 凸轮轴位于曲轴箱内
主要优点： 凸轮轴离曲轴较近， 由曲轴正时齿轮驱动
主要缺点： 传动件多，凸轮轴至 气门的传动链长， 整个机构的刚度差；
多用于较低转速发动机 如：解放CA6102、东风
汽车构造 奥迪2.0升FSI涡轮增压双顶置凸轮轴(DOHC)发动机
气门驱动方式
汽车构造
气门数目和排列方式
每缸气门数 及其排列方式
汽车构造
气门数及排列方式
汽车构造
4.每缸气门数
一般发动机每缸有两个气门，即1个进气门和1个 排气门。进气门头部直径比排气门大15％-30％， 目的是增大进气门通过断面面积，减小进气阻力， 增加进气量。凡是进气门和排气门数量相同时， 进气门头部直径总比排气门大。
凸顶：头部强度刚度大，排气阻力小；但受热面积大， 质量大，加工较复杂。适用于排气门。（球面）
气门组
汽车构造
2.气门锥面
气门锥角：气门锥面与气门顶面之间的夹角。一般为 45°，少数进气门为30°
较小气门锥角：气门通过断面面积较大，进气阻力较 小，可以增加进气量。但气门头部边缘较薄，刚 度较差，致使密封性变差 。 较大气门锥角：可提高气门头部边缘的厚度刚度，气 门落座时有较好的自动对中作用及较大的接触压
簧旋向相反
汽车构造
气门传动组
汽车构造
功用：使气门按发动机配气相位规定的时刻 开、闭，并保证有足够的开度。
组成： 凸轮轴下置式:凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂和摇
臂轴等
凸轮轴上置式:凸轮轴、挺柱、摇臂和摇臂轴等
凸轮轴上置直接驱动气门式：凸轮轴、挺柱等
凸轮轴
汽车构造
功用：配置有各缸进、排气凸轮，使气门按一定的工 作次序和配气相位及时开闭。
汽车构造
气门组
汽车构造
气门弹簧
功用：保证气门关闭时及时落座并能紧密地与气门 座贴合；克服在气门开启时气门及传动件产生的惯 性力；使传动件始终受凸轮控制而不相互脱离 。
工作条件：承受交变载荷；为保证其可靠的工作， 应具有合适的刚度和足够的抗疲劳强度；避免弹簧 锈蚀；两端面必须磨光并与轴线垂直 。
汽车构造
气门组
气门导管结构
与气缸盖的气门导管孔过盈配合（压入），有的发动机不 设气门导管。
有的气门导管设有卡环槽：防松落 有的排气气门导管设有排渣槽：清除沉积物和积炭
气门组
气门油封 功用：气门杆与气门
导管孔需要润滑，机 油又不能太多，否则 机油消耗量增加；为 了控制和减少机油消 耗量，现代汽车发动 机装有气门油封。
工作条件:承受周期性的冲击载荷;表面磨损较严重。
要求：要求表面耐磨，足够韧性和刚度；由优质碳 钢或合金钢锻造；用合金铸铁或球墨铸铁铸造；凸 轮表面经热处理后磨光。
凸轮轴
汽车构造
凸轮轴
汽车构造
1）凸轮廓线 控制进、排气门开闭
时刻、持续时间及开 闭的速度 r0：实际基圆半径 r′0:理论基圆半径 AB/DE：缓冲段，气 门运动速度小，防止 强烈冲击 BCD：工作段 挺柱：A点开始升起， E点停止运动 气门：最迟在B点开 始升起，最早在D点 完全关闭
EQ6100-1、BJ492Q等
摇臂 气门弹 簧座
气门 弹簧
气 门 导 管气
门
曲轴正 时齿轮
汽车构造
调整螺 钉螺母
摇臂轴 摇臂轴 支架
推杆
挺柱
凸轮轴正 时齿轮
汽车构造
凸轮轴的布置形式
工作过程：
驱动
顶起
曲轴正时齿轮———凸轮轴旋转——凸轮的凸起部分—— 挺柱、推杆—
—摇臂摆转——压缩弹簧克服弹力推开气门——凸轮凸起部分顶点转过挺柱—
配气机构
汽车构造
配气机构的布置形式
汽车构造
类型
（1）气门布置形式：气门顶置式；气门侧置式
（2）凸轮轴布置位置：上置式、中置式、下置式
（3）凸轮轴传动方式：齿形带、链、齿轮传动 （4）气门驱动方式：摇臂驱动式；摆臂驱动式；直接
驱动式 （5）每缸气门数及其排列方式：两气门式；多气门式
气门的布置形式
第四章 配气机构
气门式配气机构的布置和传动 气门的布置形式 凸轮轴的布置形式 凸轮轴的传动方式 气门驱动方式 气门间隙
配气相位 气门组 气门传动组
汽车构造
配气机构
功用： 定时开闭进、排气门 保证进气充足，排气彻底
组成： 气门组：气门、气门弹簧座、 气门弹簧、气门导管等 气门传动组：凸轮轴、挺柱、 推杆、摇臂组等 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。
四气门发动机多采用篷形燃烧室，火花塞 布置在燃烧室中央，有利于燃烧。
四气门布置形式
汽车构造
气门间隙
气门间隙:冷态时，当气门处于 关闭状态时，气门与传动件之间 的间隙
气门间隙过小：漏气、气门烧坏 气门间隙过大：传动零件之间、
气门和气门座之间撞击严重，加 速磨损
气门间隙的大小一般由发动 机制造厂根据试验确定。在 冷态时，进气门的间隙一般 为0.25~0.3mm，排气门的间 隙为0.3~0.35mm。
材料：优质冷拔弹簧钢丝如高碳锰钢、铬钒钢等并 经热处理；钢丝表面抛光或喷丸处理，以提高疲劳 强度；表面镀锌、磷化或发蓝处理，是为了避免弹 簧的锈蚀。
气门组
汽车构造
气门组
气门弹簧结构 等螺距圆柱形螺旋弹簧：会发 生共振。为防止共振发生，采取 如下结构措施： 变螺距气门弹簧： 螺距小端向缸盖顶面 锥形气门弹簧： 弹簧大端向缸盖顶面 双气门弹簧：内外直径不同、弹
汽车构造
充气效率
汽车构造
（1）充气效率ηv= M / M0 M：进气过程中，实际充入气缸的进气量； M0：进气状态下充满气缸工作容积的理论进气量。
（2）充气效率的意义及分析
充气效率越高，进气量越大，则发动机发出的功 率越大。
ηv<1（汽油机0.7-0.85，柴油机0.8-0.9）
（3）提高ηv方法 改进结构，减少进气和排气阻力 进排气门的开启时刻和持续开启时间适当
工作条件 ：工作温度很高，承受频率极高 的冲击载荷，容易磨损 。
气门组
气门座圈 气门座圈(铝气缸盖 和多数铸铁缸盖)材料： 合金铸铁、粉末冶金、 奥氏体钢，部分铸铁缸 盖不镶气门座圈。
汽车构造
汽车构造
气门组 气门导管 功用：对气门的运动导向，保证气门作直线 往复运动，使气门和气门座能正确贴合；将气 门杆接受的热量部分传给气缸盖 工作条件：工作温度较高， 润滑条件较差(靠配气机构飞 溅机油润滑)，容易磨损 材料：灰铸铁，球墨铸铁， 铁基粉末冶金
每缸两气门的发动机又称两气门发动机。现代高 性能汽车发动机普遍采用每缸三、四、五个气门， 其中尤以四气门发动机为数最多。
汽车构造
气门数及排列方式
汽车构造
四气门发动机每缸两个进气门，两个排气 门。其突出的优点是气门通过断面积大， 进、排气充分，进气量增加，发动机的转 矩和功率提高。
每缸四个气门，每个气门的头部直径较小， 每个气门的质量减轻，运动惯性力减小， 有利于提高发动机转速。
气门材料：足够的强度、刚度、耐热、耐磨能力 ；
进气门：合金钢(铬钢或镍铬钢) ； 排气门：耐热合金钢(硅铬钢)。有的排气门头部用耐 热合金钢；杆部用铬钢。
气门组
汽车构造
气门组
汽车构造
气门构造
1.气门顶面：
平顶：结构简单、制造方便、受热面积小、质量小； 目前应用最多。进排气门均可用。
凹顶：头部与杆部有较大的过渡圆弧，可以减小进气 阻力；头部弹性较大，能较好适应气门座圈的变形。 适用于进气门，不宜用于排气门。 （喇叭形）
汽车构造
气门组
特殊气门 中空气门杆气门：减轻气门
质量，减小气门运动惯性力， 某些高度强化发动机。 充钠排气门：冷却效果明显， 应用某些风冷和轿车发动机。 钠熔点：97.8 ℃，沸点： 880 ℃。
汽车构造
气门组
汽车Байду номын сангаас造
气门座与气门座圈
气门座的功用：与气门配合对气缸起密封 作用 ；接受气门传来的热量进行散热 。
汽车构造
气门间隙
汽车构造
气门间隙的调整 （1）气门间隙调整螺钉
在摇臂或摆臂上驱动气门的一端，安装有气门间隙调整 螺钉及其锁紧螺母，用扳手松开锁紧螺母，用改锥调整 气门间隙调整螺钉，同时用塞规测试气门间隙符合标准 再用锁紧螺母紧固调整螺钉。 如广州本田雅阁发动机气门间隙：
进气门:0.26±0.02mm；排气门: 0.30±0.02mm
汽车构造
1. 气门顶置式配气机构 四冲程发动机每完成一个工作循环，曲轴转两周，
各缸的进、排气门各开启一次，此时凸轮轴只旋 转一周。因此，曲轴与凸轮轴转速之比（即传动 比）应为2:1。
现代汽车发动机均采用气门顶置，即进、排气门 置于气缸盖内，倒挂在气缸顶上。优点：进气阻 力小，燃烧室结构紧凑，压缩比较高，发动机动 力性好。
气门间隙
汽车构造
气门间隙
汽车构造
零气门间隙
气门组
组成：如右图。 密封要求：
1.气门头部与气门座贴合严密 2.气门导管与气门杆导向良好 3.气门弹簧的弹力足够。 4.气门弹簧两端与气门杆的 中心线垂直
汽车构造
气门组
汽车构造
气门 工作条件:气门工作温度很高（进气门300~400℃，排
气门：700~900℃）；承受气缸压力、弹簧力、传动 组零件惯性力；冷却和润滑条件差、易受腐蚀。
—减小对挺柱的推力——气门在弹簧力作用下逐渐关闭
凸轮轴的布置形式
凸轮轴中置式配气机构 主要优点：
凸轮轴位于气缸体上部， 与凸轮轴下置式相比：
减少了推杆（或推杆较短） 从而减轻了配气机构的往复 运动质量，增大了机构的刚 度，更适于较高转速发动机。
汽车构造
凸轮轴的布置形式
凸轮轴上置式配气机构
凸轮轴安置在气缸盖上， 主要优点：运动件少，凸轮 轴至气门的传动链短，整个 机构的刚度大，适合于高速 发动机; 主要缺点:凸轮轴与曲轴传动 距离较远，一般用同步齿形 带传动或链传动。