第三章 配气机构
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第三章 配气机构
第三章配气机构3.1 概述 (2)3.2 配气相位 (5)3.3 配气机构的零件和组件 (8)3.4 可变进气系统 (21)学习目标：1.掌握配气机构的组成及各零部件的结构特点；2.掌握配气相位、气门间隙；3.掌握凸轮轴的结构特点；4.掌握可变进气系统的结构类型特点。
学习方法：介绍发动机配气机构的结构及组成，通过实物教学和多媒体课件动态演示相结合，并和汽车拆装与调整实践教学相辅相承，使学生掌握各零部件的结构特点和安装要求。
学习内容：§3.1 概述§3.2 配气相位§3.3 配气机构的零件和组件§3.4 用配气相位图分析可调间隙的气门§3.5 可变进气系统学习重点：1.配气相位；2.气门间隙；3.凸轮轴的结构特点；4.可变进气系统的结构类型。
作业习题：1.影响充气效率的因素主要有哪些？2.配气机构的功用是什么？3.如何从一根凸轮轴上找出各缸的进排气凸轮和该发动机的发火顺序？4.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？5.挺柱的类型主要有哪些，液压挺柱有哪些优点？6.可变进气系统主要有哪几种型式？3.1 概述配气机构的功用就是根据每一气缸内所进行的工作循环和点火顺序的要求，定时打开和关闭各缸的进排气门，使新气及时进入气缸和废气及时排出气缸，使换气过程最佳。
好的配气机构应使发动机在各种工况下工作时获得最佳的进气量，以保证发动机在各种工况下工作时发出最好的性能。
发动机在全负荷下工作时，需获得最大功率和扭矩，这就要求在此工况下，配气机构应保证获得最大进气充量。
吸入的进气越多，发动机发出的功率和扭矩越大。
进气充满气缸的程度，常用充气效率 ( 也称充气系数 ) η v 表示。
即：ηv =M/Mo式中M －进气过程中，实际充入气缸的进气量；Mo －在进气状态下充满气缸工作容积的进气量。
一般情况下发动机充气效率η v 总是小于 l 的。
η v 的大致范围是：四冲程汽油机 0.7 ～ 0.85 ；四冲程非增压柴油机 0.75 ～ 0.90 ；四冲程增压柴油机 0.90 ～ 1.05 。
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。
第三章 配气机构
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
功用
概
述
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。
配气结构的要求
1、配气机构要保证进气充分，进气量尽可能的多。 2、废气要排除的干净，因为气缸内残留的废气越多，进气量就 会越少。 3、 配气机构应有利于减少进气和排气的阻力，进、排气门的 开启时刻和持续开启时间很恰当，使近期充分和排气彻底。 4、配齐机构的运动件应具有较小的质量和较大的刚度，使其具 有良好的动力性能。
边缘应保持一定 的厚度，1～3mm。 装配前应将密 封锥面研磨。
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。
3） 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。
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
概述 配气相位 配气机构的组成和零件 可变配气相位
§3.1
功用
概
述
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。
配气结构的要求
1、配气机构要保证进气充分，进气量尽可能的多。 2、废气要排除的干净，因为气缸内残留的废气越多，进气量就 会越少。 3、 配气机构应有利于减少进气和排气的阻力，进、排气门的 开启时刻和持续开启时间很恰当，使近期充分和排气彻底。 4、配齐机构的运动件应具有较小的质量和较大的刚度，使其具 有良好的动力性能。
边缘应保持一定 的厚度，1～3mm。 装配前应将密 封锥面研磨。
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。
3） 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。
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
4第三章_配气机构
10
汽车构造课程
气门侧置式
由凸轮、挺柱、气门和气门弹簧等组成。省去了 推杆、摇臂等另件，简化了结构。
第 三 章 配 气 机 构
进排气门都布 臵在气缸的一侧， 结构简单、零件数 目少。 气门布臵在同 一侧导致燃烧室结 构不紧凑、压缩比 受到限制、热量损 失大、进气道曲折、 进气阻力大，使发 动机性能下降，已
13
汽车构造课程
凸轮 轴下 臵式
第 三 章 配 气 机 构 凸轮 轴中臵
缺点是气门和凸轮轴相距 较远，因而气门传动另件较多 ，结构较复杂，发动机高度也 有所增加。 凸轮轴位于气缸体的中部 ，由凸轮轴经过挺柱直接驱动 摇臂，省去推杆，这种结构称 为凸轮轴中臵配气机构。
凸轮轴直接驱动气门或直 接通过摇臂来驱动气门，既无 挺柱，又无推杆，往复运动质 量大大减小，此结构适于高速 发动机。
圆柱等螺距弹簧
第 三 章 配 气 机 构
不等距弹簧 旋向相反的两个弹簧， 防止断裂的弹簧卡入 另一弹簧
39
汽车构造课程
5.气门旋转机构
功用：为了使气门头部温度均匀，防止局部过热引起 的变形和清除气门座积炭，可设法使气门在工作中 相对气门座缓慢旋转
第 三 章 配 气 机 构
40
汽车构造课程
பைடு நூலகம்
材料：优质弹簧钢板 形状：碟状
三 = M M v 0 章 配 M-进气过程中，实际进入气缸的新气的质量； 气 机 Mo-在理想状态下，充满气缸工作容积的新气质量。 构 对充气效率的分析 ηv < 1（一般为0.8~0.9） 提高ηv方法
η
/
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 。
5
汽车构造课程
四、配气机构工作过程
汽车构造课程
气门侧置式
由凸轮、挺柱、气门和气门弹簧等组成。省去了 推杆、摇臂等另件，简化了结构。
第 三 章 配 气 机 构
进排气门都布 臵在气缸的一侧， 结构简单、零件数 目少。 气门布臵在同 一侧导致燃烧室结 构不紧凑、压缩比 受到限制、热量损 失大、进气道曲折、 进气阻力大，使发 动机性能下降，已
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凸轮 轴下 臵式
第 三 章 配 气 机 构 凸轮 轴中臵
缺点是气门和凸轮轴相距 较远，因而气门传动另件较多 ，结构较复杂，发动机高度也 有所增加。 凸轮轴位于气缸体的中部 ，由凸轮轴经过挺柱直接驱动 摇臂，省去推杆，这种结构称 为凸轮轴中臵配气机构。
凸轮轴直接驱动气门或直 接通过摇臂来驱动气门，既无 挺柱，又无推杆，往复运动质 量大大减小，此结构适于高速 发动机。
圆柱等螺距弹簧
第 三 章 配 气 机 构
不等距弹簧 旋向相反的两个弹簧， 防止断裂的弹簧卡入 另一弹簧
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汽车构造课程
5.气门旋转机构
功用：为了使气门头部温度均匀，防止局部过热引起 的变形和清除气门座积炭，可设法使气门在工作中 相对气门座缓慢旋转
第 三 章 配 气 机 构
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பைடு நூலகம்
材料：优质弹簧钢板 形状：碟状
三 = M M v 0 章 配 M-进气过程中，实际进入气缸的新气的质量； 气 机 Mo-在理想状态下，充满气缸工作容积的新气质量。 构 对充气效率的分析 ηv < 1（一般为0.8~0.9） 提高ηv方法
η
/
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 。
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四、配气机构工作过程
汽车构造课件第三章配气机构
总结
1
配气机构的基本原理
了解配气机构的基本工作原理和构成。
配气机构对对汽车功率、燃油经济性
和排放性能的影响。
3
配气机构的未来发展方向
展望配气机构在高效能、低排放和智能 化方面的未来发展趋势。
参考文献
• 杨敏. 汽车构造课件[M]. 北京：机械工业出版社，2021. • David C. Vizard. How to Power Tune Rover V8 Engines[M].
2
调节气门升程
配气机构可调节气门的升程，从而控制燃气进出气缸的量。
3
提供动力
配气机构保证内燃机正常运转，为发动机提供动力。
常见的配气机构种类
OHC配气机构
凸轮轴位于汽缸头部，通过摇臂 和气门直接控制进排气。
OHV配气机构
凸轮轴位于汽缸盖内，通过摇杆 和气门间接控制进排气。
DOHC配气机构
两根凸轮轴位于汽缸盖内，分别 控制进气和排气气门。
单凸轮轴与双凸轮轴的区别
1 单凸轮轴
只有一根凸轮轴，用于控制进排气门的开闭。
2 双凸轮轴
有两根凸轮轴，分别控制进气和排气气门。
关注的问题
配气机构的重要性
探讨配气机构在发动机中的重 要作用和影响。
配气机构的维护与保 养
提供维护和保养配气机构的建 议和注意事项。
配气机构的发展趋势
介绍配气机构的未来发展方向 和创新技术。
汽车构造课件第三章配气 机构
本章介绍汽车配气机构的基本原理、作用以及常见种类，同时探讨配气机构 对汽车性能的影响与未来发展方向。
什么是配气机构？
定义
配气机构是指控制气缸进气和排气门开闭时机的机械装置。
第三章 配气机构
二、主要零件检修
一、气门间隙的检查与调整
1.前提：气门必须处于完全关闭状态
2.第一种方法：二次调整法
第一步：把一缸活塞转到压缩上止点 第二步：按“双排不进”检查调整一半气门 第三步：转动曲轴一圈，检查调整另一半气门
3.气门间隙调整方法
气门间隙调整
4.逐缸法
定义：指一个气缸一个气缸的气门逐缸调整 第一步：使第一缸处于压缩上止点，检 查调整第一缸的气门间隙 第二步：转动曲轴，使下一缸处于压缩 上止点，进行检查调整
第三步：如此类推，直到调完所有气缸的气门
二、配气机构主要零件的检修
1.气门导管的更换
第一步：判断气门导管是否要更换 第二步：将旧的气门导管从缸盖上取出 第三步：选配新导管
第四步：将新导管压入气缸盖 第五步：检查新导管与气门杆的配合间隙
2.气门的检修
第一:气门常见的耗损
第二:气门的检验
第三:气门工作面的修理
1.按凸轮轴位置可分为：下置式、中置式、上置式。 2.按曲轴和凸轮轴的传动方式不同分为：齿 轮传动、链条传动、齿形带传动.
3.按每一缸的气门数量分为双气门式、多气门式
四、配气机构的工作原理
凸轮轴是通过正时齿轮由曲轴驱动的。四冲程发动机完 成一个工作循环，曲轴旋转两周，各缸进、排气门各开 启一次，凸轮轴只需转一周。 当凸轮基圆部分与挺柱接触时，挺柱不升高，气门 关闭，当凸轮凸起部分与挺柱接触时，将挺柱顶起， 挺柱通过推杆，使摇臂顺时针转动，摇臂的长臂端 向下推动气门，压缩气门弹簧，将气门头部推离气 门座而打开，当凸轮凸起部分的顶点转过挺柱后， 便逐渐减小了对挺柱的推力，气门在其弹簧张力的 作用下，开度逐渐减小，直至最后关闭，使气缸密 封。
第五节、配气机构主要零件的检修
配气机构
第三章 配气机构一、概述1．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。
进饱排净，四行程发动机都采用气门式配气机构。
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v η表示。
o v m m =η气质量充满气缸工作容积的新进气系统进口状态下量实际充入气缸的新气质进气过程中,,→→ v η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。
3．型式① ⎩⎨⎧气门侧置式配气机构气门顶置式配气机构分根据气门安装位置不同, （图3-1） 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。
气门位于气缸体侧面称为气门侧置式配气机构，由凸轮、挺柱、气门和气门弹簧等组成。
省去了推杆、摇臂等另件，简化了结构。
因为它的进、排气门在气缸的一侧，压缩比受到限制，进排气门阻力较大，发动机的动力性和高速性均较差。
逐渐被淘汰。
② ⎪⎩⎪⎨⎧凸轮轴上置式凸轮轴中置式凸轮轴下置式按凸轮轴布置位置 （图3-2）凸轮轴下置式，主要缺点是气门和凸轮轴相距较远，因而气门传动另件较多，结构较复杂，发动机高度也有所增加。
凸轮轴中置,凸轮轴位于气缸体的中部由凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，省去推杆，这种结构称为凸轮轴中置配气机构。
凸轮轴上置,凸轮轴布置在气缸盖上。
凸轮轴上置有两种结构，一是凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，这样既无挺柱，又无推杆，往复运动质量大大减小，此结构适于高速发动机。
另一种是凸轮轴直接驱动气门或带液力挺柱的气门，此种配气机构的往复运动质量更小，特别适应于高速发动机，③ ⎪⎩⎪⎨⎧齿带传动链条传动齿轮传动方式分按曲轴和凸轮轴的传动 （图3-3）（图3-4）凸轮轴下置，中置的配气机构大多采用圆柱形正时齿轮传动，一般从曲轴到凸轮轴只需一对正时齿轮传动，若齿轮直径过大，可增加一个中间齿轮。
第三章 配气机构
3）凸轮轴结构 凸轮轴的结构主要有凸轮，支承轴颈，有些还用于驱动汽 油泵的偏心轮及驱动分电器齿轮。
4）凸轮
①工作条件：承受气门弹簧的张力，间歇性的冲击载荷。 ②凸轮表面性能：表面有良好的耐磨性，足够的刚度。 ③凸轮轮廓曲线 凸轮轮廓中： 弧AE为凸轮的基圆， 弧AB和弧DE缓冲段 弧BCD为工作作段 顶点C点的最大高度A决定了气门的最大 开度。 气门在M点打开，在N点关闭，因此气门 的开启时间相当于凸轮轴转角Φ。
任务一 配气机构的拆装
1、配气机构的功用
按照发动机工作循环的需要，定时开启、 关闭进、排气门。
（1）在进气过程中，向气缸内供给可燃混合气或 新鲜空气。 （2）在压缩和作功过程中，保证气缸的密封。 （3）在排气过程中，及时排出废气。 气门开闭要求：不迟不早，不多不少，
开得快，关得严，噪声小。
3）检查凸轮轴弯曲
检查凸轮轴的弯曲度可用百分表检查，以两端轴颈为支承检查中间两 轴颈的径向圆跳动。如AJR发动机若不大于0.05mm时，可不修理。
4）检查凸轮轴轴向间隙
AJR：检查凸轮轴的轴向间隙：首先拆去桶形挺柱，装好1号和5号 轴承盖，用百分表水平抵住凸轮轴一端，测其轴向间隙若超过0.15mm则 应修理或更换。
5）凸轮轴油膜间隙的检测 把凸轮轴放置在气缸盖轴承座上，在各轴颈表面按轴向 位置放上一小段塑料线规，装上轴承盖并按规定力矩紧固螺 栓。重新把轴承盖拆下，通过规尺确定油膜间隙的大小。
2、挺柱
1）普通挺柱
普通挺柱多为由冷激铸铁材料制成的筒式挺柱，极易产生 疲劳磨损及不均匀磨损； 当挺柱底部出现裂纹、疲劳剥落、擦伤划痕时，应更换。
如AJR发动机的上置式凸轮轴： 通常利用凸轮轴承盖的两个端 面和凸轮轴轴颈两侧的凸肩进行 轴向定位。
汽车维修初级课件：第三章 配气机构
2021/3/10
汽车发动机构造
3.2 配气定时及气门间隙
三、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
摇臂
气门杆
2021/3/10
汽车发动机构造
3.2 配气定时及气门间隙
2、必要性：发动机工作时，气门将因温度升高而膨胀，如果
气门及其传动件之间，在冷态时无间隙或间隙过小，则在热态 时，气门及其传动件的受热膨胀势必引起气门关闭不严，造成 发动机在压缩和作功行程中漏气，而使功率下降，严重时甚至 不易起动。为了消除这种现象，通常在发动机冷态装配时，留 有气门间隙，以补偿气门受热后的膨胀量。有的发动机采用液 力挺柱，挺柱的长度能自动变化，随时补偿气门的热膨胀量， 故不需要预留气门间隙。
1.进气提前角 (1)定义：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)。进气提前角用α表示，α一般为10°~30°。 (2)目的：进气门早开，使得活塞到达上止点开始向下运动时，因 进气门已有一定开度，所以可较快地获得较大的进气通道截面，减 少进气阻力。
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。
汽车发动机构造
第3章 配气机构
气门关闭点
同名凸轮的相对角位置
排气过程
进气过程
3.2.5 气门间隙
概念： 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 间隙 0.25~0.30mm
排气门
0.30~0.35mm
气门间隙的门烧坏。 2.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。
材料： 进气门570K~670K （铬钢或铬镍钢） 排气门1050K~1200K （硅铬钢）
组成：头部、杆部
杆部
头部
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。
要求:
应用车型：
奥迪100，捷达，桑塔纳, 广州标致505
作业
教材P70
2.为什么一般在发动机的配气机构 中留气门间隙？
二、气门传动组和驱动组
1.传动组组成： 挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴等。 2.驱动组组成：
凸轮轴、凸轮轴轴承、止推装置等。
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。
2.链条传动
张紧机构
导链板
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。
（视频）
3.齿带传动
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。
正时皮带（视频）
M ——进气过程中，实际进入气缸的新
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
• 气门倒装于缸盖， 位于气缸的顶部； • 燃烧式结构紧凑， 压缩比高，工艺性好， 充气阻力小， 抗爆性、高速性好， 动力性、经济性高。
• 组成：
工作原理：
• 气门行程大，结构较复杂。 • 曲轴与凸轮轴传动比为2:1。
工作过程
（1）气门打开： 曲轴通过正时齿轮驱 动凸轮轴旋转，凸 轮轴上的凸起部分 通过挺柱、推杆、 调整螺钉，推动摇 臂摆转，摇臂的另 一端便向下推开气 门，同时气门弹簧 进一步压缩。
2、排列
（1）二气门：
• 汽油机：沿机体纵向轴线排成一列 • 同名气门相邻：共用一个气道，使结构简化，增 大气体通过截面积。 • 进排气门交替布臵：单独占用一个气道，缸盖冷 却均匀。 • 柴油机：进排气道位于缸盖两侧，防止进气受热 影响充气效率。
（2）四气门：
• 多气门的驱动装臵: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、四气门或 五气门，因此必须有 使同名气门同步开闭 的驱动装臵。
1、齿轮传动
(凸轮轴下臵或中臵用)
（1）一对圆柱形正时齿轮，必要式增设中间齿轮 （惰轮）。 • 下臵式汽油机用一对正时齿轮； • 中臵式或柴油机（同时需驱动喷油泵）上凸轮轴 与曲轴中心距较大，需加入惰轮。
（2）正时齿轮都用斜齿轮： • 减小噪声和磨损，啮合平稳。 （3）正时齿轮用不同材料制成： • 曲轴齿轮：中碳钢， • 凸轮轴齿轮： • 柴油机：钢 • 汽油机：夹布胶木、铸铁或塑料。
（4）正时记号(装配时必须对齐):保证配气正时。
• 图a的A—B； • 图b中有三对记号: 1—1为配气正时记号; 2—2为喷油正时记号; 3—3为二者共用正时记号， 装配时三对记号必须都对正。
• 组成：
工作原理：
• 气门行程大，结构较复杂。 • 曲轴与凸轮轴传动比为2:1。
工作过程
（1）气门打开： 曲轴通过正时齿轮驱 动凸轮轴旋转，凸 轮轴上的凸起部分 通过挺柱、推杆、 调整螺钉，推动摇 臂摆转，摇臂的另 一端便向下推开气 门，同时气门弹簧 进一步压缩。
2、排列
（1）二气门：
• 汽油机：沿机体纵向轴线排成一列 • 同名气门相邻：共用一个气道，使结构简化，增 大气体通过截面积。 • 进排气门交替布臵：单独占用一个气道，缸盖冷 却均匀。 • 柴油机：进排气道位于缸盖两侧，防止进气受热 影响充气效率。
（2）四气门：
• 多气门的驱动装臵: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、四气门或 五气门，因此必须有 使同名气门同步开闭 的驱动装臵。
1、齿轮传动
(凸轮轴下臵或中臵用)
（1）一对圆柱形正时齿轮，必要式增设中间齿轮 （惰轮）。 • 下臵式汽油机用一对正时齿轮； • 中臵式或柴油机（同时需驱动喷油泵）上凸轮轴 与曲轴中心距较大，需加入惰轮。
（2）正时齿轮都用斜齿轮： • 减小噪声和磨损，啮合平稳。 （3）正时齿轮用不同材料制成： • 曲轴齿轮：中碳钢， • 凸轮轴齿轮： • 柴油机：钢 • 汽油机：夹布胶木、铸铁或塑料。
（4）正时记号(装配时必须对齐):保证配气正时。
• 图a的A—B； • 图b中有三对记号: 1—1为配气正时记号; 2—2为喷油正时记号; 3—3为二者共用正时记号， 装配时三对记号必须都对正。
d第三章-配气机构解析
3 、气门重叠角 活塞位于上止点时，进排气门同时开启。 气门重叠角：α+δ
二、气门间隙
发动机冷态时，在气门及其传动机构中，留有适当间隙以补偿气门 受热后的膨胀量，此间隙即为气门间隙。
气门间隙一般由发动机制造厂根据试验确定。
第三节 气门组
气门组包括气门、气门导管、气门座及气门弹簧等。 气门组应保证气门能够实现气缸的密封。
一、气门
1、 工作条件及要求 工作条件：高温、高压、惯性力和差的冷却和润滑条件。 要求气门有足够强度、刚度、耐热性和耐磨性。 进气门一般用合金钢制造；排气门用耐热合金钢制造。
2 、气门头顶面 平顶：结构简单，吸热面积小，进排气门都可使用。应用最多。 凹顶：适于作进气门，加工复杂，受热面积大，不宜作排气门。 凸顶：排气阻力小，强度高，适于作排气门，但质量大，受热面积大，
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、下止点的曲轴转角的环形图（配气相位图）表示。
1 、进气门 进气提前角：α=0～30°； 进气迟后角：β=30～80° 进气持续角：180°+α+β
2 、排气门 排气提前角：γ=40～80°； 排气迟后角：δ=0～ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0° 排气持续角：180°+γ+δ
行轴向定位。 中、下置式凸轮轴，多采用止推板形式。
二、挺柱
将凸轮的推力传给推杆，并承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力。 1、 工作条件
由于与凸轮间高速运动，要求必须耐磨。一般用镍铬合金铸铁制造。结构 形式上包括机械挺柱和液力挺柱。
2、 机械挺柱
机械挺柱会存在偏磨损。 为减小挺柱的磨损，采取以下措施：
二、气门间隙
发动机冷态时，在气门及其传动机构中，留有适当间隙以补偿气门 受热后的膨胀量，此间隙即为气门间隙。
气门间隙一般由发动机制造厂根据试验确定。
第三节 气门组
气门组包括气门、气门导管、气门座及气门弹簧等。 气门组应保证气门能够实现气缸的密封。
一、气门
1、 工作条件及要求 工作条件：高温、高压、惯性力和差的冷却和润滑条件。 要求气门有足够强度、刚度、耐热性和耐磨性。 进气门一般用合金钢制造；排气门用耐热合金钢制造。
2 、气门头顶面 平顶：结构简单，吸热面积小，进排气门都可使用。应用最多。 凹顶：适于作进气门，加工复杂，受热面积大，不宜作排气门。 凸顶：排气阻力小，强度高，适于作排气门，但质量大，受热面积大，
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、下止点的曲轴转角的环形图（配气相位图）表示。
1 、进气门 进气提前角：α=0～30°； 进气迟后角：β=30～80° 进气持续角：180°+α+β
2 、排气门 排气提前角：γ=40～80°； 排气迟后角：δ=0～ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0° 排气持续角：180°+γ+δ
行轴向定位。 中、下置式凸轮轴，多采用止推板形式。
二、挺柱
将凸轮的推力传给推杆，并承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力。 1、 工作条件
由于与凸轮间高速运动，要求必须耐磨。一般用镍铬合金铸铁制造。结构 形式上包括机械挺柱和液力挺柱。
2、 机械挺柱
机械挺柱会存在偏磨损。 为减小挺柱的磨损，采取以下措施：
第三章 配气机构
配气机构组成
§3-1
配气机构的功用与组成
• 三、配气机构的类型 • 按凸轮轴位置分：下置、侧置、顶置。 1．下置凸轮轴式配气机构 特点： – 凸轮轴在气缸下部 – 正时齿轮传动 – 需较长推杆 – 需摇臂和摇臂轴
§3-1
配气机构的功用与组成
• 三、配气机构的类型 2．侧置（中置）凸轮 轴式配气机构 特点： – 凸轮轴在气缸侧 – 正时皮带或链条传动 – 需较短推杆 – 需摇臂和摇臂轴
气门组成：头部和杆身
• 一、气门的构造与维修 • 1．气门的构造 – 类型：进、排气门。 • 头部——与气门座配合，密 封气道； • 杆身——与气门导管配合， 给气门运动导向。
§3-2
气门组零件的构造与维修
工作面锥角： 45°
• 一、气门的构造与维修 • 1．气门的构造
头部形状：平、凸、凹3种
和30°两种
§3-3
气门传动组零件的构造与维修
液力挺杆1
• 三、挺杆的构造与维修 • 2．液力挺杆的构造与维修 – 功用：传力，实现无间隙传动。 – 组成：挺杆体、柱塞、弹簧和单 向阀、推杆支座等。 – 工作原理：
•润滑油经油道、油孔进入挺杆内； •低压腔A、高压腔B充满油；
•热胀时，B腔从柱塞与挺杆体间隙泄油；
• 拆时不可硬撬，可用镗削等方法。 • 安装前，应加工座孔，保证过盈量约0.08~0.12mm。 • 安装时，冷冻新座圈或加热缸盖。
§3-2
气门组零件的构造与维修
• 三、气门导管、气门油封的构造与维修 • 1．气门导管的构造 – 功用：与气门杆配合为气门导向。 – 位置：缸盖上的气门导管孔中。 – 结构特点： • 空心管状结构； • 伸入气道部分成锥形。 • 后端装气门油封； • 有些带限位卡环； • 与座孔过盈配合； • 内孔与气门杆间隙配合。
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2、气门座的镶换
当气门座圈有裂纹、松动、烧蚀或磨损严重；或铰削气门座后， 装入新气门，气门大端平面仍低于气缸盖燃烧室平面2MM以上， 应镶换新的气门座圈。
A、拉出旧气门座； B、选择新气门座圈； C、气门座圈的镶换。
3、气门座的铰削 气门座的铰削是为了确定气门座 与气门的接触位置及宽度。 一般是用手工进行，工具是铰刀
气门杆身为圆柱形， 在气门导管中不断上 下往复运动，而且润 滑条件极为恶劣。
四、气门座
进、排气道口与气门密封锥面直接 贴合的部位称气门座。
1、气门座的作用
2、气门座材料
气门座圈 用耐热合 金钢或耐 热合金铸 铁制成， 镶嵌在气 缸盖上。
3、气门座的形式
第一种：是直接在气缸体上镗出；
第二种：是单独制成气门座 圈，镶嵌在气缸盖上。
指从进气门打开到进气门关闭的过程。
主要是依靠大气压与气缸内 的压力差来实现进气。
思考题：换气过程中，排气过程与进气过程相隔时 间长还是进气过程与排气过程相隔时间长？
4、充气效率 换气过程中进入气缸的新鲜充量越多，燃烧后 的发热量就越多，每循环所做的功也越多。
为了评价不同发动机换气过程的完 善程度，引入充气效率。
采用密封锥面的好处
（1）能提高密封性和导热性。
（2）气门落座时，有自定位作用。 （3）避免气流拐弯过大而降低流速。 （4）能挤掉接触面的沉淀物，起自洁作用。
气门密封锥面与顶面之间的夹角，称为气门 锥角。一般做成45度，有的做成30度。
气门锥角比 气门座锥角 小0.5度。
6、气门杆身
气门杆身与气门导管配 合，为气门开启与关闭 过程中的上下运动导向。
门
3、材料：进气门采用中碳 钢，排气门采用耐热合金钢。 有的在内部充注金属钠。 4、气门的构造：头部和杆身，两者圆弧连接。
5、气门头部结构
A、气门顶部形状
思考题：进气门与排气门哪个气门头部更大？为什么？
B、气门密封锥角 气门密封锥面是与杆身同心的圆锥面， 用来与气门座接触，起密封气道的作用。
思考题：气门与气门座的接触位置及面积有何要求吗？
研磨好的气门与气门座必须配对，不能错乱。
因此在进行气门研磨前一定要先做好 记号，一般在气门顶部打点。
十二、气门的密封性检验 气门与气门座研磨后要进 行气门的密封性检验。
1、划线法
2、涂色法 3、试油法 思考题：你认为以上三种方法， 哪种更准确更方便？
二、气门传动作用及组成
1、作用：使进、排气门按照配气相位规定 的时间开启与关闭，且保证有足够的开度。
3）.按每一缸的气门数量分 为：双气门式、多气门式
七、配气机构的工作过程
凸轮轴是通过正时齿轮由曲轴驱动的。 四冲程发动机完成一个工作循环，曲 轴旋转两周，各缸进、排气门各开启 一次，凸轮轴只需转一周。
当凸轮基圆部分与挺柱接触时，挺柱不升高，气门关 闭，当凸轮凸起部分与挺柱接触时，将挺柱顶起，挺 柱通过推杆，使摇臂顺时针转动，摇臂的长臂端向下 推动气门，压缩气门弹簧，将气门头部推离气门座而 打开，当凸轮凸起部分的顶点转过挺柱后，便逐渐减 小了对挺柱的推力，气门在其弹簧张力的作用下，开 度逐渐减小，直至最后关闭，使气缸密封。
2、气门传动组由凸轮轴和凸轮轴正时齿轮、 挺柱导管、推杆和摇臂总成等组成。
三、凸轮轴
1、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 相位及气门开度的变化规律。
2、材料：优质钢模锻而成。也有用 合金铸铁或球墨铸铁的。
3、凸轮轴构造
凸轮轴主要由凸轮、轴颈等组成；
凸轮分为进气凸轮和排气凸轮两种， 用来驱动与控制气门的开启与关闭； 轴颈对凸轮轴起支承作用。
在曲轴和凸轮轴的正时齿轮上都 有一个记号，叫正时记号 凸轮轴 正时齿轮 曲轴正时 齿轮
在装配曲轴和凸轮轴时，必须将正时记号 对准，保证正确的配气相位和发火时刻。
五、正时皮带
当曲轴和凸轮轴不 能直接传动时，通 常采用正时皮带或 正时链条传动。
不动件
活塞连杆组
运动件
曲轴飞轮组
曲轴、飞轮等机件
运动件
2、机体组组成
在发动机工作
过程中，是固
定不动的，因
此称为不动件
3、活塞连杆组组成
活塞环 活塞 活塞销 连 杆
连杆轴承
在发动机工作过程中，是不停 地运动的，因此称为运动件
4、曲轴飞轮组组成
扭转 减振器
曲轴 带轮
正时 齿轮
曲轴
飞轮
二、配气机构作用
第一种应用较少，目前绝大部分 都是采用第二种。
4、气门座的锥角
气门座的锥角由三部分组成，其中45度的锥面与气门密封锥面贴合，为 工作面。
15度和75度锥角是用来修正工作锥 面的宽度和上、下位置的，以使其 达到规定的要求。
五、气门导管
1、作用：给气门 的运动作导向， 并为气门杆散热。
2、材料：含石 墨较多的铸铁或 粉末治金制成。
按照发动机各缸工作 顺序和每一缸工作循 环的要求，定时地将 各缸进气门与排气门 打开、关闭，以便发 动机进行换气过程。
三、配气机构的组成
气门、气门座、气门导管、 气门弹簧及锁紧装置 气门组 配气 机构 作用：封闭进排气道。 凸轮轴、正时齿轮、挺柱、 推杆、摇臂等组成。 气门传动组 作用：使进排气门按配气 相位规定的时刻开闭。
3、气门导管的结构
外表面与缸盖为过盈配合， 以保证传热和防止松脱，下 端伸入到进、排气道内。 为防止对气流造成阻力， 伸入端的外圆做成圆锥状。 气门导管与气门杆之间留有0.05 mm~0.12mm 的间隙，使用气门杆能在导管内自由运动。
4.气门导管的更换
1、当气门导管与缸盖承孔过盈量过小时，或气门导管磨损严重，使 气门杆与导管的配合间隙超过限度，应更换。
气门组组成
气门传动组
作用：使进、排气门按照配气相位规定的时 间开启与关闭，且保证有足够的开度。
气门传动组由凸轮轴和凸轮轴正时齿轮、 挺柱导管、推杆和摇臂总成等组成。
传动组
摇臂
凸轮轴
摇臂轴 推杆 凸轮轴正 时齿轮
挺柱
凸轮轴正时 齿形带轮
张紧轮 中间轴齿 形带轮
曲轴正时 齿形带轮
三、发动机的换气过程
1、定义：发动机排出废气和充入新气的全过程叫换气过程。
从排气门开启算起，直到进气门关闭 时为止，为换气过程。由进气过程和 排气过程组成。
2、排气过程
从排气门打开到排气门关闭为止的过程。
自由排 气阶段
缸内压力远大于排气管气门 端的压力，活塞还在下行。
强制排 气阶段
依靠活塞上行强制排气。
3、进气过程
九、气门与气门组的配合要求
1、气门与座圈的工作锥面角度应一致；
2、气门与座圈的密封带位置在中部靠内侧； 3、气门与座圈的密封带宽度应符合设 计规定，一般为1.2~2.5mm； 4、气门工作锥面与杆部的同轴 度误差应不大于0.05mm； 5、气门杆与导管的配合间隙应符合原厂规定。
十、气门的检修
1、气门的损伤
5、凸轮轴颈和轴承
1）、采用全支承方式；
2）、安装时从缸体前端插入，为安 装方便，轴颈的直径从前向后缩小； 3）、凸轮轴轴承大多数采用衬 套压入整体式座孔的方式； 4）、凸轮轴轴颈的润滑采用压力润滑。
四、正时齿轮
在凸轮轴的前端装有一个齿轮，由曲 轴带动转动，这个齿轮叫正时齿轮。
凸轮轴上正时齿轮的齿数是曲轴上正时齿 轮齿数的一倍，转速则是曲轴的一半。
四、配气相位
你认为气门每打开一次，曲轴转过的角度的多少？有没有出现进排 气门同时打开的时候呢？
1、配气相位的定义： 用曲轴转角表示进、排气门的 开闭时刻和开启持续时间。
如果用曲轴转角的环形图来表示配气 相位，这种图形即称为配气相位图 2、现代发动机都采用延长进、排气 时间，使气门早开晚关，以改善进、 排气状况，提高发动机的动力性
思考题：排气门打开一次，曲 轴的实际转角是多少度？
5、气门重叠
由于气门的早开晚关，使得在排气门还没有关闭之前，进气门已打开， 造成了有一段时间，进排气门同时打开的情况。
思考题：如何计算出气门的重叠角？
六、配气机构的分类
1）.按凸轮轴位置可分为：下置式、中置式、上置式。 2）.按曲轴和凸轮轴的传动方式不同分 为：齿轮传动、链条传动、齿形带传动.
每循环实际进入气缸内的新鲜充气量与在进气状态下充满气缸工作 容积的新鲜充气量的比值，叫充气效率，或充气系数。
影响充气效率的因素
A、进气终了压力
B、进气终了温度 C、残余废气压力和温度 D、压缩比对充气效率的影响
提高充气效率的措施
A、减小进气系统的流动损失
B、减少对新鲜充气量的热传导 C、减少排气系统对气流的阻力 D、合理选择配气正时 E、利用进、排气管内的动态效应
2、气门导管更换的步骤。 3、经验检查法：将气门杆和导管擦净，在 气门杆上涂一层薄机油，将气门放置在导管 上后，上下拉动数次后，气门在自重下能徐 徐下落，表示气门杆与导管的配合间隙适当。
六、气门弹簧
1、作用：使气门自动回位关闭，保 证气门与气门座的座合压力，吸 收惯性力。
2、安装位置：缸盖与 气门尾端弹簧座之间。
3、材料
4、气门弹簧结构
思考题：在安装变螺距弹簧和双弹簧时要注意什么？
气门弹簧检验
第一：检查自由长度
第二：气门弹簧的弹力
第三：端面与其中心 轴线的垂直度
七、气门机油防漏装置
思考题：如果机油防漏装置损 坏，会造成什么不良后果？
八、气门组的拆卸
气门组在组装完毕后，弹簧是处于预紧状态的，如拆 卸不当，弹簧弹出会击伤人体，因此在拆卸气门组时， 必须使用专门的气门弹簧拆卸器将弹簧座连同已被预 紧的弹簧一起压下，使锁销处于自由状态，可方便取 下，然后再将弹簧座连同弹簧一起慢慢放松，直至弹 簧处于完全放松的自由状态，即可轻松取出弹簧座、 弹簧和气门。