汽车发动机-配气机构详细设计资料

汽车发动机配气机构
6.1配气机构
功用：
•配气机构是控制内燃机进、排气过程的机构，即呼吸系统。

•按气缸的发火顺序和气缸中的工作过程，适时开启和关闭进气阀及排气阀，进入新鲜空气，排出废气。

工作条件：
•转速高，若n=1000，四冲程，500次，以很高而变化的速度工作，惯性力和热负荷大，且润滑不良，零件磨损大。

要求：
•定时准确；
•有足够大的气体流通面积；
•振动，噪音小；
•工作可靠，寿命长；
•结构简单，维修方便。

6.1配气机构的布置及传动
• 配气机构的类型有气阀式，气孔式，气孔-气阀式。

6.1.1气阀式配气机构的布置：
按气阀的布置可分为：
•顶置式气阀和侧置式气阀
按凸轮轴的位置可分为：
•上置式凸轮和下置式凸轮。

按曲轴和凸轮轴的传动方式可分为
•齿轮传动和链条传动
侧置气门式气门机构
3、优缺点：曲轴到气门距离近，方
便齿轮传动，气门间隙调整方便，但
气道拐弯多，流动阻力大，充气效率
低，燃烧室扁平，结构不紧凑，容易
爆震，压缩比低。

...
1、结构特点： 气门布置在气缸体一侧，气门头部朝上，没
有摇臂、推杆，下置式凸轮轴，齿轮传动。

...
2、工作原理： 正时齿轮副带动凸轮轴转动，转到凸轮
桃尖顶起气门挺杆，推动气门克服弹簧预
紧力开启。

凸轮基圆与气门挺杆接触时，气门在气门
弹簧预紧力的作用下关闭。

...
顶置式气阀
优点：燃烧室结构紧凑，可减小进，排气系统的阻力。

缺点：传动链的零件多，质量大因而惯性载荷较大。

2．凸轮轴布置形式
1）下置式凸轮轴
优点：凸轮轴与曲轴距离近，传动方便。

缺点：传动距离远，传动组件多，惯性大，加剧了零件
的震动和磨损。

2）上置式凸轮轴
优点：凸轮直接作用于摇臂，省去了挺柱和顶杆
缺点：曲轴到凸轮轴传动机构复杂。

3）顶置式凸轮轴
优点：凸轮轴直接驱动气阀，无惯性载荷的作用。

缺点：气阀杆受侧推力的作用磨损大。

曲轴列凸轮轴传动复杂，，拆装气缸
盖也较麻烦。

3．气阀数及布置
1）每气缸两个气阀的布置
•每缸两阀，总是采用较大的气阀道路面积，且进气阀直径大于排气阀直径。

布置方式：
a c
b d
a.合用气道 • 气阀将机体纵向排成一列相邻两个进气阀或排气
阀合用一个气道，气道简化，并可得到较大的气 道通道面积；
b.交替布置 图 (c) • 每缸单独用一个进、排气道，可使气缸均匀冷却，
对热负荷较严重的发动机更适宜；
c.分开布置 图 (d) • 进、排气道分置于机体两侧，以免排气加热进气，
而汽油 机为了使汽油更好地雾化，多置于机体一 侧。

2）气缸四个气阀的布置 • 两进，两排，增大进，排通道面积。

同名气阀。

a.串联形式 • 可通用一根凸轮轴及驱动杆传动； • 进气阀间的进气效率有差异； • 排气阀的热负荷也不相同。

b.并联形式 • 进气效率与热负荷基本相同； • 需用两根凸轮轴传动。

c.斜角布置 • 可用一根凸轮轴，性能上亦较优越。

6.1.2凸轮轴的传动方式：
1.圆柱齿轮式传动 优点：结构及工艺简单，拆装方便，工艺可靠。

缺点：对于上置式凸轮轴采用齿轮传动时，中间齿轮数多，
增加了复杂性和重量。

圆柱齿轮传动的各种方案


2.锥齿轮传动 • 多用于轻型高速大功率内燃机顶置式凸轮的传动。

特点：
• 结构紧凑可靠，但很复杂，拆装不方便。

3.链条式传动 • 上置式凸轮轴气阀机构上，能使气阀机构免受惯
性载荷的作用。

特点：
• 工作可靠性好，但耐性不及齿轮传动装置。

6.2气阀式配气机构的组成及其零件 • 气阀式配气机构的组成可分为气阀机构和传动机
构。

6.2.1气阀机构由气阀、气阀弹簧、气阀导管和气阀 座等零件组成
1.气阀 • 基本结构由阀盘、阀杆组成。

反盘上有密封带。

(1)工作条件 a.高温而冷却和润滑困难。

排气：900-1100K，进
气：600-700K； b.阀盘与阀座受惯性力和弹簧力的作用


气阀机构 ①气阀导管 ②气阀 ③气阀弹簧 ④气阀座 • 撞击作用尤其是气阀间隙的存在，冲击负荷显著
增加；
c.气阀受热膨胀，可引起阀杆在导管中卡住。

配气机构的零件和组件
1、气门组
气门、气门座、气门导 管、气门弹簧、弹簧座、 锁片等零件组成。

要求： 保证气缸的密封。

气门组实物图


1）气门
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、
杆部
高温冲击、高速气流冲击。

工作条件：
A、进气门600K~700K，排气门 800K~1100K。

B、头部承受气体压力、气门弹簧力、 传动惯性力等，
头部
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
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
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。

凸顶式
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，但球形的受热面积大，质量和惯性力大，加
（球面顶） 工较复杂。

凹顶式
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，
（喇叭顶） 而不宜用于排气门。

气门与气门座实物图
进气门
排气门


气门锥角
气门锥角：气门头部与气门座圈接触的锥面与气门顶部平面 的夹角。

锥角作用： A、获得较大的气门座合压力，提高密封性和导热性。

B、气门落座时有较好的对中、定位作用。

C、避免气流拐弯过大而降低流速。

边缘应保持 一定的厚度，
1~3mm。

装配前应将 密封锥面研 磨。

气门锥角的大小
进气门：一般为30°，原因是在相同气门升程情况下，锥角小 时进气阻力小；但由于头部边缘较薄，刚度差，密封性及导热 性均差。

排气门：一般为45°。

因其热负荷较大


气门杆
圆柱形，不断做 往复运动。

凹槽
较高的加工精度，表面经 过热处理和磨光，保证同 气门导管的配合精度和耐 磨性
气门杆尾部：其 形状决定于弹簧 座固定方式
易断裂处


气门杆弹簧座的固定形式
凹槽（环槽）：安装两半锥 形锁片。

锁销孔：用锁销固定。

充钠气门
由于发动机工作时,排气门经常处于高
温条件下工作,钠约在970℃时为液态,
具有良好的热传导能力。

通过液态纳的
来回运动,热量能很快从气门头部传到
根部.可降低温度约l00℃。

这样有利于
降低混合气自燃的危险,从而握高了气
门的使用寿命。

在维修发动时,进、排气门不能修整,只
充钠
允许研磨。

捷达l.6L发动机排气门内部
注有钠。

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： 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。

气门座
合金铸铁、 奥氏体钢


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，进气门直接在缸盖镗 柴油机：进排气门均采用镶嵌式气门座
铝合金气缸盖 为何气门座都 要镶嵌气门座 圈？


倒角
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。

气门导管
工作条件：
工作温度较高，约500K。

润滑困难， 卡环：防止
易磨损。

气门导管在
材料：
使用中脱落。

用含石墨较多的合金铸铁或粉末冶金 材料，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 伸入深度应适量。

装配：
锥度可减少气流
气门杆与气门导管间隙0.05～0.12mm。

阻力。

气缸盖
过盈配合


4）气门弹簧
功用：保证气门的回位，使气门 与气门座紧密贴合。

材料：高锰碳钢、铬钒钢
锁片
气门弹簧座 气门弹簧
气门弹簧的装配
气门关闭
保证气门及时关 闭、密封
气门开启
保证气门不脱离 凸轮


气门弹簧随着有效圈数的
减少，自然频率 气门弹簧要避免发生 提高。

共振（当工作频率和 自身频率相等或成某 一倍数时），主要措 施有：不等距弹簧、 双弹簧
圆柱等螺距弹簧
提高弹簧自身刚度， 改变其自振频率
圆柱形螺旋弹簧
不等距弹簧


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， 一根折断后另 一根可继续工 作
应用车型： 奥迪100，捷达，桑塔纳, 广州标致505


5）气门旋转机构
通过发动机运转振动力作用，使气门在气门座上自由的
做不规则的旋转的装置，其作用是：减小气门头部受热
变形，防止沉积物形成。

弹簧座
气门弹簧
锥形套筒
支承板
锁锁片片
壳体
碟形弹簧
强制旋转机构


a菌形
b筒形
c滚轮式
d 液压式
e滚轮摇臂式
各种挺柱


顶杆
• 顶杆用于顶置式气阀、下置式凸轮轴的配气机构，向摇臂 传递凸轮轴经顶柱传来的推力。

对于顶杆的要求是刚性好， 重量轻。

• 为了减轻重量，顶杆一般用空心管制成，小型内燃机的顶 杆也有用实心钢棒制成的。

顶杆上端焊有钢质的凹球形接 头与摇臂调节螺钉的球头相配合；下端焊有球形接头，支 撑在挺柱的凹球承座内。

摇臂
• 改变顶杆传递的运动方向以推开气阀。

由钢模制造或球墨 铸铁制造，摇臂的断面一般为T字形或工字形，以减轻重 量并有足够的刚性，摇臂长短臂比值为1.6左右。

6.3配气相位与气阀间隙
6.3.1配气相位
α：10°～30°β：40°～70° γ：40°～60°δ：10°～30°


6.3.2气阀间隙
l 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。

保证气阀及
传动件受热后有伸长的余地。

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


气门间隙 为什么发动机在冷态时必须预留适当大小的气门间隙？ 针对不同气门机构的发动机，如何调整气门间隙？ 原因： 发动机工作时气门及气门传动件受热膨胀，如果冷态时 无气门间隙或气门间隙过小，则在热态时势必引起气门 关闭不严，造成在压缩和作功行程中漏气，导致发动机 功率下降，排气门烧坏，严重时甚至不能起动。

气门间 隙过大，则会引起气门及气门座、气门传动件之间产生 撞击，磨损加剧，机械噪声加大，而且气门开启时刻推 迟、关闭时刻提前，换气持续时间缩短，也会导致发动 机功率下降。

气门间隙调整螺钉在短摇臂 端、推杆一侧。

顺时针方向转动调整螺钉， 摇臂绕摇臂轴逆时针方向转 动（凸轮、推杆静止不动）， 气门间隙减小； 逆时针方向转动调整螺钉， 摇臂绕摇臂轴顺时针方向转 动，气门间隙增大。

几种内燃机的配气相位
内燃机
型号
开启上止点前
进气阀
关闭上止点后 开启持续角度
开启下止点前
排气阀
关闭上止点后 开启持续角度
上柴135系列 20º 48º
248º 48º
20º
248º
解放CA-10B 20º
69º
269º 67º
22º
269º
轻12V180 50º
56º
286º 56º
50º
286º
12V180CL 63º
42º
285º 60º
43º
283º
16V140ZL 40º
40º
260º 40º
40º
260º
630ZL
69º
37º
286º 42º
33º
255º


几种内燃机的气阀冷态间隙
内燃机型号 冷阀冷态间隙mm
进气阀
排气阀
上柴135系列
0.30
0.35
解放CA-10B
0.25
0.25
轻12-180
0.98(+0.1；-0.08) 0.98(+0.1；-0.08)
12V-180ZL
0.40
0.45
16V-240ZL
0.40
0.50
新6300ZC
0.50
0.70

















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