第四章 配气机构

概述

配气机构的组成和零件

气门间隙

配气相位

第一节 概述一、功用：

按发动机各气缸内所进行的工作循环或

发火次序的要求，定时开启和关闭每个

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。

在进气行程中，实际进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量与在进气系统进口状态下充满气缸工

作容积的新鲜空气或可燃混合气的质量之比。

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。

二、充气效率：

三、组成：

由气门组和气门传动组组成。

气门组 油封

气门传动组

凸轮轴

挺柱

推杆

摇臂

凸轮轴正时齿轮

摇臂轴

配气机构影视

第二节 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

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。

特点：

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

不利因素：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。有利因素：简化曲

轴与凸轮轴之间传动装

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。 凸轮轴

挺柱

活塞

摇臂调整螺钉

3、凸轮轴上置式凸轮

凸轮

活塞

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。

三、凸轮轴的传动方式

传动方式 传动路线 应用

齿轮传动 →曲轴正时齿轮（钢） 凸轮轴正时齿轮（铸铁或胶木）

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

凸轮轴上置式配气机构

传动方式图例

一汽 audi轿车的齿形带传动装置

凸轮轴

曲轴

第三节 配气机构的组件和工作情况

一、气门组

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、高温冲击、高速气流冲击。性能：强、刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨

气门工作条件：

A、温度高。

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腐蚀。

进气门 570K~670K（铬钢或铬镍钢）排气门1050K~1200K（硅铬钢）

进气门 570K~670K（铬钢或铬镍钢）排气门1050K~1200K（硅铬钢）

头部头部杆部杆部

1、气门头部结构形式

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（球面顶）

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，不宜用于排气门。

气门实物图

进气门进气门 排气门排气门

2、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。

A、与气门座配合获得较大的压力，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。

装配前应将密封锥面研磨。

边缘应保持一定的厚度1~3mm。

3、气门杆

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：环形槽、锁销孔

凹槽

易断裂处

4、气门座

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。

铝合金气缸盖为何气门座都要镶嵌气门座圈？

5、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

气门座影视

6、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：含石墨较多的铸铁。

气门导管

气缸盖

过盈配合

卡环：防止气门导管在使用中脱落。

伸入深度应适量。锥度可减少气流阻力。

7、气门弹簧功用：保证气门的回位。材料：高锰碳钢、铬钒钢

气门弹簧

气门弹簧座

锁片

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

圆柱形螺旋弹簧

圆柱等螺距弹簧

不等螺距弹簧：随着有效圈数的减少，自然频率不固定。

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

二、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。

1、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

凸轮轴轴颈驱动分电器的螺旋齿轮

2、凸轮

工作条件： 承受气门弹簧的张力，间歇性的冲击载荷。凸轮性能：表面有良好的耐磨性，足够的刚度。

凸轮与挺柱接触，接触压力大，磨损快。

凸轮轮廓

气门开启点 气门升程最大时刻

气门关闭点

4、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。

四缸发动机凸轮投影

点火顺序：

1—3—4—2

（ 1）齿轮传

动：应用在下置

凸轮轴发动机。

采用斜齿齿轮。

5、凸轮轴的驱动

（ 2）链条和齿形皮带传动：链条传动噪声小，用于中置式或顶置式凸轮轴发动机。

曲轴正时齿形带轮

中间轴齿形带轮

张紧轮

凸轮轴正时齿形带轮

6、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。

（ 1）挺柱端面与凸轮的关系

凸轮轴线为何要偏离挺柱轴线？

凸轮

（ 2）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。

发动机润滑油

7、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

8、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。

摇臂结构示意图

气门间隙调节螺钉

调节螺母 摇臂

摇臂轴套

易磨损部位堆焊耐磨合金

与推杆接触的球头

摇臂润滑油道示意图

润滑油道 油槽 润滑油道

9、摇臂组示意图

摇臂轴

螺栓

摇臂轴支座

摇臂轴紧固螺钉

摇臂称套 调整螺钉

摇臂

定位弹簧

摇臂的功用是将推杆和凸轮传来的运动和作用

力，改变方向传给气门使其开启。摇臂在摆动过程中

承受很大的弯，因此应有足够的强度和刚度以及较小

的质量。摇臂是一个双臂杠杆，以摇臂轴为支点。

摆臂的功用与摇臂相同。两者的区别只在于摆

臂是单臂杠杆，其支点在摆臂的一端。

摇臂和摆臂

第四节 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。

• 进气门间隙： 0.25～ 0.30mm

• 排气门间隙： 0.30～ 0.35mm

一、气门间隙概念：

气门杆

摇臂气门间隙

气门间隙的作用：

发动机工作时发热，由于热胀冷缩的原因，在气门杆尾端与气门驱动零件要留一点它热膨胀之后的间

隙，使其正常工作。

3、凸轮轮廓与气门的运动规律

气门开启点

消除气门间隙阶段

气门升程最大时刻

气门关闭点

出现气门间隙阶段

为何排气门间隙大于进气门间隙？

二、气门间隙过大与过小的危害

间隙过大：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。

无间隙或间隙过小：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。

三、气门间隙调整原则

1、不可调区域：将要排气，正在排气，排气刚完的排气门不可调。将要进气，正在进气，进气刚完的进气门不可调。2、调气门间隙的步骤：1）画出配气相位图2）排出各缸的位置3）当一缸在压缩上止点时，判断其它缸位于何行程，并判断间隙是否可调。

第五节 配气相位

配气相位：用曲轴转角表示的进、排气门的实际开闭时刻和开启

的持续时间。

配气相位对发动机工作的影响：影响发动机的动力性、功率。

配气相位对发动机工作的要求：理论上进排气时间占 180o曲轴

转角，但时间太短，造成进排气不充分。所以要求延长进、排气

时间，即进气门和排气门早开晚关。

 进气提前角

（ 1）定义：从进气门开始开启到活塞上移到上止点所对

应的曲轴转角

（ 2）目的：提前打开保证进气时有较大的气门开度或进

气通过断面，减小进气阻力

 进气迟后角

（ 1）定义：从下止点到进气门关闭所对应的曲轴转角

（ 2）目的：利用气流惯性和压力差继续进气

1、进气门的进气相位（早开晚关）

排气提前角 

（ 1）定义：排气门在活塞到达下止点之前所对应的曲 轴转角（ 2）目的：使排气迅速干净

 排气迟后角（ 1）定义：排气门在活塞到达上止点后才关闭所对应 的曲轴转角（ 2）目的：用利废气流动惯性继续排气

2、排气门的配气相位（早开晚关）

3、配气相位角• 进气提前角 α ：一般为： 10º～ 30º• 进气迟后角 β ：一般为： 40º～ 80º

• 进气持续角： 进气门开启持续时间的曲轴转角。 为 180º+α+β• 排气提前角 γ ：一般为： 40º～ 80º• 排气迟后角 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。 为 180º+γ+δ

上止点

下止点

配气相位图：用曲轴转角

的环形图来表示的配气相

位。

配气相位角在相位图上的

反映。

4、配气相位图

5、配气相位演示

气门重叠：在某一时

间内，进气门、排气

门同时开启的现象。

气门重叠角：气门重

叠时的曲轴转角。为

α+δ

利用配气相位调节气门间隙

• 例： α=8º β=31º γ=28º δ=8º

点火次序： 1—5—3—6—2—4

一缸在压缩上止点，问那些气门的间隙可调？

1缸 2缸(排 60)

3缸(吸120)

4缸(作120)

5缸(压 60)

6缸(排上止点 )

进气门 可调 可调 不可调 可调 不可调 不可调

排气门 可调 不可调 可调 不可调 可调 不可调

α

β γ

δ1缸

5缸3缸

6缸

2缸

4缸

三、本田雅阁发动机气门间隙的调整

1．当缸盖温度降到 38度以下后，才能进行气门间隙调整。

(1)拆下缸盖罩和正时皮带上罩。

(2)设置 1号气缸活塞在压缩上止点位置。

“凸轮轴皮带轮上的 UP”记

号应位于顶部，皮带轮

上的上止点槽口应与缸

盖表面平齐。

(3)调节 1号气缸进、排气门的间隙进气门： 0.26mm± 0.02mm；排气门： 0.30mm ±

0.02mm。(4)松开锁止螺母，转动调节螺钉，直到厚薄规前后移动时感觉到有一点拖滞为止。(5)拧紧锁止螺母，再检查气门间隙，如有必要，重新进行调整。

实物图

测量气门间隙 拧松紧定螺母，调正调节螺钉

(6)逆时针方向旋转

曲轴 180度 (凸轮

轴皮带轮转动 90

度 ) “， UP” 记号

应在排气门侧。调

节第 3号气缸进、

排气门的间隙。

(7)继续逆时针方向

转动曲轴 180。使第

4号气缸活塞处于压

缩上止点位置。调节

第 4号气缸进、排气

门的间隙。

(8)再逆时针转动曲轴

180°。使第 2号气缸活塞处于压缩上

“死点位置， UP”记号应在进气门侧。调节第 2号气缸进、排气门的间隙。

五、可变气门升程与正时

• VVT—I： variable valve timing—intake

丰田公司智能可变气门正时系统

• VTEC ： variable valve timing electric

control

本田公司可变配气相位与气门升程

电子控制

2、本田可变配气定时机构

作 业1、简述配气机构的功用。

2、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？

3、气门锥角有什么作用？

4、进气门和排气门为什么要早开晚关？