汽车发动机构造顺德职业技术学院

机电工程系张斌

2004 年 8 月

第四章 配气机构

概述气门间隙配气相位配气机构的组成和零件

§4.1 概述

一、功用： 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。

二、充气效率：

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。

§4.2 配气机构的布置和工作情况一、气门的布置型式1 、气门顶置式组成：

工作过程

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才传动装置，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

应用：高速发动机桑塔纳轿车发动机

凸轮轴凸轮轴

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。

双凸轮轴上置式发动机

三、气门间隙1 、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。

气门杆

摇臂气门间隙

气门 间隙

进气门 0.25~0.30mm

排气门 0.30~0.35mm

为何排气门间隙大于进气门

间隙？

四、配气相位

1 、气门从开启到关闭所经历的曲轴转角，称为配气相位。

10°~30 °

40°~80 ° 40°~80 ° 10°~30 °

上止点

下止点

2 、配气相位演示

3 、气门叠开气门叠开：当进气门早开和排气门晚关时，出现的进排气门同时开启的现象。气门叠开角：气门同时开启的角度（ + ）。

排气过程

进气过程

五、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

作业

1 、作出配气相位图，并分析设置气门早开与迟闭的原因。

§4.3 配气机构的组件和工作情况

一、气门组

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、高温冲击、高速气流冲击。

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。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）

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

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（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，而不宜用于排气门。

气门实物图

进气门进气门 排气门排气门

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。

装配前应将密封锥面研磨。

边缘应保持一定的厚度，1~3mm 。

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

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。

气门密封干涉角：比气门锥角大 0.5~1 度的气门座圈锥角。

气门座

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

铝合金气缸盖为何气门座都要镶嵌气门座圈？

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。工作条件：工作温度较高，约 500K。润滑困难，易磨损。材料：用含石墨较多的铸铁，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装配：气门杆与气门间隙 0.05～ 0.12mm 。

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。

倒角

伸入深度应适量。锥度可减少气流阻力。

4 、气门弹簧功用：保证气门的回位。材料：高锰碳钢、铬钒钢

气门弹簧的装配

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

不等距弹簧应用： CA7560

不等螺距弹簧安装时应注意什么问题？

随着有效圈数的减少，自然频率提高。

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

气门旋转机构

锥形套筒

锁片1 、强制式气门旋转机构2 、端罩型自由旋转装置3 、低摩擦型自由旋转装置

作业

1 、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？2 、气门锥角有什么作用？

二、气门驱动组1 、组成2 、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。

凸轮轴

挺柱

推杆

摇臂

凸轮轴正时齿轮

摇臂轴

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

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。

凸轮与挺柱底接触，接触压力大，磨损快。

凸轮的轮廓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

缓冲结束点

同名凸轮的相对角位置

如何通过同名凸轮的相对角位置判定发动机的工作顺序？

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—2—4—3

凸轮轴的轴向定位：作用：为了防止凸轮轴在工作中产生轴向窜动和承受斜齿轮产生的轴向力。

正时齿轮

止推板

隔圈（调节环）

凸轮轴颈

凸轮轴的轴向间隙

气缸体

利用调节环控制轴向窜动利用调节环控制轴向窜动

窜动量

凸轮轴的驱动

A 、齿轮传动：应用在下置凸轮轴发动机。采用斜齿齿轮。

B 、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

2 、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。

挺柱端面与凸轮的关系

锥形凸轮

凸轮为何要成锥形？

液力挺柱

挺柱体

柱塞

球形支座

卡环

柱塞弹簧

单向阀

单向阀架

柱塞腔

挺柱体腔

进油口

进油通道

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。

桑塔纳发动机液压挺柱工作示意图

气门关闭时 气门打开时

单向阀

弹簧被压缩

3 、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

4 、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

摇臂结构示意图

润滑油道

油槽 润滑油道

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

桑塔纳发动机的配气机构

气门间隙调整原则调整原则：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。

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，问哪些气门的间

隙可调？

1 缸

5 缸3 缸

6 缸

2 缸 4 缸

α

β γ

δ

1 缸 2 缸 3 缸 4 缸 5 缸 6缸进气门 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

三、本田雅阁发动机气门间隙的调整1．只有当缸盖温度降到 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死点位置。凸轮轴皮带

轮上的“UP”记号应位于顶部，皮带轮上的上死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，调整调节螺钉

(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死点位置。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。