第四章配氣機構的構造與維修學習目標知識目標1．能簡單敘述換氣過程、配氣相位定義；2．能正確描述配氣機構的分類、工作過程；3．能正確描述配氣機構的組成、主要零部件的構造和裝配連接關系；4．能正確描述配氣機構的裝配要求和調整方法。能力目標1．會進行配氣機構主要零部件的正確檢修；2．會進行配氣機構的裝配和調整；3．能對配氣機構常見故障進行分析、判斷并能排除故障。

第一節

配氣機構概述一.配氣機構的功用

按照發動機各缸做功順序和工作循環的要求，定時地開啟和關閉進、排氣門，使新鮮混合氣得以進入氣缸，廢氣排出氣缸。

二.配氣機構的分類

(一)按氣門的位置分:

氣門側置式:

淘汰

氣門頂置式:進氣阻力小,燃燒室結構緊湊,廣泛采用

頂置式側置式（二）按凸輪軸的位置分1.下置凸輪軸式配氣機構(OHV)

組成：氣門驅動組：氣門驅動組是從正時齒輪開始至推動氣門動作的所有零件；主要由正時齒輪、凸輪軸、氣門挺柱、推桿、調整螺釘和鎖緊螺母、搖臂、搖臂軸、搖臂軸支架等組成。其功用是定時驅動氣門使其開閉。

氣門組：主要由氣門鎖片、氣門彈簧座、氣門彈簧、氣門、氣門導管、氣門座等組成。其功用主要是維持氣門的關閉。結構特點

其進、排氣門都倒裝在氣缸蓋上。

(1)凸輪軸裝在曲軸箱內，搖臂軸裝在氣缸蓋上，兩者相距較遠，傳動機構復雜，零件多，推桿長，機構剛性差，動力特性剛性差，難以適應高速化。(2)凸輪軸距曲軸較近，便于采用正時齒輪傳動。

工作過程：

(1)氣門打開：由曲軸通過正時齒輪驅動凸輪軸旋轉，使凸輪軸上的凸輪凸起部分通過挺柱、推桿、調整螺釘，推動搖臂擺轉，搖臂的另一端便向下推開氣門，同時使彈簧進一步壓縮。

(2)氣門關閉：當凸輪凸起部分的頂點轉過挺柱以后，氣門在其彈簧張力的作用下，開度逐漸減小，直至最后關閉，進氣或排氣過程即告結束。壓縮和作功行程中，氣門在彈簧張力作用下嚴密關閉，使氣缸密閉。

曲軸與凸輪軸的傳動比為2∶1。

2.中置凸輪軸式配氣機構

（CIH）結構特點：

1.凸輪軸位于氣缸體的上部。

2.推桿較短，運動慣性小。

3.也可省去推桿，而由挺柱直接驅動搖臂，當發動機轉速較高時，減小氣門傳動機構的往復運動質量。4.

鏈傳動、帶傳動、也有的采用齒輪傳動。3.頂置凸輪軸式配氣機構

(OHC)結構特點：

1.凸輪軸布置在氣缸蓋上。2.凸輪軸直接驅動搖臂或氣門，沒有（挺柱）、推桿，往復運動質量大大減小，因此它適用于高速發動機。大多數轎車3.鏈傳動或帶傳動。（1）單頂置凸輪軸(SOHC)

A.單頂置凸輪軸、無搖臂、一列氣門式

例：桑塔納時代超人

200GSIAJR電噴發動機的配氣機構，紅旗488-3發動機、一汽奧迪100以及南汽索菲姆柴油機均使用這一配氣機構實物圖B.單頂置凸輪軸、單搖臂軸、兩列氣門式C.單頂置凸輪軸、雙搖臂軸、兩列氣門式D.單頂置凸輪軸、浮動搖臂、一列氣門式(2)雙頂置凸輪軸（DOHC）

兩根凸輪軸，分別驅動排成兩列的進排氣門。

一般用于四氣門發動機，與兩氣門相比，氣門質量小；

便于采用結構緊湊的半球形燃燒室，便于布置直的進氣道，進氣阻力較小；

發動機高速動力性能較高。

上置凸輪軸式配氣機構的驅動方式有：鏈條驅動和同步齒形帶傳動同步齒形帶傳動（三）按每缸氣門數分類雙氣門：一進，一排，進大排小。多氣門：每缸氣門超過兩個，三氣門、四氣門、五氣門四氣門應用較多：如廣本，別克等。

優點：氣流通過截面積大，進氣充分，排氣徹底，發動機動力性提高。每個氣門頭部直徑小，質量減輕，運動慣性減小，適于高速發動機。多采用半球形燃燒室，火花塞布置在中央，便于燃燒。

缺點：配氣機構復雜，制造成本高。三氣門配氣機構五氣門（3進2排）（四）按凸輪軸的傳動方式分齒輪傳動式：結構簡單，傳動平穩可靠，不需調整，噪音小。下置中置齒形帶傳動式：傳動噪音小，不需潤滑。現代高速發動機廣泛采用。頂置鏈條傳動式：工作可靠，壽命長，但傳動噪音大、潤滑、維修較麻煩。頂置1.齒輪傳動2.齒形皮帶傳動

傳動路線：曲軸→齒形皮帶→凸輪軸正時齒輪。

應用：凸輪軸上置式配氣機構。

3.鏈條傳動傳動路線：曲軸→鏈條→凸輪軸正時齒輪。應用：凸輪軸上置式配氣機構三氣門間隙定義：氣門在完全關閉時，氣門桿尾端與氣門傳動組零件之間的間隙。

必要性：發動機工作時，氣門將因溫度升高而膨脹，如果氣門及其傳動件之間，在冷態時無間隙或間隙過小，則在熱態時，氣門及其傳動件的受熱膨脹勢必引起氣門關閉不嚴，造成發動機在壓縮和作功行程中漏氣，而使功率下降，嚴重時甚至不易起動。通常在發動機冷態裝配時，留有氣門間隙，以補償氣門受熱后的膨脹量。有的發動機采用液力挺柱，挺柱的長度能自動變化，隨時補償氣門的熱膨脹量，故不需要預留氣門間隙。

氣門間隙過大和過小的危害

氣門間隙的大小由發動機制造廠根據試驗確定。一般在冷態時，進氣門的間隙為0.25～0.35mm，排氣門的間隙為0.30～0.35mm。

過小：如果氣門間隙過小，發動機在熱態下可能因氣門關閉不嚴而發生漏氣，導致功率下降，甚至氣門燒壞。

過大：如果氣門間隙過大，則使傳動零件之間以及氣門和氣門座之間產生撞擊響聲，并加速磨損。同時，也會使氣門開啟的持續時間減少，氣缸的充氣以及排氣情況變壞。

四配氣相位四沖程發動機簡單工作循環：一個工作循環

曲軸轉兩圈，720度。活塞往復四個行程，完成進氣、壓縮、做功、排氣四個連續的過程。

每個過程都看作是在活塞的一個行程，即曲軸轉180度內完成的。即氣門的開關恰好是在活塞的上下止點處。

但事實并非如此。配氣相位的必要性1、因發動機轉速高，氣門開啟的理論持續時間極短。例如四沖程發動機轉速3000r/min時，一個行程時間只有0.01s。2、氣門開啟需要一個過程，氣門全開時間就更短。在這樣短的時間內，難以做到進氣充分和排氣干凈，因此實際發動機的進、排氣門都要早開和晚關，以延長進排氣時間，即氣門開啟的持續角都大于180度。配氣相位---氣門早開晚關演示配氣相位

1.定義：用曲軸轉角表示的進、排氣門開閉時刻和開啟持續時間，稱為配氣相位。

2.配氣相位的內容

1.進氣提前角

2.進氣遲后角

3.排氣提前角

4.排氣遲后角（一）進氣門的配氣相位1.進氣提前角

在排氣沖程接近終了，活塞到達上止點之前，進氣門便開始開啟。

(1)定義：從進氣門開始開啟到上止點所對應的曲軸轉角稱為進氣提前角(或早開角)。進氣提前角用α表示，α一般為10°～30°。

(2)目的：進氣門早開，使得活塞到達上止點開始向下運動時，因進氣門已有一定開度，所以可較快地獲得較大的進氣通道截面，減少進氣阻力。

2.進氣遲后角

在進氣沖程下止點過后，活塞又上行一段，進氣門才關閉。(1)定義：從下止點到進氣門關閉所對應的曲軸轉角稱為進氣遲后角(或晚關角)。進氣遲后角用β表示，β一般為40°～80°。

(2)目的：1）到下止點時，由于進氣阻力的影響，缸內的壓力仍低于大氣壓，利用缸內外的壓差繼續進氣：

2）利用氣流的慣性繼續進氣。過下止點后隨活塞上行，缸內壓力漸大，氣流流速減小至零時進氣門關閉最佳。

但Β過大會將進入氣缸的氣體又壓回進氣管。進氣持續角：α

＋

1800＋β

（二）排氣門的配氣相位1.排氣提前角

在作功行程的后期，活塞到達下止點前，排氣門便開始開啟。

(1)定義：從排氣門開始開啟到下止點所對應的曲軸轉角稱為排氣提前角(或早開角)。排氣提前角用γ表示，γ一般為40°～80°。

(2)目的：

①一定的殘余壓力，做功意義已不大。利用此壓力使廢氣自由排出；②廢氣的提前排出也可使排氣行程消耗的功率減少；③高溫廢氣的早排，還可以防止發動機過熱。

但γ過大，將得不償失。2.排氣遲后角在活塞越過上止點后，排氣門才關閉。

(1)定義：從上止點到排氣門關閉所對應的曲軸轉角稱為排氣遲后角(或晚關角)。排氣遲后角用δ表示，δ一般為10°～30°

(2)目的：

①到達上止點時，缸內壓力仍高于大氣壓，利用缸內外壓力差繼續排氣；②活塞到達上止點時，廢氣流還有一定的慣性，仍能繼續排氣。所以可利用氣流慣性繼續排氣。所以排氣門適當晚關可使廢氣排得較干凈排氣持續角為γ+180°+δ（三）氣門疊開氣門疊開：由于進氣門早開和排氣門晚關，就出現了一段進排氣門同時開啟的現象，稱為氣門疊開。氣門疊開角：進排氣門同時開啟的角度，稱為氣門疊開角。即進氣門早開角與排氣門晚關角的和（α+δ）。▲疊開角較小，且新鮮進氣和廢氣由于慣性要保持原流動方向，只要氣門重疊角選擇適當，就不會產生廢氣倒流入進氣管或新鮮氣體隨同廢氣排出的可能性，有利于換氣。（四）對配氣相位的要求配氣相位對發動機性能有很大影響。1.發動機結構不同，配氣相位不同。2.同一臺發動機，轉速不同，對配氣相位的要求也不同，轉速越高，早開角和晚關角應增大，反之則要求減小。目前，通過試驗確定某一常用轉速下合適的配氣相位，在裝配時對正時記號，保證以確定的配氣相位。以確定的配氣相位在使用中是不可改變的。則發動機性能只有在這一常用轉速下最好。可變配氣相位控制機構：VTECVVT,在工作中改變凸輪或凸輪軸和曲軸的相對位置，可實現配氣相位的調節。3.進氣遲后角的大小對大動機性能的影響最大。第二節配氣機構的主要結構一.氣門組：實現氣門對氣缸的可靠密封。氣門組的主要機件有：氣門氣門座氣門導管氣門彈簧彈簧座氣門鎖片氣門油封等

氣門油封氣門彈簧氣門氣門彈簧下座氣門鎖片氣門彈簧上座（一）氣門

1.工作條件與材料工作條件：1、高溫，進氣門為300-400攝氏度，排氣門為600-800攝氏度，2、氣門頭部承受氣體壓力、氣門彈簧力、落座時的慣性沖擊力等；3、冷卻和潤滑條件差；4、被氣缸中燃燒生成物中的物質所腐蝕。材料1、進氣門：采用中碳合金鋼，如鉻鋼、鎳鉻鋼、鉻鉬鋼等。2、排氣門：因排氣門熱負荷大，所以采用耐熱鋼，如硅鉻鋼、硅鉻鉬鋼、等硅鉻錳鋼等。2.氣門的結構氣門是由頭部和桿部組成的。頭部用來封閉氣缸的進、排氣通道。桿部則主要為氣門的運動導向。

1）氣門頭部

氣門頭部的形狀

①凸頂②平頂③凹頂①平頂結構簡單、制造方便，質量小，受熱面積小，進排氣門都可采用，應用最廣泛。②凹頂也稱漏斗形質量小、慣性小；頭部與桿部有較大的過渡圓弧，使氣流阻力小；以及具有較大的彈性，對氣門座的適應性好(又稱柔性氣門)，容易獲得較好的磨合；但受熱面積大，易存廢氣，容易過熱及受熱易變形，所以僅用作進氣門。③凸頂凸頂的剛度大，耐高溫強，但受熱面積也大，加工復雜，排氣阻力小，用于某些排氣門；

氣門錐角

氣門密封錐面：氣門頭部與氣門座接觸的部位。氣門錐角：氣門密封錐面與氣門頂平面的夾角稱為氣門錐角（30°/45°）。氣門錐角的作用：

①提高密封性和導熱性；

②氣門落座有自動定位作用；

③避免使氣流拐彎過大而降低流速。

④有了錐角，氣門落座時能擠掉接觸面的沉積物，即有自潔作用。

在氣門升程相同時：氣門錐角大，通道截面小，但落座壓力大，密封和導熱性好，邊緣厚不易變形；進氣門熱負荷小，為獲得較大的通道截面30°。排氣門熱負荷大，45°，以加強散熱和避免熱變形。有的發動機為了制造和維修方便，都用45°。氣門直徑進氣門一般比排氣門大一些。

2）氣門的桿部

作用：為氣門的運動導向，受側壓力，散熱。氣門桿的尾部

鎖片式或鎖銷式結構固定彈簧座。

氣門彈簧座氣門油封

發動機高速化后，進氣管中的真空度顯著提高，氣門室中的機油會通過氣門桿與導管之間的間隙被吸入進氣管和氣缸內，使機油消耗增加，在氣門上和燃燒室內產生積碳。為此，發動機的氣門桿上部都裝有機油防漏裝置，氣門的防脫裝置：有些發動機的氣門，在桿部鎖片槽下面另有一條切槽裝一卡環，以防萬一氣門彈簧折斷時氣門有落入氣缸發生搗缸的危險。（二）氣門座1.定義：進排氣道口與氣門密封錐面接觸的部位。2.作用：與氣門頭部密封錐面配合對氣缸起密封作用，散熱。3.結構形式

直接鏜出式:在缸體或缸蓋上直接加工。鑲嵌式:單獨制成座圈。熱負荷大、溫度變化大，承受落座沖擊為保證散熱和防止脫落，

要求：較高的加工精度和較大的過盈配合。壓入時，冷縮座圈、加熱座孔、點沖法、點焊法氣門座的錐角45°或30°錐面是與氣門工作錐面相座合的工作面；

寬度1-3mm，過寬，單位座合壓力小，且易夾上雜物，密封可靠性差；過窄時，面積小，散熱能力差。15°和75°錐角用來修正工作錐面的寬度和上下位置。是否鑲座的幾種情況1）鋁合金氣缸蓋必須鑲雙座圈。因其耐磨、耐熱性差。2）有的汽油機只有排氣門鑲座圈。因為排氣門座熱負荷大，而進氣管中真空度大，會從氣門導管間隙吸進少量機油，對進氣門座進行潤滑。3）有的柴油機只鑲進氣門座圈。這是由于柴油機的廢氣往往在排氣過程中還有未燃完的柴油，可對排氣門座進行潤滑。而柴油機因沒有節氣門，進氣管中真空度小，難以從近氣門導管處吸進機油，對進氣門座進行潤滑。（三）氣門導管作用：給氣門的運動導向；給氣門桿散熱。材料：石墨鑄鐵或粉末冶金，自潤滑性能好。防脫落結構1)一般外表面為無臺肩的圓柱形，其外表面加工精度較高，與缸蓋(體)過盈配合，以保證良好地傳熱和防止松脫。拆裝不方便2)帶凸臺和帶卡環的導管過盈量較小，因氣門彈簧下座將凸臺或卡環壓住，使導管軸向定位可靠，不致脫落。鋁合金缸蓋常用帶凸臺和卡環的導管，其過盈量較小，便于拆裝。（四）氣門彈簧

作用：(1)保證氣門自動回位關閉而密封。(2)保證氣門與氣門座的座合壓力。(3)吸收氣門在開啟和關閉過程中傳動零件所產生的慣性力，以防止各種傳動件彼此分離而破壞配氣機構正常工作。其形式有：等螺距彈簧不等螺距彈簧雙彈簧等螺距彈簧---可能共振防共振措施1）提高自然振動頻率，鋼絲直徑較粗或圈徑減小的彈簧。2）不等螺距彈簧

安裝時螺距小的一端朝向缸蓋3）雙氣門彈簧，安裝時螺旋方向相反。4）采用等螺距的單彈簧，在其內圈加一個過盈配合的阻尼摩擦片來消除共振雙氣門彈簧內圈加一個過盈配合的阻尼摩擦片來消除共