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汽车发动机配气机构
知识点： 1.配气机构的功用及组成； 2.气门间隙； 3.配气机构各主要零部件的功用及结构。 导图细节讲解： 1.从一点钟方向顺时针开始读图； 2.高亮表示该分支“是什么”； 3.在该分支内但颜色与该分支不一样的字为关键字，建议学习时只看关键字，看不懂再读整句话； 4.冷暖色相间、高亮、关键字色差、高清图片共同打造舒适记忆； 5.建议下载原图，放大后所有小图清晰可见。
编辑于2024-04-24 11:33:37- 汽车维修
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配气机构
配气机构作用：按照发动机工作循环、点火顺序的要求，适时开启和关闭各缸进、排气门，使新气及时进入气缸，废气及时从气缸排除。
配气机构目的：进气充分、排气彻底
配气机构要求
机构的结构参数和形式有利于减小进、排气阻力
进、排气门的开启时刻和延续时间要适当，开度要够
气门关闭要严密
气门关闭不严危害：功率下降，甚至不易启动
原因1：压缩冲程漏气，气缸压力不足，燃气质量损失
原因2：做功冲程泄压，燃气压力下降
各部件要有较小的质量和较大的刚度
“新气”
汽油机：汽油与空气的混合气
柴油机：纯空气
类型与组成
类型
按凸轮轴布置形式
凸轮轴下置式
凸轮轴中置式
凸轮轴顶（上）置式（OHC）
按气门驱动形式
摇臂驱动式
摆臂驱动式
直接驱动式
按凸轮轴驱动方式 （凸轮轴由曲轴驱动）
齿轮式
链条式
齿形带式
组成
气门组
气门传动组
各主要零部件的 功用及结构（气门组）

气门
气门功用
密封进、排气通道
导热
一部分热量经气门头部和气门座圈传递给气缸盖
另一部分热量通过气门杆和气门导管传递给气缸盖
最终都被气缸盖水套中的冷却液带走
气门工作条件
高温（受热严重，散热困难，进气门可达300-400℃，排气门可达600-800℃）、高压、高速、化学腐蚀
气门弹簧力、惯性力、落座冲击力，润滑条件差
气门类型
按作用
进气门
中碳合金钢
铬钢、铬钼钢、镍铬钢等
排气门
耐热合金钢
硅铬钢、硅铬钼钢、硅铬锰钢
当进气门和排气门数量相等时，进气门头部直径总比排气门头部直径大
目的是加大进气门通过断面的面积，减小进气的阻力，增加进气量
凡是进气门数比排气门多时，排气门头部直径总是比进气门大
多气门
气门通过断面面积大，进排气充分，进气量增加，发动机转矩与功率提高
每个气门头部直径较小，每个气门的质量减轻，运动惯性力减小， 有利于提高发动机转速
四气门发动机应用最为广泛
按气门成品结构
整根气门
双金属对焊气门
空心充钠气门
在中空的气门杆中填入一半金属钠。 1、中空：减轻气门质量和减小气门运动的惯性力； 2、钠的熔点时97.8℃，沸点880℃。所以气门在工作室，钠变成液体，在气门杆内上下激烈地晃动，不断地从气门头部吸收热量并传递给气门杆，再经气门导管传递给气缸盖，使气门头部得到冷却。
构造
气门头部
气门顶部
平顶气门
结构简单，制造方便，受热面积小
进、排气门均可采用
应用最多
（凸顶）球面顶气门
适用于排气门
强度大、刚度大，排气阻力小，废气清除效果好
受热面积大，质量和惯性力大，加工复杂
凹顶（漏斗形）
一般用作进气门
质量轻，惯性力小，气流阻力小（较大过渡圆弧）
具有较大的弹性，对气门座的适应性强（柔性气门），容易获得较好的磨合
受热面积大，易保存废气，容易过热，以及受热易变形，不适合用作排气门
气门座：气缸盖的进、排气道与气门锥面相结合的部位
气门座圈：
气门锥角
气门头部与气门座接触的工作面，称为密封锥面
气门与气门座或气门座圈靠锥面密封，气门锥面与气门顶面的夹角称为气门锥角
气门锥角一般为45°，少数进气门锥角为30°
气门锥角较小时
气门通过断面较大，进气阻力较小，可以增加进气量。
气门头部边缘较薄，刚度较差，容易变形，致使气门与气门座圈之间密封性易变差。
较大的气门锥角
可以提高气门头部边缘的刚度，气门落座时有较好的自动对中作用，与气门座圈有较大的接触压力。这些都有利于挤掉密封锥面上的积碳。
气门杆部
作用：气门的运动导向；导热
气门杆与气门导管保持较小的配合间隙，以减小热阻和磨损， 并起到良好的导向和散热作用
气门杆尾端的形状决定上气门弹簧座的固定方式，一般采用锁片式或锁销式
润滑困难
气门导管
气门导管功用
为气门的运动导向，兼起气门杆导热作用
气门导管工作条件
温度较高，润滑困难，易磨损
气门油封
防止机油进入进排气管及燃烧室，避免机油流失
防止混合气废气泄漏
气门座圈
气门座圈：以较大过盈量镶嵌在气门座上的圆环
在气缸盖上镶嵌气门座圈可以延长气缸盖的使用寿命
气门座圈的内锥面与气门锥面紧密贴合以密封气缸，同时接受并传递气门传来的热量
气门座圈与气门头部配对研磨，研磨之后不能互换
气门弹簧
气门弹簧作用
保证气门自动关闭且密封
增强气门与气门座的座合压力
吸收气门在开启和关闭过程中传动零件产生的惯性力及间隙
保证气门按凸轮轮廓曲线的规律关闭
防止各种传动件彼此分离而破坏配气机构正常工作
气门弹簧位置
一端支承在气缸盖上，另一端弹压在气门杆端的弹簧座上， 弹簧座用锁片固定在气门杆的末端
气门弹簧工作过程
气门弹簧的弹力通过气门弹簧座、气门锁片使气门紧压在气门座上
只有当凸轮驱使摇臂（或挺柱）向下压缩气门杆的末端，并通过气门锁片、气门弹簧座向下压缩气门弹簧时，气门才打开
然后随着凸轮的转动，弹簧开始伸长，推动气门及摇臂等传动件上移，直至气门落座关闭
气门弹簧类型
等螺距气门弹簧
气门弹簧一般为等螺距圆柱形螺旋弹簧
当气门弹簧的工作频率与其固有的振动频率相等或为整数倍时， 气门弹簧就会发生共振；共振将使配气定时遭到破坏，使气门发生反跳和冲击，甚至使弹簧折断。为防止共振，采用变螺距或双弹簧。
变螺距气门弹簧
某些高性能汽油机采用
固有频率不是定值，可以防止共振
双气门弹簧
柴油机和高性能汽油机上广泛采用
俩直径不同，旋向相反的内外弹簧
俩弹簧固有频率不同
一弹簧共振时，另一弹簧阻尼减振
旋向相反，可以防止折断的弹簧圈卡入另一个弹簧圈内使其不能工作或损坏
不仅可以防止共振，当一根折断时另一根还能继续维持工作， 不致使气门落入气缸中
可以减小气门弹簧高度
气门传动组

功用
使进排气门能按规定的时刻开闭，并保证有足够的开度
工作条件
承受周期性冲击载荷
工作表面磨损严重
凸轮与挺柱之间接触应力很大，相对滑动速度高
要求
较高尺寸精度，较小表面粗糙度，足够的刚度， 较高的耐磨性和良好的润滑
材料
优质碳钢或合金钢，也可用合金铸铁或球墨铸铁
凸轮轴
作用
控制进、排气门的开闭时刻
驱动汽油泵、分电器、机油泵工作（已过时）
构造
凸轮轴通过凸轮轴轴颈支承在凸轮轴轴承孔内
凸轮
凸轮工作面的高度决定了气门升程， 凸轮工作面的形状决定气门的开闭时间
凸轮相位
凸轮轴上各同名凸轮(各进气凸轮或各排气凸轮)的相对角位置与 凸轮轴旋转方向、发动机工作顺序及气缸数或作功间隔角有关
四缸发动机同名凸轮夹角为90°
六缸发动机同名凸轮夹角为60°
同一气缸的进排气凸轮的相对角位置即异名凸轮相对角位置， 决定于配气定时及凸轮轴旋转方向
凸轮轴轴承
中置式和下置式的凸轮轴轴承一般制成衬套压入整体式轴承座孔内，再加工轴承内孔，使其与凸轮轴轴颈相配合；
顶置式凸轮轴的轴承多由上、下两片轴瓦对合而成，装入剖分式轴承座孔内
凸轮轴正时齿（链、带）轮
布置形式
凸轮轴下置式
凸轮轴置于曲轴箱内
下置式凸轮轴由曲轴定时齿轮驱动
当凸轮的上升段顶起挺柱时，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
优点：凸轮轴离曲轴近，可以简单地用一对齿轮传动
缺点：零件多，传动链长，整个机构刚度差，高转速时可能破坏气门的运动规律和气门的定时开闭。因此多用于转速较低的发动机。
凸轮轴中置式
凸轮轴置于机体上部
减少了推杆（或推杆长度），从而减轻了配气机构的往复运动质量， 增大了机构的刚度，更适用于较高转速的发动机。
凸轮轴顶（上）置式（OHC）
凸轮轴置于气缸盖上
运动件少，传动链短，整个机构刚度大，适用于高速发动机。
凸轮轴驱动方式
齿轮驱动
用于下置式和中置式凸轮轴的驱动
曲轴正（定）时齿轮-中碳钢制造
凸轮轴正（定）时齿轮-一般采用铸铁或夹布胶木
为保证正确的配气定时和喷油定时，在传动齿轮上刻有 定时记号，装配时必须对正记号
汽油机一般只用一对
正时链条驱动
用于中置式和顶置式凸轮轴的驱动，尤其是顶置式
一般为滚子链
工作室应保持一定的张紧度，不使其产生振动和噪声
在链传动机构中装有导链板 并在链条的松边装置张紧器
齿形皮带驱动
用于顶置式凸轮轴的驱动
与其他两种方式相比，齿形带传动具有噪声小、质量轻、成本低、工作可靠和不需要润滑等优点；且齿形带伸长量小，适合有精确定时要求的传动；
在使用中不能使齿形带与水或机油接触，否则易引起跳齿
为确保传动可靠，齿形带需保持一定的张紧力，为此在齿形带传动机构中也设置有张紧轮与张紧弹簧组成的张紧器
凸轮轴轴向定位
为了限制凸轮轴在工作中产生的轴向移动或承受螺旋齿轮在传动时产生的轴向力，凸轮轴需要轴向定位。
凸轮轴轴向移动量过大，对于由螺旋齿轮传动的凸轮轴， 会影响配气定时
顶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。
中、下置式凸轮轴的轴向定位通常采用推力板
挺柱
凸轮的从动件，把来自凸轮的运动和动力传递给推杆或气门， 同时还承受凸轮所施加的侧向力，并将其传递到机体或气缸盖
挺柱工作时，底面与凸轮接触，由于接触面积小，接触应力较大，摩擦和磨损都相当严重，此外由于其导向作用，在侧向力作用下加重了偏磨。因此，挺柱工作面应耐磨损并应得到良好的润滑。
机械挺柱
薄壁杯形平面挺柱
结构简单
液压挺柱
零气门间隙
气门及其传动件因温度升高而膨胀，或因磨损而缩短， 都可以由液力挺柱的液力作用来自行调整或补偿
解决了因有气门间隙而产生的冲击及噪音问题
推杆
处于挺柱和摇臂之间，将挺柱传来的运动和作用力传给摇臂
极易弯曲，要求有较好的纵向稳定性和较大的刚度
一般用无缝钢管制造，两端焊上球头和球座；也有实心的，此时两端球头和球座与推杆锻成一个整体
如果机体和气缸盖都是铝合金制造，推杆也宜采用铝，这样发动机温度变化时，对气门间隙的影响较小
摇臂
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
双臂杠杆，两臂不等长
短臂加工有螺纹孔，用来拧入气门间隙调整螺钉
长臂加工成圆弧面，是推动气门的工作面
为使摇臂在尽可能小的质量下有较大的强度和刚度， 特将摇臂制成T字形或工字形断面
摇臂孔内镶有衬套并通过空心的摇臂轴支撑在摇臂轴座上，后者固定在气缸盖上；摇臂在摇臂轴上的位置由限位弹簧或挡圈限定
机油从机体经气缸盖和摇臂轴座中的油道引入摇臂轴，再从摇臂轴、摇臂轴衬套和摇臂上的油孔流向摇臂两端
气门驱动形式
摇臂驱动式
（左图）凸轮轴推动液力挺柱，液力挺柱推动摇臂，摇臂驱动气门
（右图）凸轮轴直接驱动摇臂，摇臂驱动气门
摆臂驱动式
比摇臂驱动式刚度更好，更有利于高速发动机，在轿车发动机上应用比较广泛
直接驱动式
（左图）通过吊杯形机械挺柱驱动气门
（右图）通过吊杯形液力挺柱驱动气门
刚度最大，驱动气门的能量损失最小。 因此，在高度强化的轿车发动机上得到广泛的应用
气门间隙
气门间隙定义
发动机冷态装配，气门完全关闭时， 气门杆尾端与气门传动组零件之间的间隙
气门间隙存在原因
气门及其传动件（如挺柱、推杆等）会因受热膨胀而伸长
若气门与传动件间冷态下无间隙或间隙过小， 热态下势必由于膨胀引起气门关闭不严
气门间隙作用：弥补气门受热后的膨胀量
液力挺杆长度能自动变化，随时补偿气门膨胀量，不需预留
气门间隙过大
传动零件之间、气门与气门座之间产生撞击响声
气门开启推迟、开度减小（升程不够）
进排气阻力增加、充气量下降→动力下降
气门传动零件之间冲击、磨损增加→气门开启持续时间减少、气缸的充气以及排气情况变坏，严重时排气摇臂会从根部折断，从而发生排气门弹簧折断、气门掉进气缸的危险
气门间隙过小
气门热态下出现气门关闭不严情况
气缸漏气
工作压力下降
功率下降
气门易于烧蚀