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第3章配气机构主要内容概述3.1气门组件3.2气门传动组3.3可变配气相位机构3.43.1概述配气机构是控制发动机进气和排气的装置，其作用是按照发动机的工作循环和点火次序的要求定时开启和关闭各缸的进、排气门，以便在进气行程使尽可能多的可燃混合气（汽油机）或空气（柴油机）进入汽缸，在排气行程将废气快速排出汽缸。配气机构的组成3.1.1配气机构的分类1.按气门的布置形式分1）侧置气门式配气机构2）顶置气门式配气机构2.按凸轮轴的布置形式分1）凸轮轴下置式配气机构2）凸轮轴中置式配气机构3）凸轮轴上置式配气机构3.按曲轴驱动凸轮轴的方式分1）齿轮传动配气机构2）链传动配气机构3）齿形带传动配气机构4.按每缸气门的数量分1）双气门式配气机构2）多气门式配气机构(a)双气门(b)三气门(c)四气门(d)五气门3.1.2气门间隙发动机工作时，气门及其传动件将因温度升高而膨胀。如果气门及其传动件之间在冷态时无间隙或间隙过小，则在热态下，气门及其传动件受热膨胀势必引起气门关闭不严，造成发动机在压缩和作功行程中漏气，会使发动机功率下降。为了消除上述现象，通常在发动机冷态装配时，在气门及其传动机构中留有适当的间隙，以补偿气门受热后的膨胀量。这一预留间隙称为气门间隙。3.1.3配气相位配气相位是用曲轴转角表示的进、排气门的开启时刻和开启延续时间。配气相位图配气相位对发动机工作的要求：延长进、排气时间。进气门早开晚关，排气门早开晚关。1.进气门的配气相位进气提前角α：一般为10º～30º进气迟后角β：一般为40º～70º进气持续角：进气门开启持续时间的曲轴转角。为180º+α+β2.排气门的配气相位排气提前角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+δ3.气门叠开气门叠开：在某一时间内，进气门、排气门同时开启的现象。气门叠开角：气门重叠时的曲轴转角。为α+δ3.2气门组件气门组件组成：气门、气门座、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座及气门锁片等零件。工作要求：（1）气门头部与气门座贴合严密。（2）气门导管对气门杆的往复运动导向良好。（3）气门弹簧两端面与气门杆中心线相互垂直，以保证气门头部在气门座上不偏斜。（4）气门弹簧的弹力足以克服气门及其传动件的运动惯性力，使气门能迅速关闭，并能保证气门关闭时的密封性。3.2.1气门分类：进气门和排气门两种。组成：头部和杆部。功用：头部是用来密封汽缸的进、排气通道；杆部是用来为气门的运动导向。工作要求：有足够的强度、刚度，耐磨损，耐高温，不易变形，且质量要尽可能地轻。1.气门头部气门头部的形状一般有3种形式：平顶、球面顶和喇叭形顶平顶结构简单、制造方便、吸热面积小，质量小、进、排气门均可采用。多数发动机采用。球面顶适用于排气门。强度高，排气阻力小，废气的清除效果好，但受热面积大，质量和惯性力大，加工较复杂。喇叭形顶通常作为进气门。其特点是进气阻力小，且质量轻、惯性小，但受热面积大。气门锥角为了保证气门与气门座贴合紧密，将气门密封面做成锥面，通常把气门密封锥面的锥角称为气门锥角。一般气门锥角为45°。在气门升程一定的情况下，减小气门锥角，可以增大气流通道断面，减小进气阻力。但锥角减小会引起气门头部边缘厚度变薄，致使气门的密封和导热性变差。2.气门杆部气门在气门导管中上下运动，靠气门杆部起导向和传热作用。气门杆尾端的形状取决于气门弹簧座的固定方式气门杆尾端形状与弹簧座的固定方式1—气门杆；2—气门弹簧；3—弹簧座；4—锥形锁片；5—锁销3.2.2气门座进、排气道口与气门密封锥面直接贴合的部位。1.气门座的形式功用：与气门头部一起对汽缸起密封作用，同时接受气门头部传来的热量并将其传递出去，起散热作用。工作条件：高温、磨损严重。类型：一种是直接在汽缸盖上镗出的气门座；另一种是单独制成气门座圈，镶嵌在汽缸盖上的气门座。气门座结构1—卡环；2—气门导管；3—汽缸盖；4—气门座2.气门座锥角气门座锥角由三部分组成。其中45°（或30°）的锥面与气门密封锥面贴合，15°和75°锥角是用来修正工作锥面的宽度和上、下位置的，以使其达到规定的要求。某些发动机的气门锥角比气门座锥角小0.5°～l°，该角称为密封干涉角。(a)气门座锥角(b)密封干涉角1—气门座；2—气门3.2.3气门导管功用：主要作用是对气门的运动导向，以保证气门做上下往复运动时不发生径向摆动而可以准确落座，且与气门座正确贴合。同时还可以起到导热作用，将气门杆的热量经气门导管传给缸盖及水套。工作条件：高温、磨损严重。气门导管内外圆柱面经加工后压入汽缸盖的气门导管孔中，然后再精铰内孔。并用卡环定位。气门导管汽缸盖过盈配合卡环：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。3.2.3气门弹簧功用：使气门自动复位关闭，并保证气门与气门座的座合压力；还用于吸收气门在关闭过程中各传动零件所产生的惯性力，以防各个传动件彼此分离而破坏配气机构的正常工作。防止共振：①提高气门弹簧的刚度；②采用不等螺距的圆柱弹簧；③采用双气门弹簧。(a)粗径等螺距弹簧(b)变螺距弹簧(c)双弹簧3.3气门传动组气门传动组主要包括凸轮轴、挺柱、推杆和摇臂等零件。摇臂轴摇臂推杆挺柱凸轮轴正时齿轮凸轮轴3.3.1凸轮轴1.凸轮轴结构凸轮轴主要由凸轮和轴颈两部分组成。单根凸轮轴一般将进气凸轮和排气凸轮布置在同一根凸轮轴上。双上置凸轮轴配气机构的两根凸轮轴，一根是进气凸轮轴，上面布置有各缸的进气凸轮；另一根是排气凸轮轴，上面分布有各缸的排气凸轮。2.凸轮轮廓形状气门的开闭时刻及其升程变化规律主要取决于控制气门的凸轮外部轮廓曲线即凸轮轮廓形状。凸轮轮廓直接决定了气门的升程及其升降过程的运动规律。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3.凸轮间的相对角位置1）同名凸轮间的相对角位置凸轮轴上各缸同名凸轮相对角位置的排列与凸轮轴的转动方向、各缸的工作顺序和作功间隔角有关。2）异名凸轮的相对角位置同一汽缸进、排气（异名）凸轮间的相对角位置排列取决于凸轮轴的转动方向和发动机的配气相位。4缸汽油机同名凸轮排列6缸柴油机同名凸轮排列4.凸轮轴的轴向定位为了防止凸轮轴轴向窜动，一般设有轴向定位装置。正时齿轮止推板凸轮轴颈凸轮轴的轴向间隙汽缸体利用调节环控制轴向窜动窜动量3.3.2挺柱功用：将凸轮轴旋转时产生的推动力传给推杆（下、中置凸轮轴）或气门（上置凸轮轴）。材料：一般用耐磨性好的合金钢或合金铸铁等材料制造。1.普通挺柱常见的挺柱主要有筒形和滚轮式两种(a)筒形平面(b)筒形球面(c)滚轮式2.液压挺柱液压挺柱除可以自动补偿气门间隙外，还具有以下优点：（1）取消了调整气门间隙的零件，使结构简单。（2）不需调整气门间隙，简化了装配后的调整过程。（3）消除了由气门间隙引起的冲击和噪声，减轻了气门传动组件之间的摩擦。挺柱体柱塞球座卡簧柱塞弹簧单向阀柱塞腔挺柱体腔进油口进油通道3.3.3推杆功用：采用下置、中置式凸轮轴的配气机构，利用推杆将挺柱传来的力传给摇臂。材料：硬铝、钢。结构：实心推杆、硬铝棒、钢管。3.3.4摇臂与摇臂组件功用：将推杆或凸轮传来的力改变方向后传给气门，使其开启。摇臂组件主要包括摇臂、摇臂轴、支承座及气门间隙调整螺钉等零件。3.4可变配气相位机构常见的双气门机构与四气门机构的配气正时主要考虑提高发动机的有效功率和转矩，但在发动机怠速运转时，动力性急剧下降，燃油经济性很差。为避免此种现象，有些汽车近年来采用一种可变配气相位与气门升程的电子控制（VTEC）机构来控制进气时间与进气量，从而使发动机输出不同的输出功率。1.VTEC的结构装有VTEC机构的发动机每个汽缸都配置有两个进气门和两个排气门。本田汽车的VTEC机构1—正时板；2—中间摇臂；3—次摇臂；4—同步活塞B；5—同步活塞A；6—正时活塞；7—进气门；8—主摇臂；9—凸轮2.VTEC的工作原理VTEC机构低速工作时1—主凸轮；2—中间凸轮；3—次凸轮；4—次摇臂；5—次同步活塞；6—中间同步活塞B；7—主同步活塞A；8—正时活塞；9—主摇臂；10—中间摇臂VTEC机构高速工作时1—主摇臂；2—中间摇臂；3—中间凸轮