第三章配气机构
第三章 配气机构
张紧轮
中间轴齿 形带轮 曲轴正时 齿形带轮
四、每缸气门数及排列方式
1、气门数
一般发动机都采用每缸两个气门，即一个进气门和一个排 气门的结构。为了改善换气，在可能的条件下，应尽量加 大气门的直径，特别是进气门的直径。但是由于燃烧室尺 寸的限制，气门直径最大一般不能超过气缸直径的一半。 当气缸直径较大，活塞平均速度较高时，每缸一进一排的 气门结构就不能保证良好的换气质量。因此，很多新型汽 车发动机上采用每缸四个或五个气门结构。
气门间隙：为保证气门关闭严密，通常发动机在冷 为保证气门关闭严密，
态装配时，在气门杆尾端与气门驱动零件（摇臂、 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。 挺柱或凸轮）之间留有适当的间隙。
摇臂
气门间隙
气门杆
5、气门间隙调整原则
（1）不可调区域： 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。 将要进气，正在进气，进气刚完的进气门不可调。 调气门间隙的步骤： （ 2）调气门间隙的步骤： 画出配气相位图 排出各缸的位置 当一缸在压缩上止点时， 当一缸在压缩上止点时，判断其它缸位于何行 判断间隙是否可调。 程，并 判断间隙是否可调。
5、气门叠开
气门叠开：当进气门早开和排气门晚关时， 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。 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： 气门叠开角：气门同时开启的角度： （α+ δ）。
配气相位演示
第三节
配气机构的零件和组件
一、气门组 一、气门组
第三章 配气机构
第三章配气机构3.1 概述 (2)3.2 配气相位 (5)3.3 配气机构的零件和组件 (8)3.4 可变进气系统 (21)学习目标：1.掌握配气机构的组成及各零部件的结构特点；2.掌握配气相位、气门间隙；3.掌握凸轮轴的结构特点；4.掌握可变进气系统的结构类型特点。
学习方法：介绍发动机配气机构的结构及组成，通过实物教学和多媒体课件动态演示相结合，并和汽车拆装与调整实践教学相辅相承，使学生掌握各零部件的结构特点和安装要求。
学习内容：§3.1 概述§3.2 配气相位§3.3 配气机构的零件和组件§3.4 用配气相位图分析可调间隙的气门§3.5 可变进气系统学习重点：1.配气相位；2.气门间隙；3.凸轮轴的结构特点；4.可变进气系统的结构类型。
作业习题：1.影响充气效率的因素主要有哪些？2.配气机构的功用是什么？3.如何从一根凸轮轴上找出各缸的进排气凸轮和该发动机的发火顺序？4.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？5.挺柱的类型主要有哪些，液压挺柱有哪些优点？6.可变进气系统主要有哪几种型式？3.1 概述配气机构的功用就是根据每一气缸内所进行的工作循环和点火顺序的要求，定时打开和关闭各缸的进排气门，使新气及时进入气缸和废气及时排出气缸，使换气过程最佳。
好的配气机构应使发动机在各种工况下工作时获得最佳的进气量，以保证发动机在各种工况下工作时发出最好的性能。
发动机在全负荷下工作时，需获得最大功率和扭矩，这就要求在此工况下，配气机构应保证获得最大进气充量。
吸入的进气越多，发动机发出的功率和扭矩越大。
进气充满气缸的程度，常用充气效率 ( 也称充气系数 ) η v 表示。
即：ηv =M/Mo式中M －进气过程中，实际充入气缸的进气量；Mo －在进气状态下充满气缸工作容积的进气量。
一般情况下发动机充气效率η v 总是小于 l 的。
η v 的大致范围是：四冲程汽油机 0.7 ～ 0.85 ；四冲程非增压柴油机 0.75 ～ 0.90 ；四冲程增压柴油机 0.90 ～ 1.05 。
第三章 配气机构
概述 配气相位 配气机构的组成和零件 可变配气相位
§3.1
功用
概
述
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。
配气结构的要求
1、配气机构要保证进气充分，进气量尽可能的多。 2、废气要排除的干净，因为气缸内残留的废气越多，进气量就 会越少。 3、 配气机构应有利于减少进气和排气的阻力，进、排气门的 开启时刻和持续开启时间很恰当，使近期充分和排气彻底。 4、配齐机构的运动件应具有较小的质量和较大的刚度，使其具 有良好的动力性能。
边缘应保持一定 的厚度，1～3mm。 装配前应将密 封锥面研磨。
2） 气门锥角的作用
就向锥形塞子可以塞紧瓶口一样， 能获得较大的气门座合压力，以提高 密封性和导热性； 气门落座时有自动定位作用； 避免气流拐弯过大而降低流速； 气门落座时能挤掉接触面的沉积物， 即有自洁作用。
3） 进、排气门锥角的大小 进气门锥角较小，多用300。因锥角越小， 进气通道截面越大，进气量越多。 排气门锥角较大，通常为450。因锥角越 大，气门头部边缘的厚度大，不易变形。 排气门热负荷较大而用较大的锥角，以加 强散热和避免受热变形。且锥角越大，座 合压力越大，自洁作用越大。
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
4第三章_配气机构
汽车构造课程
气门侧置式
由凸轮、挺柱、气门和气门弹簧等组成。省去了 推杆、摇臂等另件，简化了结构。
第 三 章 配 气 机 构
进排气门都布 臵在气缸的一侧， 结构简单、零件数 目少。 气门布臵在同 一侧导致燃烧室结 构不紧凑、压缩比 受到限制、热量损 失大、进气道曲折、 进气阻力大，使发 动机性能下降，已
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汽车构造课程
凸轮 轴下 臵式
第 三 章 配 气 机 构 凸轮 轴中臵
缺点是气门和凸轮轴相距 较远，因而气门传动另件较多 ，结构较复杂，发动机高度也 有所增加。 凸轮轴位于气缸体的中部 ，由凸轮轴经过挺柱直接驱动 摇臂，省去推杆，这种结构称 为凸轮轴中臵配气机构。
凸轮轴直接驱动气门或直 接通过摇臂来驱动气门，既无 挺柱，又无推杆，往复运动质 量大大减小，此结构适于高速 发动机。
圆柱等螺距弹簧
第 三 章 配 气 机 构
不等距弹簧 旋向相反的两个弹簧， 防止断裂的弹簧卡入 另一弹簧
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汽车构造课程
5.气门旋转机构
功用：为了使气门头部温度均匀，防止局部过热引起 的变形和清除气门座积炭，可设法使气门在工作中 相对气门座缓慢旋转
第 三 章 配 气 机 构
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汽车构造课程
பைடு நூலகம்
材料：优质弹簧钢板 形状：碟状
三 = M M v 0 章 配 M-进气过程中，实际进入气缸的新气的质量； 气 机 Mo-在理想状态下，充满气缸工作容积的新气质量。 构 对充气效率的分析 ηv < 1（一般为0.8~0.9） 提高ηv方法
η
/
减少进气和排气阻力 ， 进排气门的开启时刻和 持续开启时间适当 。
5
汽车构造课程
四、配气机构工作过程
汽车构造课件第三章配气机构
总结
1
配气机构的基本原理
了解配气机构的基本工作原理和构成。
配气机构对对汽车功率、燃油经济性
和排放性能的影响。
3
配气机构的未来发展方向
展望配气机构在高效能、低排放和智能 化方面的未来发展趋势。
参考文献
• 杨敏. 汽车构造课件[M]. 北京：机械工业出版社，2021. • David C. Vizard. How to Power Tune Rover V8 Engines[M].
2
调节气门升程
配气机构可调节气门的升程，从而控制燃气进出气缸的量。
3
提供动力
配气机构保证内燃机正常运转，为发动机提供动力。
常见的配气机构种类
OHC配气机构
凸轮轴位于汽缸头部，通过摇臂 和气门直接控制进排气。
OHV配气机构
凸轮轴位于汽缸盖内，通过摇杆 和气门间接控制进排气。
DOHC配气机构
两根凸轮轴位于汽缸盖内，分别 控制进气和排气气门。
单凸轮轴与双凸轮轴的区别
1 单凸轮轴
只有一根凸轮轴，用于控制进排气门的开闭。
2 双凸轮轴
有两根凸轮轴，分别控制进气和排气气门。
关注的问题
配气机构的重要性
探讨配气机构在发动机中的重 要作用和影响。
配气机构的维护与保 养
提供维护和保养配气机构的建 议和注意事项。
配气机构的发展趋势
介绍配气机构的未来发展方向 和创新技术。
汽车构造课件第三章配气 机构
本章介绍汽车配气机构的基本原理、作用以及常见种类，同时探讨配气机构 对汽车性能的影响与未来发展方向。
什么是配气机构？
定义
配气机构是指控制气缸进气和排气门开闭时机的机械装置。
第三章 配气机构
二、主要零件检修
一、气门间隙的检查与调整
1.前提：气门必须处于完全关闭状态
2.第一种方法：二次调整法
第一步：把一缸活塞转到压缩上止点 第二步：按“双排不进”检查调整一半气门 第三步：转动曲轴一圈，检查调整另一半气门
3.气门间隙调整方法
气门间隙调整
4.逐缸法
定义：指一个气缸一个气缸的气门逐缸调整 第一步：使第一缸处于压缩上止点，检 查调整第一缸的气门间隙 第二步：转动曲轴，使下一缸处于压缩 上止点，进行检查调整
第三步：如此类推，直到调完所有气缸的气门
二、配气机构主要零件的检修
1.气门导管的更换
第一步：判断气门导管是否要更换 第二步：将旧的气门导管从缸盖上取出 第三步：选配新导管
第四步：将新导管压入气缸盖 第五步：检查新导管与气门杆的配合间隙
2.气门的检修
第一:气门常见的耗损
第二:气门的检验
第三:气门工作面的修理
1.按凸轮轴位置可分为：下置式、中置式、上置式。 2.按曲轴和凸轮轴的传动方式不同分为：齿 轮传动、链条传动、齿形带传动.
3.按每一缸的气门数量分为双气门式、多气门式
四、配气机构的工作原理
凸轮轴是通过正时齿轮由曲轴驱动的。四冲程发动机完 成一个工作循环，曲轴旋转两周，各缸进、排气门各开 启一次，凸轮轴只需转一周。 当凸轮基圆部分与挺柱接触时，挺柱不升高，气门 关闭，当凸轮凸起部分与挺柱接触时，将挺柱顶起， 挺柱通过推杆，使摇臂顺时针转动，摇臂的长臂端 向下推动气门，压缩气门弹簧，将气门头部推离气 门座而打开，当凸轮凸起部分的顶点转过挺柱后， 便逐渐减小了对挺柱的推力，气门在其弹簧张力的 作用下，开度逐渐减小，直至最后关闭，使气缸密 封。
第五节、配气机构主要零件的检修
配气机构
第三章 配气机构一、概述1．功用：配气机构是进、排气管道的控制机构，它按照气缸的工作顺序和工作过程的要求，准时地开闭进、排气门、向气缸供给可燃混合气（汽油机）或新鲜空气（柴油机）并及时排出废气。
另外，当进、排气门关闭时，保证气缸密封。
进饱排净，四行程发动机都采用气门式配气机构。
2．充气效率新鲜空气或可燃混合气被吸入气缸愈多，则发动机可能发出的功率愈大。
新鲜空气或可燃混合气充满气缸的程度，用充气效率v η表示。
o v m m =η气质量充满气缸工作容积的新进气系统进口状态下量实际充入气缸的新气质进气过程中,,→→ v η越高，表明进入气缸的新气越多，可燃混合气燃烧时可能放出的热量也就越大，发动机的功率越大。
3．型式① ⎩⎨⎧气门侧置式配气机构气门顶置式配气机构分根据气门安装位置不同, （图3-1） 气门位于气缸盖上称为气门顶置式配气机构，由凸轮、挺柱、推杆、摇臂、气门和气门弹簧等组成。
其特点，进气阻力小，燃烧室结构紧凑，气流搅动大，能达到较高的压缩比，目前国产的汽车发动机都采用气门顶置式配气机构。
气门位于气缸体侧面称为气门侧置式配气机构，由凸轮、挺柱、气门和气门弹簧等组成。
省去了推杆、摇臂等另件，简化了结构。
因为它的进、排气门在气缸的一侧，压缩比受到限制，进排气门阻力较大，发动机的动力性和高速性均较差。
逐渐被淘汰。
② ⎪⎩⎪⎨⎧凸轮轴上置式凸轮轴中置式凸轮轴下置式按凸轮轴布置位置 （图3-2）凸轮轴下置式，主要缺点是气门和凸轮轴相距较远，因而气门传动另件较多，结构较复杂，发动机高度也有所增加。
凸轮轴中置,凸轮轴位于气缸体的中部由凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，省去推杆，这种结构称为凸轮轴中置配气机构。
凸轮轴上置,凸轮轴布置在气缸盖上。
凸轮轴上置有两种结构，一是凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，这样既无挺柱，又无推杆，往复运动质量大大减小，此结构适于高速发动机。
另一种是凸轮轴直接驱动气门或带液力挺柱的气门，此种配气机构的往复运动质量更小，特别适应于高速发动机，③ ⎪⎩⎪⎨⎧齿带传动链条传动齿轮传动方式分按曲轴和凸轮轴的传动 （图3-3）（图3-4）凸轮轴下置，中置的配气机构大多采用圆柱形正时齿轮传动，一般从曲轴到凸轮轴只需一对正时齿轮传动，若齿轮直径过大，可增加一个中间齿轮。
汽车构造-第三章-配气机构
二、气门座和气门座圈
（５） 是否镶座的几种情况 1） 铝合金气缸盖必须镶双座圈，因其耐磨、耐热性差。 2） 有的汽油机的排气门镶座圈，而进气门不镶座圈。因为
排气门座热负荷大，而进气管中真空度大，会从气门导管间 隙吸进少量机油，对进气门座进行润滑。 3)柴油机一般情况是进、排气门都镶座，有的柴油机只镶进气 门座圈，这是由于柴油机的废气往往在排气过程中还有未燃 完的柴油，可对排气门座进行润滑。而柴油机因没有节气门， 进气管中真空度小，难以从进气门导管处吸进机油，对进气 门座进行润滑。
4、顶置气门配气机构的分类 （1）按凸轮轴的位置 （2）按气门驱动形式 （3）按凸轮轴传动的形式 （4）按每缸气门数及其排列方式
第一节 配气机构的功用和组成
4、顶置气门配气机构的分类 （1）按凸轮轴的位置 凸轮轴下置式、凸轮轴中置式、凸轮轴上置式。
凸轮轴下置式
凸轮轴中置式
第二节配气定时及气门间隙
气门间隙过大过小的危害？ 间隙过小: 热态下使气门关闭不严而发生漏气，导致功率下降，
甚至烧坏气门。 间隙过大: (1)将在气门与气门座以及各传动件之间产生撞击和
响声。（2）使气门开启的持续时间减少，气缸充气 和排气情况变坏。
气门间隙
可变配气定时机构
180º+α+β
第二节配气定时及气门间隙
排气提前角：从排气门开启到活塞到达下止点，曲 轴转角；γ一般为：40º-80º
排气迟后角：从排气行程上止点到排气门关闭，曲 轴转角；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。 180º+γ+δ
第二节配气定时及气门间隙
（1）进气提前的目的 进气开始时进气门有较大的开度或较大的进气通过
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第三章配气机构
配气机构（一）
教学目的
1、掌握配气机构的布置形式。
2、掌握配气相位与气门间隙的知识。
教学安排
组织教学
讲述新课
功用：按照气缸的工作顺序和工作过程的要求，准时地开闭进、排气门，向气缸供给可燃混合气（汽油机）或新鲜空气（柴油机）并及时排出废气。
充气效率：新鲜空气或可燃混合气充满气缸的程度，用充气效率表示。
§3.1 配气机构的布置形式
一、配气机构布置形式和工作情况
（一）布置形式
按气门的布置形式分：顶置气门式和侧置气门式。
侧置气门式已趋于淘汰；
按凸轮轴安装位置分：上置凸轮轴式、中置凸轮轴式和下置凸轮轴式；
按曲轴和凸轮轴的传动方式分：齿轮传动式、链条传动式和齿形皮带传动式；
按每个气缸的气门数目分：2气门式、3气门式、4气门式和5气门式。
（二）工作过程
运动传递路线：曲轴→凸轮轴→挺柱→推杆→摇臂→气门
四冲程发动机曲轴与凸轮轴的传动比为2:1。
二、凸轮轴布置型式及特点
§3.2 配气相位与气门间隙
一、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。
通常用环形图表示——配气相位图。
气门重叠：
两个气门同时开启时间相当的曲轴转角叫作气门重叠角。
二、气门间隙
作用：为气门热膨胀留有余地，以保证气门的密封。
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。
间隙过大：进、排气门开启迟后，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。
采用液压挺柱的配气机构不需要留气门间隙。
作业
1、配气机构有何功用？凸轮轴的布置形式有哪几种？各有什么特点？
2、什么是配气相位？画出配气相位图，并注明气门重叠角。
3、气门为何要早开晚关？
配气机构（二）
教学目的
掌握配气机构主要零件的功用及构造
教学安排
组织教学
复习旧课
1、配气机构的功用、凸轮轴的布置形式及特点；
2、配气相位、画出配气相位图、气门重叠角。
讲述新课
§3.3 配气机构的主要零件与组件
一、气门组
包括：气门、气门座、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座及锁片等。
1、气门
功用：控制进、排气管的开闭
构造：气门由头部和杆部组成。
气门密封锥面与气门座配对研磨。
杆身装在气门导管内起导向作用，杆身与头部采用圆滑过渡连接。
尾部制有凹槽（锥形槽或环形槽）用来安装锁紧件。
工作条件：承受高温、高压、冲击、润滑困难。
要求：足够的强度、刚度、耐磨、耐高温、耐腐蚀、耐冲击。
材料：进气门用合金钢（铬钢或镍铬等），排气门用耐热合金钢（硅铬钢等）。
2、气门导管功用：起导向和导热作用。
气门导管常用灰铸铁、球墨铸铁或铁基粉末冶金制造。
3、气门座：气门座与气门头部密封锥面配合密封气缸，气门头部的热量亦经过气门座外传。
气门座可以在缸盖或缸体上直接镗出，也可以采用镶嵌式结构。
4、气门弹簧
二、气门传动组
功用：定时驱动气门开闭，并保证气门有足够的开度。
组成：由凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂等组成。
1、凸轮轴
功用：驱动各缸气门开闭，使其符合发动机点火顺序、工作循环及配气相位等要求，并保证气门有足够的开度。
2、挺柱
挺柱的功用是将凸轮的推力传给推杆（或气门杆），并承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力。
近年来，液压挺柱被广泛地采用。
3、推杆
推杆的作用是将从凸轮轴传来的推力传给摇臂，它是配气机构中最容易弯曲的零件。
要求有很高的刚度，在动载荷大的发动机中，推杆应尽量地做得短些。
4、摇臂和摇臂组：摇臂实际上是一个双臂杠杆。
作业
1、气门组由哪些零件组成？气门的工作条件如何？
2、凸轮轴有何功用？。