第三章配气机构的构造与维修

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3.1 概述

(1)凸轮轴下置式。这种布置形式如图3一2所示，大多数载货汽车和大、中型客车发动机都采用这种方式。凸轮轴平行布置在曲轴的一侧，由于曲轴和凸轮轴位置靠近，只用一对正时齿轮传动。优点:简化曲轴与凸轮轴之间的传动装置(齿轮传动)，有利于发动机的布置;缺点:气门和凸轮轴相距较远，因而气门传动零件较多，结构较复杂，发动机高度也有所增加。
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3.1 概述

2.按曲轴到凸轮轴的传动方式分类顶置式配气机构按曲轴到凸轮轴的传动方式来分类，可分为齿轮传动、链传动和啮形带传动。 (1)齿轮传动。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的传动只需一对正时齿轮，如图3一7所示，若齿轮直径过大，可在中间加装一个惰轮，如YC6105柴油机就用此传动形式。为了啮合平稳，减小噪声，正时齿轮多用斜齿。在中、小功率发动机上，曲轴正时齿轮用钢来制造，而凸轮轴正时齿轮则用铸铁或夹布胶木制造，以减小噪声。
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3.1 概述

三、配气机构的分类
配气机构按气门的布置位置不同可分为顶置式配气机构和侧置式配气机构两类。顶置式配气机构的优点很多，如进气阻力小，燃烧室结构紧凑等，故被广泛采用:侧置式配气机构已被淘汰。
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3.1 概述

顶置式配气机构的具体分类方法如下。 1.按凸轮轴的位置分类顶置式配气机构按凸轮轴的位置来分，又可分为凸轮轴下置式、凸轮轴中置式和凸轮轴上置式。
第三章配气机构的构造与维修

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 小结
概述配气相位及其影响因素发动机的换气过程气门组的构造和检修气门传动组的构造和检修配气机构的检查与调整配气机构常见故障的诊断与排除
3.1 概述

一、配气机构的作用
配气机构的作用是按照发动机每一气缸内所进行的工作循环或发火次序的要求，定时开启和关闭各气缸的进、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，以便发动机进行进气、压缩、做功和排气等工作过程。新鲜空气或可燃混合气被吸进气缸愈多，发动机可能发出的功率愈大。
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3.1 概述

(2)气门组:主要由气门锁环、气门弹簧座、气门弹簧、气门、气门导管、气门座等组成。其功用主要是维持气门的关闭。图3一1为凸轮轴下置顶置气门式配气机构的组成与布置。气门组主要包括气门、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座和气门锁环等。气门传动组主要包括凸轮轴正时齿轮、凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂和摇臂轴等。
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3.2 配气相位及其影响因素

2.进气迟后角在进气行程下止点过后，活塞重又上行一段，进气门才关闭。从下止点到进气门关闭所对应的曲轴转角称为进气迟后角，用β表示 ,β般为400 -- 800，如图3一11所示。
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3.2 配气相位及其影响因素

进气门晚关，是因为活塞到达下止点时，由于进气阻力的影响，气缸内的压力仍低于大气压，且气流还有相当大的惯性，仍能继续进气。下止点过后，随着活塞的上行，气缸内压力逐渐增大，进气气流速度也逐渐减小，直到流速等于零时，进气门便关闭的β角最适宜。若β过大，便会将进入气缸的气体重新又压回进气管。

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3.2 配气相位及其影响因素

一、进气门的配气相位
1.进气提前角在排气行程接近终了，活塞到达上止点之前，进气门便开始开启。从进气门开始开启到上止点所对应的曲轴转角称为进气提前角，用α表示。α一般为100--300，如图3一11所示。由于进气门早开，使得活塞到达上止点开始向下移动时，进气门已有一定开度，所以可较快地获得较大进气通道截面，减少进气阻力。

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3.1 概述

充气效率愈高，表明进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量愈多，可燃混合气燃烧时可能放出的热量愈大，所以发动机发出的功率也愈大。对于一定工作容积的发动机而言，充气效率与进气终了时气缸内的压力和温度有关。进气终了压力愈高，温度愈低，则一定容积的气体质量就愈大，表明充气效率愈高。

就配气机构而言，主要是要求其结构有利于减小进气和排气的阻力，而且进、排气门的开启时刻和持续开启的时间要适当，使进气和排气都尽可能充分和完善。
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3.1 概述

二、配气机构的组成
发动机的配气机构由气门传动组和气门组组成。 (1)气门传动组:气门传动组是从正时齿轮开始至推动气门动作的所有零件。主要由正时齿轮、凸轮轴、气门挺柱、推杆、调整螺钉和锁紧螺母、摇臂、摇臂轴、摇臂轴支架等组成。其功用是定时驱动气门使其开闭。

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3.2 配气相位及其影响因素

三、气门重叠与气门重叠角
由于进气门旱开和排气门晚关，在排气终了和进气刚开始、活塞处于上止点附近时，进、排气川司时开启，这种现象称为气门重叠。进排气川司时开启过程对应的曲轴转角，称为气门重叠角。气门重叠角的大小为α+β，如图3一11所示。

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3.1 概述

气门穿过气门导管，在其尾端通过气门锁环固定着气门弹簧座。气门弹簧套于气门杆外围，并有一定的预紧力。气门弹簧的上端抵于弹簧座，下端抵于缸盖。当气门关闭时，在气门弹簧预紧力的作用下，气门头部密封锥面压紧在气门座上，将气道封闭。摇臂轴通过支架固定在缸盖上平面，摇臂套在摇臂轴上，可绕摇臂轴转动。摇臂长臂端与气门杆尾部接触，短臂端装有调整气门间隙的调整螺钉。凸轮轴安装在缸体的一侧，挺柱呈杯状，位于挺柱导向体内，下端与凸轮轴接触。推杆为一细长杆件，上端与摇臂调整螺钉接触，下端穿过缸盖与挺柱接触。

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3.1 概述

(2)链传动。链条与链轮的传动特别适用于凸轮轴上置的配气机构。为使在工作时链条有一定的张力而不至脱链，通常装有导链板、张紧轮装置等。为了使链条调整方便，有的发动机使用一根链条传动，如图3一8所示。

(3)齿形带传动。近年来，在高速发动机上还广泛采用齿形带来代替传动链，如图3一9所示。这种齿形带用氯丁橡胶制成，中间夹有玻璃纤维和尼龙织物，以增加强度。采用齿形带传动，能减少噪声和减少结构质量，也可以降低成本。

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3.2 配气相位及其影响因素

2.排气迟后角

在活塞越过上止点后，排气门才关闭。从上止点到排气门关闭所对应的曲轴转角称为排气迟后角，用ξ表示。ξ一般为100-300，如图3一11所示。
由于活塞到达上止点时，气缸内的压力仍高于大气压，且废气流有一定的惯性，所以排气门适当晚关可使废气排得较干净。排气门开启持续时间内的曲轴转角，即排气持续角为

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3.1 概述

此外，采用四气门后还可适当减小气门升程，改善配气机构的性能。四气门的汽油机还有利于改善排放性能。新型奥迪轿车的V形六缸五气门发动机和捷达FA113型四缸五气门发动机就采用五气门技术。由于采用了三个进气门，提高了充气效率，而且燃油消耗低、转矩大及排污少。大多五气门发动机采用了紧凑浴盆式燃烧室，火花塞位于燃烧室中心，如图3一10所示。
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3.1 概述

(3)凸轮轴上置式。凸轮轴上置式配气机构的凸轮轴直接布置在缸盖上，如图3一5与图3一6所示。优点:凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，省却了推杆、挺柱，使往复运动质量大大减小，因此它适合于高速发动机:缺点:由于凸轮轴离曲轴中心较远，因而都采用链条传动或同步齿形带传动，使得正时传动机构较为复杂，而且拆装气缸盖也比较困难。
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3.1 概述

工作原理:当凸轮基圆部分与挺柱接触时，挺柱不升高;当凸轮轴上凸起部分与挺柱接触时，将挺柱顶起，挺柱通过推杆、调整螺钉使摇臂绕摇臂轴顺时钊摆动，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，如图3一10所示。
进气门开启持续时间内的曲轴转角，即进气持续角为

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3.2 配气相位及其影响因素

二、排气门的配气相位
1.排气提前角在做功行程的后期，活塞到达下止点前，排气门便开始开启。从排气门开始开启到下止点所对应的曲轴转角称为排气提前角，用γ表示。 γ一般为400--800，如图3一11所示。在做功行程结束前，气缸内还有0.3-0. 5 MPa的压力，做功能力已经不大，但此时如提前打开排气门，可利用此压力使气缸内的废气迅速地自由排出，待活塞到达下止点时，气缸内只剩下110-120 kPa的压力，使排气行程所消耗的功率大为减小。此外，高温废气的旱排，还可防止发动机过热。但若r角过大，则得不偿失。
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3.1 概述

3.按每缸气门的数量分类顶置式配气机构按每缸气门的数量分类，可分为双气门式和多气门式，具体叙述如下。一般发动机较多采用一个进气门和一个排气门。其特点是结构简单，能适应各种燃烧室。但其气缸换气受到进气通道的限制，故都用于低速发动机。在很多新型汽车发动机上多采用每缸四气门的结构，即两个进气门和两个排气门，如 12V150Z型柴油机就是这种形式。采用这种形式后，进气门总的通过断面较大，充气效率较高，排气门的直径可适当减小，使其工作温度相应降低，提高了工作可靠性。
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3.2 配气相位及其影响因素

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3.1 概述

当每缸采用多气门时，气门排列的方案通常是同名气门排成一列，分别用进气凸轮轴和排气凸轮轴驱动。两凸轮轴均有曲轴正时齿轮通过正时带驱动，其结构示意图如图3一9所示。

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(7200) ,各缸进、排气门各开启一次，凸轮轴只需转一周，因此曲轴转速与凸轮轴转速之比为2:1。
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3.1 概述

从上述工作过程可以看出，气门的开启是通过气门传动组的作用来完成的，而气门的关闭则是由气门弹簧来完成的。气门的开闭时刻与规律完全取决于凸轮的轮廓曲线形状。每次气门打开时，压缩弹簧，为气门关闭积蓄能量。
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3.2 配气相位及其影响因素

配气相位就是用曲轴转角表不进、排气门的开闭时刻和开启持续时间。发动机在换气过程中，若能够做到排气彻底、进气充分，则可以提高充气系数，增大发动机输出的功率。四冲程发动机的每一个工作行程，其曲轴要旋转1800。由于现代发动机转速很高，一个行程经历的时间是很短的。如上海桑塔纳的四冲程发动机，在最大功率时的转速达5 600 r/min，一个行程的时间只有0. 0054 s。这样短时间的进气和排气过程往往会使发动机充气不足或排气不净，从而使发动机功率下降。因此，现代发动机都采用延长进、排气时间，使气门旱开晚关，以改善进、排气状况，提高发动机的动力性。
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3.1 概述

由于充气时间短促，进气系统对气流的阻力之故，造成进气终了时缸内气体压力降低，又由于上一循环中残留在气缸内的高温废气，以及燃烧室、活塞顶、气门等高温零件对进入气缸的新气加热，使进气终了时气体温度升高，实际充人气缸的新鲜气体的质量总是小于在进口状态下充满气缸工作容积的新鲜气体的质量。也就是说，充气效率总是小于1，一般为0. 80-0. 900影响发动机充气效率的因索很多，故提高充气效率可以从多方面人手。
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3.1 概述

(2)凸轮轴中置式。为减小气门传动组零件的往复运动惯性力，某些速度较高的发动机将下置式凸轮轴的位置抬高到缸体的上部，缩短了传动零件的长度，称之为凸轮轴中置式配气机构，如图3 -3与图3一4所示，由于凸轮轴与曲轴距离较远，故在一对正时齿轮中间加了一个中间传动齿轮。

第三章 配气机构的构造与维修

第三章配气机构的构造与维修