第5章

配氣機構主要內容概述配氣相位氣門傳動組氣門組學習目標了解配氣機構的功用、組成和布置形式，理解配氣相位和氣門間隙的概念。熟悉配氣機構主要件的結構。第一節概述

一、功用按照發動機各缸工作過程的需要，定時地開啟和關閉進、排氣門，使新鮮可燃混合氣(汽油機)或空氣(柴油機)及時進入氣缸，廢氣及時排出氣缸。進飽排凈，當進排氣門關閉時，保證氣缸密封。進氣終了時壓力越高，溫度越低，則充氣效率越高充量系數進入氣缸的實際充量/進入氣缸的理論充量=0.8～0.9二、類型：按凸輪軸的位置分為：下置式、中置式、上置式按曲軸和凸輪軸的傳動方式分為：

齒輪傳動式、鏈條傳動式和齒形帶傳動式按每缸氣門數分：二氣門式、三氣門式、四氣門式、五氣門式。(一)下置凸輪軸式配氣機構1.結構特點（1）凸輪軸裝在曲軸箱內，而搖臂軸裝在氣缸蓋上，兩者相距較遠，推桿較長。（2）凸輪軸距曲軸較近，兩者之間采用正時齒輪傳動。

（3）傳動鏈長，零件多，機構剛度差，高速動力性能差；高速發動機不用。2.組成：氣門傳動組氣門組氣門傳動組正時齒輪、凸輪軸、氣門挺柱、推桿、調整螺釘鎖緊螺母搖臂搖臂軸搖臂軸支架氣門組3.工作過程凸輪軸下置式配氣機構組成與原理動畫（1）氣門打開：曲軸通過正時齒輪驅動凸輪軸旋轉，凸輪軸上的凸起部分通過挺柱、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，同時氣門彈簧進一步壓縮。（2）氣門關閉：當凸輪的凸起部分的頂點轉過挺柱以后，在氣門彈簧張力的作用下，氣門開度逐漸減小，直至最后關閉。(二)凸輪軸上置式配氣機構其結構特點為1、凸輪軸位于氣缸蓋上。2、凸輪軸直接通過搖臂來驅動氣門，沒有挺柱和推桿，使往復運動慣量大大減小，因此它適用于高速發動機。（三）中置凸輪軸式配氣機構

其結構特點為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。三、配氣機構的傳動凸輪軸正時齒輪和曲軸正時齒輪的齒數存在什么關系？思考一下四、每缸氣門數及其排列方式每缸5氣門新型奧迪轎車的V型六缸五氣門發動機和捷達EAll3型四缸五氣門發動機就采用五氣門技術。與四氣門相比，采用每缸五氣門的發動機其氣門流通截面更大，充氣效率更高。可以實現燃油消耗低、轉矩大及排污少，比四氣門發動機達到的性能指標更好。

五、氣門間隙1.

定義發動機冷裝配時，氣門桿尾端與氣門驅動組零件之間的間隙。2.必要性

如果氣門及其傳動件之間，在冷態時無間隙，則發動機在熱態，氣門及其傳動件的受熱膨脹將引起氣門關閉不嚴，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。為此，在冷態時應該留氣門間隙。3.氣門間隙過大和過小的危害正常：冷態時，進氣門0.25mm~0.35mm，排氣門0.30mm～0.35mm。過大：（1）傳動零件之間及氣門和氣門座之間產生撞擊響聲，并加速磨損。（2）使氣門開啟的持續時間減少，氣缸充氣和排氣情況變壞。過小：熱態下使氣門關閉不嚴而發生漏氣，導致功率下降，甚至燒壞氣門。1.某車冷啟動時動力性好，但是越跑感覺車越沒勁，什么原因？2.在發動機的上方氣門處，有“噠噠”聲，隨轉速的增加響聲變大，冷車時響聲大，熱車時響聲減小，什么原因？思考？第二節配氣相位（一）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，稱配氣相位。（二）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，氣門開啟的持續角都大于1800。（三）進氣門的配氣相位1.進氣提前角（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100～300。（2）目的：進氣門早開，使得活塞到達上止點開始向下運動時，進氣門已有一定的開度，可獲得較大的進氣通道截面，減少進氣阻力。2.進氣滯后角（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滯后角(或晚關角)。進氣滯后角用β表示，β一般為40°～80°。（2）目的：1）利用缸內外的壓力差繼續進氣：到下止點時，氣缸內的壓力仍低于大氣壓2）利用氣流的慣性繼續進氣：所以進氣門適當晚關可使進氣較充分。(四)排氣門的配氣相位1.排氣提前角(或早開角)

（1）定義：從排氣門開始開啟到下止點所對應的曲軸轉角。排氣提前角用γ表示，γ一般為40°～80°。（2）目的：1）利用缸內外的壓力差繼續排氣：排氣門早開，氣缸內300kPa～500kPa的壓力，使氣缸內的廢氣迅速地自由排出。2）減少排氣沖程所消耗的功率：因排氣門早開，廢氣先排出一部分，活塞到達下止點時，氣缸內只剩約110kPa～120kPa的壓力，使排氣沖程所消耗的功率大為減少。3）高溫氣體的早排，可以防止發動機過熱。2.排氣滯后角（2）目的：

1）利用缸內外的壓力差繼續排氣：因活塞到達上止點時，氣缸內的壓力仍高于大氣壓，可利用缸內外的壓力差繼續排氣。

2）利用廢氣流的慣性繼續排氣：因活塞到達上止點時，廢氣流還有一定的慣性，仍能繼續排氣。所以排氣門適當晚關可使廢氣排得較干凈。（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滯后角(或晚關角)。排氣滯后角用δ表示，δ一般為10°～30°。（五）氣門的疊開定義：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。進排氣門同時開啟的角度，即進氣門早開角與排氣門晚關角的和（α+δ），稱為氣門疊開角。第三節氣門傳動組組成：凸輪軸及其驅動裝置，包括挺柱、推桿、搖臂及搖臂軸、氣門間隙調整螺釘等。一、凸輪軸(一)凸輪軸的功用1.驅動和控制各缸氣門的開啟和關閉，使其符合發動機的工作順序、配氣相位及氣門開度變化規律等要求。2.驅動汽油泵、機油泵和分電器等。材料：優質碳鋼或合金鋼鍛制，合金鑄鐵和球墨鑄鐵鑄造。（二）凸輪軸的構造凸輪軸主要由凸輪、凸輪軸軸頸等組成。對于下置式凸輪軸，還有偏心輪(用于驅動汽油泵)、螺旋齒輪(用于驅動機油泵和分電器)。1.凸輪凸輪的輪廓保證氣門開啟和關閉的持續時間符合配氣相位的要求。O為凸輪的中心，EA為凸輪的基圓，AB和DE為凸輪的緩沖段，BCD為凸輪的工作段。CODNEAMB1.凸輪氣門開啟點消除氣門間隙階段氣門升程最大時刻氣門關閉點出現氣門間隙階段緩沖結束點氣門開啟點消除氣門間隙階段氣門升程最大時刻氣門關閉點出現氣門間隙階段緩沖結束點2.凸輪軸軸頸作用：用來支承凸輪軸。3.凸輪軸軸承凸輪軸軸承做成襯套壓入整體式的座孔內，最后再加工，與軸頸配合。上置式凸輪軸各軸頸的直徑均相等，下置式凸輪軸軸頸的直徑由風扇端向飛輪端依次減小，目的是便于安裝。4.凸輪軸的軸向限位裝置作用：防止凸輪軸在工作中產生軸向竄動和承受斜齒輪產生的軸向力。1、正時齒輪；2、墊圈；3、螺母；4、止推片；5、螺栓；6、隔圈。123456二、正時齒輪凸輪軸通常由曲軸通過一對定時齒輪驅動，小齒輪和大齒輪分別用鍵裝在曲軸和凸輪軸的前端，其傳動比為2：1。在裝配曲軸和凸輪軸時，必須將定時齒輪記號對準，以保證正確的配氣正時和發火時刻。三、氣門挺柱與推桿（一）挺柱1.功用：將凸輪的推力傳給推桿或氣門。2.普通挺柱的構造1）型式：常見挺柱有2）挺柱的旋轉

目的：使挺柱磨損均勻。

因挺柱工作時，由于受凸輪側向推力的作用會引起挺柱與導管之間單面磨損，又因挺柱底面與凸輪始終在一處接觸，也會造成磨損不均勻。措施：

挺柱底部工作面多制成球面，并且把凸輪制成錐形。這樣，在工作時，由于凸輪與挺柱的接觸點偏離挺柱軸線，當挺柱挺起時，接觸點的摩擦力使其繞本身軸線轉動，以達到磨損均勻的目的。3）液力挺柱（1）目的：

解決了因有氣門間隙而產生的沖擊及噪音問題。（2）組成：（3）工作原理工作原理動畫(二)推桿1.作用：將挺柱傳來的推力傳給搖臂。2.結構：推桿一般采用冷拔無縫鋼管制成桿的兩端焊接或壓配有不同形狀的端頭，下端通常是圓球形，以便與挺柱的凹球形支座相適應；上端一般采用凹球形。四、搖臂1.功用：將推桿或凸輪傳來的推力傳給氣門使其開啟。2.結構：搖臂裝在搖臂軸上，搖臂軸通過搖臂軸支座裝在氣缸蓋上。搖臂是一個不等臂杠桿，其長臂一端驅動氣門。3.浮動式搖臂其搖臂沒有中間支承軸，是在導槽中浮動的安裝。搖臂的一端安裝在氣缸蓋的液力挺柱上，另一端驅動氣門，凸輪抵在搖臂的中部。1-浮動搖臂；2-柱塞；3-殼體；4-進油孔；5-單向閥；6-柱塞彈簧；7-高壓腔；8-單向閥保架及單向閥彈簧；9-滾輪；10-銷軸；11-滾針五、搖臂支架第四節氣門組氣門組的主要機件有氣門氣門彈簧氣門導管一、氣門氣門的功能氣門各部分的名稱氣門的分類1頭部形狀2）氣門錐角（1）

定義：氣門錐面與頂平面的夾角稱氣門錐角。α2）

氣門錐角的作用就像錐形塞子可以塞緊瓶口一樣，能獲得較大的氣門座合壓力，以提高密封性和導熱性；氣門落座時有自動定位作用；避免氣流拐彎過大而降低流速；氣門落座時能擠掉接觸面的沉積物，即有自潔作用。

3）

進、排氣門錐角的大小進氣門錐角較小，多用300。因錐角越小，進氣通道截面越大，進氣量越多。排氣門錐角較大，通常為450。因錐角越大，氣門頭部邊緣的厚度大，不易變形。排氣門熱負荷較大而用較大的錐角，以加強散熱和避免受熱變形。且錐角越大，座合壓力越大，自潔作用越大。

氣門彈簧座的固定方式a-氣