项目四 配气机构的结构

1、项目四项目四 配气机构配气机构结构认识与维修结构认识与维修主讲：刘楚玉主讲：刘楚玉主要内容：主要内容：（一）概述（一）概述（二）气门组（二）气门组（三）气门传动组（三）气门传动组（四）配气相位（四）配气相位（五）可变进气系统（五）可变进气系统（六）配气机构检修（六）配气机构检修 目前，四冲程汽车发动机都采用气门式配气机目前，四冲程汽车发动机都采用气门式配气机构。其功用是按照发动机的工作顺序和工作循环的构。其功用是按照发动机的工作顺序和工作循环的要求，定时开启和关闭各缸的进、排气门，使新气要求，定时开启和关闭各缸的进、排气门，使新气进入气缸，废气从气缸排出。进入气缸，废气从气缸排出。 进入气缸内

2、的新气数量或称进气量对发动机性进入气缸内的新气数量或称进气量对发动机性能的影响很大。进气量越多，发动机的有效功率和能的影响很大。进气量越多，发动机的有效功率和转矩越大。因此，配气机构首先要保证进气充分，转矩越大。因此，配气机构首先要保证进气充分，进气量尽可能的多；同时，废气要排除干净，因为进气量尽可能的多；同时，废气要排除干净，因为气缸内残留的废气越多，进气量将会越少。气缸内残留的废气越多，进气量将会越少。充气效率： 在进气行程中，实际进入气缸内的新鲜空气或在进气行程中，实际进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量与在进气系统进口状态下充可燃混合气的质量与在进气系统进口状态下充满气缸工作容积的新

3、鲜空气或可燃混合气的质满气缸工作容积的新鲜空气或可燃混合气的质量之比。量之比。 v=M/M0 M 进气过程中，实际进气过程中，实际进进入气缸的新气的质入气缸的新气的质量；量； Mo在理想状态下，在理想状态下，充满气缸工作容积的新充满气缸工作容积的新气质量气质量。 充气效率越高越好，而其大小与配气机构结构充气效率越高越好，而其大小与配气机构结构有直接的关系有直接的关系。1.1.作用作用: :按照发动机各缸工作循环和点火次序的要求，将曲轴的旋转传递给凸轮轴。按照发动机各缸工作循环和点火次序的要求，将曲轴的旋转传递给凸轮轴。凸轮轴上的凸轮适时地控制相应的气门打开或关闭以完成进排气动作，使新鲜空凸轮轴

4、上的凸轮适时地控制相应的气门打开或关闭以完成进排气动作，使新鲜空气及燃烧后的废气及时、充分地进入及排出气缸。气及燃烧后的废气及时、充分地进入及排出气缸。2.2.组成组成：配气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组、气门传动组和气门驱动配气机构大多采用顶置气门式配气机构，一般由气门组、气门传动组和气门驱动组组成。组组成。 思考：为什么需要正时？ 在进气、压缩、做功、排气四个行程中，曲轴要转两周，而进气门或排气门只动作一次，因此，必须让凸轮轴的转速时曲轴转速的一半，才能上下合拍，也就是达到正时。因此，凸轮轴齿（带）轮直径是曲轴齿（带）轮直径的两倍，以使它的转速慢下一半。5凸轮轴正时齿形带轮凸

5、轮轴正时齿形带轮 6凸轮轴油封凸轮轴油封 7半轴键半轴键8凸轮轴凸轮轴 9液力挺柱液力挺柱 10气门锁片气门锁片 11上气门弹簧座上气门弹簧座 12气门弹簧气门弹簧 13气门油封气门油封 14气门导管气门导管 15进气门座圈进气门座圈16排气门座圈排气门座圈17排气门排气门 18进气门进气门位于缸盖顶上。位于缸盖顶上。进排气门都布置在气缸的一侧。进排气门都布置在气缸的一侧。下置凸轮轴下置凸轮轴: :凸轮轴凸轮轴位于缸体中部。位于缸体中部。中置凸轮轴中置凸轮轴: :凸轮轴位于缸体上部。凸轮轴位于缸体上部。凸轮轴位于缸体顶部。凸轮轴位于缸体顶部。位于缸盖顶上位于缸盖顶上特点：特点：A A、拐弯少，

6、阻力小，充气好。、拐弯少，阻力小，充气好。B B、气门行程大，结构较复杂，燃烧室紧凑。、气门行程大，结构较复杂，燃烧室紧凑。C C、曲轴与凸轮轴传动比为、曲轴与凸轮轴传动比为2:12:1。气缸盖罩气缸盖罩位于缸盖顶上位于缸盖顶上特点：特点：A A、拐弯少，阻力小，充气好。、拐弯少，阻力小，充气好。 B B、气门行程大，结构较复杂，燃烧室紧凑。、气门行程大，结构较复杂，燃烧室紧凑。 C C、曲轴与凸轮轴传动比为、曲轴与凸轮轴传动比为2:12:1。已装好的已装好的凸轮轴凸轮轴气缸盖气缸盖进排气门都布置在气缸的一侧。结构简单、零件数目少。进排气门都布置在气缸的一侧。结构简单、零件数目少。特点：特点：

7、 A、结构简单、零件数目少。、结构简单、零件数目少。 B、气门布置在同一侧导致燃烧室结构不紧凑、热量损失、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。大、进气道曲折、进气阻力大，使发动机性能下降，已趋于淘汰。气缸盖罩气缸盖罩特点：凸轮轴传动简单；特点：凸轮轴传动简单； 气门传动链较长。气门传动链较长。缺点：凸轮轴与气门相距较远，动力传递路线较长，环节多，因此不适缺点：凸轮轴与气门相距较远，动力传递路线较长，环节多，因此不适用于高速发动机。用于高速发动机。优点：简化曲轴与凸轮轴之间传动装置，有利于发动机的布置。优点：简化曲轴与凸轮轴之间

8、传动装置，有利于发动机的布置。气缸盖罩气缸盖罩传动方式：凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，省去了推杆。传动方式：凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，省去了推杆。应用：适用于发动机转速较高时，可以减少气门传动机构的往复应用：适用于发动机转速较高时，可以减少气门传动机构的往复运动质量。运动质量。气缸盖罩气缸盖罩按凸轮轴位置按凸轮轴位置：a.下置凸轮轴b.中置凸轮轴c.上置凸轮轴上置凸轮轴式：上置凸轮轴式：特点：凸轮轴与气门距离近，不需要推杆、挺柱，使往复运动的惯量减少。特点：凸轮轴与气门距离近，不需要推杆、挺柱，使往复运动的惯量减少。双凸轮轴上置式发动机：双凸轮轴上置式发动机：应用：高速发动机，桑塔纳轿车发动机

9、应用：高速发动机，桑塔纳轿车发动机视频：上置式凸轮轴视频：上置式凸轮轴 按气门驱动形式：摇臂驱动、摆臂驱动和直接驱动按气门驱动形式：摇臂驱动、摆臂驱动和直接驱动三种类型三种类型1.1.摇臂驱动、单凸轮轴上置式配气机构摇臂驱动、单凸轮轴上置式配气机构凸轮轴推动液力挺柱，液力挺柱推动摇臂，摇臂再驱凸轮轴推动液力挺柱，液力挺柱推动摇臂，摇臂再驱动气门；或凸轮轴直接驱动摇臂，摇臂驱动气门。动气门；或凸轮轴直接驱动摇臂，摇臂驱动气门。2.2.摆臂驱动、凸轮轴上置式配气机构摆臂驱动、凸轮轴上置式配气机构由于摆臂驱动气门的配气机构比摇臂驱动式刚度更好，更有利于高速发由于摆臂驱动气门的配气机构比摇臂驱动式刚度

10、更好，更有利于高速发动机，因此在轿车发动机上的应用比较广泛。如动机，因此在轿车发动机上的应用比较广泛。如CA488CA4883 3、SH680QSH680Q、克、克莱斯勒莱斯勒A452A452、奔驰、奔驰QM615QM615、奔驰、奔驰M115M115等发动机均为单上置凸轮轴等发动机均为单上置凸轮轴(SOHC)(SOHC)摆摆臂驱动式配气机构；而本田臂驱动式配气机构；而本田B20AB20A、尼桑、尼桑VH45DEVH45DE、三菱、三菱3G813G81、富士、富士EJ20EJ20等等发动机都是双上置凸轮轴发动机都是双上置凸轮轴(DOHC)(DOHC)摆臂驱动式配气机构。摆臂驱动式配气机构。3.

11、3.直接驱动、凸轮轴上置式配气机构直接驱动、凸轮轴上置式配气机构在这种形式的配气机构中，凸轮通过吊杯形机械挺柱驱动气门；或通过在这种形式的配气机构中，凸轮通过吊杯形机械挺柱驱动气门；或通过吊杯形液力挺柱驱动气门。与上述各种形式的配气机构相比，直接驱动吊杯形液力挺柱驱动气门。与上述各种形式的配气机构相比，直接驱动式配气机构的刚度最大，驱动气门的能量损失最小。因此，在高度强化式配气机构的刚度最大，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。如奥迪、捷达、桑塔纳、马自达的轿车发动机上得到广泛的应用。如奥迪、捷达、桑塔纳、马自达6 6、欧宝欧宝V6V6、奔弛、奔弛320E32

12、0E，还有依维柯，还有依维柯8140.018140.01、8140.218140.21等均为直接驱动式配等均为直接驱动式配气机构。气机构。视频：气门视频：气门1 视频：气门的构造视频：气门的构造气门头部的结构形式气门头部的结构形式平顶式平顶式结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也较小，进、结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也较小，进、排气门都可采用。排气门都可采用。凸顶式凸顶式（球面顶）（球面顶）适用于排气门，因为其强度高，排气阻力小，废气的清适用于排气门，因为其强度高，排气阻力小，废气的清除效果好，但球形的受势面积大，质量和惯性力大加工除效果好，但球形的受势面积大，质量和惯性力大加工较复杂

13、。较复杂。凹顶式凹顶式（喇叭顶）（喇叭顶）凹顶头部与杆部的过渡部分具有一定的流线形，可以减凹顶头部与杆部的过渡部分具有一定的流线形，可以减少进气阻力，但其顶部受热面积大，故适用于进气门，少进气阻力，但其顶部受热面积大，故适用于进气门，而不宜用于排气门。而不宜用于排气门。气门锥角气门锥角: :气门锥面与顶平面的夹角称气门锥角。气门锥面与顶平面的夹角称气门锥角。 气门与气门座或气门座圈之间靠锥面密封。进、排气门的气门气门与气门座或气门座圈之间靠锥面密封。进、排气门的气门锥角一般均为锥角一般均为4545，只有少数发动机的进气门锥角为，只有少数发动机的进气门锥角为3030。 气门杆气门杆气门杆有较高的

14、加工气门杆有较高的加工精度和较低的粗糙度，精度和较低的粗糙度，与气门导管保持较小与气门导管保持较小的配合间隙，以减小的配合间隙，以减小磨损，并起到良好的磨损，并起到良好的导向和散热作用。导向和散热作用。 在某些高度强化的发在某些高度强化的发动机上采用中空气门动机上采用中空气门杆的气门，旨在减轻杆的气门，旨在减轻气门质量和减小气门气门质量和减小气门运动的惯性力运动的惯性力。 气门杆气门杆圆柱形，不圆柱形，不断做往复运断做往复运动。动。每缸气门数每缸气门数 一般发动机每个气缸一般发动机每个气缸有两个气门，即一个有两个气门，即一个进气门和一个排气门进气门和一个排气门。进气门头部直径比。进气门头部直径

15、比排气门大排气门大15153030，目的是增大进气门，目的是增大进气门通过断面面积，减小通过断面面积，减小进气阻力，增加进气进气阻力，增加进气量。凡是进气门和排量。凡是进气门和排气门数量相同时，进气门数量相同时，进气门头部直径总比排气门头部直径总比排气门大。气门大。思考：气门数为何不能太多？ 四气门发动机四气门发动机每缸两个进气门，两个每缸两个进气门，两个排气门。其突出的优点排气门。其突出的优点是气门通过断面积大，是气门通过断面积大，进、排气充分，进气量进、排气充分，进气量增加，发动机的转矩和增加，发动机的转矩和功率提高。其次是每缸功率提高。其次是每缸四个气门，每个气门的四个气门，每个气门的头

16、部直径较小，每个气头部直径较小，每个气门的质量减轻，运动惯门的质量减轻，运动惯性力减小，有利于提高性力减小，有利于提高发动机转速。最后，四发动机转速。最后，四气门发动机多采用篷形气门发动机多采用篷形燃烧室，火花塞布置在燃烧室，火花塞布置在燃烧室中央，有利于燃燃烧室中央，有利于燃烧。烧。 视频：进排气门视频：进排气门气门座与气门座圈气门座与气门座圈 气缸盖上与气门锥面相贴合的部位称气门座。气门座的温度很气缸盖上与气门锥面相贴合的部位称气门座。气门座的温度很高，又承受频率极高的冲击载荷，容易磨损。因此，铝气缸盖高，又承受频率极高的冲击载荷，容易磨损。因此，铝气缸盖和大多数铸铁气缸盖均镶嵌由合金铸铁

17、或粉末冶金或奥氏体钢和大多数铸铁气缸盖均镶嵌由合金铸铁或粉末冶金或奥氏体钢制成的气门座圈。在气缸盖上镶嵌气门座圈可以延长气缸盖的制成的气门座圈。在气缸盖上镶嵌气门座圈可以延长气缸盖的使用寿命。也有一些铸铁气缸盖不镶气门座圈，直接在气缸盖使用寿命。也有一些铸铁气缸盖不镶气门座圈，直接在气缸盖上加工出气门座。上加工出气门座。气门座与气门座圈气门座与气门座圈 优点：提高气门座的使用寿命，便于更换。优点：提高气门座的使用寿命，便于更换。缺点：导热性差，加工精度高，脱落时易造成严重事缺点：导热性差，加工精度高，脱落时易造成严重事故。故。视频：气门座圈视频：气门座圈 视频：气门导管视频：气门导管。1)1)

18、采用双气门弹簧采用双气门弹簧 当一个弹簧发生共振时，另一个弹簧能起到阻尼减振作用；当当一个弹簧发生共振时，另一个弹簧能起到阻尼减振作用；当一个弹簧折断时，另一个弹簧仍可维持气门工作；弹簧旋向相一个弹簧折断时，另一个弹簧仍可维持气门工作；弹簧旋向相反，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。或损坏。2)2)采用变螺距气门弹簧采用变螺距气门弹簧 变螺距弹簧的固有频率不是定值，从而可以避开共振。变螺距弹簧的固有频率不是定值，从而可以避开共振。视频：气门油封与气门弹簧视频：气门油封与气门弹簧 一、凸轮轴一、凸轮轴1 1凸轮轴工作条

19、件及材料凸轮轴工作条件及材料凸轮轴承受周期性的冲击载荷。凸轮与挺柱之间的接凸轮轴承受周期性的冲击载荷。凸轮与挺柱之间的接触应力很大，相对滑动速度也很高，因此，凸轮工作触应力很大，相对滑动速度也很高，因此，凸轮工作表面的磨损比较严重。表面的磨损比较严重。2.2.凸轮轴构造凸轮轴构造凸轮轴是通过凸轮轴轴颈支承在凸轮轴轴承孔内的，凸轮轴是通过凸轮轴轴颈支承在凸轮轴轴承孔内的，因此凸轮轴轴颈数目的多少是影响凸轮轴支承刚度的因此凸轮轴轴颈数目的多少是影响凸轮轴支承刚度的重要因素。如果凸轮轴刚度不足，工作时将发生弯曲重要因素。如果凸轮轴刚度不足，工作时将发生弯曲变形，这会影响配气定时。下置式凸轮轴每隔变形

20、，这会影响配气定时。下置式凸轮轴每隔1 12 2个个气缸设置一个凸轮轴轴颈。气缸设置一个凸轮轴轴颈。3.凸轮轮廓凸轮轮廓凸轮轮廓与气门的运动规律凸轮轮廓与气门的运动规律气门开启点气门开启点消除气门消除气门间隙阶段间隙阶段气门升程最大时刻气门升程最大时刻气门关闭点气门关闭点出现气门出现气门间隙阶段间隙阶段 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。 工作顺序为1-3-4-2的四缸发动机其作功间隔角为7204180曲轴转角，相当于90凸轮轴转角，即各同名凸轮间的夹角为90。 对于工作顺序为1-5-3-6-2-4的六缸发动机，凸

21、轮间的夹角为60。视频视频1：凸轮轴与气门开启：凸轮轴与气门开启视频视频2：凸轮轴与驱动：凸轮轴与驱动 5.5.凸轮轴的传动方式凸轮轴的传动方式: :齿轮传动齿轮传动 链条传动链条传动 齿带传动齿带传动5.5.凸轮轴的凸轮轴的传动方式传动方式: :齿轮传动齿轮传动 链条传动链条传动 齿带传动齿带传动齿轮传动：齿轮传动：CA6102QCA6102Q、EQ6100QEQ6100Q、BJ492QBJ492Q链条传动：切诺机链条传动：切诺机链条传动式链条传动式琪达发动机琪达发动机 齿带传动：桑塔纳齿带传动：桑塔纳 奥迪奥迪齿形带传动机构用于上置式凸轮轴的传动。齿形带传动机构用于上置式凸轮轴的传动。传动

22、方式传动方式传动路线传动路线特点特点应用应用齿轮传动齿轮传动曲轴正时齿轮（钢）曲轴正时齿轮（钢）凸轮轴正时齿轮凸轮轴正时齿轮（铸铁或胶木）（铸铁或胶木）工作可靠，啮工作可靠，啮合平稳、噪声合平稳、噪声小小凸轮轴下凸轮轴下置、中置置、中置式配气机式配气机构构链条传动链条传动曲轴曲轴链条链条凸轮凸轮轴正时齿轮轴正时齿轮可靠性、耐久可靠性、耐久性略差，噪声性略差，噪声大，造价高大，造价高凸轮轴上凸轮轴上置式配气置式配气机构机构 齿形带传齿形带传动动曲轴曲轴齿形皮带齿形皮带凸轮轴正时齿轮凸轮轴正时齿轮成本低，但工成本低，但工作性能不好作性能不好凸轮轴上凸轮轴上置式配气置式配气机构机构分类特点筒式筒式气

23、门顶置式，减轻质量气门顶置式，减轻质量滚轮式滚轮式减小摩擦所造成的对挺减小摩擦所造成的对挺柱的侧向力。多用于大柱的侧向力。多用于大缸径柴油机。缸径柴油机。液力挺柱 消除了配消除了配气机构的气机构的间隙，减间隙，减小了各零小了各零件的冲击件的冲击载荷和噪载荷和噪声提高发声提高发动机高速动机高速时的性能时的性能桑塔纳发动机液压挺柱工作示意图三、推杆三、推杆 推杆处于挺柱和推杆处于挺柱和摇臂之间，其功用摇臂之间，其功用是将挺柱传来的运是将挺柱传来的运动和作用力传给摇动和作用力传给摇臂。臂。 四、摇臂四、摇臂摇臂的功用是将推杆和凸轮传来的运动和作用力，改变摇臂的功用是将推杆和凸轮传来的运动和作用力，改

24、变方向传给气门使其开启。摇臂在摆动过程中承受很大的方向传给气门使其开启。摇臂在摆动过程中承受很大的弯矩，因此应有足够的强度和刚度以及较小的质量。摇弯矩，因此应有足够的强度和刚度以及较小的质量。摇臂由锻钢、可锻铸球、球墨铸铁或铝合金制造。臂由锻钢、可锻铸球、球墨铸铁或铝合金制造。摇臂结构示意图摇臂组示意图摇臂组示意图理论上：理论上：四冲程四冲程发动机的进气门发动机的进气门当曲拐处在上止当曲拐处在上止点时开启点时开启, ,在曲拐在曲拐转到下止点时关转到下止点时关闭闭; ;排气门则当曲排气门则当曲拐在下止点时开拐在下止点时开启启, ,在上止点时关在上止点时关闭。进气时间和闭。进气时间和排气时间各占排

25、气时间各占180180曲轴转角。曲轴转角。实际上：实际上：发动机发动机的曲轴转速都很的曲轴转速都很高，活塞每一个高，活塞每一个行程历时都很短行程历时都很短, ,这样短时间的进这样短时间的进气或排气过程气或排气过程, ,往往往会使发动机充往会使发动机充气不足或排气不气不足或排气不净净, ,从而使发动机从而使发动机的功率下降。的功率下降。早开迟闭：早开迟闭：现代现代发动机都采用延发动机都采用延长进、排气时间长进、排气时间的方法，即分别的方法，即分别提前和延迟一定提前和延迟一定的曲轴转角，以的曲轴转角，以改善进、排气状改善进、排气状况，从而提高发况，从而提高发动机的动力性。动机的动力性。1030 4

26、080 4080 1030 2.2.气门间隙气门间隙 在装配发动机时，在气门与其传动件之间需预留适当的间在装配发动机时，在气门与其传动件之间需预留适当的间隙，即气门间隙。隙，即气门间隙。 气门间隙过大：气门间隙过大： 进排气门开启时间缩短，造成进气不充分，进排气门开启时间缩短，造成进气不充分，发动机充量系数下降，功率下降，排气不干净，发动机热发动机充量系数下降，功率下降，排气不干净，发动机热负荷增加，缸盖受热变形增大；配气机构传动件之间以及负荷增加，缸盖受热变形增大；配气机构传动件之间以及气门与气门座之间产生较大撞击及响声，加速它们之间的气门与气门座之间产生较大撞击及响声，加速它们之间的磨损。

27、磨损。 气门间隙过小：气门间隙过小：气门受热膨胀后造成气门关闭不严，产生气门受热膨胀后造成气门关闭不严，产生漏气，使发动机的动力性下降，热负荷增加，气门被烧坏漏气，使发动机的动力性下降，热负荷增加，气门被烧坏等。等。 一般冷态时，排气门间隙大于进气门间隙，进气门间隙约一般冷态时，排气门间隙大于进气门间隙，进气门间隙约为为0.250.250.3mm0.3mm，排气门间隙约为，排气门间隙约为0.30.30.35mm0.35mm。 3 3、可变配气相位控制机构可变配气相位控制机构 对配气相位的要求要求 ：随转速提高，气门提前开启角和迟后关闭角应增大，反之则应减小。 目的：减小进、排气阻力，充分利用气

28、流惯性。4、本田公司可变配气相位控制机构、本田公司可变配气相位控制机构配气机构特点：每缸两进两排4气门，进、排气门分排两列，单顶置凸轮轴、双摇臂轴，皮带传动。 机构名称：Variable Valve Life Timing Valve Electronic Control，简称VTEC，可变配气正时及气门升程电子控制机构。 VTEC机构功用：根据发动机转速和负荷变化，通过摇臂总成改变进气门配气相位和升程。VTEC机构组成：VTEC机构组成机构组成1-主凸轮主凸轮 2-次凸轮次凸轮 3-次摇臂次摇臂 4-阻挡活阻挡活塞塞 5-同步活塞同步活塞A 6-正正时活塞时活塞 7-主摇臂主摇臂 8-同步活塞同步活塞B配气相位取决于凸轮；主凸轮按低速小负荷单进气门工作设计；中间凸轮按高速大负荷双进气门工作设计。低速小负荷不工作。低速小负荷不工作。 3摇臂分开。摇臂分开。 主凸轮通过主摇臂驱主凸轮通过主摇臂驱动主进气门，满足进动主进气门，满足进气。气。 中间凸轮驱动中间摇中间凸轮驱动中间摇臂空摆。臂空摆。 次凸轮通过次摇臂驱次凸轮通过次摇臂驱动次进气门微量开闭。动次进气门微量开闭。VTEC不工作时不工作时高速大负荷工作