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1、学习目标： 1、掌握配气机构的作用、组成。 2、了解配气机构的分类及各类型的结构特点。 3、掌握配气机构的工作原理。 4、掌握配气相位对发动机性能的影响。 5、掌握配气机构各组成件的结构及检修。,第3章 配气机构的构造与检修,1、配气机构的作用 配气机构的作用是根据发动机的作功顺序或点火次序的要求，适时地开启和关闭各个气缸的进气门及排气门，使可燃混合气（汽油机）或新鲜空气（柴油机）及时地进入燃烧室，并将燃烧后的废气及时地排出气缸。 由于可燃混合气或新鲜空气被吸入气缸越多，则发动机可能输出的功率越大，这就要求发动机的充气效率要高。然而影响发动机充气效率的因素很多，如进气系统自身对气流的阻力造成进
2、气终了时气缸内压力下降，上一循环未排净的残余废气及燃烧室、活塞顶、气门等高温零件对进入气缸的新鲜气体加热，使进气终了时气体温度升高，导致实际充人气缸的可燃混合气总是小于在大气状态下充满气缸工作容积的新鲜气体的质量，即充气效率总是小于1(一般为0.80.9)。 因此对于配气机构而言，要提高充气效率，主要应尽量减小进、排气阻力，合理设置配气正时，使进气和排气尽可能充分。,3.1 概述,3.1.1 配气机构的作用与组成,2、配气机构的组成 配气机构主要由气门组件和气门传动组件组成。其中气门组件由气门、气门座圈、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座、气门锁片（锁销）等组成；气门传动组件由凸轮轴驱动件（包括正
3、时齿轮、正时链条、正时皮带）、凸轮轴、气门挺杆、推杆、摇臂及摇臂轴总成等组成。如图3.1所示。,3.1 概述,3.1.1 配气机构的作用与组成,1、按气门的布置型式分类 （1）顶置气门式 顶置气门式配气机构进、排气门均布置在气缸盖上，如图3.2所示。它一般由气门、气门座圈、气门弹簧、弹簧座、锁片或锁销、气门导管、摇臂、摇臂轴、推杆、挺杆、凸轮轴、正时齿轮组成。 它的作用过程是：曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴旋转，凸轮轴上的凸轮使挺杆、推杆进行上下运动，带动摇臂摆动，摇臂的摆动使气门开启和关闭。 顶置气门式的特点是：气门行程大，燃烧室结构紧凑，有利于燃烧及散热，同时可提高发动机的压缩比，改善了发动机
4、的动力性。 （2）侧置气门式 侧置气门式配气机构的进、排气门都布置在气缸的一侧，如图3.3所示。这种配气机构的特点是：结构简单、零件数目少。但由于燃烧室结构不太紧凑，热量损失较大，气道比较曲折，气门升程受到一定的限制，影响充气和排气，从而影响发动机的动力性和经济性，目前这种型式的配气机构已经淘汰。,3.1 概述,3.1.2 配气机构的分类,3.1 概述,3.1.2 配气机构的分类,2、按凸轮轴的布置形式分类 （1）上置凸轮轴式 上置凸轮轴式配气机构的凸轮轴安装在气缸盖上，它一般有两种形式：一种是单凸轮轴式，如图3.4所示；另一种是双凸轮轴式，如图3.5所示。,3.1 概述,3.1.2 配气机构
5、的分类,（2）中置凸轮轴式 当发动机转速较高时，为了减小气门传动机构的往复运动质量，可将凸轮轴位置移到气缸体的上部，由凸轮轴经过挺杆直接驱动摇臂，而省去推杆，这种结构称之为中置凸轮轴式，如图3.7所示。但由于这种结构会造成凸轮轴的中心线距曲轴中心线较远，若仍用一对齿轮来传替动力，齿轮的直径就必然要做大，这样不但会影发动机的外形尺寸，并且会使齿轮的圆周速度过大。在这种情况一般要在两正时齿轮之间加入一个中间齿轮(通常也称之为惰轮)。 （3）下置凸轮轴式 下置凸轮轴式结构特点是：将凸轮轴布置在曲轴箱内，如图3.2所示。由于气门与凸轮轴相距较远，因此气门是通过挺杆、推杆、摇臂传递动力，因传动环节多、路
6、线较长，在高速运动时，整个系统会产生弹性变形，影响气门运动规律和气门开闭的准确性，所以它不适应高速车用发动机。,3.1 概述,3.1.2 配气机构的分类,3、按曲轴和凸轮轴的传动方式分类 曲轴和凸轮轴之间的动力传递方式有三种，分别为齿轮式、链条式和正时皮带式。 （1）齿轮传动：如图3.8所示。为了使齿轮啮合平顺，减小噪声和磨损，配对正时齿轮多用斜齿并用不同材料制成。为了保证配气正时，齿轮上都有正时记号，装配时必须使记号对齐。 （2）链条传动：如图3.9所示。正时齿轮通过链条驱动凸轮轴，在链条侧面有张紧机构和链条导板，利用张紧机构可以调整链条的张力。 （3）正时皮带传动：如图3.10所示。是用氯
7、丁橡胶齿形皮带代替链条传动，它的优点是噪声更小、质量更轻、包角更大、啮合量更大、工作更可靠、且不需要润滑、松紧度更便于调整。,3.1 概述,3.1.2 配气机构的分类,4、按每缸气门数分类 一般发动机较多的采用每缸两个气门，即一个进气门和一个排气门，如图3.11所示。这种结构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，以改善气缸的换气性能。但是，由于受到燃烧室尺寸的限制，从理论上讲，最大气门直径一般不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满足发动机对换气的要求。因此，在很多新型汽车发动机上，为了提高换气效率在气门结构上采用了每缸三气门的
8、结构，即两个进气门，一个排气门；每缸四气门的结构，即两个进气门和两个排气门,如图3.12所示；每缸五气门的结构，即三个进气门和两个排气门,如图3.13所示。采用上述型式后，气门总的通断面增大，换气效率改善，提高了发动机的动力性能和排放性能。此外，由于气门数目增加了，还可适当减小气门升程，改善配气机构的动力性。,3.1 概述,3.1.2 配气机构的分类,1、普通配气机构的工作原理 发动机工作时，曲轴正时齿轮根据不同的驱动方式带动凸轮轴正时齿轮旋转，凸轮轴就随着其正时齿轮一起旋转。当凸轮轴上的凸轮由基圆经缓冲段到工作段时，挺杆在凸轮的作用下推动推杆向上运动。推杆通过气门调整螺钉使摇臂摇摆，摇臂的摇
9、摆克服气门弹簧的弹力将气门向下顶开。 凸轮随着凸轮轴的继续旋转，挺杆逐渐从凸轮的工作段向缓冲段运动，这时推杆作用在摇臂上的推力逐渐减小，气门在气门弹簧的作用下也就逐渐的关闭。当挺杆完全落到凸轮基圆时，气门完全关闭。,3.1 概述,3.1.3 配气机构的工作原理,2、气缸数可自动变化机构的工作原理图 为了减少发动机的燃料消耗，有一种发动机可根据功率的需要，使发动机在工作时其气缸数目自动地发生变化。如V8缸的发动机，它可根据需要自动地变为八个缸、六个缸和四个缸进行工作，此类型发动机常被称之为“V864”可变气缸数发动机。它往往能根据汽车的行驶状况，通过一台电脑对一些执行元件（机械机构）进行控制，改
10、变发动机的排气量，使选定气缸的气门停止工作，从而达到气缸数自动变化的目的。,3.1 概述,3.1.3 配气机构的工作原理,（1）结构 气缸数目自动变化机构一般由气门配气机构（图3.15)和气门选择器（图3.16）组成。在气门配气机构中，电脑接受各种传感器传来信号，经处理后由电磁阀转变成机构控制，使选定气缸的气门停止工作。 气门选择器的作用是用来操纵该缸的进气门和排气门，并控制摇臂的支枢点，使气门开启或关闭。气门选择器安装在配气机构摇臂的中央，其内部装有内簧，外部为选择器体，选择器上部有阻挡板，阻挡板与电磁阀连在一起。,3.1 概述,3.1.3 配气机构的工作原理,（2）工作原理 当八个气缸都正
11、常工作时，摇臂支枢点接近中心，也就成为了选择器的中心，凸轮转到其顶点推开进气门时，可燃混合气进入各缸。 若ECM发出指令，电磁阀的线圈通过电流产生磁力，使阻挡板旋转。阻挡板上有监控窗口，选择器体上有一凸块，当选择器凸块与阻挡板监控窗口正好对齐时，选择器体内的弹簧就被压缩，摇臂在推杆推动后，选择器不受阻挡限制，摇臂与选择器使螺栓向上移动，摇臂此时以气门尾端作为支枢上下运动，气门就无法打开，从而使气缸停止工作。图3.17 使用选择器时各缸工作情况 若ECM终断指令，电磁阀线圈无电流通过，阻挡板复原，挡住选择器体的凸块部分，使其不能向上移动，这时气门摇臂支枢接近中心，气门正常开启，并使气缸投入工作。
12、 如果装用四个气门选择器，可对八个、六个和四个气缸的工作进行任意选择。四个气门选择器分别安装在一、四、六和七缸上，工作情况如图3.17所示。若以六缸工作，可停止一、四缸；若以四缸工作，即可停止一、四、六和七缸。,3.1 概述,3.1.3 配气机构的工作原理,3、可变配气相位与气门升程电子控制的工作原理 为了使发动机的有效功率、转矩尽可能地增大，在现代汽车发动机上设置了双气门与四气门配气机构的气门正时，但这种设置在发动机怠速运行时，动力性会急剧下降，燃料的经济性会变得非常差。为此，有些汽车近年来采用一种可变配气相位与气门升程电子控制(VTEC)机构来控制进气时间与进气量，从而使发动机在不同的工况
13、下能产生不同的输出功率。,3.1 概述,3.1.3 配气机构的工作原理,（1）结构 装有VTEC机构（如图3.18所示）的发动机每个气缸均有二个进气门和排气门。只是，它的两个进气门有主次之分，即主进气门和次进气门；每个进气门均由单独的凸轮通过摇臂来驱动。驱动主、次进气门的凸轮分别叫主、次凸轮；与主、次进气门接触的摇臂分别叫主、次摇臂。主、次摇臂之间设有一个特殊的中间摇臂，它不与任何气门直接接触。三个摇臂并列在一起，均可在摇臂轴上转动。在主摇臂、次摇臂和中间摇臂相对应的凸轮轴上有三个不同升程的凸轮，分别称之为主凸轮、次凸轮和中间凸轮。其中，中间凸轮的升程最大，次凸轮的升程最小，主凸轮升程介于中间
14、凸轮与次凸轮之间。中间凸轮的升程是按发动机双进双排气门工作最佳输出功率的要求而设计的，主凸轮升程是按发动机低速工作时单气门开闭要求设计的，次凸轮升程的最高处只稍微高于基圆，作用是在发动机怠速运行时，通过次摇臂稍微打开次气门，以避免燃油集聚在次进气门口。中间摇臂的一端和中间凸轮接触，另一端在低速时可自由活动；三个摇臂在靠近气门一端均有一个缸孔。油缸孔中都安置有靠油压控制的活塞，它们依次为正时活塞、主同步活塞、中间同步活塞和次同步活塞。,3.1 概述,3.1.3 配气机构的工作原理,3.1 概述,3.1.3 配气机构的工作原理,（2）工作原理 当VTEC机构不工作时，正时活塞和主同步活塞位于主摇臂
15、缸内，和中间摇臂等宽的中间同步活塞位于中间摇臂油缸内，次同步活塞和弹簧一起则位于次摇臂油缸内。正时活塞的一端和液压油道相通，液压油来自工作油泵，油道的开启由ECM通过VTEC电磁阀控制。,3.1 概述,3.1.3 配气机构的工作原理,当发动机低速运转时（如图3.20），由于ECM不发出指令，油道内没有油压，活塞位于各自的油缸内，所以各个摇臂均独自运动。于是主摇臂控制主凸轮开闭主进气门，以供给低速运转时发动机所需的混合气。次凸轮则使次摇臂微微起伏，微微开闭次进气门，中间摇臂虽然也随着中间凸轮大幅度运动，但是它对于任何气门不起作用。此时发动机处于单进双排工作状态，吸人的混合气不到高速时的一半，由于
16、此时仍然是所有气缸参与工作，所以发动机运转十分平稳。,3.1 概述,3.1.3 配气机构的工作原理,当发动机高速运转时（如图3.21），ECM就会向VTEC电磁阀发出指令开启工作油道，于是工作油道中的压力油就推动活塞移动，压缩弹簧，这样主摇臂、中间摇臂和次摇臂就被主同步活塞、中间同步活塞和次同步活塞串联为一体，成为一个同步活动的组合摇臂。由于中间凸轮的升程大于另两个凸轮，而且凸轮角度提前，故组合摇臂按中间摇臂一起受中间凸轮驱动，主、次气门都大幅度地同步开闭，因此配气相位变化了，吸人的混合气量也增多了，满足了发动机全功率时的进气要求。,3.1 概述,3.1.3 配气机构的工作原理,配气相位是指用发动机曲轴的转角表示进、排气门实际开启和关闭的时刻和开启的持续时间。配气相位通常用环形图来表示，我们把这种图称之为配气相位图，如图3.22所示。,3.1 概述,3.1.4 配气相位,为了保证发动机气缸的进气充分、排气彻底，要求气门具有尽可能大的通过能力，因此发动机的进、排气门实际开启和关闭并不恰好在活塞的上、下止点，而是适当的提前和迟后。 进气
