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1、第三章 配气机构第一节 概述一、充气效率二、配气机构的布置型式三、气门间隙第二节 配气相位一、进气门的配气相位二、排气门的配气相位三、气门叠开第三节 配气机构主要零部件一、气门组二、气门传动组第四节 配气机构的检查与调整一、气门间隙的调整二、配气相位的检查与调整第五节 可变配气系统一、可变气门正时与升程电子控制（VTEC）系统二、多气门分段工作配气系统第六节 配气机构异响诊断一、气门脚响二、正时齿轮响第三章 配气机构学习目标:l 熟悉配气机构的作用、组成及布置形式。l 熟悉气门组与气门传动组的功用与组成。l 清楚配气相位的概念及其作用。l 明确配气正时标记。l 能够进行常见故障的诊断与排除。考
2、核标准：l 配气机构的功用与组成。l 气门组与气门传动组的功用与组成。l 配气机构各部件的名称与安装位置、各部件的拆装与更换。l 气门密封性的检查。l 配气机构主要零件的检修。l 配气机构主要故障的诊断与排除。第一节 概述目前，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。所谓新气，对于汽油机就是汽油与空气的混合物，对于柴油机则为纯净的空气。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
3、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。其次，配气机构的运动件应该具有较小的质量和较大的刚度，以使配气机构具有良好的动力特性。一、充气效率充气效率是指每循环实际进入气缸内的新鲜充气量与在进气状况下充满气缸工作容积的新鲜充气量的比值。其公式如下:v=M/MOM进气过程中,实际充入气缸的新鲜充气量的质量；M。进气状态下，充满气缸工作容积的新鲜充气量的质量。所谓进气状况，是指空气滤清器后进气管内的气体状态。对于非增压发动机，可近似认为是当时、当地的大气状态；对增压发动机则是指增压器出口处的状态。充气效率v是衡量发动机换气质量的参数。充气效率越高，表明进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的
4、质量越多，可燃混合气燃烧时可能放出的热量越大，发动机发出的功率也就越大。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。此时压力越高，温度越低，则一定容积的气体质量就越大，因而充气效率越高。由于进气系统对气流的阻力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内的新鲜气体加热，使进气终了时气体的温度升高。因此，实际充入气缸的新鲜气体的质量总是小于在进气状况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0.800.90。影响发动机充气效率的因素很多，就配气机构而言，要求其结构有利于减
5、小进气和排气的阻力，进、排气门的开启时刻和持续开启的时间应适当，使吸气和排气过程尽可能充分，使充气效率得以提高。提示：采用多气门技术、可变进气系统和进气增压系统等，可有效地提高充气效率。二、配气机构的布置型式配气机构主要分为气门配气和气口配气。汽车发动机普遍采用气门配气机构。气门配气机构由气门组和气门传动组两部分组成，每组的零件组成则与气门的位置、凸轮轴的位置和气门驱动形式等有关。配气机构的布置形式可按气门的位置、凸轮轴的位置、凸轮轴的传动方式、每个气缸气门数及其排列方式等分为不同类型。1气门的布置形式配气机构按气门的布置位置不同，分为气门顶置式配气机构和气门侧置式配气机构。现代汽车发动机均采
6、用顶置式气门配气机构，如图3.1所示。进、排气门置于气缸盖内，气门头朝下，倒挂在气缸盖上。图3.1 配气机构总成1曲轴正时带轮；2中间轴正时带轮；3齿形带；4张紧轮；5凸轮轴正时带轮；6进气凸轮轴；7凸轮；8液力挺柱；9进气门组件；10排气凸轮轴；11排气门组件2凸轮轴的布置型式配气机构按凸轮轴的布置位置不同，可分为下置式、中置式和顶置式三种。凸轮轴置于曲轴箱内的配气机构为凸轮轴下置式配气机构，其典型结构如图3.2所示。其中气门组零件包括气门12、气门座圈13、气门导管11、气门弹簧10、气门弹簧座9和气门锁夹8等；气门传动组零件则包括凸轮轴1、挺柱2、推杆3、摇臂7、摇臂轴4和气门间隙调整螺
7、钉6等。当凸轮的上升段顶起挺柱时，经推杆和气门间隙调整螺钉推动摇臂绕摇臂轴摆动，压缩气门弹簧使气门开启。当凸轮的下降段与挺柱接触时，气门在气门弹簧力的作用下逐渐关闭。由于曲轴与凸轮轴位置靠近，只用一对正时齿轮传动，使得传动系统结构比较简单。图3.2 凸轮轴下置式配气机构1凸轮轴；2挺柱；3推杆；4摇臂轴；5所紧螺母；6调整螺钉；7摇臂；8气门锁夹；9气门弹簧座；10气门弹簧；11气门导管；12气门；13气门座圈四冲程发动机每完成一个工作循环，每个气缸进、排气一次。这时曲轴转两周，而凸轮轴只转一周，所以曲轴与凸轮轴的转速比或传动比为2：1。凸轮轴下置式配气机构的主要优点是凸轮轴与曲轴位置靠近，可
8、以简单地用一对齿轮传动。缺点是零件多，传动链长，整个机构的刚度差。在高转速时，可能破坏气门的运动规律和气门的正时启闭。因此多用于转速较低的发动机，如货车用的柴油机等。凸轮轴中置式配气机构的凸轮轴布置在气缸体上部（图3.3），由凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂。与凸轮轴下置式配气机构相比，省去了推杆，从而减轻了配气机构的往复运动质量，增大了机构的刚度，更适用于较高转速的发动机。有些凸轮轴中置式配气机构的组成与凸轮轴下置式配气机构没有什么区别，只是推杆较短而已，如YC6105Q、6110A、依维柯 8210、22S和福特2.5ID等发动机都是这种机构。图3.3 凸轮轴中置式配气机构1凸轮轴；2挺柱；3支
9、架；4气门间隙调整螺钉；5摇臂；6摇臂轴；7气门锁夹；8气门弹簧座；9气门弹簧；10气门导管；11气门凸轮轴顶置式配气机构的凸轮轴直接布置在气缸盖上。凸轮轴可直接通过摇臂来驱动气门或凸轮轴直接驱动气门，如图3.4所示，它省去了挺柱和推杆，使往复运动质量大大减小，其主要优点是运动件少，传动链短，整个机构的刚度大，适合于高速发动机。由于气门排列和气门驱动形式的不同，凸轮轴顶置式配气机构有多种多样的结构形式。图3.4 凸轮轴上置式配气机构a）凸轮驱动液力挺柱； b）凸轮驱动摇臂1进气门；2排气门；3摇臂；4摇臂轴；5凸轮轴；6液力挺柱根据顶置气门凸轮轴的个数，又分为单顶置凸轮轴（SOHC）和双顶置凸
10、轮轴（DOHC）两种。单顶置凸轮轴仅用一根凸轮轴同时驱动进、排气门，结构简单，布置紧凑。双顶置凸轮轴由两根凸轮轴分别驱动进气门和排气门。图3.5所示的捷达王轿车发动机即为双顶置凸轮轴配气机构。进气凸轮轴2和排气凸轮轴1分别驱动进气门7和排气门6。进气凸轮轴与排气凸轮轴分开安装后，有利于多气门布置，该发动机每个气缸为5个气门。气门数目越多，发动机的充气效率越高(当发动机转速达400Or/min 时，充气效率可大于 1.0；而当发动机转速为6000r/min 时，充气效率仍不低于0.9)，发动机功率也就越大。在工作容积不变的条件下，仅仅是单缸气门由两个变成五个，轿车的功率提高了近40%。3凸轮轴的
11、传动方式凸轮轴由曲轴带动旋转,它们之间的传动方式有齿轮传动、链传动及齿形带传动等几种。（1）齿轮传动。凸轮轴下置、中置式配气机构中，由于凸轮轴与曲轴位置较近，大多数采用圆柱正时齿轮传动。汽油机一般只用一对正时齿轮，即曲轴正时齿轮和凸轮轴正时齿轮。柴油机需要同时驱动喷油泵，所以增加一个中间齿轮，如图3.6所示。为了啮合平稳，减小噪声和磨损，正时齿轮一般都用斜齿轮并用不同材料制成，曲轴正时齿轮常用钢来制造，而凸轮轴正时齿轮则用铸铁或夹布胶木制成。图3.5 捷达王轿车EA113型发动机配气机构零件图1排气凸轮轴；2进气凸轮轴；3传动链；4液压链张紧器；5气缸盖；6排气门；7进气门；8凸轮轴带轮；9油
12、封；10液力挺柱图3.6 柴油机正时齿轮机构（6120型发动机）工大汽车构造108页3251曲轴正时齿轮；2凸轮轴正时齿轮；3、5中间齿轮；4喷油泵正时齿轮；6机油泵传动齿轮；A、B、C正时记号（2）链传动。链传动特别适合于凸轮轴上置式配气机构，如图3.7所示。为使工作中链条有一定的张力而不至脱链，通常装有导链板、张紧装置等。链传动的主要问题是其工作可靠性和耐久性不如齿轮传动，它的传动性能主要取决于链条的制造质量。广州标致 505 型轿车发动机配气机构采用链条传动。图3.7 凸轮轴的链传动装置l曲轴定时链轮；2导链板；3中间链轮；4链条；5凸轮轴定时链轮；6液力张紧装置；7张紧轮；A、B定时记
13、号（3）齿形带传动。近年来在高速汽车发动机上还广泛采用齿形带代替传动链，如图3.8所示。这种齿形带用氯丁橡胶制成，中间夹有玻璃纤维以增加强度。采用齿形带传动，能减小噪声和减小结构质量，对降低成本也有好处。一汽奥迪100和捷达/高尔夫、上海桑塔纳型轿车发动机配气机构均采用齿型带传动。图3.8 齿形带传动装置（张子波99页）1凸轮轴正时记号；2凸轮轴带轮；3半自动张紧轮；4水泵带轮；5曲轴正时记号；6曲轴带轮4气门数目及排列方式发动机通常都采用每缸两气门，即一个进气门和一个排气门的结构。为了进一步改善气缸的换气性能，在结构允许的条件下，应尽量增大进气门头部的直径。当气缸直径较大，活塞平均线速度较高
14、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，在很多中、高级新型轿车和运动型汽车发动机上普遍采用每缸多气门结构，有三、四、五气门，其中尤以四气门发动机为数最多。四气门发动机每缸两个进气门和两个排气门（图3.9）。其突出优点是气门通过面积大，进气充分，排气彻底，发动机的转矩和功率得以提高。另外，每缸采用四个气门，每个气门的头部直径较小，每个气门的质量减轻，运动惯性力减小，有利于提高发动机转速。还有，四气门发动机多采用篷形燃烧室，火花塞布置在燃烧室中央，有利于燃烧。缺点是发动机零件数目增多，制造成本增加。奔驰190E、奔驰320E、奥迪V8、尼桑VH45DE、尼桑VG30DEV6、及欧
15、宝V6等发动机均为四气门发动机。图3.9 四气门配气机构1进气门；2进气凸轮轴；3排气凸轮轴；4排气门三气门发动机每缸两个进气门，一个排气门，排气门头部直径比进气门大。与两气门发动机相比，进气量明显增加，其它方面不如四气门发动机，特别是火花塞很难布置在燃烧室中央，对燃烧不利。斯巴鲁J12、丰田A2E等发动机为每缸三气门发动机。五气门发动机每缸三个进气门，两个排气门（图3.10）。这种结构能够明显增加进气量，在这方面比四气门还优越。但是结构也变得非常复杂，尤其是增加了燃烧室表面积，对燃烧不利。捷达王EA113型、三菱3G81型等发动机均为五气门发动机。图3.10 五气门配气机构当每缸采用两气门时，气门的布置有两种方式。一种方式是将所有气门沿机体纵向轴线排成一列的方式。这样，相邻两缸同名气门就有可能合用一个气道，并得到较大的气道通过截面；另一种方式是将进、排气门交替布置，每缸单独占用一个气道，这样有助于气缸盖冷却均匀。柴油机中为避免进气受到预热而影响充气效率，把进、排气道分别置于气缸盖的两侧。汽油机的进、排气道通常置于气缸盖的同一侧，以便排气对进气进行预热。当每缸采用四
