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1、第三章 配气机构学习目标了解配气机构的作用、组成、工作原理、分类、零件和组件。了解配气机构的气门间隙和配气相位。掌握配气机构的拆装要点、气门组零件的检修和气门传动组零件的检修方法。掌握配气机构的气门间隙的检查与调整、气缸压缩压力的检测、配气正时和进气管真空度的检测方法掌握配气机构的气门关闭不严（漏气）和配气机构异响等故障诊断与排除技巧。了解可变气门配气相位和废气涡轮增压器的结构和工作原理。通过故障案例掌握常见故障的排除方法。引言配气机构的工作性能好坏，对发动机有重要影响。要求配气机构的气门要关闭严密，开闭及时，开度足够。如果气门关闭不严，在压缩行程会漏气，造成气缸压力不足和燃气质量的损失；在作
2、功行程会泄压，使燃气压力降低。如果气门开闭不及时或开度不够，则会使进气不充分，排气不彻底。上述情况都会严重影响发动机的功率，甚至使发动机不能启动。第一节 配气机构的构造和工作原理一、概述 1配气机构的作用配气机构的作用是根据发动机工作循环和点火次序，适时地开启和关闭各缸的进、排气门，使纯净空气或空气与燃油的混合气及时地进入气缸，废气及时地排出。2配气机构总体组成以顶置双凸轮轴同步齿形带传动的配气机构(图31)为例。它主要由气门组件(有进气门组件9和排气门组件11，含进、排气门，进、排气门座，气门弹簧，气门锁夹，气门导管等)，气门驱动机构(液压挺柱8)、进气凸轮轴6和排气凸轮轴10以及凸轮轴传动
3、机构(含曲轴正时带轮1、凸轮轴传动带轮5、同步齿形带3、张紧轮4) 等组成。3配气机构工作原理发动机工作时，通过同步齿形带3带动进、排气凸轮轴旋转。当进气凸轮轴的进气凸轮克服气门弹簧力作用压下进气门时，进气门开启，开始进气；当进气凸轮轴转到凸轮的基圆段时，该进气门在气门弹簧作用下回位，关闭进气门，进气停止。排气门的开闭原理与进气门类似。四冲程发动机每完成一个工作循环，各缸的进、排气门需要开闭一次，即需要凸轮轴转过一圈，而曲轴需要转两圈。曲轴转速与凸轮轴转速之比(传动比)为2：1。4充气效率 新鲜空气或可燃混合气被吸入气缸愈多，则发动机可能发出的功率愈大。新鲜空气或可燃混合气充满气缸的程度，用充
4、气效率v表示，它是指在每个循环中，实际进入气缸的充量与进气状态下充满气缸工作容积的理论充量的比值。v越高，表明进入气缸的新气越多，可燃混合气燃烧时可能放出的热量也就越大，发动机的功率越大。充气效率和进气终了压力、进气终了温度及气缸内残余废气量有关。减少进气系统流通阻力，如壁面光滑平直的进、排气管道，气流流通阻力小可提高进气终了压力。使用多进气门机构可以有效提高进气终了压力，并使气缸内残余废气量减少。如上海柴油机厂生产的6135Q一1型车用柴油机，由2气门改为4气门后，15min标定功率由154kW提高到194kW，最大扭矩由784N.m提高到920N.m，经济性和排气温度得到相应改善。目前中小
5、排量以上轿车发动机，已普遍采用4气门结构。发动机增压，可以较大幅度提高进气终了压力，有效改善发动机性能。另外，在使用中，应特别注意对空气滤清器的清洁保养，以保证进气畅通，提高充气效率。进气终了温度愈高，充人气缸中的工质密度愈小，新鲜充量愈少。因此，进、排气管道分置于气缸盖的两侧，适当加大气门重叠角，有利于降低进气终了温度。二、 配气机构的分类1按凸轮轴布置位置分按凸轮轴布置位置分，有顶置凸轮轴、中置凸轮轴和下置凸轮轴三种。(1)顶置凸轮轴配气机构 参见图31，它将凸轮轴直接布置在气缸盖上，直接通过摇臂或凸轮来推动气门的开启和关闭。这种传动机构没有推杆等运动件，通过同步齿形带或链条传动，系统往复
6、运动构件的质量大大减小，非常适合现代的高速发动机，尤其是轿车发动机。顶置凸轮轴配气机构有两种传动形式：一种是如图32所示的凸轮摇臂式传动机构，凸轮直接与摇臂接触，通过摇臂摆动将气门打开。另一种是如图33所示的凸轮挺柱式传动机构，凸轮通过挺柱将气门顶开，由凸轮轴直接开、闭气门，而不用摇臂，减轻了运动件的质量，可以高速精确地开、闭气门，提高发动机转速，并且这种布置有利于增加气门数目，提高进排气效率，是现代高速发动机配气机构的主要形式。一汽奥迪、捷达和上海桑塔纳等是采用如图33（C）所示的凸轮直接驱动液力挺柱的结构，可以不预留气门间隙。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
7、凸轮轴(DOHC)两种。单顶置凸轮轴(图36)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（参见图31）一般由两根凸轮轴分别直接驱动进、排气门，适用于多气门（3-5气门）结构，双顶置凸轮轴在现代车中应用越来越多。(2)中置凸轮轴配气机构(图34)它将凸轮轴1布置在曲轴箱上。这种结构多用于柴油机，一般采用在一对正时齿轮之间加入一个中间齿轮（惰轮）进行传动。 (3)下置凸轮轴配气机构(图35)它将凸轮轴1布置在曲轴箱上。这种结构布置的主要优点是凸轮轴离曲轴较近，可用一对正时齿轮驱动，传动简单。但是，存在零件较多、传动链长、系统弹性变形大、影响配气准确性等缺点。在现代轿车高速发
8、动机中已趋于淘汰。目前国产载货汽车和大、中型客车上还有应用。 2按曲轴和配气凸轮轴的传动方式分按曲轴和配气凸轮轴的传动方式可分为齿轮传动、链条传动和同步齿形带传动三种。(1) 同步齿形带传动 现代高速发动机配气机构中广泛采用同步齿形带传动(参见图31)，同步齿形带又称同步带、齿形带、齿带、正时带。同步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。同步齿形带的张力可以由张紧轮进行调整。这种传动方式可以减小噪声，减少结构质量和降低成本。(2)链传动(图37) 链传动多用在凸轮轴顶置的配气机构中。为使链条在工作时具有 一定的张力而不至于脱落，一般装有导链板和张紧轮等。这种传动的优点是
9、布置容易，若传动距离较远时，还可用两级链传动。缺点是传统的链传动结构质量及噪声较大，链的可靠性和耐久性不易得到保证。现在一些中高档车应用无声链条，嗓音小，传动更加可靠，可以不用更换，避免了同步齿形带老化的问题，如马自达6，福特蒙迪欧、嘉年华等。(3) 齿轮传动(图38)凸轮轴下置、中置的配气机构大多采用齿轮传动。一般从曲轴到凸轮轴间的传动只需一对正时齿轮，必要时可加装中间齿轮。为了啮合平稳，减小噪声。正时齿轮多用斜齿轮，也有采用夹布胶木制造，以减小噪声。为了装配时保证配气相位的正确，齿轮上都有正时记号，装配时必须按要求对齐。3按每缸气门的数目分 按每缸气门的数目分，有2气门、3气门、4气门和5
10、气门。传统发动机都采用每缸两气门(一个进气门，一个排气门)。为了改善发动机的充气性能，应尽量加大气门的直径，但由于气缸的限制，气门的直径不能超过气缸直径的一半。因此，现代汽车发动机中，普遍采用多气门结构(35气门，一般常用4气门)，使发动机的进、排气流通截面积增大，提高了充气效率，改善了发动机的动力、经济性能和排放性能。三、配气机构零件和组件配气机构主要组件主要由气门组件、凸轮轴组件、凸轮轴传动机构和气门驱动机构组成。1 气门组件(图39)它由气门、气门座、气门导管、油封、气门弹簧、气门锁夹等零件组成。(1)气门气门分为进气门与排气门两种，其作用是密封进、排气道。气门由头部、杆身和带密封锥面的
11、气门盘组成。头部用来封闭进、排气道，杆身用来在气门开闭过程中起导向作用。气门头部与具有腐蚀介质的高温燃气接触，并在关闭时承受很大的落座冲击力。气门杆身润滑困难，处于半干摩擦状态下工作。由于气门的工作条件很差，要求气门材料必须有足够的强度、刚度、耐高温、耐腐蚀和耐磨损。进气门一般采用中碳合金钢，排气门多采用耐热合金钢。如图3-10，气门头有一密封锥面b，它与气门座密封锥面配合，起到密封气道的作用。气门密封锥面与顶平面之间的夹角称为气门锥角，其锥角一般为45，有些车为了增大气流的流通面积，使进气充分，将进气门锥角做成30。工作中，由于气门与气门座之间的撞击及高温气体作用，使密封锥面容易产生磨损和凹
12、陷，应注意修磨或更换。多数发动机的进气门的头部直径比排气门的大。气门头的边缘厚度a一般为1-3mm，以减少工作中由于气门与气门座之间的冲击损坏或高温气体烧蚀。为保证良好密合，装配前应将气门头与气门座的密封锥面互相研磨，使其接触时不漏气。研配好的气门不能互换。气门头顶面的形状有平顶(图311a)、凹顶(图311b)和凸顶(图311c)。凹顶适合做进气门，不宜做排气门，凸顶适合于排气门；平顶结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也小，应用最多。气门杆与气门导管配合，气门杆为圆柱形，气门开、闭过程中，气门杆在气门导管中上、下往复运动，因此，要求气门杆与气门导管有一定的配合精度和耐磨性，气门杆表面须经过
13、热处理和磨光。气门杆与弹簧连接有两种方式。一种是锁夹式(图312a)，在气门杆端部的沟槽上装有两个半圆形锥形锁夹4，弹簧座3紧压锁夹，使其紧箍在气门杆端部，从而使弹簧座、锁夹与气门联接成一整体，与气门一起运动。另一种是以锁销代替锁夹(图312b)，在气门杆端有一个用来安装锁销的径向孔，通过锁销5进行连接。 (2)气门座 气缸盖的进、排气道与气门锥面相贴合的部位称为气门座。它与气门锥面紧密贴合以密封气缸，同时接受气门头部传来的热量，起到对气门散热的作用。气门座可在气缸盖上直接镗出，但大多数发动机的气门座是用耐热合金钢单独制成座圈，称气门座圈(参见图39)，压入气缸盖(体)中，以提高使用寿命和便于
14、维修更换，缺点是导热性差，如与气缸盖上的座孔配合过盈量选择不当，工作时座圈可能脱落，造成重大事故。气门座的锥角由三部分组成（图3-13a），其中45（30）的锥面与气门密封锥面贴合。要求密封锥面的贴合宽度b1为1-2.5mm，以保证一定的座合压力，使密封可靠，同时又有一定的导热面积。 有些发动机的气门锥角比气门座锥角小0.5-1，该角称为密封干涉角。密封干涉角有利于磨合期加速磨合。磨合期结束，干涉角逐渐消失，恢复了全锥面接触。(3)气门导管和油封 气门导管6(参见图39)的作用是在气门作往复直线运动时进行导向，以保证气门与气门座之间的正确配合与开闭。另外，气门导管还在气门杆与气缸盖之间起导热作
15、用。气门导管多用灰铸铁、球墨铸铁或粉末冶金制成。当凸轮直接作用于气门杆端时，承受侧向作用力。气门导管与气缸盖上的气门导管孔为过盈配合，气门导管内、外圆柱面经加工后压入气缸盖中，然后精铰内孔。为防止气门导管在工作中松落，有的采用卡环定位。气门与气门导管间留有0.050.12mm的微量间隙，使气门能在导管中自由运动，适量的配气机构飞溅出来的润滑油由此间隙对气门杆和气门导管进行润滑。该间隙过小，会导致气门杆受热膨胀与气门导管卡死；间隙过大，会使机油进入燃烧室燃烧，产生积炭，加剧活塞、气缸和气门磨损，增加润滑油消耗，同时造成排气冒蓝烟。为了防止过多的润滑油进入燃烧室，很多发动机在气门导管上安装有橡胶油封4(参见图39)。 (4)气门弹簧 气门弹簧的作用是保证气门复位。在气门关闭时，保证气门及时关闭和紧密贴合，同时防止气门在发动机振动时因跳动而破坏密封；在气门开启时，保证气门不因运动惯性而脱离凸轮。气门弹簧多为圆柱形螺旋弹簧，发动机装一根气门弹簧时，可采用变螺距弹簧(图3-14)，以防止共振。现在有些车装两根弹簧 (图315)，弹簧内、外直径不同，旋向不同，它们同心安装在气门导管的外面，不仅可以提高弹簧的工作可靠性，防止共振的产生，还可以降低发动机的高度，而且当一根弹簧折断时，另一根还能继续维持工作，不致使气门落入气缸中。2凸轮轴组件(图316)
