气门侧置式 气门位于气缸体侧面称为气门侧置式配气机构，因为它的进、排气门在同侧，压缩比受到限制，进排气门阻力较大，发动机的动力性和高速性均较差，逐渐被淘汰。

气门顶置式 气门位于气缸盖上称为气门顶置式配气机构，其特点，进气阻力小，燃烧室结构紧凑，气流搅动大，有好的抗爆性和高速性，因而能达到较高的压缩比，目前国产的汽车发动机都采用气门顶置式配气机构。

凸轮轴下置式 主要缺点：气门和凸轮轴相距较远，因而气门传动另件较多，结构较复杂，发动机高度也有所增加。

凸轮轴中置式凸轮轴中置 , 凸轮轴位于气缸体的中部 , 由凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，省去推杆，

凸轮轴上置式 1 、是凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，这样既无挺柱，又无推杆，往复运动质量大大减小。 2 、是凸轮轴直接驱动气门或带液力挺柱的气门，此种配气机构的往复运动质量更小，特别适应于高速发动机，

齿轮传动

曲轴

凸轮轴

凸轮轴下置，中置的配气机构大多采用圆柱形正时齿轮传动，一般从曲轴到凸轮轴只需一对正时齿轮传动，若齿轮直径过大，可增加一个中间齿轮。为了啮合平稳，减小噪声，正时齿轮多用斜齿。

小齿轮钢制，大齿轮用铸铁或胶木，装配时有正时记号对齐

链轮传动 链轮传动适用于凸轮轴上置的配气机构，但其工作可靠性和耐久性不如齿轮传动。

齿带传动 近年来高速汽车发动机上广泛采用齿形皮带来代替传动链，齿形带传动，噪声小、工作可靠、成本低

4 、 5 气门式 一般发动机都采用每缸两个气门，即一个进气门和一个排气门的结构。为了改善换气，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。但是由于燃烧室尺寸的限制，气门直径最大一般不能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保证良好的换气质量。因此，在很多新型汽车发动机上多采用每缸四个气门结构。即两个进气门和两个排气门。

配 气 机 构

作者：刘步丰配音：李荣华2004 年春

1 ．功用： 配气机构是进、排气管道的控制机构，它按照气缸的工作顺序

和工作过程的要求，准时地开闭进、排气门、向气缸供给可燃混合气（汽油机）或新鲜空气（柴油机）并及时排出废气。另外，当进、排气门关闭时，保证气缸密封。

四行程发动机都采用气门式配气机构。

一、概述

2 ．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，用充气效率 v表示。 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。

理想状态的充入气体量进气时实际充入气体量

0M

Mv

v 总总总总总进气终了压力↓ ，温度↓， v ↑

3 ．配气机构的布置型式 气门顶置式

按气门安装位置分气门侧置式

凸轮轴下置式 凸轮轴中置式 凸轮轴上置式

按凸轮轴布置分

齿轮传动 链轮传动 齿带传动

按曲轴、凸轮轴传动分

2 气门式 按每缸气门数分 4、5气门式

气门间隙 气门间隙：为保证气门关闭严密，通常发动机在气门间隙：为保证气门关闭严密，通常发动机在冷态装配时，在气门杆尾端与气门驱动零件（摇臂、冷态装配时，在气门杆尾端与气门驱动零件（摇臂、挺柱或凸轮）之间留有适当的间隙。挺柱或凸轮）之间留有适当的间隙。

气门杆

摇臂气门间隙

气门气门 间隙间隙进气门进气门 0.25~0.30mm0.25~0.30mm

排气门排气门 0.30~0.35mm0.30~0.35mm

作用：给热膨胀留有余地 保证气门密封

间隙过大：进、排气门开启迟后，缩短了进排气时间，降低了气门的开启高度，改变了正常的配气相位，使发动机因进气不足，排气不净而功率下降，此外，还使配气机构零件的撞击增加，磨损加快。

间隙过小：发动机工作后，零件受热膨胀，将气门推开，使气门关闭不严，造成漏气，功率下降，并使气门的密封表面严重积碳或烧坏，甚至气门撞击活塞。

采用液压挺柱的配气机构不需要留气门间隙。

轿车发动机由于转速较快，每分钟转速可达 5000转以上，为保证进排气效率，采用顶置式气门装置， 但是，如果采用下置式或者中置式的凸轮轴，由于气门与凸轮轴的距离较远需要气门挺杆和挺柱等辅助零件，造成气门传动机件较多，结构复杂，发动机体积大，而且在高速运转下还容易产生噪声，而采用顶置式凸轮轴则可以改变这种现象。 所以，现代轿车发动机一般都采用了顶置式凸轮轴，将凸轮轴配置在发动机的上方，缩短了凸轮轴与气门之间的距离，省略了气门的挺杆和挺柱，将发动机的结构变得更加紧凑。更重要的是，这种安装方式可以减少整个系统往复运动的质量，提高了传动效率

任何事物都有其两面性，顶置凸轮轴一方面缩短了与气门的距离，另一方面却拉大了凸轮轴与曲轴之间的距离。由于凸轮轴是由曲轴带动的，因此两者之间一拉开距离就必须要用链条及链轮做转动，结构比下置式凸轮轴的齿轮啮合传动复杂得多。

尽管如此，人们衡量利弊还是喜欢采用顶置式凸轮轴。轿车发动机按照顶置凸轮轴的数目，分为单顶置凸轮轴 (SOHC) 和双顶置凸轮轴 (DOHC) ，由于中高档轿车发动机一般是多气门及 V 型气缸排列，需采用双凸轮轴分别控制进排气门，因此双顶置凸轮轴被不少名牌发动机所采用。

现在，顶置式凸轮轴有多种驱动气门的形式，有用摇臂过渡驱动式，也有直接驱动式，其中直接驱动式对凸轮轴和气门弹簧的设计要求相对较低，往复运动的惯量最少，特别适用于高速运转的轿车发动机上。

OHC over head camshaftSOHC single ~DOHC double~ OHC 是凸轮轴直接装置在气缸头上，经由皮带或练条带动、驱动气门，它是现代引擎的主流，省略了很多繁杂机件，工作效率大幅提高。 DOHC则是 SOHC引擎的最佳演化，使用两根凸轮轴分别控制进排气。

因为现代 SOHC引擎已经成为主流，气门也从 8V 进展到 16V （ 6 缸为 24V ），如此众多的气门单靠一支凸轮轴控制，此凸轮轴负荷太大，故使用两轴，可以降低负荷并且减少磨擦受力。

为什么两根凸轮轴？

二、配气相位配气相位是用曲轴转角表示的进、排气门的开启时刻和开启延续时间，通常用环形图表示 -配气相位图

理论上的配气相位

理论上讲进、压、功、排各占 180°，也就是说进、排气门都是在上、下止点开闭，延续时间都是曲轴转角 180°。 但实际表明，简单配气相位对实际工作是很不适应的，它不能满足发动机对进、排气门的要求

1 、 气门的开、闭有个过程开启 总是 由小→大

关闭 总是 由大→小

2 、气体惯性的影响同样造成进气不足、排气不净

3、发动机速度的要求 实际发动机曲轴转速很高，活塞每一行程历时都很短，当转速为

5600r/min时一个行程只有 60/（ 5600×2 ） =0.0054s，就是转速为 1500r/min，一个行程也只有 0.02s，这样短的进气或排气过程，使发动机进气不足，排气不净。

理论配气的不足

实际的配气相位

为了使进气充足，排气干净，除了从结构上进行改进外（如增大进、排气管道），还可以从配气相位上想点办法， 即气门能否早开晚闭，延长进、排气时间呢

进气门早开：可使进气一开始就有一个较大的通道面积，可增加进气量。 进气门晚关：活塞到达进气下止点时，由于进气吸力的存在，气缸内气体压力仍然低于大气压，在大气压的作用下仍能进气；另外，此时进气流还有较大的惯性，可以增加进气量。

气门早开、晚闭

排气门早开：在作功行程快要结束时，排气门打开，可以利用作功的余压使废气高速冲出气缸，排气量约占 50%。排气门早开，势必造成功率损失，但因气压低，损失并不大，而早开可以减少排气所消耗的功，又有利于废气的排出，所以总功率仍是提高的。 排气门晚关：从示功图上还可以看出，活塞到达上止点时，气缸内废气压力仍然高于外界大气压，加之排气气流的惯性，排气门晚关可使废气排得更净一些。

气门重叠 把两个气门同时开启时间相当的曲轴转角叫作气门重叠角。

a. 进、排气流各自有自己的流动方向和流动惯性，而重叠时间又很短，不至于混乱，即吸入的可燃混合气不会随同废气排出，废气也不会经进气门倒流入进气管，而只能从排气门排出；

b. 进气门附近有降压作用，有利于进气。

在这段时间内，可燃混合气和废气是否会乱串呢？

10°~30 °10°~30 °

40°~80 °40°~80 °

40°~80 °40°~80 °

10°~30 °10°~30 °

气门重叠角 α+δ=20° ～ 60°

三、配气机构的组件

( 一 ) 、气门组

气门组实物图

1 、气门 功用：控制进、排气管的开闭 功用：控制进、排气管的开闭 工作条件： 工作条件： AA、进气门、进气门 570K~670K570K~670K，排气门，排气门 1050K~1200K1050K~1200K。 。 BB、头部承受气体压力、气门弹簧力等， 、头部承受气体压力、气门弹簧力等， CC、冷却和润滑条件差， 、冷却和润滑条件差， DD、被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。 、被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。 性能： 性能： 强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨

进气门 570K~670K （铬钢或铬镍钢） 排气门 1050K~1200K （硅铬钢）

进气门 570K~670K （铬钢或铬镍钢） 排气门 1050K~1200K （硅铬钢）

A、气门头部一个具有圆锥斜面的圆盘，气门锥角一般为 450 ，也有 300 ，气门头边缘应保持一定厚度，一般为 1-3 mm ，以防工作中冲击损坏和被高温烧蚀。气门密封锥面与气门座配对研磨。

锥面的作用？

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（球面顶）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。 较复杂。

凹顶式凹顶式（喇叭（喇叭顶）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。

气门实物图

进气门进气门 排气门排气门

二者大小如何，为什么？

B 、气门杆

较高的加工精度，表面经过热处理和磨光，保证同气门导管的配合精度和耐磨性

气门杆尾部：环形槽、锁销孔

凹槽

易断裂处

功用：①起导向作用，保证气门作直线往复运动。 ②起导热作用，将气门头部传给杆身的热量，通过气缸盖传出去。

2 、气门导管

为了保证导向，导管应有一定的长度，气门导管的工作温度也较高，约 500k 。气门导管和气门的润滑是靠配气机构飞溅出来的机油进行润滑的，因此易磨损。为了改善润滑性能，气门导管常用灰铸铁或球墨铸铁或铁基粉未治金制造

气门导管气缸盖

过盈配合

卡环：防止气门导管在使用中脱落。

伸入深度应适量。锥度可减少气流阻力。

3 、气门座 气门座与气门头部密封锥面配合密封气缸，气门头部的热量亦经过气门座外传。气门座可以在缸盖或缸体上直接镗出，也可以采用镶嵌式结构。镶嵌式结构气门座都采用较好的材料（合金铸铁、奥氏体钢等）单独制作。

气门座

铝合金气缸盖为何气门座都要镶嵌气门座圈

4 、气门弹簧 功用：保证气门的回位。 功用：保证气门的回位。 材料：高锰碳钢、铬钒钢材料：高锰碳钢、铬钒钢

气门弹簧

气门弹簧座

锁片

在气门关闭时，保证气门与气门座之间的密封， 在气门开启时，保证气门不因运动时产生的惯性力而脱离凸轮。

圆柱形螺旋弹簧

圆柱等螺距弹簧

不等距弹簧

随着有效圈数的减少，自然频率提高。

双弹簧布置旋向相反的

两个弹簧

应用车型：

奥迪 100 ，捷达，桑塔纳 , 广州标致 505

5 气门旋转机构 锥形套筒

锁片

为了使气门头部温度均匀，防止局部过热引起的变形和清除气门座积炭，可设法使气门在工作中相对气门座缓慢旋转。气门缓慢旋转时在密封锥面上产生轻微的摩擦力，有阻止沉积物形成的自洁作用。

(二 ) 、气门驱动组功用：定时驱动气门开闭，并保证气门有足够的开度和适当的气门间隙。

凸轮轴

挺柱

推杆

摇臂

凸轮轴正时齿轮

摇臂轴

作用： 作用： 驱动和控制各缸气门的开启和关闭，使其符合发动驱动和控制各缸气门的开启和关闭，使其符合发动

机的工作顺序、配气相位和气门开度的变化规律等要求。 机的工作顺序、配气相位和气门开度的变化规律等要求。 工作条件： 工作条件：

承受气门间歇性开启的冲击载荷。 承受气门间歇性开启的冲击载荷。 材料： 材料：

优质钢、合金铸铁、球墨铸铁 优质钢、合金铸铁、球墨铸铁

凸轮

凸轮轴轴颈驱动分电器的螺旋齿轮

1 、凸轮轴

凸轮

工作条件：工作条件：承受气门弹簧的张力，间歇性的冲击载荷。

凸轮性能：凸轮性能：表面有良好的耐磨性，足够的刚度。

凸轮与挺柱线接触，接触压力大，磨损快。

凸轮的轮廓 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

消除气门间隙阶段

气门升程最大时刻

气门关闭点

出现气门间隙阶段

缓冲结束点

扬程凸轮的位移曲线

同名凸轮的相对角位置 同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置是与相应的配气相位相对应的。

四缸发动机凸轮投影

点火顺序：

1—2—4—3

凸轮轴的轴向定位： 作用：作用： 为了防止凸轮轴在工作中产生轴向窜动和承受斜齿轮产生

的轴向力。

正时齿轮

止推板

隔圈（调节环）

凸轮轴颈

凸轮轴的轴向间隙

气缸体

利用调节环控制轴向窜动利用调节环控制轴向窜动

窜动量

凸轮轴的驱动 AA 、齿轮传动：应用在下置凸、齿轮传动：应用在下置凸

轮轴发动机。采用斜齿齿轮。轮轴发动机。采用斜齿齿轮。

B 、链条和齿形皮带传动：链条传动噪声小，用于中置式或顶置式凸轮轴发动机。

曲轴正时齿形带轮

中间轴齿形带轮

张紧轮

凸轮轴正时齿形带轮

2 、挺柱 （（ 11 ）作用：将凸轮的推力传给推杆或气门。 ）作用：将凸轮的推力传给推杆或气门。 （（ 22 ）挺柱的分类：）挺柱的分类：

菌式菌式 气门侧置式气门侧置式

筒式筒式 气门顶置式气门顶置式

滚轮式滚轮式减小摩擦所造成的对减小摩擦所造成的对挺柱的侧向力。多用挺柱的侧向力。多用于大缸径柴油机。于大缸径柴油机。

挺柱端面与凸轮的关系

锥形凸轮

凸轮为何要成锥形？

液力挺柱

挺柱体

柱塞

球形支座

卡环

柱塞弹簧

单向阀

单向阀架

柱塞腔

挺柱体腔

进油口

消除了配气机构的间隙，减小了各零件的冲击载荷和噪声 ,提高发动机高速时的性能。

作用： 作用： 将挺柱传来的推力传给摇臂。 将挺柱传来的推力传给摇臂。

工作情况： 工作情况： 是气门机构中最容易弯曲的零件。 是气门机构中最容易弯曲的零件。

材料： 材料： 硬铝或钢硬铝或钢

3 、气门推杆

功用：功用：将推杆或凸轮传来的力改变方向，作用到气门杆端以推开气门。

摇臂结构示意图

调节螺母摇臂

摇臂轴套

易磨损部位 堆焊耐磨合金

4 、摇臂

气门间隙调节螺钉

摇臂结构示意图

润滑油道

油槽 润滑油道

摇臂组示意图

摇臂轴

螺栓

摇臂轴支座

摇臂轴紧固螺钉

摇臂称套 调整螺钉

摇臂

定位弹簧

桑塔纳发动机的配气机构

本章完