[科普中国]-配汽机构

组成与工作情况

各式配气机构中，按其功用都可分为气门组和气门传动组两大部分。气门组包括气门及与之相关联的零件，其组成与配气机构的形式基本无关。气门传动组、是从正时齿轮开始至推动气门动作的所有零件，其组成视配气机构的形式而有所不同，它的功用是定时驱动气门使其开闭。1

传动过程发动机工作时曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴旋转，当凸轮的凸起部分顶起挺柱时，挺柱推动推杆一起上行，作用于摇臂上的推动力驱使摇臂绕轴转动，摇臂的另一端压缩气门弹簧使气门下行，打开气门。随着凸轮轴的继续转动，当凸轮的凸起部分离开挺柱时，气门便在气门弹簧张力的作用下上行，关闭气门。2

布置形式配气机构可从不同角度来分类。按气门的布置分为气门顶置和气门侧置式；按凸轮轴的布置位置分为下置式、中置式和上置式；按曲轴和凸轮轴的传动方式分为齿轮传动式、链条传动式和齿带传动式；按每气缸气门数目分，有二气门式和四气门式等。1

气门顶置式进气门和排气门都倒挂在气缸盖上，其组成如下图所示。气门组包括气门、气门导管、气门座、弹簧座、气门弹簧、锁片等零件；气门传动组一般由摇臂、摇臂轴、推杆、挺柱、凸轮轴和正时齿轮组成。

气门顶置式配气机构的工作情况是：当气缸的工作循环需要将气门打开进行换气时，由曲轴通过传动机构驱动凸轮轴旋转，使凸轮轴上的凸轮凸起部分通过挺柱、推杆、调整螺钉推动摇臂摆转，摇臂的另一端便向下推开气门，同时使弹簧进一步压缩。当凸轮的凸起部分的顶点转过挺柱以后，便逐渐减小了对挺柱的推力，气门在弹簧张力的作用下开度逐渐减小，直至最后关闭。压缩和做功行程中，气门在弹簧张力的作用下严密关闭。

气门顶置式配气机构根据凸轮轴的位置有以下三种型式：

（1）凸轮轴下置式配气机构；凸轮轴装在曲轴箱内，直接由凸轮轴正时齿轮与曲轴正时齿轮相啮合，由曲轴带动。气门传动组包括上述全部零件，其应用最为广泛。

（2）凸轮轴中置式配气机构：凸轮轴位于气缸体的上部。为了减小气门传动机构的往复运动的质量，对于高转速的发动机，可将凸轮轴的位置移到气缸体的上部，由凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂而省去推杆。该形式的配气机构因曲轴与凸轮轴的中心线距离较远，一般要在中间加入一个中间齿轮（惰轮）。

（3）凸轮轴上置式配气机构：凸轮轴布置在气缸盖上。凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，没有挺柱和推杆，使往复运动的质量大为减小，对凸轮轴和气门弹簧的要求也最低，因此它适用于高速强化发动机。

四行程发动机每完成一个工作循环，曲轴旋转两圈，各缸的进、排气门各开启一次，即凸轮轴只转一圈，所以曲轴与凸轮轴的传动比为2：1。1

气门侧置式进气门和排气、门都装置在气缸体的一侧。

主要故障及其排除方法配气机构的故障主要有配气相位失准和配气机构异响。配气相位失准主要是同步带安装位置不正确或同步带齿形磨损引起滑转，遇此故障应立即更换同步带，并按发动机拆装的有关内容重新安装同步带。配气机构异响的故障诊断与排除如下所述。1

凸轮轴响1.现象

（1）在发动机上部发出有节奏较钝重的“嗒嗒”声。

（2）中速时明显，高速时响声杂乱或消失。

2.原因

（1）凸轮轴轴向间隙过大，产生轴向窜动。

（2）凸轮轴有弯、扭变形。

（3）凸轮工作表面磨损。

（4）凸轮轴轴颈磨损，径向间隙过大。

3.诊断与排除

（1）按上节有关内容检查凸轮轴轴向间隙。如其轴向间隙过大，则应更换止推板；严重时，应更换凸轮轴。

（2）如凸轮轴轴向间隙正常，则表明有凸轮轴弯扭变形、此轮磨损或凸轮轴轴颈磨损等不良现象。此时，应分解配气机构，查明具体原因，视情更换凸轮轴。

气门脚响1.现象

（1）发动机怠速时，气缸盖罩内发出有节奏的“嗒嗒嗒”的响声。

（2）发动机转速升高，响声增大。

（3）发动机温度变化或作断火试验，响声不变。

2.原因

（1）气门间隙调整不当

（2）气门杆尾端与气门间隙调整螺钉磨损。

（3）气门间隙调整螺钉的锁紧螺母松动。

（4）凸轮磨损或摇臂圆弧工作面磨损。

3.诊断与排除

（1）拆下气缸盖罩，检查气门间隙调整螺钉的锁紧螺母是否松动；检查气门间隙值，并视情重新调整。

（2）检查气门杆尾部端面和调整螺钉的磨损情况，必要时更换气门或调整螺钉。

（3）检查凸轮与摇臂圆弧工作面的磨损情况，视情更换凸轮轴或摇臂。

气门弹簧晌1.现象

（1）发动机怠速时有明显的“嚓嚓”的响声。

（2）各转速下均有清脆的响声，多根气门弹簧不良，机体有震抖现象。

2.原因

气门弹簧过软或折断。

3.诊断与排除

（1）拆下气缸盖罩，用旋具撬住气门弹簧，若弹簧折断可明显地看出。弹簧折断应予以更换。

（2）仍用旋具撬住气门弹簧，怠速运转发动机，若响声消失，即为该弹簧过软。弹簧如过软，必须更换。

气门座圈响1.现象

（1）有节奏的类似气门脚响，但比气门脚响的声音大很多。

（2）发动机转速一定时，响声时大时小，并伴有破碎声。

（3）发动机中低速运转时，响声较清脆，高速时响声增大且变得杂乱。

2.原因

（1）气门座圈和气缸盖气门座圈座孔配合过盈量不足。

（2）气门座圈镶入气缸盖气门座圈座孔后，滚边时没有将座圈压牢。

（3）气门座圈粉末冶金质量不佳，受热变形以致松动。

3.诊断与排除

拆下气缸盖罩，经检查不是气门脚响和气门弹簧响，即可断定为气门座圈响。分解配气机构后进一步检查，必要时，铰削气门座圈座孔，更换松动的气门座圈，并保证其压入后有足够的过盈量。1

作用配气机构的作用是按照发动机每一气缸内所进行的工作循环和各缸的点火次序的要求。定时开启和关闭各气缸的进、排气门，使可姗混合气及时进人气缸，废气及时从气缸排出。

对配气机构的要求是结构参数和形式有利于减少进气和排气阻力，而且进、排气门的开启时刻和延续的开启时间比较适当，使进气和排气都尽可能充分，以得到较大的功率转矩和排放性能。

按照发动机每一气缸内进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭进、排气门，使新鲜充量（汽油机为可燃混合气、柴油器为空气）及时进入气缸，而废气及时从气缸排出.

新鲜空气或可染混合气被吸入气缸越多，则发动机可能发出的功率越大，新鲜混合气或空气充满气缸的程度，用充气效率来表示。充气效率=在进气行程中实际进入气缸的新鲜空气或可燃混合气的质量/充满气缸工作容积的质量。

充气效率越高，表明进入气缸内的新鲜空气或可染混合气质量越多，燃烧混合气可能发出的热量越大，发动机的功率越大。对一定容积的发动机而言，V一定，质量与进气终了的T和P有关，进气的T和P越低，进气质量越大，充气效率越高。但由于进气系统对气体造成阻力使进气终了时的气缸内压力下降，有因为上一轮循环中残余的高温废气，使进气终了气体温度升高，实际进入气体的质量总小于在一般张态下的充满气缸气体的质量。也就是说，充气效率总小于1。一般为0.8~0.9。

5组成进气凸轮轴带轮

正时皮带

皮带涨紧轮

曲轴带轮

曲轴通过皮带带动凸轮轴转动

曲轴平衡块

曲轴

活塞

排气门

排气凸轮轴

进气凸轮轴

配气机构主要由气门组和气门传动组组成。

气门组气门组包括气门、气门导管、气门座及气门弹簧等零件。有的进气门还设有气门旋转机构，气门组应保证气门对汽缸的密封性，气门组有以下要求：

A．气门头部与气门座贴合严紧；

B．气门在气门导管中上下运动良好。

C．气门弹簧的两端面与气门杆中心线垂直，保证气门头部在气门座上不偏斜。

D．气门弹簧力足以克服气门运动惯性力，使气门能顺速开闭。

1）气门

气门是由气门头部和杆部组成。气门头部温度很高（进气门570~670，排气门1050~1200），而且还承受气体的压力、气门弹簧的作用力和传动组件惯性力，其润滑、冷却条件差，要求气门必须有一定强度、刚度、耐热和耐磨性能。进气门一般采用合金钢（铬钢、镍铬钢），排气门采用耐热合金（硅铬钢）。有时为了省耐热合金，排气门头部用耐热合金，而杆部用铬钢，然后将两者焊接起来。

气门头部的形状有平顶、球面顶和喇叭顶等。一般是使用平顶的。平顶气门头部结构简单、制造方便、吸热面积小、质量较小、进排气门都可以使用。球面顶气门适用于排气门，其强度高、排气阻力小、废气消除效果好，但其受热面积大，质量和惯性大、加工复杂。喇叭型有一定的流线型，可减少进气阻力，但其头部受热面积大，只适合进气门。

气门锥角是气门密封面的角度一般是45°，有些是30°（CA1091性汽车6102型发动机）.30的气门是考虑升程相同的情况下，气门锥度小，气门通过端面大，进气阻力小，但由于锥度小的气门头部边缘较薄，刚度小，密封性与导热性差，一般用于进气门。气门边缘的厚度一般为1~3mm，以防止工作中与气门座冲击而损坏或被高温烧坏。为了减少进气阻力，提高汽缸进气效率，多数发动机进气门比排气门大。用过的进气门与排气门颜色也不同。

气门杆呈圆柱型，在气门导管中不断进行往复运动，其表面必经过热处理和磨光。气门杆端部的形状取决于气门弹簧的固定形式，常用的结构是两半锁片来固定弹簧座，气门杆的端部有环槽来安装锁片，有的是用锁销来固定，其端部有一安装锁销用的孔。

2）气门导管

气门导管的作用是起导向作用，保证气门做直线运动。使气门与气门座能正确贴合。此外，气门导管还在气门杆与汽缸体之间起导热作用。

气门导管的工作温度较高，约500K，气门杆在其中运动，仅靠配气机构飞溅出来的机油进行润滑，易磨损，所以气门导管大多数适用灰铸铁、球墨铸铁等制造的。

气门导管外圆柱面经过机加工后压入汽缸盖，为了防止气门导管在使用中松脱，有的发动机用卡环定位。气门杆与气门导管之间有0.05~0.12mm间隙，使气门杆能在导管中自由运动。

3）气门座

气门座可以在汽缸盖（气门顶置）或汽缸体（气门侧置）上直接搪出和气门座用交好的材料单独制作，然后镶嵌到汽缸盖或汽缸体上。他们与气门的头部共同对汽缸起密封作用，并接受气门出来的热量。

进气门的温度较低，可以直接镗出但排气门的温度较高，润滑条件较差，及易磨损，多用镶嵌式。镶嵌式的缺点是导热性差、加工精度高、容易脱落，一般直接镗出来好。用铝合金的汽缸盖，由于铝合金材质软，进排气门均镶嵌。

4）气门弹簧

气门弹簧的功用是克服在气门关闭过程中气门及传动件的惯性力，防止各传动件之间的惯性的作用产生间隙。保证气门及时坐落并进密接出，防止气门在发动机震动时发生跳动，破坏其密封性。

气门弹簧多为圆柱型螺旋弹簧，其材料为高碳锰钢冷拔钢丝，加工后热处理，钢丝表面要磨光、抛光或用喷丸处理。为了防止生锈，表面镀锌。

气门弹簧的一端支承在气缸盖或气缸体上，而另一端则压靠在气门杆端的弹簧座上，弹簧座用锁片固定在气门杆的末端。为了防止弹簧发生共振，可采用变螺距的圆柱弹簧（如红旗轿车的8V100发动机气门弹簧）。高速发动机多数是一个气门有同心安装的内、外两根气门弹簧。这样能提高气门弹簧工作可靠性，即不但可以防止共振，而且当一根弹簧折断时，另一根还可维持工作。此外还能使气门弹簧的高度减小。当装用两根气门弹簧时，弹簧圈的螺旋方向应相反。这样可以防止折断的弹簧圈卡入另一个弹簧圈内。680Q型发动机，492Q型发动机和CA6102型发动机均采用双气门弹簧。

气门传动组气门传动组主要包括凸轮轴、正时齿轮、挺柱及其导杆，推杆、摇臂臂和摇臂轴等，其作用是使进排气门按配气相位规定的时刻进行开闭，并保证有足够的开度。

1）凸轮轴

凸轮轴是配气机构的关建部件，由它控制气门的配气相位，有些发动机还用来驱动机油泵、汽油泵和分电器。

凸轮轴主要由进排气凸轮、支撑轴、正时齿轮轴、汽油泵偏心凸轮、机油泵及分电器驱动齿轮等组成的。

在发动机工作时，为了减少凸轮轴的变形以避免导致配气机构工作失常，凸轮轴的支承大多采用全支承方式，如上海桑塔纳、一汽奥迪100和丰田ZY、3Y型发动机的凸轮轴都采用五个轴颈。有些发动机则为非全支承方式，如解放CA6102和E吸10（）型凸轮轴采用四道轴颈。

为了保证配气机构正常工作，凸轮在凸轮轴上的相对角位置有严格的要求。同一缸的各排气凸轮的相对角位置，保证一个工作循环中的配气相位；各缸进气（或排气）凸轮的相对角位置、则应与发动机的点火次序相一致。因此，只要知道了凸轮轴的旋转方向，以及各进气凸轮（或排气凸轮）的工作次序，就不难判断发动机的点火次序。对四缸四行程发动机的凸轮轴，其同名凸轮间的夹角为业四行程六缸发动机同名凸轮间的夹角为360W=60/6=60 凸轮轴通常由曲轴通过一对正时齿轮驱动，在装配曲轴和凸轮轴时，必须将正时记号对准，以保证正确的配气相位和发火时刻。为了防止凸轮轴的轴向移动，凸轮轴必须有轴向定位装置。现代汽车发动机的凸轮多采用止推凸缘定位装置在解放CA6102、东风EQ6llJ、丰田 ZY、3Y型凸轮轴，均采用这种定位方式，即将止推凸缘装在凸轮轴第一道轴颈前的凸台上，凸台比止推凸缘厚，以保证止推凸缘与正时齿轮之间的轴向间隙符合规定（轿车0.05~0.10S）。

凸轮轴的材料一般用优质钢模锻而成，也可以采用合金铸铁或球墨铸铁铸造，凸轮和轴径的工作表面一般经过热处理后精磨，以改善耐磨性。

2）气门挺柱

挺住的功用是将凸轮的推力传给推杆（或气门杆），并承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力。对于气门侧置式配气机构，其挺柱一般做成菌式，在挺柱的顶部装有调节螺钉，用来调节气门间隙。气门顶置式配气机构的挺柱一般制成筒式，以减轻重量。所示为滚轮式挺住，其优点是可以减小摩擦所造成的对挺柱的侧向力。这种挺柱结构复杂，重量较大。一般多用于大缸径柴油机上。挺柱常用镍铬合金铸铁或冷激合金铸铁制造。其摩擦表面应经热处理后精磨。

有的发动机的挺柱直接装在气缸体上相应处钻出的导向孔中，也有的发动机的挺柱装在可拆式的挺柱导向体中。

3）液压挺柱

在挺柱体1中装有柱塞3，在柱塞上端压入支承座5。柱塞经常被弹簧8压向上方，其最上位置由卡环4来限制。柱塞下端的阀架2内装有碟形弹簧6和单向阀7。发动机润滑系中的机油从主油道经挺柱体侧面的油孔流入，并经常充满柱塞内腔及其下面的空腔，当气门关闭时，弹簧8是柱塞3连同压合在注塞上的支撑座紧靠推杆，整个排气机构中不存在间隙。

当挺柱被凸轮推举向上时，推杆作用于支承座5和柱塞3上的反力力图使柱塞克服弹簧8的力而相对于挺柱体1向下移动，于是柱塞下部空腔内油压迅速增高，使单向阀7关阀。由于液体的不可压缩性，整个挺柱如同一个刚体一样上升，这样便保证了必要的气门升程。当油压很高时，会有少许油液经柱塞与挺柱体之间的配合间隙漏出去，但这不致影响正常的工作。同样，在气门受热膨胀时，柱塞也因受压而与挺柱体作轴向相对运动，并将油液自下腔经上述间隙挤出。故使用液力挺柱时，可以不留气门间隙，而保证气门受热膨胀时仍能与气门座密合。

当气门开始关闭或冷却收缩时，柱塞所受压力减小，由于弹簧8的作用，柱塞向上运动，始终与推杆保持接触。同时柱塞下部的空腔中产生真空度，单向阀7被吸开，油液便流入而再度充满整个挺柱内腔。

4）推杆

推杆的作用是将从凸轮轮经过挺柱传来的推力传给摇行、它是气门机构中最易弯曲的零件。要求有很高的刚度，在动载荷大的发动机中，推杆应尽量地做得短些。对于缸体与缸盖部是铝合金制造的发动机，其推杆最好用硬铝制造。推杆可以是实心，或空心的．钢制实心推杆，一般是同球形支座锻成一个整体，然后进行热处理。

5）摇臂与摇臂轴

实际上是一个双臂杠杆，用来将推杆传来的力改变方向，作用到气门杆端以推开气门。摇臂7的两边臂长的比值（称为摇臂比）约为1.2～1.8，其中长臂一端是推动气门的。端头的工作表面一般制成圆柱形，当摇臂摆动时可沿气门杆端面滚滑。这样可以使二者之间的力尽可能沿气门轴线作用。摇臂内还钻有润滑油道和油孔。在摇臂的短臂端螺纹孔中旋入用以调节气门间隙的调节螺钉9，螺钉的球头与推杆顶端的凹球座相接触。

摇臂通过衬套6空套在摇臂轴2上，而后者又支承在支座5上，摇臂上还钻有油孔。摇臂轴为空心管状结构，机油从支座的油道经摇臂轴内腔和摇臂中的油道流向摇臂两端进行润滑。为了防止摇臂的窜动，在摇臂轴上每两摇臂之间都装有定位弹簧11。

摇臂是用45号钢冲压而成。