项目3配气机构检修
学习目标
（1） 知道配气机构的作用、组成和类型。
（3） 掌握配气机构的结构组成和工作原理。
（3） 掌握配气相位及对发动机进排气的影响。
（4） 了解常见可变配气相位构造。
（5） 能够检查和维修配气机构。
3.1概述
3.1.1配气机构的作用和基本组成
1. 配气机构的作用
四行程发动机工作过程中，配气机构要根据每一气缸内所进行的工作循环和点火顺序的要求，定时打开
没有配气机构，发动机能否连续工作？
和关闭各缸的进排气门，使新鲜混合气(或空气)及时进入气缸，燃烧后废气及时排出气缸。配气机构的结构设计要尽可能地使发动机在各种转速和工况下进气充分，排气彻底，达到最佳的换气效果。
2. 配气机构的基本组成
发动机配气机构类型较多，构造差别很大，但基本组成都可分为两部分： 气门组和气门传动组。图31所示为凸轮轴上置式配气机构的气门组和气门传动组。
图31气门组和气门传动组
拆解实训发动机识别气门组，认识气门组零件。
气门组的作用是用来封闭气排气道，主要零件包括气门、气门座、气门弹簧、气门弹簧座和气门导管等。尽管配气机构类型很多，但气门组的结构组成基本相同。
拆解实训发动机识别气门传动组，认识气门传动组零件。
气门传动组的作用是按配气相位的要求定时开启和关闭气门，它的组成视配气机构的类型不同有较大差异，包括从曲轴正时齿轮开始到推动气门开启的所有零件。如下置式凸轮轴式气门传动组主要零件包括曲轴正时齿轮、凸轮轴正时齿轮、凸轮轴、挺杆、推杆、摇臂轴和摇臂等。
发动机工作时，曲轴正时齿轮驱动凸轮轴正时齿轮带动凸轮轴旋转，使凸轮轴上的凸轮凸起部分通过挺杆和推杆推动摇臂绕摇臂轴摆动，摇臂的另一端向下推动气门，压缩气门弹簧顶开气门。当凸轮的顶点转过挺杆后，气门在气门弹簧的弹力作用下，开度逐渐减小，直到最后关闭。
3.1.2配气机构的类型
发动机配气机构的类型较多，主要是根据气门布置形式、气门数、凸轮轴位置进行分类的。
1. 按气门布置形式分类
在企业中看到的发动机气门是侧置式的还是顶置式的？
配气机构可分为侧置气门式和顶置气门式两种形式，如图32所示，现代汽车发动机广泛应用顶置气门式配气机构。侧置气门式配气机构由于压缩比小和气流不顺畅等缺点在发动机中已经被淘汰。
图32气门布置形式
2. 按每缸气门数分类
一般发动机每缸都采用两
在企业中见到的发动机都有几个气门？哪种气门数最常见？
个气门，即一个进气门和一个排气门的结构。为了进一步增大进排气通道面积提高换气效果，现代汽车发动机多采用每缸多气门结构，如三气门、四气门和五气门等。其中四气门配气机构由于结构相对简单，换气效果好被广泛应用。五气门发动机换气效果最好，但缸盖结构和驱动较复杂，所以应用不如四气门形式广泛。
3. 按凸轮轴位置分类
按凸轮轴位置分实训发动机属于什么类型？
按照凸轮轴的布置位置分为三种： 凸轮轴下置式、凸轮轴中置式和凸轮轴上置式。三者都可用于气门顶置式配气机构。
(1) 凸轮轴下置式配气机构，如图33所示。
图33凸轮轴下置式配气机构
凸轮轴置于
在企业中看到的发动机凸轮轴都属于哪种布置形式？
曲轴箱内的配气机构为凸轮轴下置式配气机构。其中气门组零件包括气门、气门座圈、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座和气门锁片等； 气门传动组零件则包括凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴、摇臂轴座和气门间隙调整螺钉等。
下置凸轮轴由曲轴定时齿轮驱动。发动机工作时，曲轴通过定时齿轮驱动凸轮轴旋转。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。
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，而凸轮轴只旋转一周，所以曲轴与凸轮轴的转速比或传动比为2∶1。
(2) 凸轮轴中置式配气机构，如图34(a)所示。
图34凸轮轴中置与上置式配气机构
凸轮轴置于机体上部的配气机构被称为凸轮轴中置式配气机构。
与凸轮轴下置式配气机构的组成相比，凸轮轴中置式配气机构减少了推杆，从而减轻了配气机构的往复运动重量，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3.5ID等发动机都是这种机构。
在企业中看到的上置式凸轮轴发动机的主要部件都有什么？
(3) 凸轮轴上置式配气机构,如图34(b)所示。
凸轮轴置于气缸盖上的配气机构为凸轮轴上置式配气机构(OHC)。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，凸轮轴上置式配气机构有多种的结构形式。
气门驱动形式有摇臂驱动、摆臂驱动和直接驱动三种类型。
① 摇臂驱动、单凸轮轴上置式配气机构，如图35所示。
图35摇臂驱动、单凸轮轴上置式配气机构
1—进气门； 3—排气门； 3—摇臂；
4—摇臂轴； 5—凸轮轴； 6—液力挺柱
凸轮轴推动液力挺柱，液力挺柱推动摇臂，摇臂再驱动气门； 或凸轮轴直接驱动摇臂，摇臂驱动气门。
② 摆臂驱动、凸轮轴上置式配气机构，如图36所示。
由于摆臂驱动气门的配气机构比摇臂驱动式刚度更好，更有利于高速发动机，因此在轿车发动机上的应用比较广泛。如CA4883、SH680Q、克莱斯勒A452、奔驰QM615、奔驰M115等发动机均为单上置凸轮轴(SOHC)摆臂驱动式配气机构； 而本田B20A、尼桑VH45DE、三菱3G81、富士EJ20等发动机都是双上置凸轮轴(DOHC)摆臂驱动式配气机构。
③ 直接驱动、凸轮轴上置式配气机构，如图37所示。
在这种形式的配气机构中，凸轮通过吊杯形机械挺柱驱动气门； 或通过吊杯形液力挺柱驱动气门。与上述各种形式的配气机构相比，直接驱动式配气机构的刚度最大，驱动气门的能量损失最小。因此，在高度强化的轿车发动机上得到广泛的应用，如奥迪、捷达、桑塔纳、马自达6、欧宝V6、奔驰320E，还有依维柯8140.01、8140.21等均为直接驱动式配气机构。
图36摆臂驱动、凸轮轴上置式配气机构
图37直接驱动、单凸轮轴上置式配气机构
3.1.3配气相位
前面在学习四冲程发动机工作原理时，发动机工作循环每个行程曲轴转角为180°，进、排气过程都是在活塞的一个行程内即曲轴转180°完成的，即气门开关时刻是在活塞的上、下止点处。但实际情况并非如此。由于发动机转速很高，一个行程的时间极短，例如发动机转速如果为5600r／min，一个行程历时仅为60／(5600÷2×4)＝0.0054s。再加上用凸轮驱动气门开启需要一个过程，气门全开的时间就更短了，这样短的时间难以做到进气充分，排气干净。为了改善换气效果，提高发动机充气系数，实际发动机的进排气门开启和关闭并不恰好在活塞的上、下止点，而是适当地提前开启和滞后关闭，以延长进、排气的时间。也就是说，气门开启过程中曲轴转角都大于180°。
以曲轴为参照物，用曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻和开启持续时间，称为配气相位。配气相位的各个角度可用配气相位图来表示，如图38所示。
气门为什么早开晚关？查找维修手册，写出实训发动机配气相位角分别是多少。
图38发动机配气相位图
1. 进气门配气相位
(1) 进气提前角
在排气行程接近终了，活塞到达上止点之前，进气门便开始开启。从进气门开始开启到上止点所对应的曲轴转角称为进气提前角(或早开角)，用α表示，一般为10°~30°。进气门提前开启的目的，是保证进气行程开始时进气门已开大，新鲜气体能顺利地充入气缸。
(2) 进气迟后角
在进气行程下止点过后，活塞重又上行一段，进气门才关闭。从下止点到进气门关闭所对应的曲轴转角称为进气迟后角(或晚关角)，用β表示，β一般为40°~80°。进气门晚关，是因为活塞到达下止点时，开始上行时速度还很慢，气缸内的压力仍低于大气压，且气流还有相当大的惯性，仍能继续进气。下止点过后，随着活塞的上行速度加快，气缸内压力逐渐增大，进气气流速度逐渐减小，到流速等于零时，进气门关闭至β角最适宜。若β过大便会将进入气缸的气体重新又压回进气管。
由上可知，进气门开启持续时间内的曲轴转角，即进气持续角为α+180°+β。
2. 排气门配气相位
(1) 排气提前角
在做功行程的后期，活塞到达下止点前，排气门便开始开启。从排气门开始开启到下止点所对应的曲轴转角称为排气提前角(或早开角)，用γ表示，γ一般为40°~80°。排气门恰当的早开，气缸内还有0.3~0.5MPa的压力，对做功作用已经不大，但利用此压力可使气缸内的废气迅速地排出，待活塞到达下止点时，气缸内只剩0.11~0.12MPa的压力，使排气行程阻力大为减小，从而减少了功率损耗。此外，高温废气的早排，还可防止发动机过热。但如果排气门γ角过大，则又会损失部分动能。
(2) 排气迟后角
在活塞越过上止点后，排气门才关闭。从上止点到排气门关闭所对应的曲轴转角称为排气迟后角(或晚关角)，用δ表示。δ一般为10°~30°。由于活塞到达上止点时，气缸内的压力仍高于大气压，且废气气流有一定的惯性，所以排气门适当晚关可使废气排得更干净。
由上可见，排气门开启持续时间内的曲轴转角，即排气持续角为γ+180°+δ。
气门叠开角过大和过小对发动机有什么影响？
3. 气门叠开
由于进气门早开和排气门晚关，就出现了一段进、排气门同时开启的现象，称为气门叠开。同时开启的角度，即进气门早开角与排气门晚关角的和(α+δ)，称为气门叠开角。
由于叠开时气门的开度很小，且新鲜气体和废气流的惯性要保持原来的流动方向，可以起到一定的排气作用，所以只要叠开角适当，就不会产生废气倒排回进气管和新鲜气体随废气排出的问题。发动机的结构不同、转速不同，配气相位也就不同。
有些增压柴油机的配气相位，其叠开角较一般非增压柴油机要大得多。这是因为进气压力高，一方面不会发生废气倒流入进气管的现象，另一方面除了可使充量更大外，新鲜空气可将气缸内的废气扫除干净。虽有一部分新鲜空气会从排气门排出，但并不消耗燃油。
对于不同发动机，由于结构型式、转速各不相同，因而配气相位也不相同。合理的配气相位应根据发动机性能要求，通过反复试验确定。
同一台发动机转速不同对配气相位的要求也不同，转速越高，提前角和迟后角也应越大，然而这在结构上很难满足。现在都是按发动机的性能要求，通过试验来确定某一常用转速下较合适的配气相位，自然它也就只能对这一转速最为有利。现在有很多汽车生产企业都在研究和应用各种可变配气机构，来适应不同转速对发动机配气相位的要求。
3.2气门组的构造与检修
四行程发动机配气机构由气门组和气门传动组两部分组成。不同类型的配气机构，气门组结构差异不大，但气门传动组结构差别很大。
3.2.1气门组的构造
气门组由
观察气门靠什么打开？靠什么关闭？
气门、气门导管、气门座、气门弹簧、气门弹簧座、气门油封及气门锁夹(锁片)等组成，如图39所示。气门组主要用来开闭进、排气道，保证气缸的密封可靠。因此工作中的要求是： 气门头部与气门座贴合严密； 气门导管有良好的导向性； 气门弹簧上、下断面与气门杆中心线垂直，保证气门头部在落座时不偏斜； 气门弹簧的弹力足以克服气门及其传动件运动时的惯性力，使气门迅速闭合，并能保证气门关闭时紧压在气门座上。
根据维修手册拆解气门组，观察各零件的构造特点、安装位置和配合关系。
图39气门的基本组成
1. 气门
(1) 气门的工作条件
气门的工作条件非常恶劣。第一，气门直接与高温燃气接触，受热严重，而散热困难，因此气门温度很高。第二，气门承受气体力和气门弹簧力的作用，以及由于配气机构运动件的惯性力使气门落座时受到冲击。第三，气门在润滑条件很差的情况下以极高的速度启闭并在气门导管内作高速往复运动。此外，气门由于与高温燃气中有腐蚀性的气体接触而受到腐蚀。
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