汽車構(gòu)造主編關(guān)文達第三章配氣機構(gòu)第一節(jié)概述

第二節(jié)配氣機構(gòu)的布置形式

第三節(jié)配氣相位

第四節(jié)配氣機構(gòu)的主要零部件

第五節(jié)可變進氣系統(tǒng)第一節(jié)概述一、功用發(fā)動機配氣機構(gòu)的功用是根據(jù)發(fā)動機每一氣缸內(nèi)進行的工作循環(huán)順序，定時地開啟和關(guān)閉各氣缸的進、排氣門，以保證新鮮可燃混合氣(汽油機)或空氣(柴油機)得以及時進入氣缸，并把燃燒后生成的廢氣及時排出氣缸。

第一節(jié)概述二、分類配氣機構(gòu)主要分為氣門配氣和氣口配氣兩種。汽車發(fā)動機一般采用氣門配氣機構(gòu)。氣門配氣機構(gòu)按氣門的布置形式可分為氣門頂置式和氣門側(cè)置式；按凸輪軸的布置形式可分為凸輪軸下置式、凸輪軸中置式和凸輪軸上置式；按曲軸和凸輪軸的傳動方式可分為齒輪傳動式、鏈條傳動式和同步帶傳動式；按每個氣缸氣門數(shù)及其排列方式可分為二氣門式、四氣門式、五氣門式等。

第一節(jié)概述三、充氣效率所謂充氣效率就是指在進氣過程中，實際進入氣缸的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量與在理想狀況下充滿氣缸工作容積的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量之比。其公式如下第二節(jié)配氣機構(gòu)的布置形式一、氣門布置形式

圖3-1氣門頂置式配氣機構(gòu)

1—氣缸蓋2—氣門導(dǎo)管3—氣門4—氣門主彈簧5—氣門副彈簧6—氣門彈簧座7—鎖片8—氣門室罩9—搖臂軸10—搖臂11—鎖緊螺母12—調(diào)整螺釘13—推桿14—挺柱15—凸輪軸16—正時齒輪第二節(jié)配氣機構(gòu)的布置形式二、凸輪軸的布置形式1.凸輪軸下置式配氣機構(gòu)凸輪軸由曲軸通過正時齒輪驅(qū)動，一般將凸輪軸布置在曲軸箱從底部偏向中部的位置，目的是盡可能縮短凸輪軸與曲軸之間的距離，此種結(jié)構(gòu)稱為凸輪軸下置式配氣機構(gòu)，如圖3-1所示。這種方案傳動簡單，一般都采用齒輪傳動。

第二節(jié)配氣機構(gòu)的布置形式二、凸輪軸的布置形式2.凸輪軸中置式配氣機構(gòu)對于轉(zhuǎn)速較高的發(fā)動機，為了減小氣門傳動機構(gòu)的往復(fù)運動質(zhì)量，通常將凸輪軸3（圖3-2）位置移至氣缸體上部（相當于整個發(fā)動機的中部），由凸輪軸經(jīng)過挺柱2、推桿1驅(qū)動搖臂5，由搖臂再驅(qū)動氣門4，這種結(jié)構(gòu)稱為凸輪軸中置式配氣機構(gòu)。

第二節(jié)配氣機構(gòu)的布置形式二、凸輪軸的布置形式2.凸輪軸中置式配氣機構(gòu)

圖3-2凸輪軸中置式配氣機構(gòu)1-推桿2-挺柱3-凸輪軸4-氣門5-搖臂第二節(jié)配氣機構(gòu)的布置形式二、凸輪軸的布置形式3.凸輪軸上置式配氣機構(gòu)凸輪軸上置式配氣機構(gòu)中的凸輪軸布置在氣缸蓋上。在這種結(jié)構(gòu)中，凸輪軸4通過搖臂2（圖3-3a）、擺臂6（圖3-3b）或直接驅(qū)動（圖3-3c）氣門1，省去了推桿或同時省去推桿和挺柱等零件，使往復(fù)運動質(zhì)量大大減小，因此它適用于高速發(fā)動機或強化發(fā)動機。

第二節(jié)配氣機構(gòu)的布置形式二、凸輪軸的布置形式3.凸輪軸上置式配氣機構(gòu)

圖3-3凸輪軸上置式配氣機構(gòu)a）搖臂驅(qū)動b）擺臂驅(qū)動c）直接驅(qū)動1-氣門2-搖臂3-液力挺柱4-凸輪軸5-擺臂支座6-擺臂第二節(jié)配氣機構(gòu)的布置形式二、凸輪軸的布置形式3.凸輪軸上置式配氣機構(gòu)

圖3-4單上置凸輪軸（SOHC）式配氣機構(gòu)1-曲軸2-連桿3-活塞4-氣門5-氣門搖臂6-凸輪軸7-凸輪軸正時鏈條8-凸輪軸正時鏈輪9-張緊器10-鏈條導(dǎo)板11-曲軸正時鏈輪第二節(jié)配氣機構(gòu)的布置形式二、凸輪軸的布置形式3.凸輪軸上置式配氣機構(gòu)

圖3-5雙上置凸輪軸（DOHC）式配氣機構(gòu)1-活塞2-氣門3-凸輪軸4-凸輪軸鏈輪5-凸輪軸正時鏈條6-平衡軸第二節(jié)配氣機構(gòu)的布置形式二、凸輪軸的布置形式3.凸輪軸上置式配氣機構(gòu)

圖3-6四上置凸輪軸式配氣機構(gòu)1-曲軸正時鏈輪2-正時鏈條導(dǎo)板3-正時鏈條4、6-凸輪軸正時鏈輪5-凸輪軸7活塞第二節(jié)配氣機構(gòu)的布置形式三、凸輪軸的傳動方式1.齒輪傳動凸輪軸下置、中置式配氣機構(gòu)大多數(shù)采用圓柱正時齒輪傳動。一般由曲軸到凸輪軸只需一對正時齒輪（圖3-7a）傳動，必要時可加裝中間齒輪。

2.鏈傳動鏈傳動非常適用于凸輪軸上置式配氣機構(gòu)(圖3-7b)。為使鏈條工作時具有一定的張力而不致脫鏈，裝有鏈條張緊器。

第二節(jié)配氣機構(gòu)的布置形式三、凸輪軸的傳動方式

圖3-7凸輪軸的傳動方式a)齒輪傳動b)鏈傳動第二節(jié)配氣機構(gòu)的布置形式三、凸輪軸的傳動方式3.同步帶傳動近年來，在一些轎車（一汽奧迪100）裝用的高速發(fā)動機上采用同步帶傳動，如圖3-8所示。

圖3-8同步帶傳動裝置第二節(jié)配氣機構(gòu)的布置形式四、氣門數(shù)目及排列方式一般發(fā)動機都采用每缸兩氣門，即一個進氣門和一個排氣門的結(jié)構(gòu)。隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的提高，需要進一步改善氣缸的換氣性能。因此，目前高性能發(fā)動機普遍每缸采用多氣門結(jié)構(gòu)（三、四、五個氣門）。如日本豐田、德國大眾VR6等汽車發(fā)動機采用每缸三氣門結(jié)構(gòu)；廣州本田雅閣、奧迪V8、歐保V6、奔馳320E型等發(fā)動機采用每缸四氣門結(jié)構(gòu)（圖3-9）；一汽捷達王EA113、日本三菱3G81型發(fā)動機采用每缸五氣門結(jié)構(gòu)（三個進氣門、二個排氣門），如圖3-10所示。

第二節(jié)配氣機構(gòu)的布置形式四、氣門數(shù)目及排列方式

圖3-9四氣門配氣機構(gòu)

1-進氣門2-進氣凸輪軸3-排氣凸輪軸4-排氣門

圖3-10五氣門配氣機構(gòu)第二節(jié)配氣機構(gòu)的布置形式四、氣門數(shù)目及排列方式當每缸采用四氣門時，氣門排列方式有兩種。一種是同名氣門排成兩列，如圖3－11a所示，由一根凸輪軸通過T形件同時驅(qū)動所有氣門，但由于二個氣門串聯(lián)，會影響進氣門充氣效率且使前后兩排氣門熱負荷不均勻，故這種方案不常采用。另一種方案是同名氣門排成一列（圖3-11b）,這種結(jié)構(gòu)在產(chǎn)生進氣渦流、保證排氣門及缸蓋熱負荷均勻性等方面都具有相當?shù)膬?yōu)越性，但一般需要兩根凸輪軸。

第二節(jié)配氣機構(gòu)的布置形式四、氣門數(shù)目及排列方式

圖3-11每缸四氣門的布置a）同名氣門排成兩列b）同名氣門排成一列第三節(jié)配氣相位一、進氣門配氣相位1.進氣提前角α在排氣行程接近終了、活塞到達上止點之前，進氣門便開始開啟。從進氣門開始開啟到活塞移到上止點所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角，稱為進氣提前角α。進氣門提前開啟的目的，是為了保證進氣行程開始時進氣門已經(jīng)開大，減小進氣阻力，使新鮮氣體能順利地充入氣缸。

2.進氣遲后角β在進氣行程活塞到達下止點過后，活塞又上行一段時間，進氣門才關(guān)閉。從下止點到進氣門關(guān)閉所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為進氣遲后角β。進氣門遲后關(guān)閉的目的，是由于活塞到達下止點時，氣缸內(nèi)壓力仍低于大氣壓力，氣流還有相當大的慣性，仍可以利用氣流慣性和壓力差繼續(xù)進氣。第三節(jié)配氣相位二、排氣門配氣相位1.排氣提前角γ在做功行程接近終了，活塞到達下止點之前，排氣門便開始開啟。從排氣門開始開啟到下止點所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角γ稱為排氣提前角。

2.排氣遲后角δ在排氣行程接近終了，活塞越過上止點后，排氣門才關(guān)閉。從上止點到排氣門關(guān)閉所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為排氣遲后角δ。排氣門遲后關(guān)閉的目的是：由于活塞到達上止點時，氣缸內(nèi)的殘余廢氣壓力繼續(xù)高于大氣壓力，加之排氣時氣流有一定的慣性，仍可以利用氣流慣性和壓力差把廢氣排放得較充分。

第三節(jié)配氣相位三、氣門重疊由于進氣門在上止點前即開啟，而排氣門在上止點后才關(guān)閉，這就出現(xiàn)了在一段時間內(nèi)進、排氣門同時開啟的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為氣門重疊，同時開啟的曲軸轉(zhuǎn)角(α＋δ)稱為氣門重疊角。在這一重疊時間內(nèi)，由于進氣歧管內(nèi)的新鮮氣流和排氣歧管內(nèi)的廢氣流的流動慣性都比較大，致使氣缸內(nèi)的氣體在短時間內(nèi)是不會改變流向的。所以只要氣門重疊角選擇適當，就不會有廢氣倒流入進氣歧管和新鮮氣體隨同廢氣排出的可能性。相反，由于廢氣氣流周圍有一定的真空度，對排氣速度有一定影響，從進氣門進人的少量新鮮氣體可對此真空度加以填補，還有助于廢氣的排出。第四節(jié)配氣機構(gòu)的主要零部件一、氣門組

氣門組主要包括氣門2（圖3-13）、氣門導(dǎo)管1、氣門彈簧4和氣門座3（一般在汽缸蓋上）。

圖3-13氣門組零件1-氣門導(dǎo)管2-氣門3-氣門座4-氣門彈簧5--鎖片6-氣門彈簧座第四節(jié)配氣機構(gòu)的主要零部件一、氣門組

氣門由頭部和桿部兩部分組成。頭部用來封閉氣缸的進、排氣通道，桿部則主要為氣門的運動導(dǎo)向。氣門分為進氣門和排氣門。進氣門一般用中碳合金鋼（鉻鋼、鉻鉬鋼和鎳鉻鋼等）制造；排氣門則用耐熱合金鋼（硅鉻鋼、硅鉻鉬鋼和硅鉻錳鋼等）制成。高強化發(fā)動機可用21-4N奧氏體鋼或鉻鎳鎢鉬鋼制作氣門。

第四節(jié)配氣機構(gòu)的主要零部件一、氣門組

1.氣門(1)氣門頭部氣門頭部的形狀有平頂、喇叭形頂和球面頂，如圖3-14所示。圖3-14氣門頭部結(jié)構(gòu)形式第四節(jié)配氣機構(gòu)的主要零部件一、氣門組1.氣門

氣門頭部與氣門座圈接觸的工作面，是與桿部同心的錐面，通常將這一錐面與氣門頂部平面的夾角稱為氣門錐角，如圖3-15所示，一般做成45°（少數(shù)為30°）。圖3-15氣門錐角第四節(jié)配氣機構(gòu)的主要零部件一、氣門組1.氣門(2)氣門桿氣門桿尾部結(jié)構(gòu)取決于氣門彈簧座的固定方式，如圖3-16所示。常用的結(jié)構(gòu)是用剖分成兩半的錐形鎖片4來固定氣門彈簧座3（圖3-16a），這時氣門桿1的尾部可切出環(huán)形槽來安裝鎖片；也可以用鎖銷5（圖3-16b）來固定氣門彈簧座，對應(yīng)的氣門桿尾部應(yīng)有一個用來安裝鎖銷的徑向孔。圖3-16氣門彈簧座的固定方式第四節(jié)配氣機構(gòu)的主要零部件一、氣門組

2.氣門導(dǎo)管氣門導(dǎo)管起導(dǎo)向作用，保證氣門作直線往復(fù)運動；此外還為氣門桿散熱，其結(jié)構(gòu)如圖3-17所示。圖3-17氣門導(dǎo)管和氣門座

1—氣門導(dǎo)管2—卡環(huán)

3—氣缸蓋4—氣門座第四節(jié)配氣機構(gòu)的主要零部件一、氣門組

3.氣門座氣門座可直接在氣缸蓋上鏜出，氣門座也有相應(yīng)的錐面。其作用是靠其內(nèi)錐面與氣門錐面的緊密貼合密封氣缸，并接受氣門傳來的熱量。氣門座可直接在氣缸蓋上加工出來，也可用合金鑄鐵或奧氏體鋼制成單獨的氣門座圈，再鑲嵌到氣缸蓋相應(yīng)的座孔中，構(gòu)成鑲嵌式氣門座。鑲嵌式氣門座可使鋁合金和鑄鐵氣缸蓋的使用壽命得以延長。第四節(jié)配氣機構(gòu)的主要零部件一、氣門組

4.氣門彈簧圖3-18氣門彈簧

a)等螺距圓柱氣門彈簧b)變螺距氣門彈簧c)錐形氣門彈簧第四節(jié)配氣機構(gòu)的主要零部件二、氣門傳動組1.凸輪軸

圖3-19四缸四沖程汽油機凸輪軸

a)發(fā)動機凸輪軸b)各凸輪軸的相對角位置c)進(排)氣凸輪投影

1—凸輪2—凸輪軸軸頸3—驅(qū)動汽油泵的偏心輪4—驅(qū)動分電器等的螺旋齒輪第四節(jié)配氣機構(gòu)的主要零部件二、氣門傳動組1.凸輪軸若六缸四沖程發(fā)動機的凸輪軸逆時針旋轉(zhuǎn)，其點火次序為1—5—3—6—2—4，任何兩個相繼點火的氣缸進或排氣凸輪間的夾角均為360°/6＝60°，如圖3-20所示。凸輪軸由曲軸通過傳動裝置（正時齒輪副、正時鏈輪或同步帶）驅(qū)動。如圖3-21所示，采用一對正時齒輪傳動，小齒輪和大齒輪分別用鍵連接安裝在曲軸和凸輪軸的前端，其傳動比為2：1。在裝配曲軸和凸輪軸時，必須將兩個齒輪上的正時標記對準，以保證正確的配氣相位和點火時刻。

第四節(jié)配氣機構(gòu)的主要零部件二、氣門傳動組1.凸輪軸

圖3-20四缸四沖程發(fā)動機進(排)

氣凸輪投影圖3-21正時齒輪及正時標記第四節(jié)配氣機構(gòu)的主要零部件二、氣門傳動組2.挺柱(1)機械挺柱氣門頂置式配氣機構(gòu)采用的機械挺柱有筒式和滾輪式兩種結(jié)構(gòu)形式，如圖3-23所示。

圖3-23機械挺柱a）筒式b）滾輪式第四節(jié)配氣機構(gòu)的主要零部件二、氣門傳動組2.挺柱

(2)液力挺柱

圖3-24液力挺柱第四節(jié)配氣機構(gòu)的主要零部件二、氣門傳動組3.推桿

圖3-25推桿

a)、b)實心推桿c)、d)空心推桿第四節(jié)配氣機構(gòu)的主要零部件二、氣門傳動組4.搖臂圖3-26搖臂

1—氣門間隙調(diào)整螺釘2—鎖緊螺母

3—搖臂4—搖臂襯套第五節(jié)可變進氣系統(tǒng)一、可變氣門機構(gòu)

1.分段可變氣門機構(gòu)裝用VTEC系統(tǒng)的發(fā)動機見圖3-27。日本本田公司采用三段式VTEC可變氣門機構(gòu)，如圖3-28所示。

圖3-27裝有VTEC的發(fā)動機第五節(jié)可變進氣系統(tǒng)一、可變氣門機構(gòu)

1.分段可變氣門機構(gòu)

圖3-28本田公司采用三段式VTEC結(jié)構(gòu)示意圖第五節(jié)可變進氣系統(tǒng)一、可變氣門機構(gòu)

1.分段可變氣門機構(gòu)當發(fā)動機工作在低轉(zhuǎn)速或小負荷工況時，氣門搖臂中的上下兩組活塞的油壓腔中均無油壓，3個搖臂互相分離。主凸輪4（圖3-29）和次凸輪2各自通過兩邊的搖臂分別驅(qū)動兩個進氣門，使兩者具有不同的氣門升程和配氣相位。

圖3-29本田公司采用三段式VTEC驅(qū)動機構(gòu)工作原理示意圖1-進氣門2-次凸輪3-氣門搖臂4-主凸輪5-中凸輪第五節(jié)可變進氣系統(tǒng)一、可變氣門機構(gòu)

2.連續(xù)可變氣門機構(gòu)連續(xù)可變氣門機構(gòu)可分為連續(xù)可變氣門升程機構(gòu)和連續(xù)可變配氣相位。(1)連續(xù)可變氣門升程機構(gòu)

圖3-30寶馬轎車發(fā)動機連續(xù)可變氣門升程機構(gòu)1-正時鏈條2-排氣凸輪軸鏈輪3-進氣凸輪軸鏈輪4-飛輪5-可變氣門伺服電機6-進氣凸輪軸7-排氣凸輪軸8-排氣門9-進氣門10-曲軸帶輪第五節(jié)可變進氣系統(tǒng)一、可變氣門機構(gòu)

2.連續(xù)可變氣門機構(gòu)(1)連續(xù)可變氣門升程機構(gòu)

圖3-31寶馬轎車發(fā)動機連續(xù)可變氣門升程機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖1-凸輪軸2-偏心軸3-異形中間臂4-氣門搖臂5-液力挺柱6-進氣門7-可變氣門伺服電機第五節(jié)可變進氣系統(tǒng)一、可變氣門機構(gòu)

2.連續(xù)可變氣門機構(gòu)(1)連續(xù)可變氣門升程機構(gòu)

圖3-32寶馬轎車發(fā)動機連續(xù)可變氣門升程機構(gòu)工作原理示意圖（圖號中的圖名同圖3-31）第五節(jié)可變進氣系統(tǒng)一、可變氣門機構(gòu)

2.連續(xù)可變氣門機構(gòu)(2)連續(xù)可變配氣相位機構(gòu)

圖3-33奧迪V6發(fā)動機正時機構(gòu)1-機油泵2-正時鏈條3-凸輪軸正時鏈輪4、7-凸輪軸5-可變正時齒輪控制器6-氣門8-正時鏈條9-曲軸正時鏈輪第五節(jié)可變進氣系統(tǒng)一、可變氣門機構(gòu)

2.連續(xù)可變氣門機構(gòu)(2)連續(xù)可變配氣相位機構(gòu)

圖3-34可變齒輪控制器結(jié)構(gòu)示意圖1-鎖銷2-正時鏈輪3-