2.2 配气机构的结构特征分析

现代汽车发动机配气机构的形式多种多样，其主要区别是气门布置和数量、凸轮轴布置形式及凸轮轴的传动方式等有所不同。对不同类型配气机构结构特征的了解和掌握，有利于我们在遇到配气机构出现问题时根据发动机的工作现象及配气机构的结构特征来查找故障部位，起到举一反三、事半功倍的效果。

图2-1 气门顶置式配气机构

1—气缸盖 2—气门导管 3—气门 4—气门主弹簧 5—气门副弹簧 6—气门弹簧座 7—锁片 8—气门室罩 9—摇臂轴 10—摇臂 11—锁紧螺母 12—调整螺钉 13—推杆 14—挺柱 15—凸轮轴 16—正时齿轮

图2-2 气门侧置式配气机构

1—气缸盖 2—气缸垫 3—气门 4—气门导管 5—气缸体 6—气门弹簧 7—气缸壁 8—气门弹簧座 9—锁销 10—调整螺钉 11—锁紧螺母 12—挺柱 13—挺柱导管 14—凸轮轴

1.按照气门布置形式结构特征分析

按照气门布置形式，配气机构可以分为气门顶置式配气机构和气门侧置式配气机构。

（1）气门顶置式配气机构结构特征 如图2-1所示，气门顶置式配气机构是现代发动机使用最广泛的一种配气机构形式，其进、排气门都倒装在气缸盖上。其主要特点是燃烧室结构紧凑、工艺性好；充气阻力小，充气效率高；具有良好的抗爆性（汽油机）和高速稳定性能，易于提高发动机的动力性和经济性指标，因此国内外汽车发动机普遍采用气门顶置式配气机构。

（2）气门侧置式配气机构结构特征 气门侧置式配气机构的进、排气门装在气缸体的一侧，如图2-2所示。气门侧置式配气机构的特点是气门的开、闭由凸轮轴上的凸轮通过挺柱直接控制，省去了摇臂和摇臂轴、推杆等零件，简化了配气机构。但是由于气门布置在气缸体的一侧，使燃烧室的结构不紧凑，不利于压缩比的提高，同时由于进气弯道多，进气流动阻力增大，充气效率低下，所以发动机的动力性较差。目前，这种形式的配气机构已被淘汰。

另外，也有采用进气门顶置而排气门侧置的配气机构，这种布置形式，进气门尺寸不受限制，可做得较大，进气管可以做得粗且具有较理想的形状，降低进气阻力，因而充气效率较高；侧置排气门可以得到良好的冷却。这种配气机构结构复杂，目前仅在某些高速发动机上采用。

2.按照凸轮轴布置形式结构特征分析

按照凸轮轴布置形式，配气机构可以分为凸轮轴上置式、中置式和下置式三种类型。三者都可用于气门顶置式配气机构，而气门侧置式配气机构只能使用下置式凸轮轴。

（1）凸轮轴下置式配气机构结构特征分析 凸轮轴下置的配气机构中的凸轮轴位于曲轴箱底部靠近中部的位置，由曲轴正时齿轮驱动。这种配气机构的优点是凸轮轴离曲轴较近，可用齿轮驱动，传动简单。但存在零件较多，传动链长，系统弹性变形大，配气相位准确性较低等缺点。大多数大、中型客车和载货汽车均采用这种方式。

（2）凸轮轴上置式配气机构结构特征分析 凸轮轴上置式配气机构中的凸轮轴布置在气缸盖上，在这种结构中，凸轮轴通过摇臂（或直接）驱动气门，没有挺柱、推杆，使往复运动质量大大减小。因此它适用于高速发动机。但由于凸轮轴离曲轴中心线更远，因此正时传动机构更为复杂，而且拆装气缸盖也比较困难。缸径较小的柴油机的凸轮轴上置时给安装喷油器也带来困难。

上置凸轮轴的另一种形式是凸轮轴直接驱动气门，如图2-3所示。这种配气机构的往复运动质量最小，对凸轮轴和气门弹簧设计的要求也最低，因此特别适用于高速强化发动机。这在国外的高速汽车发动机上得到广泛的应用。

（3）凸轮轴中置式配气机构结构特征分析 凸轮轴中置式配气机构把凸轮轴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。当发动机转速较高时，可以减小气门传动机构的往复运动质量，从而减少惯性力。这种类型的发动机如仍旧采用齿轮传动，由于凸轮轴和曲轴的中心距增大，必须在两者之间加装中间齿轮（惰轮）。图2-4所示为YC6105QC柴油机配气机构，是一种典型的凸轮轴中置式的配气机构。

图2-3 凸轮轴上置式配气机构

1—曲轴正时齿形带轮 2—张紧轮 3—凸轮轴正时齿形带轮 4—同步齿形带 5、6—凸轮轴 7—气门 8—气门导管

3.按曲轴和配气凸轮轴的传动方式结构特征分析

按照曲轴和配气凸轮轴的传动方式，配气机构可以分为齿轮传动、链条传动和齿形带传动（同步带传动）三种。

（1）齿轮传动结构特征分析（图2-5）由曲轴到配气凸轮轴一般只需要一对正时齿轮，必要时加装中间齿轮（惰性轮），适合凸轮轴下置、中置式配气机构发动机采用。正时齿轮一般用斜齿轮并用不同材料制成，曲轴正时齿轮常用钢材制造，凸轮轴正时齿轮常用铸铁或夹布胶木制造，目的是使啮合平稳减小噪声和磨损。所有齿轮上都有正时记号，装配时必须按要求对齐。解放CA1091型载货汽车使用的是齿轮传动。

（2）齿形带传动结构特征分析（图2-6）现代高速发动机广泛采用齿形带传动。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。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。一汽奥迪轿车采用的是同步带传动装置。

图2-4　YC6105QC柴油机配气机构

1—摇臂 2—气门弹簧 3—气门导管 4—气门座 5—气门 6—推杆 7—挺柱 8—凸轮轴 9—曲轴

图2-6 一汽奥迪轿车的同步带传动装置

1—张紧轮 2—正时同步带 3—中间轴正时带轮 4—曲轴正时带轮 5—凸轮轴正时带轮

（3）链传动结构特征分析（图2-7）其优点是布置容易，若传动距离较远时，还可用两级链传动。其缺点是结构质量及噪声较大，链的可靠性和耐久性不易得到保证。

4.按气门数目及布置形式结构特征分析

根据气门数目不同，发动机配气机构可以分为二气门和多气门配气机构。一般发动机都采用每缸两气门，即一个进气门、一个排气门的结构。许多中高级新型轿车发动机上普遍采用每缸多气门结构，如三气门、四气门、五气门等。如天津夏利TJ7100采用的是每缸三气门（二进一排）结构；奔驰190E2.3L型发动机采用的是每缸四气门结构（两进两排）；一汽捷达王轿车EA113型发动机采用每缸五气门结构（三进两排），如图2-8所示。多气门结构使发动机进、排气气道的断面面积大大增加，使发动机的充气效率得到大幅度提升，从而改善了发动机的动力性能及经济性能。

图2-7 凸轮轴的链传动装置

1—液力张紧装置 2—驱动液压泵的链轮 3—曲轴 4—导链板

图2-8 一汽捷达王轿车 EA113型发动机的五气门结构

（1）每气缸两个气门的布置结构特征分析 两气门结构要求有较大的气门通道断面面积，发动机进气门直径大于排气门直径。为了使发动机进气顺畅及配气机构结构简单，二气门布置方式主要有以下几种类型：

1）合用气道（图2-9a、b）：气门在机体上纵向排成一列，相邻两个进气门或排气门合用一个气道，优点是气道简化，并可得到较大的气道通道面积。

2）交替布置（图2-9c）：进、排气门交替布置，每缸单独用一个进、排气道，优点是可使气缸均匀冷却，对热负荷较严重的发动机更适宜。

3）分开布置（图2-9d）：进、排气道分置于机体两侧，对于柴油机来说，为了避免排气加热进气，常把进、排气道分置于发动机机体两侧，对于汽油机来说，为了使汽油更好地雾化，需采用排气歧管的废气热量对发动机进行预热，进、排气道多置于机体同一侧。

（2）每气缸四个气门的布置结构特征分析 四气门结构一般是两个进气门，两个排气门。其排列形式主要有串联和并联两种。

1）串联形式：如图2-10a所示，即同名气门排成两列，其主要特点是：

a）可通用一根凸轮轴及驱动杆传动。

b）进气门间的进气效率有差异。

c）排气门的热负荷也不相同。所以现在这种排列方式已经很少采用。

2）并联形式：如图2-10b所示，即同名气门排成一列，其主要特点如下：

a）能产生进气涡流，进气门进气效率与排气门热负荷基本相同。

b）需用两根凸轮轴传动，所以大多数发动机都采用这样的布置。

发动机配气机构的基本结构根据发动机类型不同有一些区别，但基本可以分为两部分，即气门组和气门传动组。气门组的主要作用是封闭进、排气道；气门传动组的主要作用是传递从曲轴正时齿轮至气门动作力的所有零部件，使气门定时开启或关闭。

图2-9 两气门的布置形式

图2-10 每缸四气门的布置

a）同名气门排成两列（串联） b）同名气门排成一列（并联）

1—T形件 2—气门尾端的从动盘

2.2.1 气门传动组的结构特征分析

气门传动组主要部件包括：正时轮组（正时链轮和链条或者正时带轮）、凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂及摇臂轴等。

1.凸轮轴的结构特征分析

凸轮轴的作用是驱动和控制发动机各个气缸进、排气门的开启和关闭，使其符合发动机的工作顺序、配气相位及气门开度变化等要求。此外，有些汽油机还用它来驱动汽油泵、机油泵和分电器等。凸轮轴是气门驱动部件中最重要的零件之一。

凸轮轴由凸轮、凸轮轴颈及轴等组成，如图2-11所示。凸轮可以分为进气凸轮和排气凸轮，分别用来驱动进气门和排气门的开启和关闭。轴颈主要用于支承并装配凸轮轴在气缸体（或气缸盖）上。这些凸轮按照一定的顺序和角度排列。

图2-11 四缸四冲程汽油机凸轮轴结构

a）发动机凸轮轴 b）各凸轮的相对角位置 c）进（排）气凸轮投影 1—凸轮2—凸轮轴轴颈 3—驱动汽油泵的偏心轮 4—驱动机油泵和分电器的螺旋齿轮

由于凸轮在工作过程中不断受到气门间歇性开启时反作用于挺柱的周期性冲击载荷与摩擦，因此要求凸轮的工作表面必须具有较高的耐磨性和抗疲劳强度，同时要求凸轮轴具有足够的韧性和刚度，以便能承受冲击负荷，使受力后变形较小。大部分凸轮轴采用优质钢模锻而成，有些也采用球墨铸铁、合金铸铁铸造而成，对凸轮和轴颈的工作表面经过热处理后精磨，以提高其耐磨性。

凸轮轮廓的形状应该能保证气门开闭的持续时间符合配气相位的要求，并使气门有合适的升程及运动规律。

图2-12 凸轮的轮廓及确定

每种型号的发动机的凸轮具有不同的轮廓形状。图2-12所示的凸轮轮廓中，整个轮廓由凸顶、凸根、打开凸面以及关闭凸面组成。凸轮轴升程是指从基圆直径往上凸轮能达到的高度。它决定了气门的升程大小。凸轮的顶部称作凸顶，它的长度决定了气门将在完全打开的位置保持多长时间。凸顶可能有多种不同的轮廓形状，这取决于气门需在完全打开的位置保持多久。凸根是指凸轮轴外形的底部，当挺柱或气门在凸根部分移动时，气门处于完全关闭状态。凸轮的这些外形特征决定了气门开闭过程的具体特性——时间和速度。

同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置是与既定的配气相位相适应的。发动机各缸的进、排气凸轮的相对角位置应符合发动机各缸的点火顺序和点火间隔时间的要求。因此，必须根据凸轮轴的旋转方向以及各缸进、排气和凸轮的工作顺序，来判定发动机的点火次序。对于四缸四冲程发动机来说，每完成一个工作循环，曲轴旋转两周而凸轮轴旋转一周，各气缸分别进行一次进气和一次排气，且进气与排气时间间隔相等，即各缸进气或者排气凸轮彼此间的夹角为360°/4=90°，发动机的凸轮轴旋转方向（从前端向后看）为逆时针，可以确定该发动机的点火顺序为1-2-4-3；而对于六缸四行程发动机来说，同样的每完成一个工作循环，曲轴旋转两周而凸轮轴旋转一周，各气缸分别进行一次进气和一次排气，且各缸进气和排气间隔时间相等，所以各缸进气和排气凸轮彼此间的夹角为360°/6=60°。如图2-13所示，同样的道理，该发动机的点火顺序可以确定为1-5-3-6-2-4。

图2-13 六缸发动机凸轮轴及其进、排气凸轮投影

1—凸轮 2—凸轮轴轴颈 3—驱动汽油泵的偏心轮 4—驱动分电器等的螺旋齿轮

图2-14 挺柱的结构形式

a）菌形 b）筒形 c）滚轮式 d）液压式 e）滚轮摇臂式

2.挺柱的结构特征分析

挺柱的作用是将凸轮的推力传给推杆或气门杆，推动推杆或气门克服气门弹簧的作用力而运动，同时承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力。其安装位置为气缸体或气缸盖相应的导向孔，常用镍铬合金铸铁或冷激合金铸铁制造。

挺柱可以分为普通挺柱（图2-14a、b、c）和液压挺柱（图2-14d）及滚轮摇臂式（图2-14e）三种类型。

（1）普通挺柱结构特征分析 普通挺柱有菌形挺柱（图2-14a）、筒形挺柱（图2-14b）和滚轮式挺柱（图2-14c）三种形式。菌形和筒形挺柱由于采用中空形式，均可减轻本身重量；滚轮式挺柱由于接触面为线接触，滚轮可以自由滚动，可以减轻磨损。普通挺柱由于均为刚性结构，无法自动消除气门间隙，因此采用普通挺柱的发动机必须调整气门间隙。

（2）液压挺柱结构特征分析 液压挺柱较普通挺柱最大的优点在于液压挺柱能够消除发动机气门间隙，从而不需要对气门间隙进行调整；同时，液压挺柱亦可降低发动机的配气机构的传动噪声。

图2-15所示为桑塔纳和捷达轿车发动机采用的液压挺柱。挺柱体由上盖和圆筒焊接成一体，可以在缸盖的挺柱体孔中上下运动。液压缸的内孔和外圆都经过精加工研磨，外圆与挺柱内导向孔相配合，内孔则与柱塞配合，两者都可以相对运动。液压缸底部装有一个补偿弹簧，把球阀压靠在柱塞的阀座上，它还可以使挺柱顶面和凸轮表面保持紧密接触，以消除气门间隙。当球阀关闭柱塞中间孔时，可将挺柱分成两个油腔，即上部的低压油腔和下部的高压油腔；球阀开启后，则形成一个通腔。

图2-15 液压挺柱

1—高压油腔 2—缸盖油道 3—油量孔 4—斜油孔 5—球阀 6—低压油腔 7—键形槽 8—凸轮轴 9—挺柱体 10—挺柱体焊缝 11—柱塞 12—套筒 13—弹簧 14—缸盖 15—气门杆

图2-16 推杆

1—上凹球头 2—空心杆 3—下凸球头

图2-17 推杆

a）钢制实心推杆 b）硬铝棒推杆 c）、d）钢管制成的空心推杆

3.推杆的结构特征分析

推杆的作用是在顶置式气门下置式凸轮轴的配气机构中，把凸轮轴经挺柱传来的推力传递给摇臂。推杆是配气机构中最易弯曲的细长零件。其结构一般包括上凹球头、下凸球头和空心杆（实心杆）三个部位，如图2-16所示。推杆通常采用冷拔无缝钢管制成，也有些采用硬铝制造，如图2-16所示。钢制实心推杆（图2-17a）一般是同球形支座制成一个整体，再进行热处理；硬铝材料实心推杆（图2-17b）两端配以钢制的支承，其上下端头与杆身做成一体；钢制空心推杆如图2-17c、d所示，前者的球头与杆身是整体锻造出来的，后者的两端与杆身是用焊接和压配的方法联成一体的。虽然结构形式有一定差异，但是对推杆的要求是一样的，即质量轻、刚度大。一般情况下，为保证挺杆与摇臂、挺柱的正确配合，推杆上端焊有钢质的凹球形接头与摇臂调节螺钉的球头相配合；下端焊有球形接头，支撑在挺柱的凹球承座内。

4.摇臂与摇臂组的结构特征分析

摇臂的作用是改变力的传递方向，摇臂相当于一个杠杆结构，它将推杆的作用力改变方向传给气门杆尾端从而推动气门打开；利用两边臂长的比值（称摇臂比）来改变气门的升程，气门摇臂一般制造成不等长的形式，靠气门一边比靠推杆一边臂长30%～50%，这样可以获得较大的气门升程。

摇臂可以分为普通摇臂和无噪声摇臂。

（1）普通摇臂 图2-18所示为普通摇臂，其长臂端部以圆弧形的工作面与气门尾端接触用以推动气门。短臂的端部有螺孔，用来安装调整螺钉及锁紧螺母，以调整气门间隙。螺钉的球头与推杆顶端的凹球座相连接。该连接部分接触应力高，且有相对滑移，磨损严重，因此在该部分常堆焊有硬质合金。因为靠气门一端的臂长，所以在一定的气门升程下，能减小推杆、挺柱等运动件的运动距离和加速度，从而减小了惯性力。摇臂内一般钻有油道，与摇臂轴中心相通，如图2-19所示。压力机油充满摇臂轴中心，并从摇臂油孔流出，润滑挺杆及气门杆端等零件。

图2-18 摇臂

1—气门间隙调整螺钉 2—调节螺母 3—摇臂 4—摇臂轴套

图2-19 摇臂中的油道

A、C—油道 B—油槽

（2）无噪声摇臂 国外某些发动机采用无噪声摇臂，主要目的是为了消除气门间隙，减小由此而产生的冲击噪声。其工作流程如图2-20所示，起主要作用的结构为凸环。凸环以摇臂的一端为支点，并靠在气门杆部的端面上。当气门处在关闭位置时，在弹簧的作用下，柱塞推动凸环向外摆动，从而消除了气门间隙；气门开启时，推杆便向上运动推动摇臂，由于摇臂已经通过凸环和气门杆部的端面处在接触状态，从而消除了气门间隙。

摇臂组件的结构如图2-21所示，主要包括摇臂轴、摇臂轴支座、摇臂衬套、摇臂、限位弹簧、紧固螺栓、锁紧螺母、调整螺钉等。

2.2.2 气门组的结构特征分析

1.气门的结构特征分析

气门的作用是封闭进、排气通道。气门的结构主要由气门头部和气门杆部两部分组成。

图2-20 无噪声摇臂的工作过程

1—凸轮轴 2—挺柱 3—推杆 4—摇臂轴 5—摇臂 6—弹簧 7—柱塞 8—凸环 9—气门

图2-21 摇臂组件

1—密封端盖 2—摇臂轴 3—螺栓 4—摇臂轴紧固螺栓 5—摇臂轴前支座 6—摇臂衬套 7—摇臂 8—锁紧螺母 9—调整螺钉 10—摇臂轴中间支座 11—限位弹簧 12—摇臂轴后支座

（1）气门头部结构特征分析 气门头部可以分为气门顶部和气门密封锥面两个部分。气门头部直径越大，气门口通道截面也越大，进排气阻力就越小。进气门头部直径一般比排气门头部直径大。这样设计有利于减少进气阻力，同时可以使排气门头部受热面积减少，从而在高温、高压作用下也不易产生变形。

1）气门顶部结构特征分析：气门顶部的形状如图2-22所示，主要有三种形式：平顶（图2-22a）、凹顶（图2-22b）和凸顶（图2-22c）。平顶气门结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也小，因此大多数发动机都采用这种形式的气门；凹顶气门也叫喇叭形气门，其质量小，惯性小，与杆部的过渡有一定的流线形，可以降低进气阻力，但是顶部受热面积较大，故常用作进气门，而不作为排气门使用；凸顶气门即球面顶气门的刚度大，受热面积也大，排气阻力小，废气清除效果好，主要用于某些排气门。

2）气门密封锥面结构特征分析：气门密封锥面是指气门头部与气门座圈接触的工作面。这个工作面的质量关系到发动机的燃烧室的密封性和气缸压力，该工作面是与气门杆部同一中心线的锥面，一般将这个锥面与气门顶部平面的夹角称为气门锥角，如图2-23所示，一般为30°～45°。气门密封锥面的作用一般有：

①能提高气门与气门座的密封性和导热性。

②气门在弹簧作用下落座时，能够自定位。

③避免气流拐弯过大而降低流速。

④能自动挤掉接触面积炭的沉淀物，起自洁作用。

图2-22 气门顶形状

a）平顶 b）凹顶 c）凸顶

图2-23 气门锥角

图2-24 气门弹簧座的固定方式

a）锁夹固定 b）锁销固定

1—气门杆 2—气门弹簧 3—弹簧座 4—锁夹 5—锁销

一般情况下，气门锥角比气门座或者气门座圈锥角要小一些，这主要是因为这样可以使二者不以锥面的全宽接触，这样可以增加密封锥面的接触压力，加速磨合，并能切断和挤出二者之间的积垢或者积炭等，由此可以保证密封锥面良好的密封性能。气门顶边缘与气门密封锥面之间应该有一定厚度，一般为1～3mm，以防止工作中受到冲击损坏或被高温气体烧坏。

（2）气门杆部结构特征分析 气门杆部与气门导管相接触，一般做成圆柱形。发动机工作时，气门杆在气门导管中不断上下往复运动，承受周期性冲击，加之润滑条件比较恶劣，密封性要求高，因此要求气门杆与气门导管必须有一定的配合精度和耐磨性，同时要求气门杆部与头部的过渡应尽量圆滑，以减少气流阻力和应力集中。气门杆表面都经过热处理和抛光处理。气门杆尾部的结构取决于气门弹簧座的固定方式，如图2-24所示，气门杆与弹簧座连接方式主要有两种。一种是锁夹式（图2-24a），由两个半圆锥形锁夹来固定气门弹簧座；另一种是锁销式（图2-24b），用锁销固定气门弹簧座，锁销安装在气门杆尾部上对应的径向孔中。

2.气门弹簧的结构特征分析

气门弹簧的作用是保证气门正确复位，即克服气门关闭过程中气门及传动件惯性力而产生的间隙，保证气门及时落座并紧密贴合，同时防止气门在发动机振动时因跳动而破坏密封。气门打开是靠曲轴经气门传动组提供的力，气门关闭是靠气门弹簧的回弹力；气门弹簧安装时一端支承在气缸盖上，另一端则压靠在气门杆尾端的弹簧座上，用锁环或锁销固定在气门杆的末端。图2-25所示为气门弹簧安装位置及气门组图。

为了保证弹簧有足够的刚度和安装预紧力，气门弹簧多用高碳锰钢或铬钒钢丝、硅铬钢丝制成。气门弹簧一般制成圆柱形螺旋弹簧（图2-26a）。发动机装一根气门弹簧时，采用不等距弹簧（图2-26b），以防止共振，如红旗CA7560型轿车8V100型发动机；装两根弹簧时（图2-26c），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，同时当气门弹簧某一根折断时，另一根还能够正常工作。如一汽奥迪100型、捷达、桑塔纳、一汽解放CA6102、北京BJ492Q型汽车的汽油发动机均采用双气门弹簧结构。

图2-25 气门弹簧安装位置及气门组

图2-26 气门弹簧

a）等螺距弹簧 b）不等螺距弹簧 c）双弹簧

图2-27 气门导管和气门座

1—气门导管 2—卡环 3—气缸盖 4—气门座

图2-28 气门导管

3.气门导管的结构特征分析

气门导管（图2-27）的作用是在气门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。当凸轮直接作用于气门杆端时，承受侧向作用力并起传热作用。气门导管的外形如图2-28所示，一般为圆柱形管，外表面具有较高的加工精度和较低的表面粗糙度，与气缸盖（体）的配合为过盈配合，以保证良好的传热并防松，气门导管与气门的配合则为间隙配合，一般留有0.05～0.12mm的微量间隙。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。为了防止过多的润滑油进入燃烧室，有的在气门导管上安装有橡胶油封。气门导管的定位大多数采用卡环（图2-27）定位。

4.气门座的结构特征分析

气缸盖的进、排气道与气门锥面相贴合的部位称为气门座。气门座的作用是与气门头部一起对气缸起密封作用，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，也可使用耐热合金钢或者合金铸铁单独制成座圈（称气门座圈），压入气缸盖（体）中，如图2-29所示。这种气门座圈具有耐高温、耐磨损、耐冲击、使用寿命长、损坏后易更换的特点，因而在现代发动机中被普遍采用。因气门座圈热负荷大，温差变化大，又受气门落座时的冲击，为防止脱落并很好地散热，气门座与座孔之间应有较高的加工精度，较低的表面粗糙度和较大的配合过盈量。装备时应注意使用温差法压入。

图2-29 气门座及气门座圈

图2-30 配气相位图

2.2.3 配气机构控制系统的结构特征分析

配气机构的控制就是对配气相位的保证，配气相位就是用曲轴转角表示的进、排气门的实际开闭时刻和开启的持续时间。

理论上四冲程发动机的进气门应当在活塞处在上止点时开启，当活塞运动到下止点时关闭；排气门则应当在活塞处于下止点时开启，在活塞运动到上止点时关闭。进气时间和排气时间各占180°曲轴转角。但是实际发动机的曲轴转速都很高，活塞每一行程历时都很短，往往会使发动机充气不足或排气不干净，从而使发动机功率下降。因此，一般采取延长进、排气时间的方法，即气门的开启和关闭的时刻并不正好是活塞处于上止点和下止点的时刻，而是分别提前或延迟一定曲轴转角，以改善进、排气状况，从而提高发动机的动力性。也就是说发动机进、排气时间所占的曲轴转角一般都大于180°。发动机的配气相位一般用相对于上、下止点曲拐位置的曲轴转角的环形图来表示，即配气相位图，如图2-30所示。

（1）进气门的配气相位 如图2-30所示，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，即曲轴转到活塞处于上止点位置还差一个角度α，称为进气提前角。直到活塞过了下止点又重新上行，即曲轴转到超过活塞下止点位置以后一个角度β时，进气门才关闭，称为进气迟后角。这样，整个进气过程中，进气门开启持续时间的曲轴转角，即进气持续角为180°+α+β。

进气门提前打开延迟关闭的目的，是为了保证进气行程开始时进气门已有一定开度，在进气行程中获得较大进气通道截面，使新鲜气体能顺利地充入气缸。当活塞到达下止点时，气缸内压力仍低于大气压力，在压缩行程开始阶段，活塞上移开始的情况下，仍可以利用气流较大的惯性和压力差继续进气，因此进气门延迟关闭是利于充气的。发动机转速越高，气流惯性越大，迟闭角应取大值，以充分利用进气惯性充气。

（2）排气门的配气相位 在做功行程接近终了，活塞到达下止点前，排气门便开始开启，提前开启的角度γ，称为排气提前角。经过整个排气行程，在活塞越过上止点后，排气门才关闭，排气门关闭的延迟角δ称为排气迟后角。这样，整个排气过程中，排气门开启持续时间的曲轴转角，即排气持续角为180°+γ+δ。排气门迟关，可以使废气排放得较干净。

（3）气门的叠开 同一气缸的工作行程顺序是排气行程后，接着便是进气行程。在实际发动机中，在进排气行程的上止点前后，由于进气门在上止点前即开启，而排气门在上止点后才关闭，这就出现了在一段时间内排气门与进气门同时开启的现象，这种现象称为气门重叠，重叠的曲轴转角α+δ称为气门重叠角。由于新鲜气流和废气流的流动惯性比较大，在短时间内保持原来的流动方向，因此只要气门重叠角选择适当，就不会产生废气倒流入进气管或新鲜气体随同废气排出的可能性，这将有利于废气排放彻底和进气充分。

1.机械控制方式的结构特征分析

传统配气机构配气相位的控制是由曲轴正时齿轮、正时带（正时链）、凸轮轴正时齿轮及凸轮轴控制的，如图2-31所示。配气相位控制的关键是由曲轴正时齿轮和凸轮轴正时齿轮的相对位置决定，拆装检修的关键要把握住这两轮的相对位置，至于凸轮轴的凸轮位置在汽车发动机设计和制作时就已经定位了，只与其磨损量有关。

2.电控液压式控制方式的结构特征分析

电控液压式正时控制是在原有正时控制的基础上增加改变配气相位或气门升程的控制。下面以MAZDA6发动机可变气门正时控制系统S-VT（VVT）和本田ACCORD（雅阁）F23A和F20B1发动机的VTEC机构为例说明。

图2-31 配气机构的控制示意图

（1）MAZDA6发动机可变气门正时控制系统S-VT（VVT）MAZDA6可变气门正时机构由可变气门正时执行器、油压控制阀（OCV）、曲轴位置传感器（CKP）、凸轮轴位置传感器（CMP）及发动机电脑（PCM）构成。CKP传感器发送的发动机转速信号和CMP传感器发送的气缸识别信号被PCM接收到后，经过分析和计算发出指令，输出电流（占空比）控制油压控制阀，改变其高液压油的通道。油压控制阀的油压用来控制可变气门正时执行器，使其根据发动机不同的转速，不断调节进气凸轮轴相位，使气门正时达到最佳。可变气门正时机构的结构示意图如图2-32所示。

可变气门正时传动装置有两个液压室：一是气门正时提前室，二是气门正时延迟室。这两个液压室位于凸轮轴链轮支承壳与凸轮轴转子之间。油泵为两室提供机油。由油压控制阀（OCV）控制两室的液压水平，按照发动机运行条件调整凸轮轴链轮以及凸轮轴的相应相位，以获得最优配气。

1）发动机起动时：可变气门正时传动装置的止动销与转子啮合时（转子由于弹簧力处于最大进气延迟位置），凸轮轴链轮与凸轮轴作为一个整体旋转。当油泵压力升高并且止动销脱离时，便可能对凸轮轴链轮与凸轮轴的相应角度进行调节。

2）气门正时提前：油压控制阀（OCV）的滑阀按照PCM信号移动到左侧时，油泵液压注入到气门正时提前通道并最终到达可变气门正时传动装置的气门正时提前室。然后，转子与凸轮轴一起向气门正时提前方向旋转，与曲轴驱动的壳相反，由此气门正时被提前，如图2-33所示。

图2-32 可变气门正时机构示意图

1—CKP传感器 2—CMP传感器 3—PCM 4—油压转换阀（OCV） 5—可变气门正时执行器 6—电信号 7—液压

图2-33 气门正时提前工作流程图

1—PCM 2—油压控制阀（OCV） 3—滑阀 4—油泵 5—凸轮轴 6—可变气门正时传动装置 7—转子 8—壳 9—油底壳 10—通向气门正时提前室 11—气门正时提前室 12—来自气门正时延迟室

3）气门正时延迟：油压控制阀（OCV）的滑阀按照PCM信号移动到右侧时，油泵液压注入到气门正时提前通道并最终到达可变气门正时传动装置的气门正时延迟室。然后，转子与凸轮轴一起向气门正时延迟方向旋转，与曲轴驱动的壳体相反，由此气门正时被延迟，如图2-34所示。

图2-34 气门正时延迟工作流程图

1—PCM　2—油压控制阀（OCV） 3—滑阀 4—油泵 5—凸轮轴 6—可变气门正时传动装置 7—转子 8—壳体 9—油底壳 10—通向气门正时延迟室 11—气门正时延迟室 12—来自气门正时延迟室

4）保持气门正时中间位置：油压控制阀（OCV）的滑阀位于气门正时提前与延迟的中间位置。由此，液压同时被保持在可变气门正时传动装置的提前室与延迟室内。同时，转子与壳体的相应角度被固定并保持，由此产生固定气门正时，如图2-35所示。

图2-35 保持气门正时中间位置工作流程图

1—PCV　2—油压控制阀（OCV） 3—油泵 4—通向气门正时提前室 5—通向气门延迟室

5）可变气门正时传动装置：由一个与凸轮轴链轮一体的外壳、一个罩、一个凸轮轴转子以及一个止动销组成。当发动机停止时止动销用来定位转子与外壳（套管）。另外，转子有一个薄片封口用来密封气门正时提前室与延迟室。

可变气门正时传动装置罩壳与转子开槽，在监控可变气门正时传动装置时，被作为对正标记使用，如图2-36所示。

图2-36 可变气门正时传动装置图

1—凸轮轴链轮 2—壳3—转子 4—止动销 5—尖端封口 6—罩 7—开槽（刻痕）

6）油压控制阀（OCV）：包括一个用来转换机油通道的滑阀、一个用来移动滑阀的线圈、一个柱塞以及一个回位弹簧，如图2-37所示。

图2-37 油压控制阀装置图

1—滑阀 2—线圈 3—柱塞 4—回位弹簧

（2）本田ACCORD（雅阁）F23A和F20B1发动机的VTEC机构 如图2-38所示，VTEC机构主要由气门、凸轮、摇臂、同步活塞等组成。

五段工作凸轮（图2-39）：排气凸轮与常规排气凸轮相同。进气有三个凸轮，主进气凸轮有较大的进气提前角和较大的气门升程，辅助进气凸轮有较小的进气提前角和较小的气门升程，还增加了一个中间进气凸轮，使其具有最大的进气提前角和最大的气门升程。

三个进气凸轮分别驱动三根摇臂（图2-40），与主凸轮、辅助凸轮和中间凸轮相对应的摇臂分别为主摇臂、辅助摇臂和中间摇臂。三根摇臂内部装有由液压控制移动的同步活塞、正时活塞等。

图2-38　VTEC机构

1—凸轮轴 2—摇臂轴 3—主摇臂 4—正时板 5—中间摇臂 6—止推活塞 7—辅助摇臂 8—同步活塞B　9—同步活塞A　10—正时活塞

图2-39 五段工作凸轮

1—凸轮轴 2、6—排气凸轮 3—主进气凸轮 4—中间进气凸轮 5—辅助进气凸轮

图2-40 摇臂组件

1—正时活塞 2—正时活塞弹簧 3—同步活塞A 4—同步活塞B　5—辅助摇臂 6—中间摇臂 7—主摇臂