汽车构造：配气机构部件

配气机构的零件和组件如图2-55所示。

图2-55 配气机构的零部件

一、气门组

1.功用

封闭进、排气道。

2.气门组主要零件

气门、气门座、气门弹簧、气门导管、气门油封等，如图2-56所示。

图2-56 组成气门组的各零件

3.气门的构造

（1）气门的构造 头部：与气门座配合，密封气道；杆身：与气门导管配合，给气门运动导向；杆尾部：通过上气门弹簧座和气门锁片或锁销轴向锁定气门弹簧。

（2）气门的结构形式 头部形状有平、凹、凸3种，如图2-57a、b、c所示；头部工作面锥角有45°和30°两种，如图2-57d所示；杆身尾部形状有环槽和孔式两种，如图2-57e、f所示。

图2-57 气门的结构形式

二、气门传动组

如图2-58所示为气门传动组传动系统，气门驱动形式和凸轮轴位置不同，气门传动组的零件组成差别很大，凸轮轴由曲轴驱动，其传动机构有齿轮式、链条式及齿形带式。齿轮传动机构用于下置式和中置式凸轮轴的传动。汽油机一般只用一对正时齿轮，即曲轴正时齿轮和凸轮轴正时齿轮。柴油机需要同时驱动喷油泵，所以增加一个中间齿轮。为了保证齿轮啮合平顺，噪声低，磨损小，正时齿轮都是圆柱螺旋齿轮并用不同的材料制造。曲轴正时齿轮用中碳钢制造，凸轮轴正时齿轮则采用铸铁或夹布胶木。为了保证正确的配气正时和喷油正时，在传动齿轮上刻有正时记号，装配时必须对正记号。四冲程发动机曲轴与凸轮轴之比（即传动比）应为2∶1，即曲轴旋转两周，凸轮轴旋转一周。

图2-58 气门传动组传动系统

1.凸轮轴的传动方式

如图2-58所示，气门组被驱动传递运动方式见表2-6。

表2-6 气门组被驱动传递运动方式

2.气门传动组主要零件结构

（1）凸轮轴

1）功用。按照工作顺序和配气相位的规律及时开闭气门。进、排气门的开闭时刻和开启高度均由凸轮轴的凸轮型线决定，气门的工作顺序由各凸轮的排列顺序控制。

2）工作要求及材料。发动机工作时，凸轮轴转速很高，同时受到周期性的冲击载荷作用，要求有足够的韧性和刚度。一般采用优质钢锻造，也有采用合金铸铁或球墨铸铁铸造的。凸轮工作表面要求光滑耐磨，以保证气门工作的正确性，一般经热处理后精磨。

3）凸轮轴结构。凸轮轴的结构主要有凸轮、支承轴颈，还有用于驱动燃油泵的偏心轮及驱动分电器的齿轮，如图2-59所示为凸轮实物结构及示意图。

图2-59 凸轮实物结构及示意图

4）凸轮轮廓与气门的运动规律。如图2-60a所示。

图2-60 凸轮轮廓与气门的运动规律及同名凸轮相对角位置示意图

5）同名凸轮的相对角位置。发动机的凸轮有进气凸轮、排气凸轮、同名凸轮、异名凸轮。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。例如四缸发动机的同名凸轮的投影（图2-60b），同名凸轮夹角为90°。

根据同名凸轮位置可判断做功顺序，即该四缸发动机的点火顺序是：1—2—4—3。

6）凸轮轴的轴向定位装置如图2-61所示。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。用隔圈和止推凸缘定位。

7）凸轮轴正时驱动传动装置。功用：驱动凸轮轴。类型：齿轮传动、链条传动、齿形带传动，如图2-62所示。(www.xing528.com)

①正时齿轮传动装置。如图2-62b所示，应用在下置凸轮轴发动机。采用斜齿齿轮（曲轴小主动斜齿轮与凸轮轴上大斜齿轮对正记号安装啮合，按1∶2的速比来传递运动。

②链条和齿形带传动：链条传动噪声小，用于中置式或顶置式凸轮轴发动机。基本构成如图2-62a所示。

图2-61 凸轮轴轴向定位装置

1—正时齿轮 2—齿轮轮毂 3—固定螺母 4—止推凸缘 5—安装螺栓 6—隔圈（调节环） 7—凸轮轴轴颈

图2-62 凸轮轴的正时驱动传动装置

（2）挺柱

作用：将凸轮的推力传给推杆或气门。

1）挺柱的分类：挺柱可分为机械挺柱和液力挺柱两大类，机械挺柱结构见表2-7。

表2-7 机械挺柱的基本类别

2）液力挺柱。

①功用：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，如图2-63b所示。

图2-63 发动机液压挺柱组件结构及工作示意图

②组成：组成示意图如图2-63a所示，工作示意图如图2-63b所示。其工作原理是：润滑油经油道、油孔进入挺柱内；低压腔、高压腔充满油；热胀时，高压腔从柱塞与挺柱体间隙泄油；冷缩时，低压腔油经单向阀向高压腔补充；高压腔油量改变挺柱长度，实现无间隙。

气门受热膨胀时，柱塞和液压缸作轴向相对运动，高压油腔中的油液可经过液压缸与柱塞间的间隙挤入低压油腔。因此，使用液压挺柱时，可以不预留气门间隙。

3）挺柱端面与凸轮的关系。如图2-64b所示。

图2-64 挺柱组件结构及挺柱与凸轮的关系

挺柱端面与凸轮的相互关系如图2-64b所示。

（3）摇臂和摇臂轴 如图2-65所示。

图2-65 摇臂及摇臂组件图

功用：摇臂的功用是将推杆和凸轮传来的运动和作用力，改变方向作用于气门，推开或关闭气门。摇臂在摆动过程中承受很大的弯矩，因此应有足够的强度和刚度以及较小的质量。摇臂由锻钢、球墨铸铁或铝合金制造。摇臂是一个双臂杠杆，以摇臂轴为支点，两臂不等长。短臂端加工有螺纹孔，用来拧入气门间隙调整螺钉。长臂端加工成圆弧面，是推动气门的工作面。

3.汽油机可变配气相位

其特性参数主要是三个：气门开启相位、气门开启持续角度（指气门保持升起持续的曲轴转角）和气门升程。这三个特性参数对发动机的性能、油耗和排放有重要影响。通常将气门开启相位和气门开启持续角度统称为气门正时。随着发动机负荷和转角的改变，这三个特性参数（特别是进气门开启相位和开启持续角度）的最佳选择是不同的。

汽油机可变配气相位其功能就是随发动机转速而改变气门的行程和气门开启关闭的时间。方法：发动机低转速时使用短行程气门推迟开启，高转速时使用长行程气门提前开启。

汽油机可变配气相位执行机构有两类，一类是两段可变行程（保时捷），另一类是无级可变行程（宝马）。

如图2-66a所示为可变气门相位调控机构示意图，图中每个进气门分别由两组凸轮控制，一组是高速凸轮，一组是低速凸轮。圆框内就是可变气门行程的控制机构。

图2-66 可变气门相位调控机构示意图

当发动机在低转速范围时，控制活塞是落在气门座内的。这样高速凸轮只能驱动气门座向下行而不能带动整个气门动作，整个气门由低速凸轮驱动气门顶向下行，这样获得的气门开度就较小。

当发动机在高转速范围时，控制活塞在液压的驱动下从气门座推入到气门顶中，等于把气门座和气门刚性地连接在一起，当高速凸轮驱动气门座时就能带动气门向下行获得较大的气门开度。但这种设计只能在一定程度上获得更好的进气，因为它只有两段的气门开度调节。

如图2-66b所示为可变气门相位调控机构示意图，宝马的控制机构是由电动机驱动的，电动机通过蜗杆驱动蜗轮，然后由蜗轮上的凸轮带动摇臂运动来改变摇臂的控制角，然后在凸轮轴的驱动下由摇臂带动气门运动。所以通过改变摇臂的角度就可以改变气门的行程。由于是通过电动机控制的，所以可以在一定区域内无级调节气门开度。