《汽车构造》全书教案配气机构

1、汽车构造教案课程名 称汽布构造课时2授课班级教学方式讲授课题任课教师教学目的与要求了解配气机构的功用及组成；掌握配气机构的三种传动方式及特点；掌握液压挺柱的结构及工作原理；理解充气效率的含义；熟知配气相位的基本内容；了解可变式配气机构的工作特点。重、难点配气相位液压挺柱的结构及工作原理；1教学内容第3章配气机构3.1概述.1配气机构的功用据发动机每一气缸内所进行的工作循环或发火次序的要 求，定时打开和关闭各气缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气(汽 油机)或空气(柴油机)得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸 排出，使换气过程最佳，以保证发动机在各种工况下工作时发出 最好的性能。2.四冲程内燃机采用

2、气门式配气机构是由气门组、传动组 和驱动组二部分组成，气门组包括：气门、气门座、气门导管、气门弹簧、气 门弹簧座及锁紧装置等零件；传动组包括：挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴等零件；驱动组包括：凸轮轴，凸轮轴轴承和止推装置等。3.2配气机构的构造1气门式配气机构的布置形式一、分类配气机构的分类可以从以卜方面来进行：(1)按气门的布置型式，主要有气门顶置式和气门侧置式； (2)按凸轮轴的布置位置，可分为凸轮轴下置式、凸轮轴1.气门 的布置 形式凸轮轴 的布置 形式凸轮轴 的传动 方式气门间 隙一、进 气门的 配气相 位 进气提 前角进气迟中置式和凸轮轴上置式；（3）按曲轴和凸轮轴的传动方式，可分为齿轮传

3、动式、链 条传动式和齿带传动式；（4）按每缸气门数目，有二气门式、三气门式、四气门式 和五气门式。二、气门的不同机构特点顶置气门、下置凸轮轴配气机构（OHV）,如图31所示。顶置气门、下置凸轮轴配气机构的凸轮轴 或位于气缸体侧部，或位于气缸体上部，或位于 v型内燃机气 缸体的v型夹角内。结构简单，安装、调整容易，气门所受侧 向力很小，工作可靠。顶置气门、上置凸轮轴配气机构（OHV/OHC）如图32所示。顶置气门、上置凸轮轴配气机构的凸轮轴 安装在气缸盖上.它可以直接驱动沿气缸体纵向排成一列的二 个气门.也可以通过摇贸或摆杆驱动气门，如图 3 2a所示。为 了减小气门的侧向力.凸轮轴与气门杆顶部

4、间没有气门导筒或 摆杆，如图3 2b所示。顶置气门、双摇臂、上置凸轮轴配气机构 （OHV/OHC）, 如图33所示。顶置气门、双摇臂、上置凸轮轴配气机构是用 一个凸轮轴通过进、排气凸轮和两个摇臂分别控制进、排气门。四气门比二气门能增大功率和扭矩 15%,油耗可降低5%。 由于气门的相位角和重叠角减小，有害废气排放可减少。如奥 迪1.8L四缸汽油机，每缸从二个气门增加为四个气门 （二进二 排），进气面积增加30%,排气面积增加50%,功率增大25%。顶置气门、上置双凸轮轴配气机构（OHV/DOHC）如图3-4所示。顶置气门、上置双凸轮轴配气机构是放在 气缸盖上的两根凸轮轴通过气门导筒或气门调整盘

5、，分别控制 气缸盖上两列进气门和排气门（即同名气门是沿气缸体纵向排 列）。这种配气机构没有传动环节，具高速性最佳。对于每缸采用三气门（二个进气门，一个排气门）和五气门 （三个进气门和二个排气门）的内燃机，其气门的驱动方式与四 气门驱动方式类似后角排气门 的配气 相位排气提 前角排气迟 后角门组气门.构 造.气 门的工 作条件 与材料 气门座 气门导 管3.2.2配气机构的传动.齿轮驱动形式就是采用齿轮副来驱动凸轮轴。曲轴与凸轮轴的传动比为2: 1。即曲轴旋转720o,完成一个工作循环，发动各缸工作一 本次课 次，对应的凸轮轴旋转3600给各缸近、排气一次。所以凸轮轴 的 讲正时齿轮的齿数为曲轴

6、正时齿轮齿数的二倍。凸轮轴下置时， 一般都采用齿轮副驱动，正时齿轮多用斜齿。.链驱动形式链式驱动，就是指曲轴通过链条来驱动凸轮轴如图 3 6所 示。这种驱动形式一般多用于凸轮轴上置的远距离传动。奔驰 轿车发动机就采用这种驱动方式。但链传动的可靠性和耐久性 不如齿轮传动，且噪声较大、造价高，其传动性能的好坏直接 取决于链条的制造质量。为使在工作时链条具有一定的张力而 不致脱链，通常装有导链板14,张紧轮装置2、11等。.齿形皮带驱动这种驱动方式与链驱动的原理相同。只是链轮改为齿轮， 链条改成齿形皮带，如图37所示。这种齿形皮带用氯丁橡胶 制成，中间夹有玻璃纤维和尼龙织物，以增加强度。齿形皮带 驱

7、动弥补了链驱动的缺陷，并降低了成本。气门顶置式配气机构，目前在汽车上应用最广泛。发动机 具有较高的动力性。但气门顶置式与侧置式相比也有其缺点： 凸轮轴与曲轴相距较远，使传动机构复杂，气缸盖结构复杂， 发动机高度增加。.2.3每缸气门数及其排列方式.每缸两个气门方式一般发动机较多的采用每缸两个气门，即一个进气门和一 个排气门。这种结构在可能的条件下应尽量加大气门的直径， 特别是进气门的直径，以改善气缸的换气。但是，由于燃烧室 尺寸的限制，从理论上讲，最大气门直径一般不超过气缸直径 的一半。当气缸直径较大，活塞平均速度较高时，每缸一进一 排的气门结构就不能满足发动机对换气的要求。2.每缸四个气门方

8、式3.每缸五个气门方式现代轿车发动机设计面临的主要任务是进一步降低燃油消述，使 学生了 解气门 传动组 的 组 成，掌 握其构 造特 点。 理解并 掌握凸 轮轴的 构造特 r 八、, 理解并 掌握液 力挺柱 的 原 理； 了解推 杆及摇 臂的构 造特耗和排放污染；提高动力性和改善噪声特性；另外还要降低成本。新型奥迪轿车的 V型六缸五气门发动机和捷达 EA113型四 缸五气门发动机就采用五气门技术，如图 3-9所示。与四气门 相比，采用每缸五气门的发动机具气门流通截面更大，充气效 率更高。在四气门发动机缸盖和五气门发动机缸盖上，气门可 能的最大直径是不相同的。对于四气门缸盖，气门的最大可能 直径

9、受火花塞和气门之间棱宽的限制，而对于五气门缸盖则主 要受气门自身间棱宽的限制。由于气门和火花塞的间距增大，就有可能在铸件设计时把火花塞座和排气道分开，从而使整个 区域的冷却得到显着改善，这就确保五气门发动机尽管气缸充 气效率高，而爆燃敏感性却极小。因此每缸米用五个气门，为 满足高性能指标要求提供了机会，即可以实现燃油消耗低、扭 矩大及排污少，比目前使用的四气门发动机达到的性能指标更 好。止匕外，如果将五气门技术与增压技术相结合，其性能指标 的优势将更加明显。当每缸采用五气门时，气门排列的方案通常是同名气门排 成一列，分别用进气凸轮轴和排气凸轮轴驱动。捷达 EA113型 发动机的五气门是采用铝合

10、金材料铸造而成的整体式缸盖；燃 烧室采用了紧凑浴盆式，火花塞位于燃烧室中心，如图 3-9所 示。3.2.4配气相位配气相位就是用曲轴转角表示的进、排气门的实瞅开闭时 刻和开启的持续时间。用曲轴转角的环形图来表示配气相位， 这种图称为配气相位图（如图3-10）。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H 止点时开启，在上止点时关闭。进气时间和排气时间各占1800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。例如上海桑塔纳轿车发动机，在最大功率时的转 速为5600r/rain, 一个行程历时仅为0.0054so这样

11、短时间的进 气和排气过程，往往会使发动机充气不足或排气不干净，从而 使发动机功在下降。因此，现代发动机都采取延长进、排气时 问的方法，即：气门的开启和关闭的时刻并/、止好是活塞处于 上止点和下止点的时刻，而是分别提前或延迟f曲轴转角， 以改善进、排气状况，从而提高发动机的动力性。1.进气门的配气相位如图3-10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a称为进气提前角。直到活塞过了下止点重又上行， 即曲轴转到超过活塞下止点位置以后一个角度B时，进气门才 关闭，称为进气迟后角。进气提前角，一般为10o30o,进气迟后角，一般为40

12、o80o。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 180o+a + B。进气门早开晚关的目的，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1鲜气体能顺利地充人气缸。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，活塞上移速度较慢的 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 进气门晚关是利于充气的。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作功行程接近终了，活塞到达下止点前，排气门便开始 开启，提前开启的角度丫时，称为排气提前角，一般约为40o

13、 800。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6称为排气迟后角，一般约为10o30o。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1800+T + 6。排气门早开晚关的目的是：它主要是利用排气过程后期， 当作功行程接近下止点时，气缸内的气体仍有300500kPa的压 力，但就活塞作功而言，作用不大，这时若稍开启排气门，大 部分废气在此压力作用下可高速从缸内排出；以减小排气行程 消耗的功。排气迟后关闭角主要是利用排气气流惯性排出更多 的废气。当活塞到下止点时，气缸内压力大大下降（约为1l0120kPa）,这时排气门的开度进一步增加，从而

14、减少了活塞 上行时的排气阻力。高温废气的迅速排出，还可以防止发动机 过热。当活塞到达上止点时，燃烧室内的废气压力仍高于大气 压力，加之排气时气流有f惯性，所以排气门迟关，可以使 废气排放得较干净。13.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。因此，在实际发动机中，在进排气行程的上止点前后，由 图3-10可见，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用卜气门与进气门同时开 启的现象，这种现象称为气门重宣，重登的曲轴转角a +6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 时间内是保持原来的流动方向。因此只要气门重叠角

15、选择适当， 就不会产生废气倒流人进气管或新鲜气体随同废气排出的可能 性，这将有利于换气。但应注意，如气门重叠角过大，当汽油 机小负荷运转，进气管内压力很低时，就可能出现废气倒流， 进气量减少。对于不同发动机，由于结构形式，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。气门间隙所谓气门间隙就是指：发动机在冷状态时，在气门传动机 构中，留启f的间隙。以补偿气门及传动机构受热后的膨胀 量。发动机，作时，气门将因温度升高而膨胀。如果气门及其 传动件之间，在冷态时无间隙或间隙过小，则在热态下，气门 及其传动件的受热膨胀势会将气门自动顶开引起气门关闭不 严，

16、造成发动机在压缩和作功行程中的漏气，而使功在下降， 严重时使发动机甚至不易起动。为消除上述现象，通常在发动 机冷态装配时，在气门与其传动机构中，留有适当的间隙，以 补偿气门受热后的膨胀量。气门间隙视配气机构的总体结构形式而定，同时这一间隙 也可进行调整。气门间隙的大小一般由发动机制造厂根据试验 确定。通常在冷态时，进气门的间隙为 0.250.30mm,排气门 的间隙为0.30.35mm。如果间隙过小，发动机在热态E能发 生漏气，导致功军下降严重时，将使气门烧坏。如间隙过大， 则使传动零件之间以及气门和气门座之间将产生撞击、响声， 而加速磨损，同时也使气门开启的持续时间减短，采用液力挺柱的发动机

17、，挺柱的长度能自动变化，随时补 偿气门的热膨胀量，故不需要预留气门间隙。如一汽奥迪、桑 塔纳轿车无须预留气门间隙。r j-j配气机构的零件和组件1.气门组气门组包括气门、气门座、气门导管、气门弹簧、弓单簧座 及锁片等零件，气门由头部和杆部两部分组成，头部用来封闭气缸的进、排气通道，杆部则主要为气门的 运动导向。气门头部的工作温度很高，而且还要承受气体压力、 气门弹簧力以及传动组零件惯性力的作用，其冷却和润滑条件 又较差。因此，要求气门必须具有足够的强度、刚度、耐热和 耐磨能力。进气门的材料通常采用中碳合金钢（如铭钢、锲铭钢、铭钥 钢等）热负荷较大的进气门也采用耐热合金钢，如硅铭钢。由于 热负荷

18、大，一般排气门采用耐热合金钢如硅铭钢、硅铭铝钢、 硅铭钻钢等。为了节省耐热合金钢，有的发动机的排气门头部 由耐热合金钢制造，而杆部的则用铭钢制造，然后将二者焊在1一起，尾部再加装一个耐磨合金钢帽（如CA6102发动机）。气门头顶面的形状有平顶、球面顶和喇叭形顶等，平顶气 门头结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也较小，进、排 气门均可采用，喇叭形顶头部与杆部的过渡部分具有f的流线形，可以 减少进气阻力，但其顶部受热面积大，故适用于进气门；球面顶气门头，因其强度高，排气阻力小，废气的消除效 果好，适用于排气门。但球形的受热面积大，质量和惯性力大， 加工较复杂。气门头部与气门座接触的工作而，是与杆

19、部同心的锥角。通常 将这一锥面与气门”面的夹角称为气门锥角，一般做成45o。有的发动机进气门的锥角做成 30o,如图3-14所示。这是考虑 到在气门升程相同的情况卜，气门锥角较小时，气流通过断面 较大，进气阻力较小。锥角较小的气门头部边缘较薄，刚度较 小，致使气门头部与气门座的密封性及导热性均较差。排气门 因热负荷较大而用较大的锥角。气门头部的边缘应保持一定厚 度，一般为l3mm,以防止工作中由于气门与气门座之间的冲 击而损坏或被高温气体烧蚀，为了减少进气阻力，提高充气效 率，多数发动机进气门的头部直径比排气门的大。为保证良好 密合，装配前应将气门头与气门座二者的密封锥面互相研磨， 研磨好的零

20、件不能互换。为了改善气门头部的耐磨性和耐腐蚀 性，有的发动机在排气门密封锥面上堆焊一层含有大量的锲、 铭、钻等金属元素的特种合金，以提高硬度。气门杆呈圆柱形，在气门导管中不断进行往复运动。具表 面应具启较高的加工精度和较低的粗糙度，并经热处理以保证 同气门导管的配合精度和耐磨性，并起到良好的导向、散热作 用。气门杆端的形状决定于气门弹簧座的固定方式如图13-15所示。常用的结构是用剖分或两半的锥形锁片4来固定弹簧座3（图1315a）。这时，气门杆1的端部可切出环槽来安装锁片。 有的发动机的气门弹簧座用锁销 5来固定（图315b）,气门 杆端有一个用来安装锁销的径向孔。由于排气门热负荷特别高，为

21、了改善其导热性能，有些发 动机采用了的充钠排气门如图3-16所示，如捷达EA113发动机 五气门用排气门。其原理是：在排气门封闭内腔充注钠，钠在 约为1243K时变为液态，具有良好的热传导能力，通过液态钠 的来回运动，热量很快从气门头部传到根部，从而可使温度降 低约100C,排气门的这种内部冷却方式也同时降低了混合气自燃的危险，从而提高了气门的使用寿命。使用中值得注意的 是：为了保护环境，不允许将排气门直接作为废品扔掉，必须 在排气门中部用铁锯锯开一个缺口，在此期间不用水接触气门。 将这样处理过的排气门扔入一个充满水的桶中，排气门一旦与 水接触，就会立即发生化学反应，充注在其内部的钠发生燃烧，

22、 经过上述处理后的排气门才方旨作为普通废品处理。有的发动机高速化后，进气管中的真空度显着提高，气门 室的机油会通过气门杆与导管之间的间隙被吸人气缸内。为此，在发动机的气门杆上安装气门油封，以减少机油的消耗和燃烧 室积炭的产生。气门导管是气门在其中作直线运动的导套，以保证气门与 气门座止确贴合。止匕外，气门导管还在气门杆与气缸盖之间起 气热作用。气门导管一般用耐磨的合金铸铁或粉末冶金材料制 造，然后以f的过盈压入气缸盖的导管孔内。为了防止轴向 运动，保证气门导管伸人进、排气歧管的合适深度，有的发动 机对气门导管用卡环定位（图3-18）,它与卡划、配合可防止工作 时导套移动而落入气缸中，如图318

23、a）。为了防止排气门与气 门导管因积碳而卡住，在#气门导管内孔下音B将孔径加大一些 （图 318b）。气门导管的工作温度也较高，约500K。气门杆在导管中运 动时，仅靠酉己气机构一飞溅出来的机油进行润滑，因此易磨损。气门导管大多数用灰铸铁、球墨铸铁或铁基粉末冶金制造；导 管内、外圆柱面经加工后压入气缸盖的气门导管孔中，然后再 精校内孔。气门杆与气门导管之间一般留有 0.050.12mm间隙， 使气门杆能在导管中自由运动。气门座与气门头部共同对气缸起密封作用，并接受气门传 来的热量。气门座在局温条件卜工作，磨损严重，故有/、少发 动机的气门座用较好的材料（合金铸铁、奥氏体钢等）单独制作， 然后镶

24、嵌到气缸盖上（图3-18a）。采用铝合金气缸盖的发动机， 由于铝合金材质较软，气门座必须镶嵌。气门弹簧的作用是使气门自动回位，防止气门传动机构中 产生间隙，克服在气门关闭过程中气门及传动件的惯性力，防 止各传动件之间因惯性力的作用而产生间隙，保证气门与气门 座紧密贴合，防止气门在发动机振动时发生跳动，破坏其密封 性。为此，气门弹簧应具有足够的刚度和安装预紧力。气门弹端支承在缸盖或缸体上，另一端压靠在气门弹 簧座上。为防止弹簧拆断，有些发动机采用同心安装的内、外两根弹簧，如图319所示。气门弹簧在工作时，当其工作频 率与自然振动频率相等或成某一倍数时，将会发生共振，为了 防止这一现象的发生，在安

25、装弹簧时，应使两根弹簧的旃向相 反。而且根弹簧折断时，另一根还可维持工作，还可防止 折断的弹簧圈卡人另一个弹簧圈内，还能使气门弹簧的高度减 小。可采取提高气门弹簧的自然振动频率，即提高气门弹簧自 身刚度；或采用不等螺距的圆柱弹簧，这种弹簧在工作时，螺 距小的一端逐渐叠合，有效圈数逐渐减小，自然频率逐渐提高， 避免共振现象发生。气门弹簧多为圆柱形螺旋弹簧，其材料为高碳钻钢、铭锐 钢等冷拔钢丝。加工后要进行热处理。钢丝表面要磨光、抛光 或喷丸处理，以提高疲劳强度，增强弹簧的工作可靠性。止匕外， 为了避免弹簧的锈蚀或弹簧的表面应进行镀锌、镀铜、磷化或 发蓝处理。为了改善气门和气门座密封面的工作条件，

26、可设法使气门 在工作中能相对气门座缓慢旋转。这样可使气门头沿圆周温度 均匀，减小气门头部热变形。气门缓慢旋转时在密封锥面上产 生轻微的摩擦力，有阻止沉积物形成的自洁作用。气门旋转机 构的如图3-20所示。在图3-20a）所示的自由旋转机构中，气门 锁片并不直接与弹簧座接触，而是装在一个锥形套筒中，后者 的下端支承在弹簧座平面上，套筒端部与弹簧座接触面上的摩 擦力不大，而且在发动机运转振动力作用卜;在某一短时间内 可能为零，这就使气门有可能自由地作不规则的转动。有的发 动机采用图3-20b所示的强制旋转机构，使气门每开一次便转 过f角度。在壳体4中，肩六个变深度的槽，槽中装有带回 位弹簧5的钢球

27、6。当气门关闭时，气门弹簧的力通过支承板2 与碟形弹簧3直接传到壳体4上。当气门升坦时，不断增大的 气门弹簧力将碟形弹簧压平而迫使钢球沿着凹槽的斜面滚动， 带着碟形弹簧、支承板、气门弹簧和气门T转过一个角度。 在气门关闭过程中，碟形弹簧的载荷减小而恢复原来的碟形。 钢球即在回位弹簧5作m下回到原来位置。2气门传动组气门传动组主要包括凸轮轴及正时齿轮、挺柱、导管、推 杆、摇臂和摇臂轴等。气门传动组的作用是使进、排气门能按 配气相位规定的时刻开闭，且保证后足够的开度。（1）凸轮轴（图3 21）上主要配置有各缸进、排气凸轮 1,可以使气门按一定的工作次序和配气相位及时开闭，并保证1气门有足够的升程。

28、凸轮受到气门间歇性开启的周期性冲击载 何，因此对凸轮表向要求耐磨，对凸轮轴要求后足够的韧性和 刚度。发动机工作时，凸轮轴的变形会影响配气相位，因此有的 发动机凸轮轴采用全支承以减小其变形， 如图3-21所示的凸轮 轴后五个*由颈2。支承数多，加工工艺较复杂。所以一般发动 机的凸轮轴是每隔两个气缸设置一个轴颈，如图3-21所示。为了安装方便，凸轮轴各轴颈直径是做成从前向后依次减小的。凸轮轴的材料一般用优质钢模锻而成，也可采用合金铸铁 或球墨铸铁铸造。凸轮和轴颈的工作表面一般经热处理后精磨， 以改善其耐磨性。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。发动机各个气缸的进气 （或

29、力卜气）凸轮的相对角位 置应符合发动机各气缸的发火次序和发火间隔时间的要求。因 止匕，根据凸轮轴的旋转方向以及各进气（或力卜气）凸轮的工作次 序，就可以判定发动机的发火次序。.一二.二 ； ,六缸四冲程发动机每完成一个工作循环，曲轴须旋转两周 而凸轮轴只旋X周，在这一期间内，每个气缸都要进一次 进气（或排气），且各缸进气（或排气）的时间间隔相等，即各缸进 （或排）气门的凸轮彼此间的夹角均为60。图3-21着火次序为1 5 3 6 2 4的八缸四冲程发动机的凸轮轴，从前端向后 看凸轮轴旋转方向，任何两个相继发火的气缸进（或排）气凸轮间的夹角为360。/6=60。凸轮的轮廓应保证气门开启和关闭的持

30、续时间符合配气相 位的要求，且使气门后合适的升程及其升降过程的运动规律。 凸轮轮廓形状如图3-24所示。点为凸轮旋转中心。EA为以O 为中心的圆弧。当凸轮按图中箭头方向转过弧EA时，挺柱不动，气门关闭。凸轮转过 A点后，挺柱（液力挺柱除外）开始上 移。至B点，气门间隙消除，气门开始开启。凸轮转到 C点， 气门开度达最大。到D点，气门闭合终了。小对应着气门开启 持续角，P 1和p 2则分别对应着消除和恢复气门间隙所需的转 角。凸轮轮廓BCD段的形状，决定r气门的升程及其升降过程 的运动规律。有些汽油机的凸轮轴布置在气缸的侧卸卜方时，凸轮轴上 还具有用以驱动机油泵及配电盘的齿轮 4和用以驱动汽油泵

31、的 偏心轮3（图3-21）。凸轮轴通常用曲轴通过一对正时齿轮驱动， 图3-25所示为解放CAI091型汽车的CA6102型发动机的正时齿轮副。小齿轮和大齿轮分别用键装在曲轴与凸轮轴的前端， 其传动比为2: 1。在装配曲轴与凸轮轴时，必须将正时记号对 准，以保证正确的配气相位和发火时刻。为防止凸轮轴轴向窜动，凸轮轴必须有轴向定位装置。常用的轴向定位方法有：止推轴承定位，采用凸轮轴的第一轴承为止推轴承图326a。即控制凸轮轴的第一轴颈2上的两端凸肩与凸轮轴承座之 问的间隙A.以限制凸轮轴的轴向移动。止推片轴向定位，止推片4图326b安装在正时齿轮3与 凸轮第一轴颈5之间，且留有一定的间隙，从而限止

32、了凸轮轴 的轴向移动量。止推螺钉轴向定位，止推螺钉7图326c拧在正时齿轮室 盖6上，并用锁紧螺母锁紧，调整止推螺钉拧入的程度就可以 调整凸轮轴的轴向移动量。车用内燃机凸轮轴的轴向间隙一般 为 0.100.20mm。(2)挺柱挺柱的功用是将凸轮的推力传给推杆或气门，并承受凸轮 轴旋转时所施加的侧向力。气门顶置式配气机构的挺柱一般制 成筒式(图3-27a),以减轻质量。滚轮式挺柱，具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。挺柱常用锲铭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。有在挺柱工作时，由于受凸轮侧向推力的作用，会稍

33、有倾 斜，并且由于侧向推力方向是一定的，这样就会引起挺柱与导 管之间单面磨损，同时挺柱与凸轮固定不变地在一处接触，也 会造成磨损不均匀。为了避免这种现象的产生，有些汽车发动 机挺柱底部工作面都制成球面(图3-27),而且把凸轮面制成带 锥度形状。这样在工作时，由于凸轮与挺柱的接触点偏离挺柱 轴线，当挺柱被凸轮顶起上升时，接触点的摩擦力使其绕本身 轴线转动，以达到磨损均匀之目的。(3)液力挺柱其结构特点是采用倒置的液力挺柱，直接推动气门的开 启；挺柱体是由上盖和圆筒，经加工后再用激光焊接成一体的 薄壁零件；单向阀采用钢球、弹簧式结构。结构：液压挺杆的工作原理：当凸轮由基圆部分与挺杆接触逐渐惭转到

34、凸轮尖与梃杆接触时，机油通过缸盖上油道2（图3-30）、 量油孔3、斜油孔4进入挺杆的环形油槽，再由环形油槽中的 一个油孔进入挺杆低压油腔，挺杆向下移动，柱塞随之下移， 高压油腔的油压升高，使球阀紧压在柱塞座上，低压油腔与高 压油腔完全隔离。由于机油的不可压缩性，油缸和柱塞就形如 一个刚性整体。随着凸轮轴的转动，气门便逐渐被打开。在凸 轮的回程，在气门弹簧和凸轮的共同作用下，高压油腔依然关 闭直至凸轮回程结束，当凸轮基圆再次与挺秆顶端相遇时，缸 盖主油道中的压力油经量油孔、斜油孔，挺杆环形槽中的进油 孔进入挺杆低压油腔。气门在气门弹簧的作用下将气门关闭。 这时在高压油和柱塞回位补偿弹簧的作用下

35、，柱塞向上移动， 高压油腔的压力下降，球阀打开，高、低压腔相通，高压油腔 的油得到了补充，即起到了补偿气门间隙的作用。液压挺杆的工作过程：气门开始开启，当凸轮转到图3-31所示位置时，凸轮开始压下液压挺杆，单向阀（球阀）封闭， 高压油腔内形成高压。此时，液压挺杆犹如一刚性部件推动气 门运动。当气门开启时，由于凸轮直接将力作用于液压挺杆上， 会使高压油腔少量高压油沿配合间隙泄漏，由于这一原因，挺 杆在升起时会被压缩0.1mm。这是专门设计的，以使液压挺杆 能自身调节凸轮轴与气门间的尺寸大小，这一过程一直持续到 图3-32所示的凸轮位置。气门间隙的平衡：气门关闭后（图333的凸轮位置）气门间隙的平

36、衡开始，凸 轮不再给液压挺杆作用力，高压油腔的油压随之下降。补偿弹 簧13（见图330）迫使挺杆上移，直到凸轮与挺杆间无间隙存在。单向阀开启后，液压油从储油室 进入高压油腔，具流入量取决于气门间隙的大小。当发动机达 到正常工作温度时，在气门开启周期内，挺杆与凸轮完全保持 平衡状态。为防止发动机在停机状态下气缸盖油道中出现空油的现象， 在气缸盖上设有一回油道，以确保发动机重新起动时挺杆内立 即充油。由此可知，若气门、推杆受热膨胀，挺柱回落后向挺柱体 腔内的补油过程便会减少补油量（工作过程中）或使挺柱体腔内 的油液从柱塞与挺柱体间隙中泄漏一部分（停车时）。从而使挺 柱自动“缩短”；因此可不留气门间

37、隙而仍能保证气门关闭。 相 反，若气门、推杆冷缩，则向挺柱体腔内的补油过程，便会增 加补油量（工作过程中）或在柱塞弹簧作用下将柱塞上推，吸开 单向阀向挺柱体腔内补油（停车时），从而使挺柱自动“伸长”， 因此仍能保持配气机构无间隙传动。采用液力挺柱，可消除配气机构中的间隙，减小各零件的 冲击载荷和噪声，同时凸轮轮廓可设计得比较陡些，气门开启 和关闭更快，以减小进排气阻力，改善发动机的换气，提高发 动机的性能，特别是高速性能。推杆推杆的作用是将从凸轮轴经过挺柱传来的推力传给摇臂， 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。对于缸体与缸盖都是铝合金

38、制造的发动机，其推杆最好用 硬铝制造。推杆的两端焊接成压配有不同形状的端头，下端头 通常是圆球形，以使与挺柱的凹球形支座相适应；上端头一般 制成凹球形，以便与摇臂上的气门间隙调整螺钉的球形头部相 适应。推杆可以是实心或空心的。钢制实心推杆 （图3-34a）, 一 般是同球形支座锻成一个整体，然后进行热处理。图 3-34b表 示硬铝棒制成的推杆，推杆两端配以钢制的支承。图3-34c、d都是钢管制成的推杆。前者的球头是直接锻成，然后经过精磨 加工的。后者的球支承则是压配的，并经淬火和磨光，以提高 具耐磨性。摇臂功用是将推杆和凸轮传来的力改变方向，作用到气门杆端 以推开气门。摇臂实际上是一个双臂杠杆

39、，如图3-35所示。摇臂6的两边 臂长的比值（称为摇臂比）约为1.21.8,其中长端是推动气 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，这样可使两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。在摇臂的短端装有用以调 节气门间隙的调节螺钉1及锁紧螺母2（图3-37b）,螺钉的球头 与推杆顶端的凹球座相接触。摇臂多是用45号钢锻压而成，也有用铸铁或铸钢精铸而 成。3.2.7可变式配气机构作用：随着发动机各缸采用多气门化，发动机的高速动力性有了 很大的提高，同时却带来了中小负荷经济性变差和低速扭矩的 降低。从而使从高速到低速整个使用范围性能都得到提高。本田

40、汽布汽布采用一种可变配气相位与气门升程电子控制 （VTEC）机构，如图3-36所示，来控制进气时间与进气量，从而 使发动机产生不同的输出功率。.气门定时和升程可变的可变进气系统（VTEC）装有VTEC机构的发动机每个气缸和常规的高速发动机一 样都配置有二个进气门和排气门。不过，它的两个进气门宿主次之分，即主进气门和次进气门。每个进气门均由单独的凸轮通过 摇臂来驱动。驱动主、次进气门的凸轮分别叫主、次凸轮。与主、 次进气门接触的摇臂分别叫主、次摇臂。主、次摇臂之间设有一 个特殊的中间摇臂，它不与任何气门宜接接触。三个摇臂并列在 一起，均可在摇臂轴上转动。在上摇臂、次摇臂和中间摇臂相对 应的凸轮轴

41、上铸有三个不同升程的凸轮，分别称为主凸轮、次凸 轮和中间凸轮（图3-37）。其中，中间凸轮的升程最大，它是按发 动机双进双排气门工作最佳输出功率的要求而设计的，主凸轮升 程小于中间凸轮，它是按发动机低速工作时单气门开闭要求设计 的，次凸轮的升程最小，最高处只是稍微高于基圆，其作用只是 在发动机怠速运行时，通过次摇臂稍微打开次气门，以免燃油集 聚在次进气门口。中间摇臂的一端和中间凸轮接触，另一端在低 速时可自由活动。三个摇臂在靠近气门一端均有一个油缸孔。油 缸孔中都安置有靠油压控制的活塞，它们依次为正时活塞、主同 步活塞、中间同步活塞和次同步活塞。.2工作原理：，一.:：,VTEC机构是采用一根

42、凸轮轴上设计两种（高速型和低速 型）不同配气定时和气门升程的凸轮，根据发动机转速、负荷、 水温及车速信号，由ECM进行计算处理后将信号输出给电磁 阀来控制油压，进而使/、同配气定时和气门升程的凸轮工作。VTEC /、，作时，正时活塞和主同步活塞位于主摇臂缸内， 和中间摇臂等宽的中间同步活塞位于中间摇臂油缸内，次同步 活塞和弹H起则位于次摇臂油缸内。正时活塞的一端和液压 油道相通，液压油来自工作油泵，油道的开启由ECM通过VTEC电磁阀控制。VTEC电磁阀控制原理如图3-38所示。在 发动机低速运行时（如图3-37）, ECM无指令，油道内无油压， 活塞位于各自的油缸内，因此各个摇臂均独自上下运动。于是 主摇臂紧随主凸轮开闭主进气门，以供给低速运行时发动机所 需混合气，次凸轮则迫使次摇臂微微起伏，