第三章-配气系统

第三章配气机构1第一节功用及组成一、功用---按发动机工作循环的要求适时地进排气。二、系统的组成由气门组与气门传动组两部分构成。第三章配气机构第一节概述2第一节功用及组成三、按凸轮轴的布置形式分1.凸轮轴下置式传动比:i曲凸=2/1特点：凸轮轴驱动机构简单，但零件多、传动链长，刚度差。第三章配气机构第一节概述3配气机构的组成

凸轮轴挺柱推杆摇臂凸轮轴正时齿轮摇臂轴第三章配气机构第一节概述4凸轮轴下置式2.凸轮轴中置式第三章配气机构第一节概述5

3.顶置式凸轮轴（上置式凸轮轴）(OHC)

SOHC式摆臂驱动式第三章配气机构第一节概述

6直接驱动、凸轮轴上置式配气机构（双上置凸轮轴DOHC）第三章配气机构第一节概述7

3.顶置式凸轮轴（上置式凸轮轴）(OHC)双顶置凸轮轴(DOHC)第三章配气机构第一节概述8

3.顶置式凸轮轴（上置式凸轮轴）(OHC)双顶置凸轮轴(DOHC)第三章配气机构第一节概述9四、按气门驱动方式分1.摇臂驱动2.摆臂驱动3.直接驱动其中：摇臂驱动刚度最小，直接驱动刚度最大、能量损失小。高速发动机多用直接驱动方式。

第三章配气机构第一节概述10直接驱动（双上置凸轮轴DOHC）

摇臂驱动第三章配气机构第一节概述11五、按每缸气门数分类可分为2气门式、3气门式、4气门式和5气门式等。现代高速发动机最常用每缸四气门式发动机。第三章配气机构第一节概述多气门的布置形式1-T形驱动杆；2-气门尾端的从动盘12六、凸轮轴的传动方式1.齿轮传动（正时齿轮）中置或下置凸轮轴用。

第三章配气机构第一节概述13六、凸轮轴的传动方式1.链条传动（正时链）2.齿形带传动（正时带）第三章配气机构第一节概述链条传动图图齿形带传动14进气凸轮轴排气凸轮轴主正时链VVT-i控制器(排气侧)副正时链(右侧)主链张紧器副链张紧器液压气门间隙调节器VVT-i控制器(进气侧)第三章配气机构第一节概述六、凸轮轴的传动方式1.链条传动（正时链）15六、凸轮轴的传动方式2.齿形带传动（正时带）第三章配气机构第一节概述16正时标记A.作用保证配气正时，即曲轴与凸轮轴有正确的位置关系，气门按工作顺序要求启闭。B.正时标记记号齿轮传动齿形带传动

第三章配气机构第一节概述17正时标记实例——丰田威驰轿车的正时标记记号齿形带传动第三章配气机构第一节概述曲轴正时齿轮的正时标记齿形带轮上的正时标记18七、气门间隙1、什么是气门间隙？发动机在冷态下，气门处于关闭状态下，气门与传动件之间的间隙称为气门间隙。气门间隙图气门间隙第三章配气机构第一节概述19

七、气门间隙2、为什么要有气门间隙？防止发动机在工作时由于热膨胀而顶开气门，破坏气门与气门座之间的密封，造成漏气。3、气门间隙的大小进气门：0.25～0.30㎜平均0.30㎜排气门：0.25～0.45㎜平均0.35㎜第三章配气机构第一节概述20因为一个活塞行程仅经历0.01S。所以为了充分进排气、提高输出功率，必须使进排气门早开、晚关。一、配气定时（配气相位）

理论上的进排气起止角度及持续时间如图示。排气进气上止点下止点第二节配气定时21一、配气定时1、配气定时图

用曲轴转角表示进、排气门实际开闭时刻和持续时间，称为配气定时，也称为配气相位。

第二节配气定时图配气相位图22一、配气定时

1、配气定时图①进气门进气提前角α:α=０°～40°进气迟后角β:β=3０°～80°进气持续角:180°+α+β②排气门排气提前角γ=4０°～80°排气迟后角δ=０°～30°排气持续角180°+γ+δ第二节配气定时23二、气门叠开——进气门与排气门同时开启的现象称为气门叠开。气门叠开角为：α+δ思考：A.进排气门为什么要早开晚关？B.气门叠开是否造成新鲜空气与废气的相互掺混？第二节配气定时24配气定时（配气相位）

第二节配气定时25配气相位演示第二节配气定时26组成：由气门、气门座、气门导管、气门弹簧及附件。第三节气门组27组成：由气门、气门座、气门导管、气门弹簧及附件。一、气门1.工作条件高温、受到气体压力、冷却条件差。2.材料要求：足够的强度和刚度，良好的耐热、耐磨性。材料：进气门以合金中碳钢为主，排气门为合金耐热钢。第三节气门组28

3.构造①气门头部A.平顶式气门结构简单，吸热面积小，常用。B.凹顶式气门进气阻力小，仅用于进气门。C.凸顶式气门强度高，排气阻力小，用于排气门。

第三节气门组

29

②气门锥角α—气门顶面与气门工作面之间的夹角。α角的大小：一般多为45°，少数为30°。分析：α角大小对气门工作性能的影响α角大：则进气阻力和气门刚度增加。密封和导热能力增大。气门锥角α的大小要适当。第三节气门组气门锥角30③气门杆部要求：杆部与气门导管配合，有较高的加工精度、配合精度及较好的耐磨性。杆端：弹簧座与杆端的固定形式有：A.锥形锁片式；B.锁销式。第三节气门组31③气门杆部组成：由气门、气门座、气门导管、气门弹簧及附件等构成。第三节气门组32⑤如何保证配气正时从安装角度看，只要将凸轮轴与曲轴之间的正时记号对准即可。第三节气门组33二、气门导管1.作用导向与传热2.材料灰铸铁、球墨铸铁及铁基粉末冶金等。3.结构说明A.与缸盖的配合为过盈配合，以防止松脱及良好导热。

B.与气门杆的配合为动配合间隙为：0.05～0.12㎜C.上孔内边不倒角，有刮作用。顶部装气门油封。D.装配与内孔加工第三节气门组34二、气门导管B.与气门杆的配合为动配合间隙为：0.05～0.12㎜C.上孔内边不倒角，有刮作用。顶部装气门油封。第三节气门组35三、气门座

1.作用--与气门配合形成密封面。2.结构类型A.整体式—直接在缸盖上镗出。B.镶气门座圈式气门座圈材料有合金铸铁、粉末冶金或耐热钢等。镶嵌气门座圈结构比较多用。3.气门座圈锥角一般大于气门锥角0.5°～1°。第三节气门组36三、气门座3.气门座圈锥角一般大于气门锥角0.5°～1°。第三节气门组374.气门座与气门接触环带一般为1.2～2.5mm。排气门大于进气门的宽度，柴油机大于汽油机的宽度。第三节气门组38四、气门弹簧1.作用保证气门回位、保证气门与座紧密贴合及防止气门惯性作用而脱开凸轮。2.类型单个不等距圆拄管簧、两个旋向相反的圆拄簧。

第三节气门组（a）螺旋弹簧；(b)不等螺距的圆柱簧；(c)双气门弹簧39

3.气门弹簧防共振的结构措施四、气门弹簧第三节气门组401.气门与气门座的配合要求（1）气门与气门座工作锥面角度应一致。（2）气门与气门座的密封带位置在中部靠里。（3）气门与气门座的密封带宽度应符合原厂设计规定，一般为1.2～2.5mm。（4）气门工作锥面与杆部的同轴度和气门座与导管的同轴度应不大于0.05mm。（5）气门杆与导管的配合间隙应符合原厂规定。五、气门组零件的检修第三节气门组412．气门的检修（1）气门的耗损与检验气门的常见耗损：气门杆部及尾端的磨损、气门工作锥面磨损与烧蚀和气门杆的弯曲变形等。第三节气门组42气门出现下列耗损之一时，应予以换新：①轿车气门杆的磨损大于0.05mm，载货汽车气门杆的磨损大于0.10mm，或出现明显的台阶形磨损。②气门头圆柱面的厚度小于1.0mm。第三节气门组43③气门尾端的磨损大于0.5mm。④气门杆的直线度误差大于0.05mm时，应予以更换或校直，校直后的直线度误差不得大于0.02mm。第三节气门组44（2）气门工作锥面的修理1—电刷架；2—车头电机；3—加油孔；4—油窗；5—出风口；6—磨头体；7—注油孔；8—扳杆；9—电刷架；10—定位螺钉；11—纵导轨面；12—插销；13—磨头开关；14—车头开关；15—玻璃罩；16—车头；17—手轮；18—横向导面第三节气门组45①光磨前应先将气门进行校直。②将校直的气门杆紧固在夹架上，气门头部伸出长度约40mm，并按气门规定的工作锥面角度调整夹架。③查看砂轮工作面是否平整。④试磨。

⑤光磨。光磨后，气门工作锥面的径向圆跳动误差应不大于0.01mm，表面粗糙度Ra小于1.25μm，对气门杆部的同轴度误差应不大于0.05mm。气门的光磨工艺第三节气门组463．气门座的修理气门座的磨损主要是磨料磨损和由于冲击载荷造成的硬化层脱落，以及由于高温燃气所导致的腐蚀和烧蚀。气门座的磨损，使得密封带变宽，气门与气门座关闭不严，汽缸密封性降低。第三节气门组47①拉出旧气门座。②选择新气门座。用外径千分尺测量气门座外径，用内径量表测量气门座承孔内径，根据气门座和缸盖承孔的材质选择合适的过盈量(一般在0.07～0.17mm)。③气门座的镶换。将检验合格的新气门座用干冰或液氮冷却，时间不少于10min。同时将缸盖的气门座承孔用汽油喷灯或在箱式炉中加热至373～423K，将气门座压入承孔中。（1）气门座的镶换第三节气门组48常用气门座绞刀一般为15°、30°、45°、75°四种规格。且有粗、精绞刀之分，粗绞刀在刃口上有锯齿状缺口。（2）气门座的绞削1—75°座面绞刀；2—45°精绞刀；3—30°精绞刀；4—15°粗绞刀；5—定位杆；6—扳杆第三节气门组4975°座面绞刀用来绞削气门座上的平面角，以使气门头部的下沉量符合要求(0.5～1.0mm)，并使气门座工作斜面下移；30°或45°绞刀为气门座工作面绞刀；15°绞刀用来扩大气门座孔内径，使气门座工作斜面上移。第三节气门组50①根据气门导管内径选择绞刀导杆，导杆插入气门导管内不能过紧，无松动为宜。②把砂布垫在绞刀下，磨除座口硬化层，以防止绞刀打滑和延长绞刀使用寿命。③用与气门锥角相同的粗绞刀绞削工作锥面，直到凹陷、斑点全部去除并形成2.5mm以上的完整锥面为止。绞削时两手用力要均衡并保持顺时针方向转动。绞削的作业方法第三节气门组51④气门座和气门的选配，一般是新旧搭配。用相配的气门进行涂色试配，接触环带应在气门和斜面的中部靠里位置。接触面宽度一般进气门为1.0～2.0mm，排气门为1.5～2.5mm。⑤最后用与工作面角度相同的细刃绞刀进行精绞，并在绞刀下垫细砂布磨修，以降低气门座口表面粗糙度。第三节气门组524．气门的研磨(1)手工研磨研磨前应清洗并打上记号。涂粗研磨砂，同时在气门杆上涂以稀机油，插入气门导管内，然后利用螺丝刀或橡皮捻子使气门做往复和旋转运动，与气门座进行研磨。第三节气门组53当气门工作面与气门座工作面磨出一条较完整且无斑痕的接触环带时，可以将粗研磨砂洗去，换用细研磨砂继续研磨。当工作面出现一条整齐的灰色环带时，再洗去细研磨砂，涂上润滑油，继续研磨几分钟即可。第三节气门组54将汽缸盖清洗干净，置于气门研磨机工作台上，在已配好的气门工作面上涂一层研磨膏，将气门杆部涂以机油并装入气门导管内，调整各转轴，对正气门座孔，连接好研磨装置，调整气门升程，进行研磨。一般研磨10～15min即可。研磨后的工作面应成为一条光泽更好的圆环。(2)机动研磨第三节气门组55(1)划线法在气门锥面上用铅笔沿径向均匀地划上若干条线，每线相隔4mm。然后与相配气门座接触，略压紧并转动气门45°～90°，取出气门，察看铅笔线条。5．气门的密封性检验第三节气门组56(2)拍击法 将气门与相配气门座轻轻敲击几次，察看接触带，如有明亮的连续光环，即为合格。(3)涂轴承蓝或红丹在气门工作面上涂抹一层轴承蓝或红丹，然后用橡皮捻子吸住气门，在气门座上旋转1/4圈后再将气门提起，若轴承蓝或红丹布满气门座工作面一周而无间断，又十分整齐，即表示密封良好。(4)渗油法可将煤油或汽油浇在气门顶面上，5min内察看气门与气门座接触处是否有渗漏现象。第三节气门组57(1)用外径略小于气门导管内孔的阶梯轴冲出气门导管。(2)选择外径尺寸符合要求的新气门导管。(3)安装气门导管。(4)气门导管的绞削。采用成型专用气门导管绞刀绞削，进刀量不宜过大，绞刀保持垂直，边绞边试，直至间隙合适。6．气门导管的修配第三节气门组58将气门杆和气门导管擦净，在气门杆上涂一层薄机油，将气门放入气门导管中，上下拉动数次后，若气门在自重下能徐徐下落，则表示气门杆与气门导管的配合间隙适当。气门导管的经验检查法第三节气门组59构件：凸轮轴、正时机构、挺柱、挺杆和摇臂等构件组成

凸轮轴挺柱推杆摇臂凸轮轴正时齿轮摇臂轴第四节气门传动组60一、凸轮轴

1.作用2.主要结构进、排气凸轮，轴颈、偏心轮、螺旋齿轮及正时齿轮等。3.材料合金中碳钢。第四节气门传动组614.凸轮轴轴颈A.轴颈数多用非全支承结构，每缸之间设一个轴颈。B.轴颈类型等径式—上置式凸轮轴用。不等径式—下置式凸轮轴用。C.节油槽节油槽用以向摇臂轴输油的结构。

第四节气门传动组624、凸轮轴轴颈B.轴颈类型

等径式—上置式凸轮轴用。第四节气门传动组635.凸轮①几个名词基圆半径rb最大升程h

AC段称为上升沿，当凸轮转至A点时，挺柱开始移动，至C点时气门开度最大。CE段称为下降沿，C点时气门开始下降，至E点时挺柱又处于最低位置。第四节气门传动组64②同名凸轮之间的夹角θ因为：i曲凸=2/1；所以有：θ=发火间隔角/2，θ4=90°，θ6=60°，如图示。

第四节气门传动组65

③同一气缸异名凸轮之间的夹角θ大于90°上八字下八子（双门紧闭）第四节气门传动组666.凸轮轴的轴向定位①下置式或中置式多用止推片轴向定位。轴向间隙的大小：0.10～0.20㎜0.10～0.20第四节气门传动组67

6.凸轮轴的轴向定位②上置式剖分轴承轴颈两侧的凸肩定位。轴向间隙的大小：0.08～0.20㎜

第四节气门传动组686.凸轮轴的轴向定位②上置式剖分轴承采用轴颈两侧的凸肩定位。轴向间隙的大小：0.08～0.20㎜第四节气门传动组69二、挺柱与推杆1.挺拄作用：传力与传动，承受侧压力。①结构类型（机械挺柱）A.筒形挺柱筒形挺柱用于顶置气门下置凸轮轴。吊杯形挺柱用于顶置凸轮轴。菌形挺柱用于顶置气门下置凸轮轴。第四节气门传动组70二、挺柱与推杆A.筒形挺柱B.菌形挺柱C.吊杯形挺柱第四节气门传动组71②材料中碳钢或合金铸铁。③挺柱导向体有可拆式与不可拆式两种。④平面液力挺柱（介绍吊杯式）A.结构与组成有挺柱体、内外油腔、柱塞、柱塞套、单向阀、高压腔及进油孔等部分组成。

第四节气门传动组72B.工作原理凸轮顶开气门时，由于液体的不可压缩性，挺拄为一个整体向下运动。气门落座时，高压腔压力下降，油液顶开单向阀补液。热膨胀时，高压腔压力升高，油液外渗，液压挺拄“收缩”。冷却时，油液进入内腔顶开单向阀补液,液压挺拄“伸长”。

C.特点传动平稳，无须留气门间隙，使用维护方便，结构较复杂。

第四节气门传动组73（3）工作情况1）当气门关闭时，机油经挺柱体和柱塞上的油孔压进柱塞腔A内，推开单向阀充入挺柱体腔B内。柱塞便在挺柱体腔油压及柱塞弹簧的作用下上行，与气门推杆压紧。但此压力远小于气门弹簧张力，气门不会被打开只是消除了整个配气机构中的间隙。同时，B腔内油液已充满，单向阀关闭。

A第四节气门传动组74

挺柱动画平面液力挺柱⑴目的：解决了因有气门间隙而产生的冲击及噪音问题。⑵结构：液力挺柱由挺柱体、柱塞、球座、柱塞弹簧、单向阀和单向阀弹簧等组成。挺柱体和柱塞上有油孔与发动机机体上相应的油孔相通。球座为推杆的支承座。单向阀有片式和球式两种。

第四节气门传动组75(4)使用液力挺柱的发动机应注意以下问题：1）对润滑油的压力和滤清质量要求较严格。当润滑油压力过低时，补油能力下降，气门间隙大；2）液力挺柱拆洗后，装机前必须人工排气，否则起动困难；3）冷机或停放时间长时，起动后有短暂气门响声，这是正常现象。第四节气门传动组76液压气门间隙调节器----利用机油压力和弹簧弹力保持恒定为“0”的气门间隙油道柱塞油道单向球柱塞弹簧低压室高压室油道第四节气门传动组77液压挺柱液压气门间隙调节器摇臂以液压气门间隙调节器为支点压下气门液压气门间隙调节器------摇臂以液压气门间隙调节器为支点压下气门“0”气门间隙液压气门间隙调节器---柱塞回弹，气门间隙保持为“0”78三、摇臂轴与摇臂摇臂结构：设有油道与油孔、轴孔内装轴承衬套，与推杆连接端有气门间隙调节螺钉与锁紧螺母，与气门杆连接端作成圆弧状或堆焊耐磨合金。

第四节气门传动组79

2、推杆作用：传力与传递运动。类型：实心杆式、硬铝棒式、无缝管式第四节气门传动组80三、摇臂轴与摇臂

第四节气门传动组81（1）凸轮轴的耗损与检修凸轮轴的主要耗损:弯曲变形、凸轮轮廓磨损、支承轴颈表面和正时齿轮轴颈键槽的磨损等。将使气门的最大开度和发动机的充气系数降低，配气相位失准，改变气门上下运动的速度特性，从而影响发动机的动力性、经济性，增大噪声。四、气门组传动零件的检修1．凸轮轴及轴承的检修第四节气门传动组82凸轮的磨损使气门的升程规律改变和最大升程减小，凸轮的最大升程减小值是凸轮检验分类的主要依据。当凸轮最大升程减小值大于0.40mm或凸轮表面累积磨损量超过0.80mm时，则更换凸轮轴；当凸轮表面累积磨损量不大于0.80mm时，可在凸轮轴磨床上修磨凸轮。①凸轮磨损的检修第四节气门传动组四、气门组传动零件的检修1．凸轮轴及轴承的检修83正时齿轮轴颈键槽的对称平面一般应与第一缸进、排气凸轮最大升程的对称平面重合，其磨损将使配气正时改变。该键槽磨损后，可堆焊重开键槽或在新的位置上另开键槽。②正时齿轮轴颈键槽的检修第四节气门传动组84凸轮轴轴颈的圆度误差大于0.015mm，各轴颈的同轴度误差超过0.05mm时，应按修理尺寸法进行校正并修磨。③凸轮轴轴颈的磨削④汽油泵驱动偏心轮的直径极限磨损量为1mm。第四节气门传动组85①凸轮轴轴承的配合间隙超过使用限度(轿车为0.15mm，载货汽车为0.20mm)时，应更换新轴承。②轴承内径与其承孔的位置顺序相适应。③安装时，应使用专用的压装工具压入。（2）凸轮轴轴承的修理第四节气门传动组86轴承内孔的修理有拉削、绞削和镗削等方法。轴颈与轴承的配合间隙一般为0.05～0.10mm(如桑塔纳发动机为0.06～0.08mm，EQ6100—1型发动机为0.06～0.12mm，CA6102型发动机为0.03～0.079mm)。第四节气门传动组87①挺柱底部出现疲劳剥落时更换新件。②底部出现环形光环，说明磨损不均匀，应尽早更换新件。③底部出现擦伤划痕时，应更换新件。④挺柱圆柱部分与导孔的配合间隙，一般应为0.03～0.10mm。四、气门组传动零件的检修2．气门挺柱的检修（1）普通挺柱的检修第四节气门传动组88检查液力挺柱与承孔的配合间隙，一般应为0.01～0.04mm，使用限度为0.10mm。超限后应更换液力挺柱。检查各部件有无损坏，应特别注意检查液力挺柱体外侧面及底部有无过度磨损。四、气门组传动零件的检修（2）液力挺柱的检修第四节气门传动组89气门推杆一般都是空心细长杆，工作时易发生弯曲，直线度误差应不大于0.30mm，EQ6100—1型发动机气门推杆的直线度误差为0.40

mm。杆身应平直，不得有锈蚀和裂纹。上端凹球端面和下端凸球面半径磨损应控制在-0.01～0.03mm之间。四、气门组传动零件的检修3．气门推杆的修理第四节气门传动组90摇臂的损伤主要是摇臂头的磨损。检查时，摇臂头部应光洁无损。修理后的凹陷应不大于0.50mm。如超过规定则应修理，其方法可用堆焊修磨。摇臂与摇臂轴的配合间隙如超过规定应更换衬套，并按轴的尺寸进行绞削或镗削修理。四、气门组传动零件的检修4．摇臂轴和摇臂的修理第四节气门传动组915．正时链条和链轮的检查（1）正时链条的检查测量全链长。测链条长度时，对链条施以一定的拉力拉紧后测量其长度。测量时的拉力可定为50N，如丰田2Y、3Y发动机的链条长度应不超过291.4mm，如长度超过此值时，应更换新链条。第四节气门传动组92测量最小的链轮直径。将链条分别包住凸轮轴正时链轮和曲轴正时链轮，用游标卡尺测量其直径，其直径不得小于允许值。例如丰田2Y、3Y发动机允许的最小值：凸轮轴正时链轮为114mm；曲轴正时链轮为59mm。（2）正时链轮的检查第四节气门传动组93（1）曲轴带轮和正时带轮上都有标记（通常以“0”作标记）。装配时都要将标记和汽缸体上正时齿轮带轮室上的标记对齐，以保证配气相位的正确性。6．正时皮带的安装第四节气门传动组94（3）正时齿形带张紧度的检查。用手指在正时齿轮和中间齿轮之间捏住正时齿形带，以刚好能转90°为合适，调整张紧轮固定螺母并拧紧。将曲轴转2～3圈后，复查确认。（2）装上正时齿形带并检查确认齿形带不开裂，齿数、齿形不残缺。第四节气门传动组95一、气门间隙的调整1、什么是气门间隙？发动机在冷态下，气门处于关闭状态下，气门与传动件之间的间隙称为气门间隙。第五节配气机构的常见故障诊断与排除气门杆摇臂气门间隙96一、气门间隙的调整2.气门间隙对工作性能的影响分析：气门间隙过大：

进排气门开启时间缩短，造成进气不充分，发动机充量下降，功率下降，排气不干净，发动机热负荷增加，气门撞击声响大，加速它们之间的磨损。气门间隙过小：

气门受热膨胀后造成气门关闭不严，产生漏气，使发动机的动力性下降，热负荷增加，气门被烧坏等。

气门间隙的大小进气门：0.25～0.30㎜

排气门：0.25～0.45㎜

第五节配气机构的常见故障诊断与排除97

3.气门间隙的调整如何用两遍法调整气门间隙？说明：液力挺柱式配气系统不留气门间隙。

A.气门间隙调整方法——两遍法两遍法调整气门间隙，即第一缸压缩终了上止点时，调整半数气门，再摇转曲轴一周,便可调整其余半数气门。B.气门间隙调整原则——气门在完全关闭的情况，才能调整气门间隙。即挺