第四章 配气机构
一, 作用
按照发动机的工作顺序定时, 定量实现换
气过程 。
达到进气尽可能充分, 排气尽可能干净的
目的 。
衡量进气充分程度的指标 充量系数 φc,
定义,实际进气量与进气状态下理论上充
满气缸工作容积的新鲜充量之比 。
二, 换气机构形式
气门式, 气口式, 气门 -气口式 。
第一节 气门式配气机构的布置和传动
一、分类
（一）按气门布置的位置来分
1、气门侧置式
气门设置在机体上。凸轮轴必须下置。所
以此种已淘汰。
2、气门顶置式（ 3-1）
气门布置在缸盖上。适于高转速、高压缩
比的发动机。
3、进气门顶置，排气门侧置式
进气门布置在缸盖上，排气门布置在缸体
上。主要用于高速发动机。
（二）按凸轮轴的布置位置来分
1、凸轮轴下置式（ 3-1）
凸轮轴布置在缸体的下部曲轴箱内。气门驱
动机构复杂，配气机构噪声较大。
2、凸轮轴中置式（ 3-4）
凸轮轴布置在缸体上部。驱动气门所需零部
件数目较少。
3、凸轮轴上置式（ 3-5）
凸轮轴布置在缸盖上。驱动气门所需零部件
数目最少。适用于高转速发动机，应用较广
泛。
（三）按凸轮轴的动力传动方式来分
1、链传动,可靠性、耐久性差，噪音大。（ 3-6）
2、齿形带传动,可以减少链传动时的高噪音,
减少机构质量，降低成本。（ 3-7）
前两种适于凸轮轴离曲轴较远、高转速的发
动机。需要张紧装置。
3、齿轮传动,多用在凸轮轴中、下置式的配
气机构中。齿轮多采用圆柱形斜齿。
（四）按气门数及排列方式来分
双气门和多气门。（ 3-3,3-5）
气门排列方案,（ 3-8）
1、同名气门排成两列（用一根凸轮轴）
2、同名气门排成一列（用两根凸轮轴）
（五）按气门开启结构来分（ 图 ）
1、利用摇臂开启
2、利用凸轮轴直接开启
二、气门间隙
（一）定义及其存在位置
1、定义,在发动机冷态装配时，在气门及其
相邻传动机构之间留有适当地间隙，
以补偿气门受热后的膨胀量。这一
间隙就称为气门间隙。
2、位置,在气门与其相邻传动件之间。
3、间隙大小（冷车间隙）
柴油机,进气门 0.30～ 0.35mm
排气门 0.35～ 0.40mm
汽油机,进气门 0.25～ 0.30mm
排气门 0.30～ 0.35mm
气门间隙过大,
进排气门开启时间缩短，造成进气不充
分，发动机充量系数下降，功率下降，排气
不干净，发动机热负荷增加，缸盖受热变形
增大；配气机构传动件之间以及气门与气门
座之间产生较大撞击及响声，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。
第二节 配气相位
定义,指进排气门实际开启时刻及开启的延续时间。一
般用曲轴转角来表示，也可以用一环形相位图来
表示，即配气相位图。（ 3-9）
进气提前开启角 α；延时关闭角 β
则进气门打开持续时间,180+α+β
排气提前开启角 γ；延时关闭角 δ
则排气门打开持续时间,180+γ+δ
提前开启作用,可以减少进排气阻力，减少进排气消耗
功。
延时关闭作用,利用进排气惯性，以增大进排气量。
气门叠开角,α+δ
第三节 顶置气门式配气机构的零件和组件
组成,气门组 和 气门传动组
一、气门组（ 3-10）
组成,气门、气门座、气门导管、气门弹簧
（座）气门锁夹等。
作用,保证气门能够实现气缸的密封。
（一）气门
进气门 和 排气门
1、工作条件,高压冲击、高温、腐蚀、磨损等。
2、材料,
进气门,合金钢，如 40Cr,35CrMo等。
排气门,高级耐热合金钢，如 4Cr9Si2等。
3、结构
1）头部
形状,平顶、凹顶、秃顶（ 3-11）
气门锥角 α,气门密封锥面的与水平面之间的夹
角。
2）杆身,起引导气门上下直线运动、传热的作
用。其表面要求耐磨。
3）尾部,主要起固定弹簧座的作用。（ 3-12）
（二）气门导管（ 3-12）
引导气门做往复直线运动，与气门杆身相配。
同缸盖是过盈配合。
（三）气门座,同缸盖是过盈配合。铝合金缸盖必须
镶气门座。 （ 3-12）
（四）气门弹簧（ 3-14）
保证气门紧贴气门座，防止气门落座时发生跳
动等。常用双弹簧结构。
（五）气门旋转机构,安装在气门尾部，在气门工作
时发生一定的转动，以使气门受热、磨损均匀，同
时可以挤出气门密封锥面的积碳等物质。有自由、
强制旋转两种。（ 3-15）
二、气门传动组
组成,正时齿轮、配气凸轮轴、挺柱、推杆、气门间
隙调整螺钉、摇臂、摇臂轴、摇臂支座等。
作用,将由曲轴传来的动力传给气门，使进、排气门
能按照配气相位规定时刻开闭，并保证有足够
的开度。
（一）配气凸轮轴（ 3-16,17 ）
1、四冲程配气凸轮轴与曲轴转速之比,1,2
2、凸轮轴的凸轮是根据发动机的发火顺序和配气相位
来设计的。
3、凸轮轴的轴向定位（ 3-19）
4、凸轮轴定时齿轮的安装必须根据记号进行，以保证
发动机的配气相位与发动机的发火顺序相符。（ 3-18）
（二）气门挺柱（ 3-20）
菌式、筒式、滚轮式、液压挺柱 （ 3-21,22）。
（三）气门推杆（ 3-23 ）
要求刚性较好。
（四）摇臂（ 3-24,25）
实际为一双臂杠杆。摇臂工作时的强度和刚
度必须保证。摇臂与摇臂轴之间的润滑来自
于凸轮轴。
一, 作用
按照发动机的工作顺序定时, 定量实现换
气过程 。
达到进气尽可能充分, 排气尽可能干净的
目的 。
衡量进气充分程度的指标 充量系数 φc,
定义,实际进气量与进气状态下理论上充
满气缸工作容积的新鲜充量之比 。
二, 换气机构形式
气门式, 气口式, 气门 -气口式 。
第一节 气门式配气机构的布置和传动
一、分类
（一）按气门布置的位置来分
1、气门侧置式
气门设置在机体上。凸轮轴必须下置。所
以此种已淘汰。
2、气门顶置式（ 3-1）
气门布置在缸盖上。适于高转速、高压缩
比的发动机。
3、进气门顶置，排气门侧置式
进气门布置在缸盖上，排气门布置在缸体
上。主要用于高速发动机。
（二）按凸轮轴的布置位置来分
1、凸轮轴下置式（ 3-1）
凸轮轴布置在缸体的下部曲轴箱内。气门驱
动机构复杂，配气机构噪声较大。
2、凸轮轴中置式（ 3-4）
凸轮轴布置在缸体上部。驱动气门所需零部
件数目较少。
3、凸轮轴上置式（ 3-5）
凸轮轴布置在缸盖上。驱动气门所需零部件
数目最少。适用于高转速发动机，应用较广
泛。
（三）按凸轮轴的动力传动方式来分
1、链传动,可靠性、耐久性差，噪音大。（ 3-6）
2、齿形带传动,可以减少链传动时的高噪音,
减少机构质量，降低成本。（ 3-7）
前两种适于凸轮轴离曲轴较远、高转速的发
动机。需要张紧装置。
3、齿轮传动,多用在凸轮轴中、下置式的配
气机构中。齿轮多采用圆柱形斜齿。
（四）按气门数及排列方式来分
双气门和多气门。（ 3-3,3-5）
气门排列方案,（ 3-8）
1、同名气门排成两列（用一根凸轮轴）
2、同名气门排成一列（用两根凸轮轴）
（五）按气门开启结构来分（ 图 ）
1、利用摇臂开启
2、利用凸轮轴直接开启
二、气门间隙
（一）定义及其存在位置
1、定义,在发动机冷态装配时，在气门及其
相邻传动机构之间留有适当地间隙，
以补偿气门受热后的膨胀量。这一
间隙就称为气门间隙。
2、位置,在气门与其相邻传动件之间。
3、间隙大小（冷车间隙）
柴油机,进气门 0.30～ 0.35mm
排气门 0.35～ 0.40mm
汽油机,进气门 0.25～ 0.30mm
排气门 0.30～ 0.35mm
气门间隙过大,
进排气门开启时间缩短，造成进气不充
分，发动机充量系数下降，功率下降，排气
不干净，发动机热负荷增加，缸盖受热变形
增大；配气机构传动件之间以及气门与气门
座之间产生较大撞击及响声，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。
第二节 配气相位
定义,指进排气门实际开启时刻及开启的延续时间。一
般用曲轴转角来表示，也可以用一环形相位图来
表示，即配气相位图。（ 3-9）
进气提前开启角 α；延时关闭角 β
则进气门打开持续时间,180+α+β
排气提前开启角 γ；延时关闭角 δ
则排气门打开持续时间,180+γ+δ
提前开启作用,可以减少进排气阻力，减少进排气消耗
功。
延时关闭作用,利用进排气惯性，以增大进排气量。
气门叠开角,α+δ
第三节 顶置气门式配气机构的零件和组件
组成,气门组 和 气门传动组
一、气门组（ 3-10）
组成,气门、气门座、气门导管、气门弹簧
（座）气门锁夹等。
作用,保证气门能够实现气缸的密封。
（一）气门
进气门 和 排气门
1、工作条件,高压冲击、高温、腐蚀、磨损等。
2、材料,
进气门,合金钢，如 40Cr,35CrMo等。
排气门,高级耐热合金钢，如 4Cr9Si2等。
3、结构
1）头部
形状,平顶、凹顶、秃顶（ 3-11）
气门锥角 α,气门密封锥面的与水平面之间的夹
角。
2）杆身,起引导气门上下直线运动、传热的作
用。其表面要求耐磨。
3）尾部,主要起固定弹簧座的作用。（ 3-12）
（二）气门导管（ 3-12）
引导气门做往复直线运动，与气门杆身相配。
同缸盖是过盈配合。
（三）气门座,同缸盖是过盈配合。铝合金缸盖必须
镶气门座。 （ 3-12）
（四）气门弹簧（ 3-14）
保证气门紧贴气门座，防止气门落座时发生跳
动等。常用双弹簧结构。
（五）气门旋转机构,安装在气门尾部，在气门工作
时发生一定的转动，以使气门受热、磨损均匀，同
时可以挤出气门密封锥面的积碳等物质。有自由、
强制旋转两种。（ 3-15）
二、气门传动组
组成,正时齿轮、配气凸轮轴、挺柱、推杆、气门间
隙调整螺钉、摇臂、摇臂轴、摇臂支座等。
作用,将由曲轴传来的动力传给气门，使进、排气门
能按照配气相位规定时刻开闭，并保证有足够
的开度。
（一）配气凸轮轴（ 3-16,17 ）
1、四冲程配气凸轮轴与曲轴转速之比,1,2
2、凸轮轴的凸轮是根据发动机的发火顺序和配气相位
来设计的。
3、凸轮轴的轴向定位（ 3-19）
4、凸轮轴定时齿轮的安装必须根据记号进行，以保证
发动机的配气相位与发动机的发火顺序相符。（ 3-18）
（二）气门挺柱（ 3-20）
菌式、筒式、滚轮式、液压挺柱 （ 3-21,22）。
（三）气门推杆（ 3-23 ）
要求刚性较好。
（四）摇臂（ 3-24,25）
实际为一双臂杠杆。摇臂工作时的强度和刚
度必须保证。摇臂与摇臂轴之间的润滑来自
于凸轮轴。
