3.2 配氣機構的零件和組件

3.2.1 氣門組

氣門組包括氣門、氣門座、氣門導管、氣門彈簧、鎖片等零件，見圖3-8。氣門組應保證氣門能夠實現汽缸的密封。

1-氣門鎖片；2-氣門彈簧座；3-氣門彈簧；4-氣門油封；5-氣門彈簧墊；6-氣門導管；7-氣門；8-氣門座；9-汽缸蓋；10-氣門油封

1.氣門（圖3-9）

氣門的功用是密封汽缸，按照工作循環的要求控制進、排氣管的開閉。

氣門由頭部、桿部組成。頭部用來封閉汽缸的進、排氣通道，桿部則主要為氣門的運動導向。

氣門頭部受高溫作用，承受高壓及氣門彈簧和傳動組慣性力的作用，氣門桿在氣門導管中做高速直線往復運動，其冷卻和潤滑條件差，因此，要求氣門必須具有足夠的強度、剛度、耐熱和耐磨能力。進氣門材料常采用合金鋼（鉻鋼或鎳鉻鋼等），排氣門則采用耐熱合金鋼（硅鉻鋼等）。

氣門頭部是一個具有圓錐斜面的圓盤，氣門錐角一般為45°，也有的是30°，見圖3-10。氣門頭邊緣應保持一定厚度，一般為1～3mm，以防工作中沖擊損壞和被高溫燒蝕。氣門密封錐面與氣門座配對研磨。

氣門頭頂部形狀有平頂、球面頂和喇叭形頂等，見圖3-11。

平頂：結構簡單、制造方便、吸熱面積小、質量小、進、排氣門均可采用。

球面頂：適用于排氣門，強度高，排氣阻力小，廢氣的清除效果好，但受熱面積大，質量和慣性力大，加工較復雜。

喇叭形頂：適用于進氣門，進氣阻力小，但受熱面積大。

有的發動機進氣門頭部直徑比排氣門大，兩氣門一樣大時，排氣門有記號。

桿身與頭部制成一體，裝在氣門導管內起導向作用，桿身與頭部采用圓滑過渡連接，尾部制有凹槽（錐形槽或環形槽）用來安裝鎖緊件。

2.氣門導管（圖3-12）

氣門導管的功用是起導向作用，保證氣門作直線往復運動；起導熱作用，將氣門頭部傳給桿身的熱量，通過汽缸蓋傳出去。

為了保證導向，導管應有一定的長度，氣門導管的工作溫度也較高，約500K。氣門導管和氣門的潤滑是靠配氣機構飛濺出來的機油進行潤滑的，因此易磨損。為了改善潤滑性能，氣門導管常用灰鑄鐵或球墨鑄鐵或鐵基粉未治金制造。導管內、外圓面加工后壓入汽缸蓋的氣門導管孔內，然后再精鉸內孔。為了防止氣門導管在使用過程中松脫，有的發動機對氣門導管用卡環定位。

1-氣門導管；2-卡環；3-汽缸蓋；4-氣門座

3.氣門座（圖3-12）

氣門座與氣門頭部密封錐面配合密封汽缸，氣門頭部的熱量也經過氣門座外傳。氣門座可以在缸蓋或缸體上直接鏜出，也可以采用鑲嵌式結構。鑲嵌式結構氣門座都采用較好的材料（合金鑄鐵、奧氏體鋼等）單獨制作。

4.氣門彈簧（圖3-13）

氣門彈簧的作用在于保證氣門回位，在氣門關閉時，保證氣門與氣門座之間的密封，在氣門開啟時，保證氣門不因運動時產生的慣性力而脫離凸輪。氣門彈簧多為圓柱形螺旋彈簧，它的一端支撐在汽缸蓋上，另一端壓靠在氣門桿尾端的彈簧座上，彈簧座用鎖片固定在氣門桿的尾端。

氣門彈簧多用中碳鉻釩鋼絲或硅鉻鋼絲制成圓柱形螺旋彈簧，見圖3-13（a）。氣門彈簧在工作時承受著頻繁的交變載荷，為保證其可靠地工作，氣門彈簧應有合適的彈力、足夠的剛度和抗疲勞強度。加工后應對氣門彈簧進行熱處理，鋼絲表面要磨光、拋光或噴丸處理，借以提高疲勞強度，增強氣門彈簧的工作可靠性。

安裝時，氣門彈簧的一端支撐在汽缸蓋或汽缸體上，而另一端則壓靠在氣門桿尾端的彈簧座上，彈簧座用鎖片固定在氣門桿的末端。為了防止彈簧發生共振，可采用變螺距的圓柱形彈簧（圖3-13（b）），如紅旗CA7560型汽車8V100 型發動機氣門彈簧。大多數高速發動機使用的是氣門裝有同心安裝的內、外兩根氣門彈簧（圖3-13（c）），這樣不但可以防止共振，而且當一根彈簧折斷時，另一根仍可維持工作；此外，還能減小氣門彈簧的高度。當裝用兩根氣門彈簧時，氣門彈簧的螺旋方向和螺距應各不相同，這樣可以防止折斷的彈簧圈卡入另一個彈簧圈內。

5.氣門旋轉機構（圖3-14）

為了使氣門頭部溫度均勻，防止局部過熱引起的變形和清除氣門座積炭，可設法使氣門在工作中相對氣門座緩慢旋轉。氣門緩慢旋轉時在密封錐面上產生輕微的摩擦力，有阻止沉積物形成的自潔作用。

6.鎖片、卡簧

鎖片、卡簧的功用是在氣門彈簧力的作用下把彈簧座和氣門桿鎖住，使彈簧力作用到氣門桿上。

3.2.2 氣門傳動組

氣門傳動組的作用是使氣門按發動機配氣相位規定的時刻及時開、閉，并保證規定的開啟時間和開啟高度。氣門傳動組由凸輪軸、挺柱、推桿、搖臂等零件組成。

1.凸輪軸 （圖3-15）

凸輪軸的功用是控制氣門的開啟和關閉，每一個進、排氣門分別有相應的進氣凸輪和排氣凸輪。

凸輪軸主要由凸輪1、凸輪軸軸頸2等組成（圖3-16）。凸輪的形狀影響氣門的開閉時刻及高度，凸輪的排列影響氣門的開閉時刻和工作順序（根據凸輪軸可以判斷工作順序）。工作中，凸輪軸受到氣門間歇性開啟的周期性沖擊載荷，因此對凸輪表面要求耐磨，凸輪軸要有足夠的韌性和剛度。

1-凸輪；2-凸輪軸軸頸；3-驅動汽油泵的偏心輪；4-驅動分電器等的螺旋齒輪

由圖3-16可以看出，同一汽缸的進、排氣凸輪的相對角位置是與既定的配氣相位相適應的。發動機各個汽缸的進、排氣凸輪的相對角位置應符合發動機各缸的點火次序和點火間隔時間的要求。因此，根據凸輪軸的旋轉方向以及各缸進、排氣和凸輪的工作順序，就可以判定發動機的點火次序。圖3-16所示的四缸四沖程發動機，每完成一個工作循環，曲軸須旋轉兩周而凸輪軸只旋轉一周，在這期間內，每個汽缸都要進行一次進氣或排氣，且各缸進氣或排氣的時間間隔相等，即各缸進或排氣凸輪彼此間的夾角均為360°/4=90°。由圖3-16（c）可見，汽車發動機的點火次序為1-2-4-3（凸輪軸旋轉方向，從前端向后看）。若六缸四沖程發動機的凸輪軸逆時針旋轉，其點火次序為1-5-3-6-2-4，任何兩個相繼點火的汽缸進或排氣凸輪間的夾角均為360°/6＝60°，見圖3-17。

凸輪輪廓形狀見圖3-18。O點為凸輪軸的軸心，EA弧為凸輪的基圓。當凸輪按圖示方向轉過EA弧段時，挺柱處于最低位置不動，氣門處于關閉狀態。凸輪轉過A點后，挺柱開始上移。至B點，氣門間隙消除，氣門開始開啟，凸輪轉到C點，氣門開度達到最大，而后逐漸關小，至D點，氣門閉合終了。此后，挺柱繼續下落，出現氣門間隙，至E點挺柱又處于最低位置。φ對應著氣門開啟持續角，ρ1和ρ2則分別對應著消除和恢復氣門間隙所需的轉角。凸輪輪廓BCD弧段為凸輪的工作段，其形狀決定了氣門的升程及其升降過程的運動規律。

凸輪軸由曲軸通過傳動裝置驅動，通常采用一對正時齒輪傳動，見圖3-19。小齒輪和大齒輪分別用鍵安裝在曲軸和凸輪軸的前端，其傳動比為2∶l。在裝配曲軸和凸輪軸時，必須將齒輪正時標記對準，以保證正確的配氣相位和點火時刻。

為了防止凸輪軸在工作中產生軸向竄動和承受正時斜齒輪產生的軸向力，凸輪軸必須有軸向限位裝置。常見的軸向限位裝置見圖3-20。在凸輪軸前軸頸與正時齒輪之間，壓裝一個調節隔圈6，調節隔圈外面松套一止推板4，止推板用止推板固定螺釘5固定在汽缸體前端面上，因調節隔圈的厚度大于止推板的厚度，使止推板與正時齒輪1的輪轂端面之間有一定的間隙。間隙的大小可通過改變調節隔圈的厚度來調整。當凸輪軸產生軸向移動時，止推板便與凸輪軸頸端面或與正時齒輪輪轂接觸，止推板磨損后可以更換。這樣的裝置既能限制凸輪軸的軸向竄動，又能使凸輪軸自由轉動。

1-正時齒輪；2-正時齒輪輪轂；3-鎖緊螺母；4-止推板；5-止推板固定螺釘；6-調節隔圈

2.挺柱（圖3-21）

挺柱的功用是將凸輪的推力傳給推桿（或氣門桿），并承受凸輪軸旋轉時所施加的側向力。由于氣門間隙的存在，發動機工作時，配氣機構中將發生撞擊而產生噪聲。為解決這一矛盾，有些發動機采用了液力挺柱。

1-挺柱體；2-單向閥架；3-柱塞；4-卡環；5-支承座；6-單向閥碟形彈簧；7-單向閥；8-柱塞彈簧

如圖3-22所示，在挺柱體1中裝有柱塞3，在柱塞上端壓入支承座5。柱塞經常被柱塞彈簧8壓向上方，其最上位置由卡環4來限制，柱塞下端的單向閥架2內裝有單向閥碟形彈簧6和單向閥7。發動機工作時，發動機潤滑系統中的機油從主油道經挺柱體側面的油孔流入，并經常充滿柱塞內腔及其下面的空腔。當氣門關閉時，柱塞彈簧8使柱塞3連同壓合在柱塞中的支承座5緊靠著推桿，整個配氣機構中不存在間隙。當挺柱被凸輪推舉向上時，推桿作用于支承座5和柱塞3上的反力力圖使柱塞克服柱塞彈簧8的彈力而相對于挺柱體1向下移動，于是柱塞下部空腔內的油壓迅速增高，使單向閥7關閉。由于液體的不可壓縮性，整個挺柱如同一個剛體一樣上升，這樣便保證了必要的氣門升程。當氣門開始關閉或冷卻收縮時，柱塞所受壓力減小，由于柱塞彈簧8的作用，柱塞向上運動，始終與推桿保持接觸，同時柱塞下部的空腔中產生真空度，于是單向閥7再次被吸開，油液便流入挺柱體腔，并充滿整個挺柱內腔。

由上述工作過程可以看出，若氣門受熱膨脹，挺柱回落后向挺柱體腔內的補油過程，便會減小補油量（工作過程中）或使挺柱體腔內的油液從柱塞與挺柱體間隙中泄漏一部分（停車時），從而使挺柱自動“縮短”，因此可不留氣門間隙而仍能保證氣門的關閉。相反，若氣門冷縮，則向挺柱體腔內的補油過程，便會增加補油量（工作過程中）或在柱塞彈簧作用下將柱塞上推，吸開單向閥向挺柱體腔內補油（停車時），從而使挺柱自動“伸長”，因此仍能保持配氣機構無間隙。采用液力挺柱，消除了配氣機構中的間隙，減小了各零件的沖擊載荷和噪聲，同時凸輪輪廓可設計得較陡一些，以便氣門開啟和關閉得更快，減小進、排氣阻力，改善發動機的換氣，提高發動機的性能，特別是高速性能。但液力挺柱結構復雜，加工精度要求較高，而且磨損后無法調整，只能更換。

3.推桿（圖3-23）

推桿的作用是將從凸輪軸傳來的推力傳給搖臂，它是配氣機構中最容易彎曲的零件，要求有很高的剛度，在動載荷大的發動機中，推桿應盡量做得短些。

4.搖臂（圖3-24）

搖臂實際上是一個雙臂杠桿，將推桿傳來的力改變方向，作用到氣門桿端打開氣門。