配气机构的零件和组件四冲程气门式配气机构一般都由气门组和气门传动组两部分组成。

不同型式的配气机构，气门组结构差异不大，但气门传动组结构差别很大。

3.3.1 气门组气门组包括气门、气门座、气门导管及气门弹簧等零件，如图3-3-1 所示，有的进气门还设有气门旋转机构。

3.3.1.1 气门的工作条件与材料承受热负荷、机械负荷、冲击且冷却润滑困难。

为了保证气门的正常工作，除了在结构上采取措施外，还应当选用耐热、耐蚀、耐磨的材料。

根据进、排气门工作条件的不同，进气门采用一般合金钢 ( 如 40Cr 、 35CrMo 等 ) 即可，而排气门则要求用高铬耐热钢 ( 如 4Crl0Si2Mo 和 4Cr9Si2 等 ) 制造。

3.3.1.2气门气门是保证发动机工作性能良好和可靠性、耐久性的重要零件之一。

对气门的主要要求是在任何情况下都必须保证燃烧室的气密性。

气门由头部和杆部组成，如图3-3-2 所示。

气门头部(1) 气门顶形状（如图3-3-3 所示）球面顶：这种气门顶面具有最大的强度，但吸热面大，质量也大。

球面对排气阻力有利，适于作排气门。

喇叭形顶：这种气门顶与杆部过渡具有一定的流线形，可减少进气阻力。

但受热面大，一般用在高功率和赛车发动机上作进气门。

平顶：这种气门顶吸热量少，制造简单，若用较大一点圆弧连接则流动阻力也小，故是所有发动机中最常用的形式。

改良形内凹顶：它是介于喇叭形顶与平顶之间的一种形式。

它制造比喇叭形顶有改进，故也有应用。

(2) 气门锥角气门与气门座之间的配合面做成锥面，如图3-3-4 所示，以便落座时自行对正中心，接触良好。

气门密封锥面并不是以全宽参加工作，从降低热负荷出发，希望接触带宽些，但接触带过大时，工作面比压下降，杂物和硬粒卡在气门锥面与气门座面之间不能很好碾碎，妨碍密封性。

为了保证密封可靠，气门与气门座相配研磨后，要求得到 l ～ 2mm 宽的密封带。

气门锥角对气门头部与气门座的密封性和导热性，以及气门的刚度都有影响，一般多采用 45°，有的采用 30°，个别情况下也有用 60°或 15°的。

(3) 气门直径进气门直径一般大于排气门直径。

这是由于进气阻力对发动机动力性的影响比排气阻力大得多 ( 尤其对汽油机而言 ) 。

在受限制的燃烧室空间 ( 考虑到燃烧室的紧凑性、发动机的尺寸等 ) 内布置的进、排气门，显然应当适当加大进气门直径，并适当减小排气门直径。

有时为了加工简单，把进、排气门直径做成一样，在这种情况下，往往在排气门头部刻有排气标记，以防装错。

气门头部到气门杆的过渡圆弧一般都比较大，以减少气流阻力，同时也增加强度，改善气门头部的散热。

气门杆部（如图3-3-5 所示）气门杆部用来为气门运动时导向、承受侧压力并传走一部分热量。

气门杆的圆柱形表面需经磨光。

有的发动机排气门杆加粗，以利于传热，降低排气门的温度。

但出于工艺上的考虑，绝大多数发动机的进、排气门杆制成一样粗。

(1) 弹簧座的固定杆部尾端的形状决定于弹簧座的固定方式。

常用的固定方法有两种：一是在气门杆端制有凹槽，其中嵌入制成两半的锥形锁环(锁片)，利用弹簧座的锥形内表面将锁环卡住；二是气门杆端制有圆柱形径向通孔，利用插在孔内的锁销来支承承弹簧座，而弹簧座的边缘又可阻止锁销松脱。

(2) 防落装置为了防止当气门弹簧万一折断时气门落入气缸造成严重事故，可在气门杆尾部加工一个环形槽，在槽内装上弹簧卡环，如图3-3-6 所示。

一般环形槽的位置相应于气门最大升程后可再下降 1 ～ 2mm 。

(3) 机油防漏装置由于进气管中有一定真空度，气缸盖上的机油会通过气门与导管之间的间隙漏到进气门上。

为了减少机油损耗和气门上沉积物的数量，在有些发动机进气门杆上部压有橡胶挡油罩，以避免机油过多地漏入进气门中去。

492Q 型汽油机即采用这种结构，如图 3-3-7 所示。

(4) 气门旋转装置为了改善密封锥面和气门杆的工作，有许多发动机的气门装有使之可能相对于气门座旋转的装置，如图3-3-8 所示。

气门缓慢旋转时在密封锥面上产生轻微的摩擦，有自洁作用，妨碍沉积物的形成，减轻不均匀磨损，同时可使气门头部沿圆周温度均匀，减小气门变形的可能性。

气门旋转时，气门杆的润滑条件也得以改善，气门杆中形成的沉积物也可减少。

实践证明，采用旋转机构后，气门的使用期限可以大大提高。

3.3.1.3 气门座气门座与气门共同执行密封功能，可以直接在气缸盖 ( 气门顶置时 ) 或气缸体 ( 气门侧置时 ) 上镗出，也可以用耐热钢、球墨铸铁或合金铸铁单独制成，然后压入气缸盖或气缸体的相应孔中，后者称为镶嵌式气门座，如图3-3-9 所示。

车用汽油机经常在部分负荷下工作，由于节气门开度不大，进气被节流，进气管道中真空度较大，进气门可以经常得到经由气门导管吸人的机油的润滑，故可以不镶气门座。

而排气门的工作条件就恶劣得多，因此大多镶有气门座。

柴油机有些是进、排气门均镶座，以提高耐磨性。

有些则是进气门镶座、排气门不镶座。

这是因为柴油机的排气门经常受到由于燃烧不完全而夹杂在废气中的柴油和机油等的润滑而不致强烈磨损，而进气门由于通过导管漏入的机油少 ( 柴油机无化油器，进气管内真空度较小，虽然汽车柴油机经常在部分负荷工作，但柴油机的负荷不是用如汽油机那样的节气门来控制，进气管内的真空度不会因负荷减小而增加 ) 。

气门直径又较大，在很高的气体压力作用下挠曲变形较大，致使在密封锥面上发生微量的相对滑动，磨损比较严重。

对于增压柴油机来说，由于完全排除了从气门导管获得机油的可能，进气门座的磨损尤显突出。

因此，进气门就更需要镶座，而且往往采用 30°的气门锥角，以抵消因弯曲而引起的锥面上的相对滑动。

例如 135 系列柴油机采用增压后，把原 45°锥角改为 30°，此外还添加了进气门旋转机构。

3.3.1.3 气门导管气门导管的主要功用是保证气门直线运动，使气门与气门座正确配合，如图3-3-10 所示。

气门导管的材料一般为铸铁或球墨铸铁。

近年来我国广泛应用铁基粉末冶金导管，它在不良润滑条件下工作可靠、磨损很小，同时工艺性好、造价低。

一般导管的外表面也制成圆柱形，没有台肩，以便于在大量生产条件下用无心磨床高效率地生产。

导管加工后压入气缸盖 ( 顶置 ) 或气缸体 ( 侧置 ) 的导管孔中，由于压入后会有变形，故内孔的精铰在压入后进行。

由于导管外表面无台肩，压入时的正确位置用专用工具保证，如图3-3-11 所示。

为了防止气门导管自动下落掉入气缸 ( 气门顶置时 ) ，有时在其露出气缸盖部分嵌有卡环。

一般情况下，只要装配时保证一定的过盈是不会发生上述事故的，故可不另采取措施。

采用铝缸盖的发动机 ( 如 492Q 型汽油机 ) ，为安全起见，在导管上嵌有卡环。

3.3.1.4 气门弹簧气门弹簧的作用是使气门迅速回位，紧密闭合。

气门弹簧一般是用弹簧钢丝制成的圆柱形螺旋弹簧，其一端支承在气缸盖 ( 或气缸体 ) 的相应凹槽内，另一端压在与气门杆端连接的弹簧座上，如图3-3-12 所示。

气门弹簧应当有足够的弹力，而且安装时必须给予一定的预紧力。

如果使用质量不高、刚性不足的弹簧，将不同程度地导致发动机噪音增加，磨损加剧，密封不可靠，动力性和经济性下降。

气门弹簧在工作中可能会发生共振，这是应当避免的。

可以采用变螺距弹簧来预防共振，弹簧在工作时，螺距较小的一端逐渐迭合，有效因数不断变化 ( 减少 ) ，因而固有振动频率也就不断变化 ( 增加 ) ，共振便成为不可能。

变螺距弹簧安装时应将较小螺距的一端压向气门座，否则，由于工作时参加振动的当量质量增加，反而容易折断，如图3-3-13 所示。

也可以采用双弹簧结构，如图3-3-14 所示，两个弹簧的刚度不同，固有频率不同，若一个弹簧进入了共振工况，另一个弹簧可起减振作用。

采用双弹簧不仅可以防止共振，而且还可起安全作用，因为如果其中一个弹簧折断，另一个弹簧尚能继续工作，不致立即发生气门落入气缸的事故。

采用双弹簧时，内外弹簧的螺旋方向应相反，以免互相干扰，当一个弹簧断裂时，不致嵌入另一弹簧圈内，使另一弹簧卡住造成配气机构零件的损坏。

在高速发动机中，还可在弹簧内圈加阻尼摩擦片来消除共振。

3.3.2 气门传动组3.3.2.1 功用和组成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，且保证有足够的开度。

气门传动组主要包括凸轮轴、正时齿轮、挺柱及其导管，有的还有推杆、摇臂和摇臂轴等，如图3-3-15 所示。

3.3.2.2 凸轮轴凸轮轴上主要有各缸进、排气凸轮，用以使气门按一定的工作次序和配气相位及时开闭，并保证气门有足够的升程。

汽油机的凸轮轴布置在气缸的侧面下方时，一般将驱动汽油泵的偏心轮和驱动分电器的螺旋齿轮也设置在凸轮轴上，如图 3-3-16a ）所示。

凸轮受到气门间歇性开启的周期性冲击载荷，因此凸轮表面要求耐磨，凸轮轴要求有足够的韧性和刚度。

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 3-3-16a ）所示的 BJ2023 型汽车的 492QA 发动机的凸轮轴有五个轴颈。

但是，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，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。

由图 3-3-16 可以看出，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 ( 或排气 ) 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隙时间的要求。

因此，根据凸轮轴的旋转方向以及各进气 ( 或排气 ) 凸轮的工作次序，就可以判定发动机的发火次序。

凸轮的轮廓（图3-3-17）应保证气门开启和关闭的持续时间符合配气相位的要求，且使气门有合适的升程 ( 它决定了气门通道面积 ) 及其升降过程的运动规律。

凸轮轮廓形状如图 3-3-17 所示。

Ｏ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 ( 液压挺柱除外 ) 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。

至 D 点，气门闭合终了。

φ对应着气门开启持续角，ρ1 和ρ2 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，决定了气门的升程及其升降过程的运动规律。

在一根凸轮轴上，各缸的同名凸轮彼此间的夹角称为同名凸轮配角，它应符合发动机的工作顺序；同一缸的异名凸轮彼此间的夹角称为异名凸轮配角，它应保证一个工作循环中对进、排气门开闭时间的要求。