单顶置凸轮轴

配气机构

任务一配气机构结构

学习目标

1.掌握配气机构的结构特点。

2.掌握配气机构和主要零部件功用。

配气机构的功用是按照发动机各缸工作过程的需要，定时地开启和关闭进、排气门，使

新鲜燃油混合气得以及时进入气缸，废气得以及时排出气缸。完成发动机工作循环。

在进气终了时，新鲜燃油混合气被吸进气缸愈多，则发动机可能发出的功率愈大。燃油混合

气充满气缸的程度，用充气效率来表示。充气效率越高，表明充入气缸的空气量越多，燃烧

后放出的热量越多，发动机发出的功率就越大。为提高充气系数，配气机构设计制造时，一

是要求其结构有利于减小进气和排气的阻力，而且进排气门的开启时刻和持续开启时间比较

适当，使进气过程和排气过程都尽可能充分，二是尽可能降低进气终了时汽缸内的温度。

配气机构就是要保证在发动机各工况工作，特别是高速高负荷条件下，满足充气效率的要求。

1.气门的布置形式及凸轮轴的布置形式

1）根据气门安装位置不同，分气门顶置

式配气机构、气门侧置式配气机构

（1）气门位于气缸盖上称为气门顶置式

配气机构，由凸轮、挺柱、推杆、摇臂、

气门和气门弹簧等组成。其特点，进气阻

力小，燃烧室结构紧凑，气流搅动大，能

达到较高的压缩比，目前国产的汽车发动

机都采用气门顶置式配气机构。

气门的布置形

（2）气门位于气缸体侧面称为气门侧置式配气机构，由凸轮、挺柱、气门和气门弹簧等组

成。省去了推杆、摇臂等零件，简化了结构。因为它的进、排气门在气缸的一侧，压缩比受

到限制，进排气门阻力较大，发动机的动力性和高速性均较差。逐渐被淘汰。

2）按凸轮轴布置位置，分为凸轮轴下置式、凸轮轴式中置式、凸轮轴上置式。

凸轮轴布置形式

（1）凸轮轴下置式，主要缺点是气门和凸轮轴相距较远，因而气门传动零部件较多，结

构较复杂，发动机高度也有所增加。

（2）凸轮轴中置，凸轮轴位于气缸体的中部由凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，省去推杆，

这种结构称为凸轮轴中置配气机构。

（3）凸轮轴上置，凸轮轴布置在气缸盖上。凸轮轴上置有两种结构，一是凸轮轴直接通过

摇臂来驱动气门，这样既无挺柱，又无推杆，往复运动质量大大减小，此结构适于高速发动

机。另一种是凸轮轴直接通过液压挺柱来驱动气门，此种配气机构的往复运动质量更小，特

别适应于高速发动机。

（4）单上置凸轮轴(SOHC)驱动的顶置气

门

这种布置形式的发动机在国内经济型轿

车(如西耶那、赛欧、奇瑞等)被广泛采用，

它是利用单凸轮轴驱动气门，并将凸轮轴

布置在气缸盖上。通过凸轮、摇臂直接推

动气门开启和关闭。单顶置凸轮轴的布置

也有如下几种形式：如图a为气门平行布

置，凸轮压摇臂再推开气门。b所示气门

也是平行布置，但它是采用凸轮顶起摇臂，

使摇臂绕摇臂轴旋转后再顶开气门。c是

气门成夹角布置，单凸轮轴推动摇臂，再

推动双列气门。d是单凸轮轴推动成夹角

布置的4气门布置。后两种形式广泛用在

多气门发动机上。由于它仅用一根凸轮轴

同时驱动进排气门，结构简单布置紧凑。

（5）双上置凸轮轴(DOHC)驱动的顶置气门

双顶置凸轮轴的布置有两种形式:

1)双凸轮轴的凸轮通过摇臂驱动气门的形式。

2)双凸轮轴的凸轮直接驱动挺柱从而驱动气门的形式。双顶置凸轮轴布置形式的发动机在国

内中高档轿车（如奥迪A6、帕萨特)以及某些经济型轿车(如夏利2000、美日、优利欧、海马

323、）上被广泛采用。

DOHC发动机与SOHC发动机相比，在性能上各有利弊，在发动机设计、制造和使用方面，

两者各有不同。DOHC发动机可以调节不同工况下的配气相位，而SOHC则只能维持设计时

的标准，这点对赛车尤为重要，所以绝大多数的赛车发动机均采用DOHC设计结构，但DOHC

发动机制造工艺较复杂成本较高（如图3-1-4中B所示）。

双上置凸轮轴

2.配气机构的传动

配气机构的传动大致有以下几种形式。

1）齿轮传动

凸轮轴下置的配气机构大多采用圆柱形正时

齿轮传动。一般从曲轴到凸轮轴的传动只需一对

正时齿轮，必要时可加装中间齿轮。为了啮合平

稳，减小噪声，正时齿轮多用斜齿。在中、小功

率发动机上曲轴正时齿轮用钢来制造，而凸轮轴

正时齿轮则用铸铁或夹布胶木制造，以减小噪

声。为了装配时保证正确的配气相位，齿轮上都

有正时记号，装配时必须使记号对齐(记号的种类

有：点、字母、数字等)。解放CAl091和东风EQl090E

型载货汽车的配气机构均采用齿轮传动。

齿轮传动

2）链传动

链传动一般用在凸轮轴顶置的配气机构中，为

了不致脱链和工作时链条具有适度的张力，一般

装有导链板和张紧轮等装置（如图3-6所示）。链

传动的优点是布置容易，若传动距离较长时，还可

用两级链传动。但其可靠性和耐久性不如齿轮传

动，其传动性能在很大程度上取决于链条的制造

质量。另外由于多处使用导链板和张紧轮，结构质

量噪声(除无声链)也较大。此种传动方式在奔驰、

宝马等高档车型上比较常见。

链传动

3）同步带传动

现代高速汽车发动机上广泛采用同步带传动的

形式。如图3-7所示为发动机的双顶置凸轮轴的

传动布置如图。中间设置一个张紧轮，可以调整

同步带的张紧力。采用同步带传动，不但可以减

少噪声，减少结构质量而且有效降低了成本。一

汽奥迪100和捷达、高尔夫、上海桑塔纳轿车配

气机构均采用同步带传动。

同步带传动

3.气门数目及排列方式

一般发动机都采用每缸两气门，即一个进气门和一个排气门的结构。为了进一步改善气

缸的换气性能，在结构允许的条件下，应尽量增大进气门头部的直径。当气缸直径较大，活

塞平均线速度较高时，每缸一进一排的气门结构就不能保证良好的充气效率，因此，在现代

汽车发动机上普遍采用每缸多气门结构。如奔驰s320型汽车发动机采用每缸三气门结构(如

图3-8所示)；POL01.4L型汽车发动机采用每缸四气门结构；帕萨特1.8T型发动机、捷达

王，发动机采用每缸五气门结构(三个进气门、两个排气门)。气门数目的增加，使发动机的

进、排气通道的横截面积大大增加，提高了发动机的充气效率，改善了发动机的动力性能。

气门数目及排列方式

任务二气门组与气门传动组

学习目标

1.掌握气门组的结构特点。

2.掌握气门组的零部件功用。

3.掌握气门传动组的结构特点。

4.掌握气门传动组的零部件功用。

1.气门组

气门组由气门、气门导管、气门弹簧座、

气门弹簧、锁片等零件组成。有的进气门还设

有气门旋转机构。气门组应保证气门能够实现

气缸的密封，因此要求：

•气门头部与气门座贴合严密；

•气门导管对气门杆的往复运动有良好的导

向；

•气门弹簧的两端面与气门杆的中心线相垂

直，以保证气门头部在气门座上不偏斜；

•气门弹簧的弹力足以克服气门及其传动件的

运动惯性力，使气门能迅速开闭，并保证气门

紧压在气门座上。气门组

1）气门

气门由气门头部及杆部两部分组成。气门头部顶面的形状有凸顶、平顶和凹顶(如图3-9所

示)。凸顶的刚度大，受热面积也大，用于某些排气门；平顶的结构简单、制造方便，受热面

积小，应用最多；气门顶部形状为漏斗形，其质量小、惯性小，头部与杆部有较大的过渡圆

弧，使气流阻力小，以及具有较大的弹性，对气门座的适应性好(又称柔性气门)，容易获得

较好的密封，但受热面积大，易存废气，容易过热及受热易变形，所以仅用作进气门；凹顶

气门的刚性和弹性居于平顶和漏斗形顶之间，对气门座口也有较好的适应性，应用也较多。

气门头部的工作面被加工成锥形，它与气门座相配合形成密封带，此锥形面的锥角一般为30°

或45°。

常见气门

气门杆是一个圆柱形的杆，一端与头部相连接，另一端称为气门杆端，与弹簧座相连。气门

杆端与弹簧座连接的方式有两种。

一种是带有锁片的杆端，在气门杆端部车有沟槽，在沟槽上装有两个半圆形的锁片，锁片外

表面为圆锥面，具有内锥面的弹簧座安装在锁片外面。在弹簧的支撑下，弹簧座紧压两个半

圆锁片使其紧箍在气门杆端部，这样弹簧座、锁片与气门连成二个整体，在凸轮控制下，与

气门一起运动。另一种气门杆尾部是利用气门调整座来固定气门弹簧的。气门调整座的杆部

车有外螺纹它与气门杆上部的内螺纹相配合，调整座底面的圆周上铣有小齿。在调整座的下

面有齿锁，在齿锁的上端面的圆周上也铣有小齿，齿锁上的小齿与气门调整座上的小齿互

相咬合，齿锁的内孔作成三棱形，气门杆外表面也加工成三棱形，使其与齿锁内孔相配合。

在气门调整座拧入气门杆后，在弹簧力的作用下，使套在气门杆外面的齿锁与气门调整座紧

紧咬住，从而使气门调整座、齿锁与气门形成了一个整体。

带锁片气门

外螺纹气门

2）气门导管

气门导管的功用是：在气门作往复直线运

动时进行导向，以保证气门与气门座之间的

密封；当凸轮直接作用于气门杆端时，承受

侧向作用力并散出气门的部分热量。气门导

管内、外圆柱面经加工后压入气缸盖或气缸

体的气门导管孔中，然后再精铰内孔。为了

防止轴向运动，设有卡环定位槽，它与定位

卡环配合便可防止工作时导管移动而落入

气缸中。气门杆与气门导管之间一般留有微

量间隙，使气门杆能在导管中自由运动。气

门导管工作温度较高，润滑较差，一般用含

石墨较高的铸铁或铁基粉末冶金制成，以提

高自润滑性能。

3）气门座

气门座的功用是防止气门直接落座在气缸盖上而引起缸盖的过度磨损。有些发动机的气

门座是在缸盖上直接加工出来的，而大多数发动机的气门座是用耐热合金钢或合金铸铁单独

制成座圈，然后压入气缸盖中，以提高使用寿命和便于修理更换。

4）气门弹簧

气门弹簧的功用是：保证气门回位；在气门关闭及振动弹跳时保证气门与气门座之间的密

封；保证气门在工作时不致因惯性力而与凸轮分离。发动机的气门弹簧一般采用圆柱螺旋弹

簧。有的发动机上每个气门采用直径不同的

两个弹簧，这两个弹簧同心地安装在气门导管的外面(如图3-13所示)。采用两个弹簧既可减

低弹簧的高度，从而降低发动机的高度尺寸，又可提高弹簧工作可靠性，可以抑制共振的产

生。为了保证两圈弹簧在工作时不至互相卡住，内、外弹簧的螺旋方向应该相反。有些发动

机采用不等距的圆柱螺旋弹簧，其目的也是为了减少共振的产生。在安装时，通常螺距较小

的一侧朝向缸盖，或将有色标的一侧按维修手册要求安装。

圆柱螺旋弹簧同心气门

5）气门旋转机构

弹簧为改善气门局部过热和清除气门杆及气门座锥面上的积炭，有些发动机上采用了气门

旋转机构。气门旋转机构由外壳、底座、碟形弹簧、滚珠与回位弹簧所组成。底座的内孔与

气门导管相配合，以保证底座不旋转。底座上有6个凹槽，6个滚珠和回位弹簧分别放在每

个凹槽中。碟形弹簧支承在底座的凸台上，其外边缘与外壳相连。碟形弹簧与滚珠之间有间

隙。气门关闭时，碟形弹簧的弹力大于气门弹簧的预紧力，旋转机构处于自由状态。气门开

启时，气门弹簧弹力增大，碟形弹簧开始产生变形，变形量由小至大逐渐变化，直至与滚珠

接触为止。当气门弹簧弹力继续增大，便迫使滚珠向凹槽低处移动，由于底座不能转动，在

摩擦力作用下，碟形弹簧以上的部分产生转动，从而带动气门一起旋转一个微小的角度。气

门逐渐关闭时，弹簧力不断放松，碟形弹簧不断复原，当复原到一定程度，滚珠在回位弹簧

作用下，便返回原处。这样气门每开、闭一次，就向一个方向转过一定的角度。

气门旋转机构

6）气门油封

气门杆与气门导管之间有一定的间隙。配气机构工作时，会有适量的润滑油从此间隙流

进气门和排气门上，对气门杆和气门导管进行润滑。但如果进入的润滑油量过大，过多的润

滑油就会进入燃烧室内燃烧(即发生烧机油现象)，这不仅增加了润滑油的消耗量，还会在气

门、气门锥面以及气门杆上产生积碳，影响气门的密封，甚至有可能造成气门杆与气门导管

咬死，造成严重后果。为了防止由于过量机油进入燃烧室而造成这种严重后果的发生，一般

在气门导管上端安装有橡胶油封，这就是气门油封。

气门油封

2.气门传动组

凸轮轴的位置不同，其传动的形式也不同。下置式凸轮轴传动组由推杆、挺柱、摇臂和摇

臂轴等组成（如图3-15所示）。上置凸轮轴传动组有两种结构，一是凸轮轴直接通过摇臂

来驱动气门。另一种是凸轮轴直接通过液压挺柱来驱动气门。上置式凸轮轴传动组由摇臂和

摇臂轴和液压挺杆等组成。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。

下置式凸轮轴传动上置式凸轮轴传动

1）凸轮轴

功用：控制气门的开启和关闭，每一个进、排气门分别有相应的进气凸轮和排气凸轮。凸

轮的形状影响气门的开闭时刻及高度，凸轮的排列影响气门的开闭时刻和工作顺序。凸轮轴

主要由凸轮、凸轮轴轴颈等组成。对于下置凸轮轴的汽油机还具有用以驱动机油泵、分电器

的螺旋齿轮和用以驱动汽油泵的偏心轮。凸轮受到气门间歇性开启的周期性冲击载荷，因此

要求凸轮表面要耐磨，凸轮轴要有足够的韧性和刚度。凸轮轴一般用优质锻钢或特种铸铁制

成。凸轮和轴颈的工作表面经热处理后还要精磨和抛光，以提高其硬度及耐磨性。

凸轮轴

为了确保进气门和排气门与活塞位置保持正确的关系，优化燃烧和发动机性能，保证凸轮轴

和曲轴正时正确是关键。下置式凸轮与曲轴间用一对正时齿轮传动，安装时候必须对准正时

齿轮上正时记号(记号的种类有：点、字母、数字等，顶置式凸轮与曲轴相距较远，用链条或

同步带传动，配气正时较复杂，而且不同车型正时记号位置有所不同，如桑塔纳轿车发动机

采用单顶置凸轮轴，配气正时点有两处，帕萨特l.8T轿车发动机采用双顶置凸轮轴，配气正

时点有四处。

正时齿轮标记配气正时标记

2）挺柱

挺柱是凸轮的从动件。它的功用是：将来自凸轮的运动和作用力传至推杆，承受凸轮传来

的侧作用力，并将此侧作用力传给发动机机体。挺柱分为平面挺柱与滚子挺柱。平面挺柱由

作为工作面的圆盘和起导向作用的圆柱体组成。在挺柱的内部有球窝，与推杆下端的球头相

配合，挺柱的工作面与凸轮相接触。

滚子挺柱结构比较复杂，质量也较大，一般用于缸径较大，转速较低或某些具有特殊要求的

发动机上。由于配气机构中存在间隙，在高速运行时会产生很大的振动和噪声，这对某些要

求行驶平稳与低噪声的发动机来说是很不适宜的。液压挺柱就解决了这个问题。

平面挺柱与滚子挺柱液压挺柱结构图

红旗CA7560型轿车发动机所用的液压挺柱结构图。在挺柱体4中装有柱塞2，在柱塞

上端压入支撑座5。柱塞经常被柱塞弹簧8压向上方，其最上位置由卡环1来限制，柱塞下

端的单向阀架3内装有单向阀碟形弹

簧6和单向阀7。发动机工作时，发

动机润滑系中的机油从主油道经挺

柱体侧面的油孔流入，并经常充满柱

塞内腔及其下面的空腔。当气门关闭

时，弹簧8使柱塞2连同压合在柱塞

中的支撑座5紧靠着推杆，整个配气

机构中不存在间隙。当挺柱被凸轮推

举向上时，推杆作用于支撑座5和柱

塞2上的反力力图使柱塞克服柱塞弹

簧8的弹力而相对于挺柱l向下移动，

于是柱塞下部空腔内的油压迅速增

高，使单向阀7关闭。由于液体的不

可压缩性，整个挺柱便如同一个刚体

一样上升，这样便保证了必要的气门

升程。

液压挺柱的结构

当气门开始关闭或冷却收缩时，柱塞所受压力缩小，由于柱塞弹簧8的作用，柱塞向上运

动，始终与推杆保持接触，同时柱塞下部空腔中产生真空度，于是单向阀7再次被吸开，油

液便流入挺柱体腔，再度充满整个挺柱内腔。由上述工作过程可以看出，若气门受热膨胀伸

长，由于气门弹簧的弹力大于挺柱弹簧力，迫使柱塞下移，将挺柱内腔油液从柱塞与挺柱体

之间的间隙中挤出。每次气门关闭以后柱塞上移受限，补油量减少，从而使挺柱自动"缩短

"，保证气门关闭紧密，相反，若气门冷却收缩，柱塞弹簧将使柱塞上移，单向阀打开，柱

塞内腔的油液进入柱塞下腔。每次气门关闭后，柱塞上移量增大，补油量增加，从而使挺柱

自动"伸长"，保证配气机构无间隙。因此，配气机构中不留气门间隙仍能保证气门可靠地关

闭。采用液压挺柱消除了配气机构中

的间隙，减小了各零件的冲击和噪

声。同时凸轮轮廓可设计得陡一些，

以便气门开启和关闭得更快，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。但液压挺柱结构复杂，加工精度

要求较高，而且磨损后无法调整，只

能更换。一汽奥迪100、捷达/高尔夫、

红旗CA7220及上海桑塔纳型轿车发

动机均采用液压挺柱。奥迪轿车和桑

塔纳轿车发动机上采用的液压挺柱，

其特点为：采用倒置的液压挺柱，直

接推动气门的开启；挺柱体上是由上

盖和圆筒，经过加工后再用激光焊接

成一体的薄壁零件。

奥迪发动机上液压挺柱

3.推杆

推杆位于挺柱与摇臂之间，它的作用是将挺柱传来的运动和作用力传给摇臂。推杆是一

个细长的杆，其上、下两端装有凹、凸

的球头，上端的凹槽与摇臂上的球头相

接触，下端的凸头与挺柱的凹槽相接

触。由于推杆传递的力很大，因此必须

保证良好的纵向稳定性，为此，推杆往

往采用钢管制造，以保证在不增加质量

的情况下提高抗弯性。

推杆

4.摇臂

摇臂的功用是将挺杆(或凸轮)传来的力，改变方向后作用于气门端面，推开或关闭气门。

同时利用摇臂两边臂的长度比(摇臂比)来改变气门的升程。它可以在小的凸轮升程下(或挺柱

升程)，获得较大的气门升程。一般将与气门接触的工作面做成圆弧形。当摇臂作摆动时，可

沿气门端面滑动，这样可使两者之间的接触力尽可能沿气门轴线作运动。摇臂内往往钻有油

道或油孔，以便润滑。在摇臂与挺杆接触端，钻有螺丝孔，用以安装调节气门间隙的调节螺

钉，并设有紧固螺钉螺母。一般螺钉的下端作成外球头或内凹球坑，以很好的与挺杆头配合。

摇臂一般用45钢模锻或球墨铸铁精密铸造。断面作成"工"字型或"T"字型。为了降低配气机

构的驱动力矩，以降低摩擦消耗功率，很多轿车发动机上将摇臂与凸轮接触方式由滑动改为

滚动。由于采用了滚动接触，其配气系统的驱动力矩可降低1/3左右。在中低速区，发动机

的全体摩擦力最大可降低14％左右。采用滚轮后，惯性问题可通过最佳设计来加以解决，

以确保与滑动接触相同的高速随动性。

滚动滚轮式摇臂

摇臂轴安装在缸盖上，而摇臂套在摇臂

轴上，并用弹簧支在两个相邻摇臂的侧

面，以保证摇臂的轴向位置。摇臂轴上

有油道，以保证摇臂和摇臂轴的润滑。

摇臂轴

任务三配气正时

学习目标

1.掌握配气相位的概念及功用；

2.了解可变配气相位。

1.配气相位

1）配气相位是指进、排气门的实际开闭时刻与曲轴转角的关系，通常用相对于上、下止

点曲拐位置的曲轴转角的环形图来表示。这种图形称为配气相位。

理论上四冲程发动机的进气门应该在曲拐处在上止点时开启，在曲拐转到下止点时关闭；排

气门则应该在曲拐在下止点时开启，在上止点时关闭。进气时间和排气时间各占180°。曲

轴转角。但是实际发动机的曲轴转速都很高，活塞每一行程所用时间都很短。这样短时间的

进气或排气过程，往往会使发动机充气不足或排气不净，从而使发动机功率下降。因此，现

代发动机都采取进、排气门早开迟闭的方法，即气门的开启和关闭的时刻并不正好是曲拐处

在上止点和下止点的时刻，而是分别提早和延迟一定曲轴转角，以改善进、排气状况，从而

提高发动机的动力性。

配气相位图

如图3-26所示，在排气行程接近终了，活塞到达上止点之前，即曲轴转到离上止点位置还

差一个角度时，进气门便开始开启，直到活塞过了下止点重又上行，即曲轴转到超过下止点

位置以后一个角度时，进气门才关闭。这样，整个进气行程持续时间相当于曲轴转角180°

+a+b。a角一般为l0°～30°，b角一般为40°～80°。进气门提前开启的目的，是为了保

证进气行程开始时进气门已开大，新鲜气体能顺利地充入气缸。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

流惯性和压力差继续进气，因此进气门晚关一点是有利于充气的。

同样，在做功行程接近终了，活塞到达下止点前，排气门便开始开启，提前开启的角度g一

般约为40°～80°。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d一般约为10°～30°。整个排气过程的持续时间相当于曲轴转角180°+g+d。

排气提前开启的原因是：当做功行程活塞接近下止点时，气缸内的气体虽有0.3MPa～0.4MPa

的压力，但就对活塞做功而言，作用不大，这时若稍开启排气门，大部分废气在此压力作用

下可迅速自缸内排出。当活塞到下止点时，气缸内压力已大大下降，约为0.115MPa，这时

排气门的开度进一步增加，从而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

时气流有一定惯性，所以排气门迟一点关，可以使废气排放得更干净。

进气门早开：增大了进气行程开始时气门的开启高度，减小进气阻力，增加进气量。

进气门晚关：延长了进气时间，在大气压和气体惯性力的作用下，增加进气量。

排气门早开：借助气缸内的高压自行排气，大大减小了排气阻力，使排气干净。

排气门晚关：延长了排气时间，在废气压力和废气惯性力的作用下，使排气干净。

2）由于进气门在上止点前开启，而排气门在上止点后才关闭，这就出现了在一段时间内

排气门和进气门同时开启的现象，这种现象称为气门重叠，重叠的曲轴转角称为气门重叠角。

由于新鲜气流和废气流的流动惯性都比较大，在短时间内是不会改变流向的。因此只要气门

重叠角选择适当，废气就不会倒流入进气管，新鲜气体也不会随同废气排出，这对于换气是

有利的。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，使进气量减少。合理的气门重叠角，可利用进气流的惯性排除残余废气，

增加新鲜充气量。一般气门重叠角在20°～80°之间。

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。

2.气门间隙(以小型车辆为例)

发动机工作时，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，则在热态时，气门及其传动件的受热膨胀势必引起气门关闭不严，造成发动机

在压缩和做功行程中漏气，而使功率下降，严重时甚至不易起动，为了消除这种现象，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，

这一间隙通常称为气门间隙。有的发动机采用液压挺柱，挺柱的长度能自动调整，随时补偿

气门的热膨胀量，故不需要预留气门间隙。在发动机冷态时，进气门的间隙为0.25mm～

0.30mm(大型车0.40mm～0.60mm)，排气门的间隙为0.30mm～0.35mm(大型车0.40mm～

0.60mm)。如果气门间隙过小，发动机在热态下可能因气门关闭不严而发生漏气，导致功率

下降，甚至气门烧坏。如果气门间隙过大，则使传动零件之间以及气门和气门座之间产生撞

击响声，并加速磨损。同时，也会使气门开启的持时间减少，气缸的充气以及排气情况变坏。

3.可变配气相位

用曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻和开启持续时间，称为配气相位。进气配气相位为

180°+进气提前角α+进气迟后角β，排气配气相位为180°+排气提前角γα+排气迟后角

δ。试验证明：在进、排气门早开、晚关的过程中，进气门的晚关，对充气效率影响最大，

其次是重叠角的大小，人们多在进气门方面改善性能指标。通过试验证明，两种进气迟后角

的充气效率和功率变化规律是：1）低速时，晚关60°的充气效率低、发动机功率升高迟后。

2）高速时，超过2300~2500r/min后，晚关60°的充气效率和功率，明显优于40°的相位

角。

1）本田车系可变气门相位VTEC。

VTEC机构在本田轿车车系许多车上采用，VTEC是英文缩写，其全称为：VarbleValve

Timing&ValveLiftElecctronicControl，意思是可变气门相位与升程电子控制。

本田车系可变气门相位VTEC

（1）VTEC机构的工作原理

①发动机低速运转时

ECM无工作指令，油道内无控制油压，各摇臂中的柱塞都在各自的柱塞孔中，各摇臂独自

摆动，互不影响。主摇臂随主凸轮开闭主进气门，次凸轮推动次摇臂微开次进气门；中间

摇臂只是“空转”。

②发动机高速运转时

当发动机转速达到2300~2500r/min时，车速达到10km/h以上时；节气门开度达到

25%以上时；冷却液温度在60℃以上时。ECM指令VTEC电磁阀开启液压油道，油压推动正

时柱塞、同步柱塞和限位柱塞移动，将三个摇臂栓为一体。由于中间凸轮的升程大于另外

两个凸轮，且凸轮的相位角也加大，主次进气门都大幅度地同步开闭。此时，发动机处于

“双进双排”工作状态，功率明显的加大。可见栓联时有轻微噪音，是正常现象。

③汽车在静止状态空转时

VTEC机构不投入工作。

④VTEC机构技术状态的好坏，除电控部件外，主要决定于滑润系统的特设油道油压值。

对机油品质、润滑系统相关部件和曲轴的轴承配合间隙要求严格（0.02～0.04mm）,必须使

用本田车系的专用纯正机油。

⑤另外本田系列的采用可调气门间隙的配气机构，气门间隙的调整必须在冷态下进行。

⑥VTEC机构的正时柱塞处，尚有惯性锁止片，用扭簧控制，片端插入正时柱塞的锁止槽

中，该锁止片依靠高速时的惯性力解脱。

2）大众车系可变气门正时机构VVT。

采用双顶置凸轮轴、4气门结构。排气凸轮轴

通过正时齿形皮带与曲轴相连接，进、排气土

林轴之间采用链条驱动，链条上装有油压张紧

器。可变相位调节器是在液压紧链器的基础

上，加装了用ECU控制的电磁阀，形成了一个

“配气相位调节总成”部件

链条式配气相位工作原理图

（1）工作原理

①当发动机转速低于1300r/min时，电磁控制阀不通电，进气凸轮轴即反向转动一定

角度θ，进气门早开角度变小，进、排气门的重叠角变小，防止发动机回火，低速运转平

稳。

②当发动机转速高于1300r/min时，电磁控制阀通电，进气门早开角度变大，进、排气

门的重叠角变大，废气排出率加大，提高了容积效率和转矩值。

③当发动机转速高于3600r/min时，电磁控制阀又断电，调节工作结束，进气门又回到

不提前的位置，晚开和晚关角度加大，可利用气体的惯性能量，提高功率值。

大众车系可变气门正时机构的特点是只改变进气门开、关时间的早晚，配气相位角值不变

（时间平移—即早开、早关；晚开、晚关），不改变进气门升程的大小。

3）丰田车系智能可变气门正时系统VVT-i。

(1)VVT-i（VariableValve

Timingintelligent）系统用来控

制进气凸轮轴在40°曲轴转角范

围内，保持最佳的气门正时，以适

应发动机工作状况，从而实现在所

有速度范围提高转矩和燃油经济

性，减少废气排放量。这种结构只

是改变进气门开、关时间的早晚，

配气相位角值不变（时间平移—即

早开、早关；晚开、晚关），不改

变进气门升程的大小。

正时机构VVT-i原理图

(2)汽车运用VVT-i后，发动机的性能可得到提高。

①提高的进气效率

②提高发动机的功率和扭矩输出

③提高发动机的燃油经济性

④改善发动机在怠速和低负荷时的稳定性在发动机工作过程中，系统持续不断的修正正

时以得到最适宜的进气效果。

任务四配气机构的常见故障

学习目标

1.掌握配气机构常见故障判断方法。

配气机构是发动机的重要组成部分，功用是：按照发动机各汽缸的工作顺序要求，定时开

启和关闭各汽缸的进排气门，使新鲜的可燃混合气进入汽缸，废气及时从汽缸排出。配气机

构零部件磨损、烧蚀损坏或变形都会直接影响到发动机的技术性能，易使发动机启动困难、

运转不正常。

1.配气机构常见故障部位及分析

1）气门与气门座。在高温高压、润滑不良、冲击载荷条件下工作，产生机械磨损和化

学腐蚀，气门杆弯曲变形，气门表面凹陷、麻点、积炭，导管烧蚀、座圈烧蚀松动，工作不

正常、异响、功率下降，气门杆弯曲变形，用百分表测量，铰削修磨气门及座圈。

2）气门弹簧。长期使用，弹性减弱、损伤、折断，气门关闭不严，发动机启动困难，功

率下降、甚至造成(顶置式)气门掉入汽缸中，经检查达不到技术要求的应予更换。

3）气门推杆。润滑不良、磨损过限而致折断、弯曲变形，气门关闭不严，使汽缸不工作，

更换新件。

4）摇臂及轴。磨损过甚松旷，气门关闭不严，并发出金属异响，焊修或电镀修磨。

5）气门挺杆。润滑不良而致底部剥落、外圈表面擦伤，配合松旷，下、下运动发生偏斜、

摇摆、异响，气门间隙变化，应修磨或更换

6）凸轮轴。受周期性不均衡负荷作用，凸轮外形高度磨损及弯曲变形，引起凸轮轴、轴

颈和轴承表面磨损，配气准确性不良，气门脚间隙调整困难，充气不足，废气排不干净，功

率下降，应闪压校正，重新选配轴承。

7）正时齿轮。磨损过限，齿隙变大，工作中产生异响噪音，配合间隙直超过0.15mm时

应更换齿轮副。

2.配气机构常见故障判断

1.凸轮轴响

现象

1）在发动机上部发出有节奏较钝重的“嗒嗒”声。

2）中速时明显，高速时响声杂乱或消失。

原因

1）凸轮轴轴向间隙过大，产生轴向窜动。

2）凸轮轴有弯、扭变形。

3)凸轮工作表面磨损。

4)凸轮轴轴颈磨损，径向间隙过大。

诊断与排除

1)检查凸轮轴轴向间隙。如其轴向间隙过大，则应更换止推板；严重时，应更换凸轮轴。

2)如凸轮轴轴向间隙正常，则表明有凸轮轴弯扭变形、凸轮磨损或凸轮轴轴颈磨损等不良

现象。此时，应分解配气机构，查明具体原因，视情更换凸轮轴。

2.气门脚响

现象

1）发动机怠速时，气缸盖罩内发出清脆有节奏的“嗒嗒嗒”的响声。

2）发动机转速升高，响声增大。

3）发动机温度变化或作断火试验，响声不变。

原因（因为气门间隙过大而发出的一种连续而有节奏的金属敲击声）

1）气门间隙调整不当

2）气门杆尾端与气门间隙调整螺钉磨损。

3）气门间隙调整螺钉的锁紧螺母松动。

4）凸轮磨损或摇臂圆弧工作面磨损。

诊断与排除

1）拆下气缸盖罩，检查气门间隙调整螺钉的锁紧螺母是否松动；检查气门间隙值，并视情

重新调整。

2）检查气门杆尾部端面和调整螺钉的磨损情况，必要时更换气门或调整螺钉。

3）检查凸轮与摇臂圆弧工作面的磨损情况，视情更换凸轮轴或摇臂。

3.气门弹簧响

现象

1）发动机怠速时有明显的“嚓嚓”的响声。

2）各转速下均有清脆的响声，多根气门弹簧不良，机体有震抖现象。

原因气门弹簧过软或折断。

诊断与排除

1）拆下气缸盖罩，用旋具撬住气门弹簧，若弹簧折断可明显地看出。弹簧折断应予以更换。

2）仍用旋具撬住气门弹簧，怠速运转发动机，若响声消失，即为该弹簧过软。弹簧如过软，

必须更换。

4.气门座圈响

现象

1）有节奏的类似气门脚响，但比气门脚响的声音大很多。

2）发动机转速一定时，响声时大时小，并伴有破碎声。

3）发动机中低速运转时，响声较清脆，高速时响声增大且变得杂乱。

原因选用材料不当，受热后易产生变形而松旷；镶配时，选择过盈量不当，造成松旷，在

工作中冲击振动而松脱，导致与座孔碰撞。

诊断与排除拆下气缸盖罩，经检查不是气门脚响和气门弹簧响，即可断定为气门座圈响。

分解配气机构后进一步检查，必要时，铰削气门座圈座孔，更换松动的气门座圈，并保证其

压入后有足够的过盈量。

5.液力挺柱响

故障现象发动机运转时，会出现有节奏的“嗒、嗒”声，发动机怠速运转时响声明显，中

速以上时减弱或消失。

原因：

发动机机油的油面过高或过低，致使有气泡的机油进到液力挺柱中，形成弹性体而产生噪声；

机油压力低，由于机油泵、集滤器损坏或破裂；液力挺柱失效；使用质量低劣的机油。

诊断与排除：拆卸油底壳，检查更换机油泵、集滤器、调整机油液面或更换机油；拆检配气

机构，更换液压挺柱或气门导管。

6.气门漏气（指气门与气门座工作面密封不良，产生气体渗漏，导致气缸压力下降）

故障现象：发动机出现起动困难、进气管回火、排气管放炮、帽烟、燃油消耗增加以及出现

异响等现象。

故障原因：

1）气门与气门座工作面磨损、烧蚀、密封不良而漏气；

2）气门与气门座工作面有积碳，气门关闭不严而漏气；

3）气门与气门导管间隙过大，气门杆晃动，导致气门关闭不严而漏气；

4）气门杆与气门导管发涩或卡住，气门不能上下移动；

5）气门弹簧失去弹性，或弹簧折断。

诊断方法在排除点火系、燃料系故障原因后，尚不能确定故障时，测量气缸压力或测量进

气歧管真空度，可以比较准确地确定该故障。测量气缸压力时，气门漏气的气缸压力较其他

气缸低。

排除方法拆卸缸盖，对气门组零件进行修理，修磨或更换损坏的气门等零件。