3.1.2 配气机构的形式与分类

发动机配气机构的形式多种多样，其主要区别是气门布置和数量、凸轮轴布置形式及凸轮轴的传动方式等。

1.按照气门布置形式分类

按照气门布置形式配气机构可以分为气门顶置式配气机构和气门侧置式配气机构。

（1）气门顶置式配气机构（图3-3）气门顶置式配气机构的进、排气门都倒装在气缸盖上，凸轮轴则装在曲轴箱内。其主要特点是燃烧室结构紧凑、工艺性好；充气阻力小，充气效率高；具有良好的抗爆性（汽油机）和高速稳定性能，易于提高发动机的动力性和经济性指标，因此国内外汽车发动机普遍采用气门顶置式配气机构。

（2）气门侧置式配气机构（图3-4）气门侧置式配气机构的进、排气门装在气缸体的一侧，如图3-4所示。气门侧置式配气机构的特点是气门3的开、闭由凸轮轴14上的凸轮通过挺柱12直接控制，省去了摇臂和摇臂轴、推杆等零件，简化了配气机构。但是由于气门布置在气缸体的一侧，使燃烧室的结构不紧凑，不利于压缩比的提高，同时由于进气弯道多，进气流动阻力增大，充气效率低下，所以发动机的动力性较差。目前，这种形式的配气机构已被淘汰。

图3-2 配气机构零、部件

1—轴承盖 2—半圆键 3—气门弹簧下座 4—气门导管 5—气缸盖 6—凸轮轴油封 7—气门 8—回油塞 9—堵塞 10—气门油封 11—气门内、外弹簧 12—气门弹簧上座 13—液压挺柱 14—凸轮轴

图3-3 气门顶置式配气机构

1—气缸盖 2—气门导管 3—气门 4—气门主弹簧 5—气门副弹簧 6—气门弹簧座 7—锁片 8—气门室罩 9—摇臂轴 10—摇臂 11—锁紧螺母 12—调整螺钉 13—推杆 14—挺柱 15—凸轮轴 16—正时齿轮

图3-4 气门侧置式配气机构

1—气缸盖 2—气缸垫 3—气门 4—气门导管 5—气缸体 6—气门弹簧 7—气缸壁 8—气门弹簧座 9—锁销 10—调整螺钉 11—锁紧螺母 12—挺柱 13—挺柱导管 14—凸轮轴

另外，也有采用进气门顶置而排气门侧置的配气机构，这种布置形式，进气门尺寸不受限制，可做得较大，进气管可以做得粗且具有较理想的形状，降低进气阻力，因而充气效率较高；侧置排气门可以得到良好的冷却。这种配气机构结构复杂，目前仅在某些高速发动机上采用。

2.按照凸轮轴的布置形式分类

按照凸轮轴布置形式配气机构可以分为凸轮轴上置式、中置式和下置式三种类型。三者都可用于气门顶置式配气机构，而气门侧置式配气机构只能使用下置式凸轮轴。

（1）凸轮轴下置式配气机构 凸轮轴下置的配气机构中的凸轮轴位于曲轴箱底部靠近中部的位置，由曲轴正时齿轮驱动。这种配气机构的优点是凸轮轴离曲轴较近，可用齿轮驱动，传动简单。但存在零件较多，传动链长，系统弹性变形大，配气相位准确性较低等缺点。大多数大、中型客车和货车均采用这种方式。如图3-1所示，解放CA6102发动机就属于凸轮轴下置式的配气机构。

（2）凸轮轴上置式配气机构 凸轮轴上置式配气机构中的凸轮轴布置在气缸盖上，这种结构中，凸轮轴通过摇臂（或直接）驱动气门，没有挺柱、推杆，使往复运动质量大大减小。因此它适用于高速发动机。但由于凸轮轴离曲轴中心线更远，因此正时传动机构更为复杂，而且拆装气缸盖也比较困难。缸径较小的柴油机的凸轮轴上置时给安装喷油器也带来困难。

上置凸轮轴的另一种形式是凸轮轴直接驱动气门，如图3-5所示。这种配气机构的往复运动质量最小，对凸轮轴和气门弹簧设计的要求也最低，因此特别适用于高速强化发动机。这在国外的高速汽车发动机上得到广泛的应用。

（3）凸轮轴中置式配气机构 凸轮轴中置式配气机构把凸轮轴位置移到气缸体的上部，由凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，而省去推杆。当发动机转速较高时，可以减小气门传动机构的往复运动质量，从而减少惯性力。这种类型发动机如仍旧采用齿轮传动，由于凸轮轴和曲轴的中心距增大，必须在两者之间加装中间齿轮（惰轮）。图3-6所示为YC6105QC柴油机配气机构，是一种典型的凸轮轴中置式的配气机构。

图3-5 凸轮轴上置式配气机构

1—曲轴正时带轮 2—张紧轮 3—凸轮轴正时齿轮形带轮 4—同步齿形带 5、6—凸轮轴 7—气门 8—气门导管

图3-6 YC6105QC柴油机配气机构

1—摇臂 2—气门弹簧 3—气门导管 4—气门座 5—气门 6—推杆 7—挺柱 8—凸轮轴 9—曲轴

3.按曲轴和配气凸轮轴的传动方式分类

按照曲轴和配气凸轮轴的传动方式配气机构可以分为齿轮传动、链条传动和齿型带传动（同步带）传动三种。

（1）齿轮传动（图3-7）由曲轴到配气凸轮轴一般只需要一对正时齿轮，必要时加装中间齿轮（惰性轮），适合凸轮轴下置、中置式配气机构发动机采用。正时齿轮一般用斜齿轮并用不同材料制成，曲轴正时齿轮常用钢材制造，凸轮轴正时齿轮常用铸铁或夹布胶木制造，目的是使啮合平稳减小噪声和磨损。所有齿轮上都有正时记号，装配时必须按要求对齐。解放CA1091型货车使用的是齿轮传动。

（2）齿形带传动（图3-8）现代高速发动机广泛采用齿形带传动。齿形带用氯丁橡胶制成，中间夹有玻璃纤维和尼龙织物，以增加强度。齿带的张力可以由张紧轮进行调整。这种传动方式可以减小噪声，减少结构质量和降低成本。一汽奥迪轿车的采用的是同步带传动装置。

（3）链传动（图3-9）优点是布置容易，若传动距离较远时，还可用两级链传动。缺点是结构质量及噪声较大，链的可靠性和耐久性不易得到保证。

图3-7 齿轮传动

图3-8 一汽奥迪轿车的同步带传动装置

1—张紧轮 2—正时同步带 3—中间轴正时带轮 4—曲轴正时带轮 5—凸轮轴正时带轮

图3-9 凸轮轴的链传动装置

1—液力张紧装置 2—驱动液压泵的链轮 3—曲轴 4—导链板

4.按气门数目及布置形式分类

根据气门数目不同发动机配气机构可以分为二气门和多气门配气机构。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结构。许多中高档新型轿车发动机上普遍采用每缸多气门结构，如三气门、四气门、五气门等。如天津夏利TJ7100采用的是每缸三气门（二进一排）结构；奔驰190E2.3L形发动机采用的是每缸四气门结构（两进两排）；一汽捷达王轿车EA113型发动机采用每缸五气门结构（三进两排），如图3-10所示。多气门结构使发动机进排气道的断面面积大大增加，使发动机的充气效率得到大幅度提升，从而改善了发动机的动力性及经济性能。

（1）每气缸两个气门的布置 两气门结构要求有较大的气门通道断面面积，发动机进气进气门直径大于排气门直径。为了使发动机进气顺畅及配气机构结构简单，二气门布置方式主要有以下几种类型：

1）合用气道（图3-11a、b）。气门在机体上纵向排成一列，相邻两个进气门或排气门合用一个气道，优点是气道简化，并可得到较大的气道通道面积。

2）交替布置（图3-11c）。进、排气门交替布置，每缸单独用一个进、排气道，优点是可使气缸均匀冷却，对热负荷较严重的发动机更适宜。

3）分开布置（图3-11d）。进、排气道分置于机体两侧，对于柴油机来说，为了避免排气加热进气，常把进、排气道分置于发动机机体两侧，对于汽油机来说，为了使汽油更好地雾化，需采用排气歧管的废气热量对发动机进行预热，进、排气道多置于机体同一侧。

图3-10 一汽捷达王轿车EA113型发动机的五气门结构

图3-11 两气门的布置形式

（2）每气缸四个气门的布置 四气门结构一般是两个进气门，两个排气。其排列形式主要有两种：

1）串联形式 如图3-12a所示，即同名气门排成两列，其主要特点是：①可通用一根凸轮轴及驱动杆传动；②进气门间的进气效率有差异；③排气门的热负荷也不相同。所以现在这种排列方式已经很少采用。

2）并联形式 如图3-12b所示，即同名气门排成两列，其主要特点是：①能产生进气涡流，进气门进气效率与排气门热负荷基本相同；②需用两根凸轮轴传动。所以大多数发动机都采用这样的布置。

图3-12 每缸四气门的布置

a）同名气门排成两列（串联） b）同名气门排成一列（并联）

1—T形件2—气门尾端的从动盘