3.1.2 配氣機構的形式與分類

發動機配氣機構的形式多種多樣，其主要區別是氣門布置和數量、凸輪軸布置形式及凸輪軸的傳動方式等。

1.按照氣門布置形式分類

按照氣門布置形式配氣機構可以分為氣門頂置式配氣機構和氣門側置式配氣機構。

（1）氣門頂置式配氣機構（圖3-3）氣門頂置式配氣機構的進、排氣門都倒裝在氣缸蓋上，凸輪軸則裝在曲軸箱內。其主要特點是燃燒室結構緊湊、工藝性好；充氣阻力小，充氣效率高；具有良好的抗爆性（汽油機）和高速穩定性能，易于提高發動機的動力性和經濟性指標，因此國內外汽車發動機普遍采用氣門頂置式配氣機構。

（2）氣門側置式配氣機構（圖3-4）氣門側置式配氣機構的進、排氣門裝在氣缸體的一側，如圖3-4所示。氣門側置式配氣機構的特點是氣門3的開、閉由凸輪軸14上的凸輪通過挺柱12直接控制，省去了搖臂和搖臂軸、推桿等零件，簡化了配氣機構。但是由于氣門布置在氣缸體的一側，使燃燒室的結構不緊湊，不利于壓縮比的提高，同時由于進氣彎道多，進氣流動阻力增大，充氣效率低下，所以發動機的動力性較差。目前，這種形式的配氣機構已被淘汰。

圖3-2 配氣機構零、部件

1—軸承蓋 2—半圓鍵 3—氣門彈簧下座 4—氣門導管 5—氣缸蓋 6—凸輪軸油封 7—氣門 8—回油塞 9—堵塞 10—氣門油封 11—氣門內、外彈簧 12—氣門彈簧上座 13—液壓挺柱 14—凸輪軸

圖3-3 氣門頂置式配氣機構

1—氣缸蓋 2—氣門導管 3—氣門 4—氣門主彈簧 5—氣門副彈簧 6—氣門彈簧座 7—鎖片 8—氣門室罩 9—搖臂軸 10—搖臂 11—鎖緊螺母 12—調整螺釘 13—推桿 14—挺柱 15—凸輪軸 16—正時齒輪

圖3-4 氣門側置式配氣機構

1—氣缸蓋 2—氣缸墊 3—氣門 4—氣門導管 5—氣缸體 6—氣門彈簧 7—氣缸壁 8—氣門彈簧座 9—鎖銷 10—調整螺釘 11—鎖緊螺母 12—挺柱 13—挺柱導管 14—凸輪軸

另外，也有采用進氣門頂置而排氣門側置的配氣機構，這種布置形式，進氣門尺寸不受限制，可做得較大，進氣管可以做得粗且具有較理想的形狀，降低進氣阻力，因而充氣效率較高；側置排氣門可以得到良好的冷卻。這種配氣機構結構復雜，目前僅在某些高速發動機上采用。

2.按照凸輪軸的布置形式分類

按照凸輪軸布置形式配氣機構可以分為凸輪軸上置式、中置式和下置式三種類型。三者都可用于氣門頂置式配氣機構，而氣門側置式配氣機構只能使用下置式凸輪軸。

（1）凸輪軸下置式配氣機構 凸輪軸下置的配氣機構中的凸輪軸位于曲軸箱底部靠近中部的位置，由曲軸正時齒輪驅動。這種配氣機構的優點是凸輪軸離曲軸較近，可用齒輪驅動，傳動簡單。但存在零件較多，傳動鏈長，系統彈性變形大，配氣相位準確性較低等缺點。大多數大、中型客車和貨車均采用這種方式。如圖3-1所示，解放CA6102發動機就屬于凸輪軸下置式的配氣機構。

（2）凸輪軸上置式配氣機構 凸輪軸上置式配氣機構中的凸輪軸布置在氣缸蓋上，這種結構中，凸輪軸通過搖臂（或直接）驅動氣門，沒有挺柱、推桿，使往復運動質量大大減小。因此它適用于高速發動機。但由于凸輪軸離曲軸中心線更遠，因此正時傳動機構更為復雜，而且拆裝氣缸蓋也比較困難。缸徑較小的柴油機的凸輪軸上置時給安裝噴油器也帶來困難。

上置凸輪軸的另一種形式是凸輪軸直接驅動氣門，如圖3-5所示。這種配氣機構的往復運動質量最小，對凸輪軸和氣門彈簧設計的要求也最低，因此特別適用于高速強化發動機。這在國外的高速汽車發動機上得到廣泛的應用。

（3）凸輪軸中置式配氣機構 凸輪軸中置式配氣機構把凸輪軸位置移到氣缸體的上部，由凸輪軸經過挺柱直接驅動搖臂，而省去推桿。當發動機轉速較高時，可以減小氣門傳動機構的往復運動質量，從而減少慣性力。這種類型發動機如仍舊采用齒輪傳動，由于凸輪軸和曲軸的中心距增大，必須在兩者之間加裝中間齒輪（惰輪）。圖3-6所示為YC6105QC柴油機配氣機構，是一種典型的凸輪軸中置式的配氣機構。

圖3-5 凸輪軸上置式配氣機構

1—曲軸正時帶輪 2—張緊輪 3—凸輪軸正時齒輪形帶輪 4—同步齒形帶 5、6—凸輪軸 7—氣門 8—氣門導管

圖3-6 YC6105QC柴油機配氣機構

1—搖臂 2—氣門彈簧 3—氣門導管 4—氣門座 5—氣門 6—推桿 7—挺柱 8—凸輪軸 9—曲軸

3.按曲軸和配氣凸輪軸的傳動方式分類

按照曲軸和配氣凸輪軸的傳動方式配氣機構可以分為齒輪傳動、鏈條傳動和齒型帶傳動（同步帶）傳動三種。

（1）齒輪傳動（圖3-7）由曲軸到配氣凸輪軸一般只需要一對正時齒輪，必要時加裝中間齒輪（惰性輪），適合凸輪軸下置、中置式配氣機構發動機采用。正時齒輪一般用斜齒輪并用不同材料制成，曲軸正時齒輪常用鋼材制造，凸輪軸正時齒輪常用鑄鐵或夾布膠木制造，目的是使嚙合平穩減小噪聲和磨損。所有齒輪上都有正時記號，裝配時必須按要求對齊。解放CA1091型貨車使用的是齒輪傳動。

（2）齒形帶傳動（圖3-8）現代高速發動機廣泛采用齒形帶傳動。齒形帶用氯丁橡膠制成，中間夾有玻璃纖維和尼龍織物，以增加強度。齒帶的張力可以由張緊輪進行調整。這種傳動方式可以減小噪聲，減少結構質量和降低成本。一汽奧迪轎車的采用的是同步帶傳動裝置。

（3）鏈傳動（圖3-9）優點是布置容易，若傳動距離較遠時，還可用兩級鏈傳動。缺點是結構質量及噪聲較大，鏈的可靠性和耐久性不易得到保證。

圖3-7 齒輪傳動

圖3-8 一汽奧迪轎車的同步帶傳動裝置

1—張緊輪 2—正時同步帶 3—中間軸正時帶輪 4—曲軸正時帶輪 5—凸輪軸正時帶輪

圖3-9 凸輪軸的鏈傳動裝置

1—液力張緊裝置 2—驅動液壓泵的鏈輪 3—曲軸 4—導鏈板

4.按氣門數目及布置形式分類

根據氣門數目不同發動機配氣機構可以分為二氣門和多氣門配氣機構。一般發動機都采用每缸兩氣門，即一個進氣門和一個排氣門結構。許多中高檔新型轎車發動機上普遍采用每缸多氣門結構，如三氣門、四氣門、五氣門等。如天津夏利TJ7100采用的是每缸三氣門（二進一排）結構；奔馳190E2.3L形發動機采用的是每缸四氣門結構（兩進兩排）；一汽捷達王轎車EA113型發動機采用每缸五氣門結構（三進兩排），如圖3-10所示。多氣門結構使發動機進排氣道的斷面面積大大增加，使發動機的充氣效率得到大幅度提升，從而改善了發動機的動力性及經濟性能。

（1）每氣缸兩個氣門的布置 兩氣門結構要求有較大的氣門通道斷面面積，發動機進氣進氣門直徑大于排氣門直徑。為了使發動機進氣順暢及配氣機構結構簡單，二氣門布置方式主要有以下幾種類型：

1）合用氣道（圖3-11a、b）。氣門在機體上縱向排成一列，相鄰兩個進氣門或排氣門合用一個氣道，優點是氣道簡化，并可得到較大的氣道通道面積。

2）交替布置（圖3-11c）。進、排氣門交替布置，每缸單獨用一個進、排氣道，優點是可使氣缸均勻冷卻，對熱負荷較嚴重的發動機更適宜。

3）分開布置（圖3-11d）。進、排氣道分置于機體兩側，對于柴油機來說，為了避免排氣加熱進氣，常把進、排氣道分置于發動機機體兩側，對于汽油機來說，為了使汽油更好地霧化，需采用排氣歧管的廢氣熱量對發動機進行預熱，進、排氣道多置于機體同一側。

圖3-10 一汽捷達王轎車EA113型發動機的五氣門結構

圖3-11 兩氣門的布置形式

（2）每氣缸四個氣門的布置 四氣門結構一般是兩個進氣門，兩個排氣。其排列形式主要有兩種：

1）串聯形式 如圖3-12a所示，即同名氣門排成兩列，其主要特點是：①可通用一根凸輪軸及驅動桿傳動；②進氣門間的進氣效率有差異；③排氣門的熱負荷也不相同。所以現在這種排列方式已經很少采用。

2）并聯形式 如圖3-12b所示，即同名氣門排成兩列，其主要特點是：①能產生進氣渦流，進氣門進氣效率與排氣門熱負荷基本相同；②需用兩根凸輪軸傳動。所以大多數發動機都采用這樣的布置。

圖3-12 每缸四氣門的布置

a）同名氣門排成兩列（串聯） b）同名氣門排成一列（并聯）

1—T形件2—氣門尾端的從動盤