项目三配气机构

1、项目三 配气机构知识目标：1.掌握配气机构的功用、组成、工作原理及结构形式；2.熟悉可变配气相位； 能力目标：1.握配气机构异响故障的诊断；2.掌握气门间隙的调整方法。 配气机构是控制发动机进气和排气的装置，它应能保证发动机进气充分、排气（废气）干净，对现代汽车发动机转速的提高、性能的改善有着重要意义。现代轿车发动机多采用多气门、凸轮轴上置、齿形带传动式结构。一些高性能轿车发动机采用可变配气相位和气门升程电子控制系统，它能根据发动机的运行状况而改变发动机的配气相位和气门升程，使发动机在所有工作转速下都能获得较佳的配气相位和气门升程，从而提高发动机的动力性和经济性。 本模块主要介绍配气机构的类型

2、、组成、工作原理、配气相位、常见故障的诊断等内容。一、配气机构的作用和组成 （一）配气机构的作用 配气机构是控制发动机进气和排气的装置。其作用是根据发动机的工作顺序和各缸工作循环的要求，定时开启和关闭进、排气门，使新鲜可燃混合气（汽油机）或空气（柴油机）准时进入气缸，废气得以及时排出气缸。 进入气缸内的新鲜可燃混合气或空气（也称进气量）对发动机性能的影响很大。进气量越多，发动机的有效功率和转矩越大。因此，配气机构首先要保证进气充分，进气量尽可能多。同时，废气要排除干净，因为气缸内残留的废气越多，进气量将会越少。其次，配气机构的运动件应该具有较小的质量和较大的刚度，以使配气机构具有良好的动力特性

3、。（二）配气机构的组成 发动机配气机构基本可分成两部分：气门组和气门传动组。 气门组用来封闭进、排气道，主要零件包括气门、气门座、气门弹簧和气门导管等。气门组的组成与配气机构的形式基本无关，但结构大致相同。 气门传动组是从正时齿轮开始至推动气门动作的所有零件，作用是使气门定时开启和关闭，它的组成视配气机构的形式不同而异，主要零件包括正时齿轮(正时链轮和链条或正时带轮和正时带)、凸轮轴、挺杆、推杆、摇臂轴和摇臂等。 发动机工作时，曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴旋转，使凸轮轴上的凸轮凸起部分通过挺杆和推杆推动摇臂绕摇臂轴摆转，摇臂的另一端便向下推开气门，并使气门弹簧进一步压缩。 当凸轮的顶点转过挺杆后

4、，气门在气门弹簧的弹力作用下，开度开始逐渐减小，直至最后关闭。二、 配气机构的分类和工作原理 （一）配气机构的分类 发动机配气机构形式多种多样，其主要区别是气门布置形式和数量、凸轮轴布置形式和驱动方式。 1.按气门布置形式分类 按气门布置形式分类可分为侧置气门和顶置气门，其中顶置气门应用最广泛，侧置气门已被淘汰。以下配气机构如果不特别说明，则都为顶置气门式。 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。为了进一步提高气缸的换气性能，许多中、高级新型轿车的发动机上普遍采用每缸多气门结构，如三气门、四气门以及五气门等，其中以四气门为多见。如图3-1所示为奥迪V8发动机每缸五气门(三

5、个进气门、两个排气门)结构。图3-1 奥迪车五气门示意图气门数目的增加，使发动机的进、排气通道的断面面积大大增加，提高充气效率，改善了发动机的动力性能。 2.按凸轮轴的传动方式分类 配气机构按凸轮轴的传动方式分有齿轮传动式、链条传动式和齿形带传动式，如图3-2所示。 由于四冲程发动机每完成一个工作循环，曲轴旋转2圈，而各缸只进、排气1次，即凸轮轴只需转1圈，所以曲轴与凸轮轴的传动比为21。 （a）齿轮传动式 （b）链条传动式 （c）齿形带传动式图3-2凸轮轴的传动方式（1）齿轮传动式 凸轮轴下置式、中置式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，如图3-2（

6、a）所示，多用于汽油机，如CA6102、EQ6100-1型汽油机。采用这种传动，若齿轮直径过大，可在中间加装一个惰轮，如图3-3所示，柴油机多采用这种结构，如CA6110、YC6105、QC 6120型柴油机。 凸轮轴正时齿轮大，曲轴正时齿轮小，通常采用斜齿，以保证传动平稳。安装时，齿轮上的正时记号必须对准，确保配气正时。（1）齿轮传动式 凸轮轴下置式、中置式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，如图3-2（a）所示，多用于汽油机，如CA6102、EQ6100-1型汽油机。采用这种传动，若齿轮直径过大，可在中间加装一个惰轮，如图3-3所示，柴油机多采用这

7、种结构，如CA6110、YC6105、QC 6120型柴油机。 凸轮轴正时齿轮大，曲轴正时齿轮小，通常采用斜齿，以保证传动平稳。安装时，齿轮上的正时记号必须对准，确保配气正时。、正时记号图3-3加中间惰轮的齿轮传动（柴油机用） （2）链条传动式 凸轮轴上置式配气机构的凸轮轴离曲轴较远，采用链条传动或齿形带传动。 采用链条传动时，在曲轴和凸轮轴上装有链轮，曲轴通过链条驱动凸轮轴，在链条侧面有张紧机构和链条导板，利用张紧机构调整链条张力，如图3-2（b）所示。其特点是工作可靠，使用寿命长，但工作噪声大，润滑、维修较麻烦。 （3）齿形带传动式 从20世纪80年代初开始，齿形带传动逐渐得到广泛使用。与

8、链条传动相似，采用齿形带传动时，曲轴上的齿形带轮通过齿形带驱动凸轮轴上的齿形带轮，并用张紧轮调整齿形带张力，如图3-2（c）所示。齿形带由纤维和橡胶制成，一面具有齿形，另一面是平面。齿形带传动噪声小，不需要润滑。齿形带要求汽车每行驶1×104检查一次，以确保工作可靠。上海别克、奥迪、桑塔纳等轿车均采用这种传动。安装时和齿轮传动式一样，在主动轮和被动轮上都有正时记号，必须按要求对准正时记号，以确保配气正时。 3.按凸轮轴布置形式和驱动方式分类 （1）凸轮轴下置式：大多数载货汽车和大中型客车发动机都采用这种结构形式，如图3-4所示。气门组由气门、气门导管。气门弹簧、气门弹簧座和气门锁片等

9、组成。气门传动组由凸轮轴、凸轮轴正时齿轮、挺柱、推杆、摇臂和摇臂轴等组成。其结构特点是凸轮轴平行布置在曲轴一侧，位于气门组下方，配气机构的工作通过曲轴和凸轮轴之间的一对正时齿轮将曲轴的动力传给凸轮轴来带动。图3-4 凸轮轴下置式配气机构凸轮轴下置式配气机构的工作情况如图3-5所示。发动机工作时，曲轴通过正时齿轮带动凸轮轴旋转。当凸轮轴上凸轮的凸起部分向上运动时，依次顶起气门挺柱、推杆和调整螺钉，使摇臂绕其轴摆转，摇臂的另一端便向下推动气门，气道被逐步打开，同时使气门弹簧受到压缩。当凸轮的凸尖上升到最高位置时，气门开度最大，如图3-5（a）所示。当凸轮的凸尖离开挺柱以后，在气门弹簧弹力的作用下，

10、气门开度逐渐减小，待气门及其传动件恢复原位后，气门关闭，如图3-5（b）所示。 发动机在压缩和做功行程中，气门在其弹簧张力的作用下严密关闭，使气缸密封。图3-5凸轮轴下置式配气机构的结构和工作简图（2）凸轮轴中置式：一些速度较高的柴油机将凸轮轴位置抬高到缸体上部，如图3-6所示。图3-6 凸轮轴中置式配气机构 配气机构工作原理如图3-7所示。发动机工作时，正时齿轮带动凸轮轴旋转，当发动机需要进行换气行程时，凸轮凸起部分通过挺柱、推杆以及高速螺钉推动摇臂摆转，使得摇臂的另一端向下推开气门，并压缩气门弹簧。凸轮凸起部分的顶点转过挺柱后，凸轮对挺柱的推力减小，气门在弹簧张力下逐渐关闭，凸轮凸起部分离

11、开挺柱时，气门完全关闭，换气行程结束，压缩和做功行程开始。气门在弹簧张力作用下严密关闭，使气缸密闭。 （a)气门关闭 （b)气门打开 （c)气门关闭 图3-7 配气机构工作原理 （3）凸轮轴上置式：现代轿车使用的高速发动机大多采用这种结构形式，如图3-8所示。凸轮轴仍与曲轴平行布置，但位于气门组上方，凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门开启和关闭，省去了推杆，使往复运动质量大大减小，但此种布置使凸轮轴距离曲轴较远，因此，不方便使用齿轮传动，现多采用同步齿形胶带传动，这种结构形式的气门传动组主要由凸轮轴、同步齿形胶带、挺柱、摇臂及摇臂轴等组成。 凸轮轴上置式配气机构有单上置和双上置之分。 单上置凸轮轴式

12、配气机构。单上置凸轮轴式配气机构在缸盖上布置1根凸轮轴驱动进、排气门。通过挺柱驱动的称直接驱动式（见图3-9），通过摇臂驱动的称摇臂驱动式，如图3-10所示。 图3-9凸轮轴直接驱动气门 图3-10摇臂驱动 双上置凸轮轴式配气机构。双上置凸轮轴式配气机构是在气缸盖上布置2根凸轮轴，一根驱动进气门，一根驱动排气门，如图3-11、图3-12所示。这种结构有利于多气门的布置。图3-11 气门双上置式凸轮轴配气机构 图3-12 气门双上置式凸轮轴配气机构由上述工作过程可知：传动组的运转使气门开启，气门弹簧释放张力使气门关闭；凸轮的轮廓曲线则决定了气门的开闭时刻与规律。每次打开气门时摇臂压缩气门弹簧，为

13、关闭气门积蓄能量。 （二）配气相位 新鲜空气或可燃混合气被吸入气缸愈多，则发动机可能发出的功率愈大。新鲜空气或可燃混合气充满气缸的程度，用充气效率表示。充气效率越高，表明进入气缸的新气越多，可燃混合气燃烧时可能放出的热量也就越大，发动机的功率越大。 发动机在换气行程中，若能够做到排气彻底、进气充分，则可以提高充气系数，增大发动机输出的功率。四冲程发动机的每一个工作行程曲轴要旋转180º。由于现代发动机转速很高，一个行程经历的时间是很短的。如上海桑塔纳的四冲程发动机，在最大功率时的发动机转速达到5600rmin，一个行程的时间只有O.0054s。在如此短的进气和排气行程中，很难达到进气

14、充分，排气彻底。为改善换气行程，提高发动机性能，实际发动机的气门开启和关闭并不在上、下止点，而是适当提前或滞后，即气门开启过程都大于180º曲轴转角。用曲轴转角表示气门开启与关闭时刻和开启的持续时间，称为配气相位，如图3-13所示。 图3-13 配气相位图 1.进气提前角 在排气行程接近完成时，活塞到达上止点之前,进气门便开始开启。从进气门开始开启到上止点所对应的曲轴转角称为进气提前角，用表示。一般值为10º30º。进气门早开，使得活塞到达上止点开始向下移动时，进气门已有一定开度，所以可较快地获得较大的进气通道截面，减少进气阻力。 2.进气迟闭角 在进气行程到达下

15、止点时，进气门并未关闭，而是在活塞上行一段距离后才关闭。从活塞位于下止点至进气门完全关闭时对应的曲轴转角称为进气迟闭角，用表示。一般值为40º80º。活塞在到达下止点时，气缸内的压力仍低于大气压力，且气流还有相当大的惯性，适当延迟关闭进气门，可利用压力差和气流惯性继续进气。进气门开启持续时间内的曲轴转角，即进气持续角为+180º+，约为230º290º。 进气门早开和迟关的目的 进气门早开，则活塞到达上止点开始向下止点运动时，进气门已有一定开度，使新鲜气体顺利进入气缸。进气门迟关可充分利用气流的惯性和缸内外的压力差继续进气，加上进气门早开和迟关

16、增加了进气时间。可见，进气门早开、迟关能增加气缸的充气量。 3.排气提前角 在做功行程的后期，活塞到达下止点前，排气门便开始开启。从排气门开始开启到活塞到达下止点时所对应的曲轴转角称为排气提前角，用表示。一般值为40º80º。做功行程接近结束时，气缸内的压力约为0.3O.5MPa，做功作用已经不大，此时提前打开排气门，高温废气迅速排出，减小活塞上行排气时的阻力，减少排气时的功率损失。高温废气提早迅速排出，还可防止发动机过热。 4.排气迟闭角 排气门是在活塞到达上止点后，又开始下行一段距离后才关闭的。从活塞位于上止点到排气门完全关闭时所对应的曲轴转角称为排气迟闭角，用表示。一

17、般咖数值为10º30º。活塞到达上止点时，气缸内的压力仍高于大气压，由于气流有一定的惯性，排气门适当延迟关闭可使废气排得更干净。排气门开启持续时间内的曲轴转角，即排气持续角为+180+，约为230º290º。 排气门早开，使废气能利用自身压力迅速、自由地排出气缸，减小排气行程活塞上行的阻力，可缩短废气在气缸内的停留时间，防止发动机过热。排气门迟关，可利用废气压力和废气流的惯性继续排气，加上排气门早开和迟关延长了排气时间。所以，排气门早开、迟关可以使气缸内的废气排除得更为干净。 5.气门叠开与气门叠开角 由于进气门早开和排气门晚关，在活塞位于排气上止点附近

18、，出现一段进、排气门同时开启的现象，称为气门叠开。同时开启的角度，即进气门提前角与排气门迟后角之和称为气门重叠角。气门叠开时气门的开度很小，且新鲜气流和废气流有各自的惯性，在短时间内不会改变流向，适当的叠开角，不会出现废气倒流进气道和新鲜气体随废气排出的现象。相反，进入气缸内部的新鲜气体可增加气缸内的气体压力，有利于废气的排出。 进气提前角大或排气迟后角大使重叠角(+)增大时，将导致废气倒流、新鲜气体随废气排出的现象，对汽油机则直接造成燃料的浪费。相反，若气门重叠角过小，则使得进气阻力增大或“浪费”废气气流惯性。 对发动机性能影响最大的是进气迟闭角。过小，进气门关闭过早影响进气量；过大，进气门

19、关闭过晚，进入气缸内的气体重新又压回到进气道内，影响发动机的进气量。 排气提前角大，高温高压气体过早排出气缸，造成发动机功率下降，油耗增大，排气管产生放炮等现象。但排气提前角过小，则排气阻力增大，增加发动机功率消耗，还可能造成发动机过热。实际中，气门究竟何时打开，又何时关闭最为合适?合理的配气相位是根据发动机结构形式、转速等因素通过反复试验确定的，由凸轮的形状及配气机构保证。 需要指出的是，传统发动机的配气相位，只有当发动机在某一特定转速下运转时才是最合适的。随着电子控制技术在汽车发动机的推广应用，配气相位随转速、负荷变化而自动调整的可变配气发动机，也越来越普遍，如丰田的VVT-i、本田的VT

20、EC、奔驰公司的VALVETRONIC装置等。 由上面的分析可知，配气相位包括、 、180° 、180°等角度，是一个很具体的概念。最有利的配气相位是由制造厂家通过反复试验来确定的。部分发动机的配气相位见表3-1。表3-1部分发动机的配气相位型号 进气门 排气门 气门重叠角 开启提前角 关闭延迟角 持续角 180°+ 开启提前角 关闭延迟角 持续角 180°+ AJR 上止点后1.2° 375° 21625° 408 ° 上止点前455° 216.25° 0° 上海大众帕萨特B5 上止

21、点后9° 36° 207° 38° 上止点前8° 210° 1° 462Q 51° 79° 310° 83° 47° 310° 98° CA6110 15° 45° 240° 45° 15° 240° 30° 6BTA5.9 10° 30° 220° 58° 10° 248° 20° 6.气门间隙 （1）气门间隙的含义

22、 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（气门完全关闭）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。如图3-14所示。图3-14气门间隙凸轮轴下置式配气机构的气门间隙是指气门杆端与摇臂之间的间隙，它用摇臂上的调整螺钉进行调整。 凸轮轴上置式配气机构的气门间隙的检查和调整部位随气门的驱动方式不同而异，对摇臂驱动式，气门间隙是指凸轮基圆与摇臂之

23、间的间隙（如夏利TJ376Q型发动机）或调整螺钉与气门杆端之间的间隙（如富康TU32K、462Q型发动机），它用摇臂上的调整螺钉进行调整；对直接驱动式，气门间隙是指凸轮与挺柱之间的间隙，它用装在挺柱头部凹槽内的垫片来调整。气门间隙的大小由发动机制造厂根据试验确定。一般在冷态时，进气门间隙为0.25-0.35mm，排气门间隙为0.30-0.35mm。在使用和维修中，必须将气门间隙调整到合乎标准值范围。对采用液压挺柱的发动机，由于挺柱的长度能自动变化，以随时补偿气门的热膨胀量，故不需要预留气门间隙，如奥迪、上海别克、广州本田雅阁和桑塔纳等轿车的发动机。采用液压挺柱的。对采用液压挺柱的发动机，由于挺

24、柱的长度能自动变化，以随时补偿气门的热膨胀量，故不需要预留气门间隙，如奥迪、上海别克、广州本田雅阁和桑塔纳等轿车的发动机。采用液压挺柱的。 （2）气门间隙过大、过小的危害气门间隙的大小，对发动机的工作和性能影响很大。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续时间减少，气缸的充气以及排气情况变坏。 （3）气门间隙的调整气门间隙的调整是发动机维修中必须进行的一项作业。其调整方法有逐缸调整法和两次调整法（也称快速调整法）2种。调整时，挺柱（或摇臂）必

25、须落在凸轮的基圆上，在其他情况下调整出来的气门间隙是不正确的。 逐缸调整法逐缸调整气门间隙的要领是（以凸轮轴下置式配气机构为例）： a.使第一缸活塞处于压缩行程的上止点位置。 b.调整第一缸的进、排气门间隙。先松开调整螺钉的锁紧螺母，一边用螺丝刀转动调整螺钉，一边将厚薄规插入气门杆与摇臂之间（厚薄规的厚度与所调气门的规定间隙值相同），一直调到能轻轻拔出厚薄规的程度后拧紧锁紧螺母，以防发动机工作中因调整螺钉松动而改变气门间隙。c.其余各缸气门间隙的调整按以上方法进行。 两次调整法 由于逐缸调整法的工作效率低，故在生产实践中普遍采用两遍调整法调整气门间隙，即当第一缸活塞处于压缩行程上止点时，调整所

26、有气门的半数，再摇转曲轴一周（指四冲程发动机），便可调整其余的半数气门。 如工作顺序为1-3-4-2的直列四缸发动机，当第一缸处于压缩行程上止点时，能同时调整气门间隙的气门是：第一缸的进、排气门，第二缸的进气门，第三缸的排气门；当转动曲轴一周，使第四缸处于压缩行程上止点位置时，可以调整余下的半数气门。对工作顺序为1-5-3-6-2-4的直列六缸发动机，当第一缸处于压缩行程上止点时，能同时调整的气门为：第一缸的进、排气门，第二、四缸的进气门，第三、五缸的排气门；当转动曲轴一周，使第六缸处于压缩行程上止点时，余下的半数气门即可调整。 两次调整法调整气门间隙的具体操作方法与逐缸调整法相同。活动二 气

27、门组的构造与维修一、气门组的结构 （一）气门组 气门组在配气机构中相当于一个阀门，作用是准时接通和切断进排气系统与气缸之间的通道。气门组一般由气门、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座及锁片（锁销）等组成，如图3-15所示。图3-15 气门组结构 图3-15 气门组结构 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；气门导管与气门杆的上下运动有良好的导向；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。 气门的作用是封闭进、排气通道。气门的工作条件十分恶劣，气

28、门头部的工作温度很高，进气门可达570-670K(K为热力学温度，换算关系为：T/=T/K-273.15)；排气门更高，可达1050-1200K；气门头部要承受气体压力、气门弹簧力及传动组零件惯性力的作用；气门冷却和润滑条件差；还要接触气缸内燃烧生成物中的腐蚀介质。因此，要求气门必须具有足够的强度、刚度、耐热、耐腐蚀和耐磨能力。但是由于进、排气门的工作条件有所不同，因此使用的材料也有所区别。进气门的材料一般采用合金钢(如铬钢或镍铬钢等)，排气门由于热负荷大，一般采用耐热合金钢(硅铬钢、硅铬钼钢等)；有的排气门为了降低成本，头部采用耐热钢，而杆部用铬钢，然后将二者焊在一起。 1.气门的结构 气门

29、由头部和杆部两部分组成，如图3-16（a）所示，气门头部与气门座配合实现密封气缸的进、排气通道的作用，气门杆部则主要为气门的运动导向。（a)气门的结构 （b)气门头部形状图3-16 气门结构气门头部由顶部和密封锥面组成。如图3-16（b）所示为气门头部形状。 （1）气门顶部。平顶是大多数发动机采用的一种方式，它吸热面积小，结构简单，制造方便，质量小，进、排气门均可采用。 喇叭形顶与杆身的过渡部分具有流线型，气体流动阻力小，且质量轻，惯性小。但顶部受热面积大，适合做进气门，不宜做排气门。 球面顶的强度高，排气阻力小，废气清除效果好，适合做排气门。但球面顶形状受热面积大，质量和惯性力大，加工也复杂

30、。 （2）气门密封锥面。气门密封锥面是与杆身同心的圆锥面，用来与气门座接触，起到密封气道的作用。采用密封锥面具有密封性和导热性好；气门落座时，有自定位作用；避免气流拐弯过大而降低流速；能挤掉接触面的沉淀物，起到自洁作用的特点。气门密封锥面与顶平面之间的夹角，称为气门锥角，如图3-17所示。在气门升程相同的情况下，减小气门锥角小，可获得较大的气流通过截面，进气阻力较小。但气门锥角过小，其头部边缘变薄，刚度降低，致使气门头部与气门座的密封性和导热性均变差。气门锥一般有45º、30º两种。排气门温度高，导热要求也高，其锥角大多为45º。锥形工作面的作用： 能提高密封性和

31、导热性。 气门落座时，有自定位作用。 避免气流拐弯过大而降低流速。 能挤掉接触面的沉淀物，起自洁作用。 一般气门锥角比气门座或气门座圈锥角稍小一些，其作用是使二者不以锥面的全宽接触，这样可增加密封锥面的接触压力，加速磨合，并能切断和挤出二者之间的任何积垢或积炭，保持锥面良好密封性。图3-17 气门锥角图3-17 气门锥角气门顶边缘与气门密封锥面之间的厚度，一般为1-3mm，以防止在工作中受冲击损坏或被高温气体烧坏。为了减少进气阻力，提高气缸的充气效率，多数发动机进气门的头部直径比排气门的大。为保证良好密合，装配前应将气门头与气门座二者的密封锥面互相研磨。研磨好的零件不能互换。 排气门热负荷特别

32、高，为了改善其导热性能，有些如捷达EA113五气门发动机的排气门，采用了充钠技术，如图3-18所示。其原理是：钠在约为1243K时变为液态，液态钠具有良好的热传导能力，利用液态钠的来回运动，热量迅速地从气门头部传到根部。排气门的这种内部冷却方式既提高了气门的使用寿命，又降低了混合气自燃的危险。图3-18 充钠排气门2.气门杆 气门杆与气门导管配合，为气门开启与关闭过程中的上下运动导向。气门杆为圆柱形，发动机工作时，气门杆在气门导管中不断上下往复运动，而且润滑条件极为恶劣。因此，要求气门杆与气门导管有一定的配合精度和耐磨性，气门杆表面都经过热处理和磨光，气门杆与头部之间的过渡应尽量圆滑，不但可以

33、减小应力集中，还可以减少气流阻力。 3.每缸气门数 一般发动机每个气缸有两个气门，即一个进气门和一个排气门。进气门头部直径比排气门大1530，目的是增大进气门通过断面面积，减小进气阻力，增加进气量。凡是进气门和排气门数量相同时，进气门头部直径总比排气门大。每缸两气门的发动机又称两气门发动机。现代高性能汽车发动机普遍采用每缸三、四、五个气门，其中尤以四气门发动机为数最多。 图3-19 每缸气门数的类型四气门发动机每缸两个进气门，两个排气门。其突出的优点是气门通过断面积大，进、排气充分，进气量增加，发动机的转矩和功率提高。其次是每缸四个气门，每个气门的头部直径较小，每个气门的质量减轻，运动惯性力减

34、小，有利于提高发动机转速。最后，四气门发动机多采用篷形燃烧室，火花塞布置在燃烧室中央，有利于燃烧。图3-20 四气门发动机图3-20 四气门发动机 4.气门座与气门座圈 气缸盖上与气门锥面相贴合的部位称气门座。气门座的温度很高，又承受频率极高的冲击载荷，容易磨损。因此，铝气缸盖和大多数铸铁气缸盖均镶嵌由合金铸铁或粉末冶金或奥氏体钢制成的气门座圈。在气缸盖上镶嵌气门座圈可以延长气缸盖的使用寿命。也有一些铸铁气缸盖不镶气门座圈，直接在气缸盖上加工出气门座。 5.气门导管 气门导管的功用是对气门的运动导向，保证气门作直线往复运动，使气门与气门座或气门座圈能正确贴合。此外，还将气门杆接受的热量部分地传

35、给气缸盖。气门导管的工作温度较高，而且润滑条件较差，靠配气机构工作时飞溅起来的机油来润滑气门杆和气门导管孔。气门导管由灰铸铁、球墨铸铁或铁基粉末冶金制造。在以一定的过盈将气门导管压入气缸盖上的气门导管座孔之后，再精铰气门导管孔，以保证气门导管与气门杆的正确配合间隙。图3-22 气门导管 6.气门弹簧 气门弹簧的功用是保证气门关闭时能紧密地与气门座或气门座圈贴合，并克服在气门开启时配气机构产生的惯性力，使传动件始终受凸轮控制而不相互脱离。 气门弹簧一般为等螺距圆柱形螺旋弹簧。当气门弹簧的工作频率与其固有的振动频率相等或为整数倍时，气门弹簧就会发生共振。共振时将使配气定时遭到破坏，使气门发生反跳和

36、冲击，甚至使弹簧折断。为防止共振的发生，可采取下列结构措施： （1）采用双气门弹簧 在柴油机和高性能汽油机上广泛采用每个气门安装两个直径不同，旋向相反的内、外弹簧。由于两个弹簧的固有频率不同，当一个弹簧发生共振时，另一个弹簧能起到阻尼减振作用。采用双气门弹簧可以减小气门弹簧的高度，而且当一个弹簧折断时，另一个弹簧仍可维持气门工作。弹簧旋向相反，可以防止折断的弹簧圈卡入另一个弹簧圈内使其不能工作或损坏。 （2）采用变螺距气门弹簧 某些高性能汽油机采用变螺距单气门弹簧。变螺距弹簧的固有频率不是定值，从而可以避开共振。 （3）采用锥形气门弹簧 锥形气门弹簧的刚度和固有振动频率沿弹簧轴线方向是变化的，

37、因此可以消除发生共振的可能性。图3-23 气门弹簧 7.气门旋转结构 当气门工作时，如能产生缓慢的旋转运动，可使气门头部周向温度分布比较均匀，从而减小气门头部的热变形。同时，气门旋转时，在密封锥面上产生轻微的摩擦力，能够清除锥面上的沉积物。图3-24 气门旋转结构二、气门组常见故障 （一）气门开闭不正时 当气门开闭不正时，会出现发动机功率下降、化油器回火现象。若进气门开启过早，因进气管内压力较低，废气会倒流入进气管，导致化油器回火并使进气不足。若关闭过早时，造成进气不充分而使发动机功率下降。若进气门迟开启，会因进气晚而影响进气量。进气门迟关同样会将部分可燃气排出，使充气不足，导致发动机功率下降

38、。排气门迟开启，会使排气不畅，气缸内遗留废气加多，并对活塞阻力加大，引起发动机功率下降。 1.故障原因 （1）气门间隙不当。气门间隙过大时，会使气门迟开早闭；气门间隙过小时，会使气门早开迟闭。 （2）磨损。凸轮磨损后会使气门升程减小正时齿轮轮齿或齿形带齿磨损 使啮合间隙加大。 （3）气门推杆弯曲，使气门迟开早闭。 （4）凸轮轴质量差会在使用中出现扭曲变形，导致凸轮之间的夹角发生变化。 （5）安装不当。一对正时齿轮或正时齿轮与齿形胶带（或链条）等传动时，记号没对正或原安装记号有误。 （6）配气机构有关机件的累计磨损量加大，或气门调整不当，使气门开闭不正时。 2.故障检修 （1）检查气门间隙。当气

39、门挺杆座落在凸轮的基圆上（气门关闭）时，用塞尺测量并调整气门间隙。 （2）检查配气相位。检查配气相位要在调整好气门间隙后再进行。配气相位总体调整可用偏位法。此方法是通过改变凸轮轴正时齿轮半圆键的断面形状，即将键断面形状由矩形改为阶梯形，从而使正时齿轮与凸轮轴的位置相对提前或延后一个角度进行调整的。 （3）检查气门推杆的弯曲情况，若有弯曲时应校直。 （4）调整气门间隙方法是：在气门完全关闭时，松开调整螺钉上的锁紧螺母，旋转调整螺钉，改变气门间隙。调好后再将锁紧螺母锁牢。（二）气门漏气 1.故障原因 （1）气门与其座圈工作锥面磨损、烧蚀，有积炭或其他异物。 （2）机械杂质粘附在气门密封带上，使气门

40、关闭不严，或气门座圈镶人气缸盖上的过盈量小，工作时座圈反复受冲击和温度变化使座圈与气缸盖(体)密封不严。 （3）气门锁销或锁片损伤或脱落后，使气门关闭不严。 （4）气门杆与导管之间的间隙过大，或在其导管内发涩或卡住，导致气门杆晃动或气门关闭时受阻。 （5）气门杆弯曲或折断，气门头部歪斜使气门失去密封作用。 （6）气门间隙不足或气门关闭时的落座压力不足(气门弹簧弹力减弱或折断)。 2.故障检修 （1）气门头部歪曲可在专用胎模中冷校正，用压床冲头压平气门顶面。气门锥面可在气门锥面磨光机上进行磨削。 （2）气门杆部的校直，可在V形架上用手动压力机压校，气门杆磨损后，可在无心磨床上重磨，但要配用减小孔

41、径的导管。 （3）气门杆端如被摇臂或挺杆螺钉磨凹时，可磨平使用，但累积磨低量不宜大于1.5mm。其他如气门杆的镀铬修理，在有条件且经济合算时，可以考虑。 （4）磨旷了的气门导管应更换，换导管时应使导管伸人的深度适当。过深时气流阻力加大，受热冲刷面积大，不利于排气门散热。 （5）气门密封性检验。用软铅笔在垂直于气门工作面接触带的地方向上，均匀地划上若干道线条（每隔 4-5mm划一条），让气门在其座上旋转1/8-1/4转，再查看线铅笔线被切断情况，若线条全被切断，说明密封良好，否则气门漏气。查看气门密封性的方法还有许多，如气压检查，漏光检查等 。活动三 气门传动组的构造与维修一、气门传动组的构造

42、（一）凸轮轴 1.凸轮轴工作条件及材料 凸轮轴承受周期性的冲击载荷。凸轮与挺柱之间的接触应力很大，相对滑动速度也很高，因此，凸轮工作表面的磨损比较严重。 2.凸轮轴构造 凸轮轴是通过凸轮轴轴颈支承在凸轮轴轴承孔内的，因此凸轮轴轴颈数目的多少是影响凸轮轴支承刚度的重要因素。如果凸轮轴刚度不足，工作时将发生弯曲变形，这会影响配气定时。下置式凸轮轴每隔12个气缸设置一个凸轮轴轴颈。图3-25 下置式凸轮轴的结构 图3-26 凸轮轮廓进、排气门开启和关闭的时刻、持续时间以及开闭的速度等分别由凸轮轴上的进、排气凸轮控制。转速较低的发动机，其凸轮轮廓由几段圆弧组成，这种凸轮称为圆弧凸轮。高转速发动机则采用

43、函数凸轮，其轮廓由某种函数曲线构成。O点为凸轮轴回转中心，凸轮轮廓上的 AB 段和 DE 段为缓冲段，BCD 段为工作段。挺柱在 A 点开始升起，在 E 点停止运动，凸轮转到 AB 段内某一点处，气门间隙消除，气门开始开启。此后随着凸轮继续转动，气门逐渐开大，至 C 点气门开度达到最大。再后气门逐渐关闭，在 DE 段内某一点处气门完全关闭，接着气门间隙恢复。气门最迟在 B 点开始开启，最早在 D 点完全关闭。由于气门开始开启和关闭落座时均在凸轮升程变化缓慢的缓冲段内，其运动速度较小，从而可以防止强烈的冲击。 凸轮轴上各同名凸轮(各进气凸轮或各排气凸轮)的相对角位置与凸轮轴旋转方向、发动机工作顺

44、序及气缸数或作功间隔角有关。如果从发动机风扇端看凸轮轴逆时针方向旋转，则工作顺序为1-3-4-2的四缸发动机其作功间隔角为720°4180°曲轴转角，相当于90°凸轮轴转角，即各同名凸轮间的夹角为90°。对于工作顺序为1-5-3-6-2-4的六缸发动机，其同名凸轮间的夹角为60°。同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置即异名凸轮相对角位置，决定于配气定时及凸轮轴旋转方向。图3-27 同名凸轮的相对角位置3.凸轮轴轴承 中置式和下置式凸轮轴的轴承一般制成衬套压入整体式轴承座孔内，再加工轴承内孔，使其与凸轮轴轴颈相配合。上置式凸轮轴的轴承多由上、下两片

45、轴瓦对合而成，装入剖分式轴承座孔内。轴承材料多与主轴承相同，在低碳钢钢背上浇敷减摩合金层。也有的凸轮轴轴承采用粉末冶金衬套或青铜衬套。 4.凸轮轴传动机构 凸轮轴由曲轴驱动，其传动机构有齿轮式、链条式及齿形带式。齿轮传动机构用于下置式和中置式凸轮轴的传动。汽油机一般只用一对定时齿轮，即曲轴定时齿轮和凸轮轴定时齿轮。柴油机需要同时驱动喷油泵，所以增加一个中间齿轮。为了保证齿轮啮合平顺，噪声低，磨损小，定时齿轮都是圆柱螺旋齿轮并用不同的材料制造。曲轴定时齿轮用中碳钢制造，凸轮轴定时齿轮则采用铸铁或夹布胶木。为了保证正确的配气定时和喷油定时，在传动齿轮上刻有定时记号，装配时必须对正记号。 链传动机构

46、用于中置式和上置式凸轮轴的传动，尤其是上置式凸轮轴的高速汽油机采用链传动机构的很多。链条一般为滚子链，工作时应保持一定的张紧度，不使其产生振动和噪声。为此在链传动机构中装有导链板并在链条的松边装置张紧器。图3-29 链传动机构 图 3-30 齿形带传动机构齿形带传动机构用于上置式凸轮轴的传动。与齿轮和链传动机构相比具有噪声小、质量轻、成本低、工作可靠和不需要润滑等优点。另外，齿形带伸长量小，适合有精确定时要求的传动。因此，被越来越多的汽车发动机特别是轿车发动机所采用。齿形带由氯丁橡胶制成，中间夹有玻璃纤维，齿面粘覆尼龙编织物(右图)。在使用中不能使齿形带与水或机油接触，否则容易引起跳齿。齿形带

47、轮由钢或铁基粉末冶金制造。为了确保传动可靠，齿形带需保持一定的张紧力，为此在齿形带传动机构中也设置由张紧轮与张紧弹簧组成的张紧器。 5.凸轮轴的轴向定位 为了限制凸轮轴在工作中产生的轴向移动或承受螺旋齿轮在传动时产生的轴向力，凸轮轴需要轴向定位。凸轮轴轴向移动量过大，对于由螺旋齿轮传动的凸轮轴，会影响配气定时。上置式凸轮轴通常利用凸轮轴承盖的两个端面和凸轮轴轴颈两侧的凸肩进行轴向定位。中、下置式凸轮轴的轴向定位通常采用止推板。止推板用螺栓固定在机体前端面上。第三种轴向定位的方法是止推螺钉定位。图3-31 凸轮轴轴向定位方式（二）挺柱 1.挺柱的功用、材料及分类 挺柱是凸轮的从动件，其功用是将来

48、自凸轮的运动和作用力传给推杆或气门，同时还承受凸轮所施加的侧向力，并将其传给机体或气缸盖。制造挺柱的材料有碳钢、合金钢、镍铬合金铸铁和冷激合金铸铁等。挺柱可分为机械挺柱和液力挺柱两大类，每一类中又有平面挺柱和滚子挺柱等多种结构形式。 2.机械挺柱 机械挺柱的结构结构简单，质量轻，在中、小型发动机中应用比较广泛。挺柱上的推杆球面支座的半径比推杆球头半径略大，以便在两者中间形成楔形油膜来润滑推杆球头和挺柱上的球面支座。 3.液力挺柱 在配气机构中预留气门间隙将使发动机工作时配气机构产生撞击和噪声。为了消除这一弊端，有些发动机尤其是轿车发动机采用液力挺柱，借以实现零气门间隙。气门及其传动件因温度升高

49、而膨胀，或因磨损而缩短，都会由液力作用来自行调整或补偿。 图3-32 机械挺柱 图3-33 液力挺柱工作原理示意图（三）推杆 推杆处于挺柱和摇臂之间，其功用是将挺柱传来的运动和作用力传给摇臂。在凸轮轴下置式的配气机构中，推杆是一个细长杆件，加上传递的力很大，所以极易弯曲。因此，要求推杆有较好的纵向稳定性和较大的刚度。推杆一般用冷拔无缝钢管制造，两端焊上球头和球座。也可以用中碳钢制成实心推杆，这时两端的球头或球座与推杆锻成一个整体。图3-34 推杆（四）摇臂 摇臂的功用是将推杆和凸轮传来的运动和作用力，改变方向传给气门使其开启。摇臂在摆动过程中承受很大的弯矩，因此应有足够的强度和刚度以及较小的质

50、量。摇臂由锻钢、可锻铸球、球墨铸铁或铝合金制造。摇臂是一个双臂杠杆，以摇臂轴为支点，两臂不等长。短臂端加工有螺纹孔，用来拧入气门间隙调整螺钉。长臂端加工成圆弧面，是推动气门的工作面。图3-35 摇臂（五）摆臂与气门间隙自动补偿器 摆臂的功用与摇臂相同。两者的区别只在于摆臂是单臂杠杆，其支点在摆臂的一端。在许多轿车发动机上用气门间隙自动补偿器代替摆臂支座实现零气门间隙。气门间隙自动补偿器无论是结构或是工作原理都与液力挺柱相同，之所以不称其为液力挺柱，是因为它不是凸轮的从动件，仅仅是摆臂的一个支承而已。因此，它既是摆臂的支座又是补偿气门间隙变化的装置。图3-36 摆臂与气门间隙自动补偿器二、气门传

51、动组常见异常现象与检修 （一）凸轮轴弯扭 由于凸轮轴长而细，在工作时承受气门弹簧的张力和传动件的惯性力，这些力将促使凸轮轴产生弯曲、扭转变形，影响配气机构工作准确性。 1.原因 （1）凸轮轴轴承 (套)因磨损或安装松旷，使凸轮轴弯曲。凸轮铀弯曲后将促使机油泵传动齿轮、分电器轴传动齿轮、正时齿轮、凸轮轴颈和轴承 (套)磨损，或正时齿轮轮齿损坏及产生噪声。 （2）当凸轮轴凸轮推动挺杆向上抵抗气门弹簧力时，凸轮轴产生一个向后的扭曲力，凸轮经过其高点后，挺杆滑过凸轮另一侧往下移动，引起一个向前的扭曲力，这种交替的扭曲力，在凸轮轴强度不足时，将使其产生扭曲和弯曲。 （3）气门弹簧的弹力过强，或气门弹簧因

52、加垫圈致使压缩时无间隙，造成凸轮轴负荷过大而弯扭。（4）气门导管装配不当，未压到位，留得过长，以致气门弹簧座在气门开启时碰触导管。或推杆未放正使推杆变“长”造成凸轮轴负荷加大。 （5）凸轮或轴润滑不良， 加大了凸轮轴的转动阻力；或气门挺杆球面转动不灵活，上下运动受阻，均会使凸轮轴弯曲。 2.检修  （1）保持润滑系正常工作，使气门挺杆、凸轮轴转动灵活不受阻，另外，在维修时应接技术规范，使凸轮轴各轴承孔与轴同轴，配合间隙适当。 （2）检查气门弹簧弹力，使其符合要求，对弹力不足而加衬垫时，应检查其压缩后的弹簧螺距。在安气门导管时，不能有深有浅。 （3）发动机装配完毕后，用手摇柄摇转曲轴，

53、检查配气机构有关机件运动情况。 （4）对弯曲了的凸轮轴要校直，其方法是：在平板上用V形铁支承起两端轴颈，用百分表测量靠近中间的轴颈摆差，做好弯曲方向标记。用手动压床校正，校好后的摆差应在0.O5mm 以下。（二）气门液压挺杆产生异响 气门液压挺杆产生异响的特征是：在发动机运转时，出现有节奏的“嗒、嗒”声，在怠速时较明显，但在中速以上时响声减弱或消失。 1.原因 （1）发动机曲轴箱润滑油面过高或过低，致使有气泡的润滑油进入液压挺杆中，形成弹性体而产生噪声。 （2）机油泵、集滤器损坏或破裂，使空气吸入润滑油中去。 （3）润滑油压力过低；气门导管磨损过大。 （4）液压挺杆失效。 （5）气门口工作面的

54、多次铰削，使气门杆往上移后，造成液压顶柱油孔与气缸盖油槽偏移，最后导致进油量与油压降低，润滑不良而产生异响。 2.检修 （1）检查润滑油油面和润滑油压力，使它们达到规定范围内。 （2）进、排气门导管的磨损极限公别不应超过 0.lmm和1.3mm，若超过，应更换气门导管。 （3）若润滑油泵、润滑油集滤器损坏、破裂或性能不良应更换或焊修。 （4）让发动机在2500r/min 转速下工作约2min 若液压挺杆有异响，或用木棒、塑料棒压下挺杆，在气门打开其自由行程超过0.lmm，则均应更换液压挺杆。 （5）用砂轮磨去气门杆端因铰削气门座而造成的下移量，使挺杆油孔与缸盖油槽重合。 （6）当非拆卸液压挺杆

55、不可时，可将拆下的液压挺杆竖立放置，并按各气缸的排列顺序妥善放好，以防液压油流出，否则在安装后开始工作时会出现噪声。 （7）在经修理后，安装前应排除液压挺杆内的空气；若发生排气困难，可通过分解检查、清洗液压挺杆予以解决。 （8）当液压挺杆外部拉毛和明显磨损时，应整组更新(不可互换或单独换一只)。 （9）在更新液压挺杆后，发动机在30min 内不能运转，且在刚起动发动机时产生响声为正常现象。 （10）在装配液压挺杆时，应在挺杆表面涂润滑油。活动四 可变配气相位及其控制技术 配气相位由发动机制造厂根据发动机的结构（是否增压）、转速高低及工作条件不同，通过反复试验确定。对目前使用的绝大多数汽车发动机

56、而言，一台发动机只有一个预先确定的配气相位，工作中配气相位是不能改变的（磨损和安装失误除外）。对轿车发动机，按其经常使用的较高转速来确定一个理想的配气相位。对载货车发动机，常在较低转速下确定配气相位。 传统发动机的其选择发动机最常用转速来确定最佳配气相位，经确定则固定不变，气门升程也由凸轮形状决定而固定不变。因为不同转速对配气相位要求不一样，即对进排气门早开、迟闭角度要求不同，这样在其他转速时，发动机就会充气不足和排气不净，造成动力性、经济性下降，排放变差等问题，可变配气相位控制机构，则能随发动机转速、负荷、水温等运行参数的变化，适当地调整配气正时和气门升程，使发动机多种工况下均能达到最高效率。 比较有代表性的可变配气相位控制机构有可变配气正时及气门升