汽车发动机构造与检修（第5版）课件 Ch3 配气机构的构造与维修

Ch3.配气机构的构造与维修湖南生物机电职业技术学院扶爱民学习目标3.1配气机构的构造与维修掌握配气机构的功用、组成、主要零部件的构造及装配连接关系；理解发动机的换气过程和配气相位的定义；掌握配气机构常见故障的诊断方法。掌握配气相位的测量和调整方法、气门间隙的调整方法；湖南生物机电职业技术学院扶爱民3.1.1配气机构功用与组成1．功用按发动机工作顺序及过程要求，准时开闭进、排气门，确保进气足、排气净、气门关闭时严格密封。型式：气门（阀）式，气孔式，气孔-气门式。四冲程机都采用气门式配气机构。3.1配气机构的构造配气机构组成湖南生物机电职业技术学院扶爱民2．配气机构的组成基本组成：按其功能分为气门组和气门传动组。（1）气门组功用:开闭进、排气道。组成：气门及座、导管、弹簧及座、锁片等。（2）气门传动组功用：定时驱动气门使其开、闭，保证有足够开度、严格密封组成：正时齿轮、凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂和摇臂轴等。其基本组成随配气机构形式而异。湖南生物机电职业技术学院扶爱民3.1.2配气机构的分类1．按气门的布置位置不同分为气门侧置式、气门顶置式配气机构。

目前国产的汽车发动机都采用气门顶置式配气机构。

压缩比受限，进排气阻力大，动力性和高速性均差，仅在小汽油机仍有采用湖南生物机电职业技术学院扶爱民2．按凸轮轴的位置不同分为凸轮轴下置式凸轮轴上置式凸轮轴中置式湖南生物机电职业技术学院扶爱民3．按曲轴驱动凸轮轴的方式分为传动方式传动路线应用齿轮传动曲轴正时齿轮（钢）→凸轮轴正时齿轮（铸铁或胶木）凸轮轴下置、中置式配气机构齿轮传动曲轴正时齿轮（钢）→凸轮轴正时齿轮（铸铁或胶木）凸轮轴下置、中置式配气机构链条传动曲轴→链条→凸轮轴正时齿轮凸轮轴上置式配气机构齿形带传动曲轴→齿形皮带→凸轮轴正时齿轮凸轮轴上置式配气机构湖南生物机电职业技术学院扶爱民气门排列图例特点相邻两缸同名气门共一气道。优：气道简单，气流通道大。相邻两缸同名气门共一气道。优：气道简单，气流通道大。汽油机进、排气道分置在机体同一侧。柴油机进、排气道分置在机体两侧。同名气道分置机体两侧，双凸轮驱动（轿车发动机）（1）双气门的配气机构及气门排列4、按每缸气门数及其排列方式分：双气门、气门结构按排、进、进、排、、、排列按进、排、排、进、、、排列按排、进、排、进、、、排列将同名气门各排成一列湖南生物机电职业技术学院扶爱民（2）多气门结构及气门排列①将同名气门排成一列，用同名凸轮轴驱动；②将进、排气门交错排列成二列，由凸轮轴的进、排气凸轮，通过“T、▲”形机构，控制同名气门开闭。多气门结构及排列湖南生物机电职业技术学院扶爱民湖南生物机电职业技术学院扶爱民五气（三进气、二排气）门机构中的“▲”驱动机构一气缸多气门的工作一般，同缸同名气门同时开、闭能否，同名气门不同时间开、闭？未来的电控配气机构湖南生物机电职业技术学院扶爱民3.1.3配气相位与配气相位图四冲程机，理论上一个冲程，曲轴转180°。实际上，为提高发动机的动力性，发动机在换气过程中，进、排气门都是早开迟关。2．进气门早开迟关与进气配气相位1．充气效率ηvηv↗→发动机功率↗（1）进气提前角上一循环排气近终了，塞达上止点前，进气门便开启。从进气门始开至上止点对应的曲轴转角α称为进气提前角。一般α=0º~40°。目的：减少进气初期阻力。湖南生物机电职业技术学院扶爱民（2）进气迟后角3．排气门早开迟关与排气配气相位（1）排气提前角塞运行至进气下止点后、压缩冲程中才关闭。从下止点到进气门关闭曲轴转过的角度β，称为进气迟后角。一般β=20°~60°。目的：利用进气压差、气流惯性，给力“进气足”。（3）进气持续角进气开启至全闭的曲轴转角=α+180°+β。（200~280°）排气早开，利用作功剩余压力先期排气，减少阻力，排气迟闭，利用气流惯性，有利“排气净”。作功冲程塞达下止点前，排气门始开至下止点对应曲轴转角γ。一般γ=30º~80º。湖南生物机电职业技术学院扶爱民（2）排气迟后角（1）气门重叠或气门叠开——排气上止点附近，进、排气门同时开启的现象。（3）排气持续角4．气门重叠与气门重叠角

（2）气门重叠角或气门叠开角（α+δ）——进、排气门同时开启时间对应的曲轴转角。活塞越过排气上止点，下一进气冲程中排气才闭。从上止点到排气门完全关闭所对应曲轴转角δ。一般δ=10º~35º。目的：利用气流惯性，继续排气。排气门开启至全闭对应的曲轴转角=γ+180º+δ。一般γ+180º+δ＝220~295º湖南生物机电职业技术学院扶爱民5、α、β；γ、δ，对发动机性能的影响（1）（α+δ）对发动机性能影响α↗或δ↗→（α+δ）↗时，→废气倒流（进气管回火）、或新气随废气排出（排气管放炮），燃料浪费。反之，若（α+δ）↘，→进气阻力↗或“浪费”废气流惯性。（2）β对发动机性能的影响β↘，进气关闭过早-进气量↘；β↗，缸内气体被压回进气道内→进气量↘。（3）γ对发动机性能的影响γ↗，高温、压气体过早排出，功率↘，油耗↗，排气管放炮。γ↘，排阻↗，功率消耗↗，发动机过热。湖南生物机电职业技术学院扶爱民表3-1部分汽车发动机的配气相位配气相位（º）发动机型号αβγδ气门重叠角α+δ东风EQ6100-1205638.520.540.5黄河X61301035501020夏利TJ376Q1951511938CA488-30564488奥迪1.8L3334158切诺基2.46L1278563446斯太尔WD615.672264957上海桑塔纳JV1374223湖南生物机电职业技术学院扶爱民配气相位演示：5．配气相位图表示进、排气门的实际开闭时刻和开启过程对应曲轴转角的环形图。特别关注气门始开、迟闭时刻！湖南生物机电职业技术学院扶爱民湖南生物机电职业技术学院扶爱民※配气相位的局限性与发展趋势3.1.4气门间隙1、定义：气门完全关闭时，①摇臂与气门杆或②凸轮与气门杆或③挺柱与气门杆的距离。2、作用：受热膨胀的余地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。发展趋势：任意工况下，能有最佳的配气相位——配气相位随转速、负荷变化而自动调整的可变配气发动机。难题——凸轮的驱动。湖南生物机电职业技术学院扶爱民不同形式配气机构的气门间隙凸轮下置式凸轮中置式凸轮上置式凸轮上置式湖南生物机电职业技术学院扶爱民试验确定：一般冷态时，排气间隙>进门间隙，进气门约0.25~0.3mm，排气门约0.3~0.35mm。发动机的技术强化程度不同，气门间隙相差很大！※气门间隙的自动调节——液力挺杆。3、气门间隙大小的确定4、气门间隙对发动机性能的影响（1）气门间隙↘，漏气，功率↘、烧坏气门、撞击活塞。（2）气门间隙↗→气门异响，加剧零件磨损、开启持续时间↘，充气、排气变坏。湖南生物机电职业技术学院扶爱民3.2配气机构的主要零件和组件3.2.1气门组包括：气门（阀）、气门座圈、气门导管、气门弹簧、弹簧座、锁片（锁销）湖南生物机电职业技术学院扶爱民1．气门材料：进气门：中碳合金钢（如镍钢、镍铬钢和铬钼钢等），排气门：耐热耐磨合金钢（如硅铬钢、硅铬钼钢）。分进、排气门。由气门头（密封）、气门杆（导向）组成。湖南生物机电职业技术学院扶爱民（1）功用1、气门进、排气门组成燃烧室，气体进、出燃烧室的开关，承受冲击力、高温冲击、高速气流冲击。（2）工作条件

A、高温。B、头部承受气体压力、气门弹簧力等，C、冷却和润滑条件差，D、被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀。（3）性能强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨（4）材料进气门：中碳合金钢（如镍钢、镍铬钢和铬钼钢等），排气门：耐热耐磨合金钢（如硅铬钢、硅铬钼钢）。湖南生物机电职业技术学院扶爱民气门顶的形状特点及应用平顶式结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也较小，进、排气门都可采用。凸顶式（球面顶）适用于排气门，因为其强度高，排气阻力小，废气的清除效果好，但球形的受热面积大，质量和惯性力大加工较复杂。凹顶式（喇叭顶）凹顶头部与杆部的过渡部分具有一定的流线形，可以减少进气阻力，但其顶部受热面积大，故适用于进气门，而不宜用于排气门。湖南生物机电职业技术学院扶爱民2、气门锥角边缘应有（2~3mm）的厚度装配前应将密封锥面研磨。作用：A、气门与座紧密贴合，提高密封性和导热性。B、气门落座时有较好的对中、定位作用。C、避免气流拐弯过大而降低流速。湖南生物机电职业技术学院扶爱民3、气门杆与气门导管配合起运动导向作用。装配时杆与管配对铰削，不具互换性。4、气门弹簧座的固定。气门弹簧座的固定湖南生物机电职业技术学院扶爱民5、机油（润滑油）防漏装置。防止过多的油进入导管与杆间隙。气门的机油防漏装置气门油封属一次性产品，拆卸后应更换新品。湖南生物机电职业技术学院扶爱民（二）气门导管1、作用：导向，兼导热。

2、材料：石墨铸铁，自润滑。3、装配：杆与导管0.05～0.12mm。湖南生物机电职业技术学院扶爱民气门座圈结构（三）气门座及气门座圈1、作用：与气门锥面密切贴合密封气缸，接受、传递热量。2、气门座圈：以较大过盈量镶嵌在气门座上的圆环。3、镶嵌式气门座特点：（1）优点：提高气门座的使用寿命，便于更换 （2）缺点：导热性差，加工精度高，脱落时易造成严重事故。湖南生物机电职业技术学院扶爱民气门座锥角由：密封锥面（45°或30°，宽1~3mm）、修正密封锥面（15°及75°）组成。修正密封锥面——调整密封锥面宽度、位置干涉角（某些发动机）：气门座锥角与气门锥角的差值（0.5°~1°）。作用：有利于走合。走合结束，干涉角逐渐消失，恢复全锥面接触。气门座密封锥角的结构修正密封面修正密封面密封锥面干涉角气门气门座湖南生物机电职业技术学院扶爱民4．气门弹簧功用：自动关闭，保证门与座密合；特点：刚度大、预紧力很大，须专用工具拆、装。等距弹簧变距弹簧双气门弹簧结构防止因共振导致弹簧折断的结构措施：（1）提高弹簧刚度。粗丝、小簧径；（2）变螺距弹簧；（3）双簧结构。湖南生物机电职业技术学院扶爱民五、气门旋转机构作用：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。气门旋转时，在密封锥面上产生轻微摩擦力，能够清除锥面上的沉积物。湖南生物机电职业技术学院扶爱民1、功用：定时驱动气门开闭，并保证气门有足够的开度和适当的气门间隙。3.2.2气门传动组2.组成湖南生物机电职业技术学院扶爱民轴颈斜齿轮凸轮偏心轮正时齿轮1、凸轮轴作用：

驱动和控制各缸气门按发动机工作顺序、配气相位和气门开度、开闭规律开闭气门。

工作条件：

承受气门间歇性开启的冲击载荷。

材料：

优质钢、合金铸铁、球墨铸铁

结构：止推凸缘衬套湖南生物机电职业技术学院扶爱民动画——配气凸轮轴的运动湖南生物机电职业技术学院扶爱民（1）凸轮的轮廓高速发动机函数凸轮，AM、NF缓冲段BC—气门开启过程DE—气门关闭过程h—凸轮升程（气门开度！）低速发动机，圆弧凸轮。OF、OA—凸轮基圆半径R问题：对配气（充气效率）影响最大的是？首先凸轮升程—h，其次廓线磨损影响开闭时刻（B、E位置）ABCDEFPMNOR凸轮轮廓曲线hB—气门开始开启（始开点）E—气门开始关闭（始闭点）湖南生物机电职业技术学院扶爱民（2）凸轮的排列①各缸同名凸轮成夹角排列，相对角位置取决于发动机气缸数、气缸排列方式和着火顺序。②不同气缸同名凸轮间的夹角等于相应缸着火间隔角的一半。同名凸轮的排列湖南生物机电职业技术学院扶爱民③同一气缸不同名凸轮间夹角由配气定时决定。如图第一缸：理论上：从进气至排气相隔540°曲轴转角（272°凸轮轴转角）实际上：早开迟闭，进、排夹角>540°（>272°凸轮轴转角）异名凸轮排列及相对位置湖南生物机电职业技术学院扶爱民（3）由同名凸轮的排列，判断发动机工作顺序1-3-4-21-5-3-6-2-41-2-4-31-4-2-6-3-52、面对凸轮轴前端3、旋向的背面哪缸凸轮与一缸最近（夹角最小）1、判断凸轮轴旋转方向例：设凸轮轴为齿带传动——顺时针转湖南生物机电职业技术学院扶爱民（4）凸轮轴的支承用衬套与缸体全支承或半支承。（5）气门传动组的润滑：凸轮轴颈压力润滑，凸轮与挺柱间飞溅润滑。保养时，应检查凸轮衬套油孔，确保油路畅通。凸轮轴的前端装有正时齿轮或皮带轮、正时链轮，装配曲轴与凸轮轴时，应将曲轴正时轮与凸轮轴的正时轮（对应为正时齿轮、皮带轮或链轮）的正时标记对齐，否则，轻者影响发动机的正常工作，严重时发动机无法启动！湖南生物机电职业技术学院扶爱民（6）凸轮轴的轴向定位。止推轴承、止推凸缘、止推螺钉。止推间隙∆（∆约为0.08mm~0.20mm）。止推间隙的调整，改变凸缘座或轴承厚度、止推螺钉。凸轮轴的轴向定位湖南生物机电职业技术学院扶爱民2、挺柱（1）机械式挺柱类型应用特点作用：传力，种类：机械式和液力式。气门侧置式发动机用直接驱动气门，省去推杆摇臂气门顶置式发动机凸轮对称平面与挺柱有偏心距。有利于磨损均匀滑动摩擦→滚动摩擦，多用菌式筒式滚轮式湖南生物机电职业技术学院扶爱民（2）液力挺柱。湖南生物机电职业技术学院扶爱民凸轮推动挺柱体、柱塞下移，油缸受气门弹簧阻力下移滞后→油压↑，球阀关闭。因油液不可压缩，挺柱如一刚体下移→气门打开。部分油泄漏低压腔凸轮转至基圆与挺柱接触，挺柱上移，受凸轮、气门弹簧顶压，高压腔油压仍高，球阀仍关，挺柱仍呈刚体，至气门全闭。气门受热膨胀，经柱塞、油缸间隙，高压腔向低压腔泄油，塞、缸相对运动，挺柱自动“缩短”，保证气门关闭紧密。气门冷却收缩，补偿弹簧将柱塞、挺柱上推，球阀开，低压腔向高压腔进油，挺柱自动“伸长”，可保证“零气门间隙”。气门关闭后。补偿弹簧将柱塞、挺柱上推一微距，高压腔油压↓，球阀开，油进入高压腔→补充油液的泄漏。环形油槽与缸盖斜油孔对齐——润滑油进低压腔湖南生物机电职业技术学院扶爱民3．推杆功用：下、中置凸轮轴配气机构，推杆传力。结构特点：细长压杆，硬铝制成实心结构或低碳钢空心结构两端球形或凹球形；铝制推杆两端配钢座。两端支座均淬火、磨光。推杆湖南生物机电职业技术学院扶爱民4．摇臂与摇臂组（1）摇臂

功用：传力、改变力的方向结构：双臂杠杆，臂长比约1.2~1.8。小凸轮可得气门的大升程。气门摇臂湖南生物机电职业技术学院扶爱民（2）摇臂组支座：安装摇臂轴，其上有油孔，与缸盖主油孔对准定位弹簧：摇臂轴向定位湖南生物机电职业技术学院扶爱民气门驱动形式摇臂驱动摆臂驱动直接驱动湖南生物机电职业技术学院扶爱民摇臂驱动方式通过摇臂两段的长度比来改变气门升程的大小．结构优点：气门间隙的调整方便缺点：与直接驱动比，驱动机构复杂，缸盖总成结构不紧凑，尺寸较大，另，发动机转速过高时，摇臂易挠曲变形。湖南生物机电职业技术学院扶爱民摆臂驱动比摇臂驱动方式刚度更好，更有利于高速发动机，轿车发动机应用广。湖南生物机电职业技术学院扶爱民直接驱动优点：零件数量少，气缸盖的布置空间宽敞，有利于减小气门的夹角布置；也减少了一部分气门机构的摩擦损失。刚度最大，驱动能量损失最小。应用：高度强化的轿车发动机广泛的应用。缺点：气门升程不能太大，气门间隙调整困难。湖南生物机电职业技术学院扶爱民3.2.3可变气门控制简介轿车车身上的VVT-i，VTEC，VVL，VVTL-i等符号，含义？VVT-i可变气门正时系统，VTEC可变气门升程（开度）系统，及i-VTEC可变气门正时与可变气门升程系统。普通发动机，其配气相位和气门升程仅在特定工况下为最佳值。可变配气正时技术。能随发动机工况变化，适宜调整配气正时和气门升程，使发动机多种工况下均较好的充气效率。较有代表性的可变配气正时技术：可变配气正时及可变气门升程。适用于：SOHC—顶置式凸轮轴及DOHC—顶置式双凸轮轴发动机。可变气门控制技术的代表厂商：本田VTEC，日产VVEL，宝马Valvetronic（VVT-i）湖南生物机电职业技术学院扶爱民一、可变气门升程（开度）系统VTECVTEC——可变气门升程（开度）系统(一)结构

如图1-进气凸轮轴；2-第一低速凸轮；3-高速凸轮；4-第二低二速凸轮；5-第一摇臂；6-中间摇臂；7-第二摇臂；8-空气动力弹簧；9-进气门；10-排气门；11-液压活塞A；12-液压活塞B；13-排气凸轮轴；14-限位活塞。湖南生物机电职业技术学院扶爱民（二）控制原理1、液压控制（2）机械控制湖南生物机电职业技术学院扶爱民二、可变气门正时系统VVTii-vtec：同时控制气门开闭时间及升程的可变气门控制系统。湖南生物机电职业技术学院扶爱民1、基本结构配气正时控制器在驱动气门运动的摇臂轴上增设了一套配气正控制器。2、基本控制原理因配气正时控制器结构不同，控制方法有较大差异。配气正时控制器湖南生物机电职业技术学院扶爱民基本原理：各传感器将发动机运行工况信号传给ECU。ECU将检测信号与预存的气门最佳配气正时参数，分析、比较、运算后，发出控制指令，由凸轮轴正时控制器调整气门的开启时间，或提前，或滞后，或保持不变。进油孔进油孔湖南生物机电职业技术学院扶爱民状态说明控制阀工作情况控制器工作情况提前来自发动机ECU的提前信号，液压油通过油路作用到提前室，使控制器与凸轮轴往提前方向转动，气门开启提前角增大，气门被提前滞后来自发动机ECU的滞后信号，液压油通过油路作用到滞后室，使控制器与凸轮轴往滞后前方向转动，气门开启提前角减小，气门被滞后。保持预定的气门正时设置后，发动机ECU使凸轮轴正时齿轮机油控制阀处于空档位置（提前与滞后的中间位置），由此保持预定的气门正时3、工作分析湖南生物机电职业技术学院扶爱民3.3配气机构的维修一、配气机构的拆装要点气门与座，气门杆与导管是配配研或铰削的，安装时不得错乱。2．凸轮轴总成的拆装要点(1)确认配气正时记号

配气正时记号的一般规律是：

正时齿轮配气正时记号打在齿轮上。同步带（链）配气正时记号在带(链)轮和发动机壳体上。安装时，务必对准配气正时记号！！（2）拆装气门弹簧，尽量用专用工具。二、进、排气门的确认1、气门与气道对应。

2、转动曲轴观察确定。方法是：转动曲轴，观察各缸两个气门，先动为排，后动为进，湖南生物机电职业技术学院扶爱民3.3.3配气机构的检查与调整气门处以下情况，气门不可调：正进（排）气——进（排）气门不能调将要进（排）气——进（排）气门不能调进（排）气刚完——进（排）气门不能调1、气门间隙调整原则应在气门完全关闭状态下，即挺柱必须落在凸轮的基圆上，才能调整。2、气门间隙的调整方法逐缸法、两次调整法湖南生物机电职业技术学院扶爱民（2）气门间隙的二次调整法①摇转曲轴，对记号找准第1缸活塞压缩上止点。②根据工作顺序及配气相位，判断处完全关闭气门。1缸压缩终了，双门关闭可调；6缸排气终了，气门叠开，不可调；5缸

“进气刚完”，排气可调；2缸“正在排气”，进气可调；3缸“正在进气”，排气可调；4缸

“将要排气”，进气可调。湖南生物机电职业技术学院扶爱民两次调整的简单易记忆：“双排不进”。1缸压缩上止点6缸压缩上止点5缸压缩上止点3缸压缩上止点523641双排不进362415双排不进624153双排不进2缸、4缸位于压缩上止点呢？湖南生物机电职业技术学院扶爱民③用塞尺检查进、排气门间隙，如不符合要求应予调整。④摇转曲轴360°，调整剩下的气门间隙。⑤复查一次湖南生物机电职业技术学院扶爱民表3-1常用汽车发动机气门间隙（mm）发动机气门间隙备注进气门排气门冷态热态冷态热态CA61010.20~0.250.20~0.25CA61020.400.40天津夏利0.200.20EQ6100-10.20~0.300.25~0.3561350.200.3061200.200.25奥迪0.20~0.300.40~0.50冷却液>35℃桑塔纳0.20±0.050.25±0.050.40±0.050.45±0.05依维柯0.50.5二汽雪铁龙0.15~0.250.35~0.45湖南生物机电职业技术学院扶爱民三、气门组零件的检修1．气门与气门座的配合要求气门与座的密封锥面角度应一致；密封带位置在中部靠里；密封带宽度一般为1~2.5mm；气门密封锥面与杆部、气门座与导管的同轴度误差≯于0.05mm；气门杆与导管配合间隙符合原厂规定。2．气门的检修下列情况需要进行检修：气门杆磨损量：货车>0.10mm，轿车>0.05mm，或有明显台阶形磨损；气门头圆柱面厚度<1.0mm；气门尾端磨损>0.5mm；气门杆弯曲>0.05mm，应修换，校直后弯曲≯0.02mm。湖南生物机电职业技术学院扶爱民3、气门座的检修（1）铰修气门座，工艺：①选铰刀导杆须与气门相配→②磨硬化层→

③粗铰锥面（>2.5mm)→

④气门与座试配，印迹在气门与座锥面中部靠里→用15º或75º铰刀铰修锥面→⑤精铰→

⑥研磨。湖南生物机电职业技术学院扶爱民（2）铰削方法（3）气门的研磨气门的研磨检查密封性研前清洗→粗研→细研→检查密封性。湖南生物机电职业技术学院扶爱民四、气门传动组的检修（一）凸轮轴的检修1、凸轮轴弯曲变形的检测湖南生物机电职业技术学院扶爱民2、凸轮磨损的检测凸轮磨损：气门升程规律、最大升程变化。当△H>0.40mm或表面累积磨损>0.80mm，更换凸轮轴；当凸轮表面累积磨损量小0.80mm时，可在凸轮轴磨床上修磨凸轮。湖南生物机电职业技术学院扶爱民凸轮衬套的检测3、凸轮轴轴颈的检修凸轮轴轴颈圆度误差≤0.015mm，各轴颈同轴度误差≤0.05mm。否则按修理尺寸法进行修磨。4、衬套的检修配合间隙超限，更换轴承。湖南生物机电职业技术学院扶爱民5、凸轮轴轴向间隙的检查调整凸轮轴轴向间隙。一般为0.10mm，使用极限0.25mm，若超限，应调整。湖南生物机电职业技术学院