《汽车发动机构造与维修》课件 情境6：发动机动力不足的检修（配气机构）

发动机动力不足的检修CONTENT发动机动力不足的检修1能正确描述配气机构的结构组成2知道配气机构的工作原理3能正确描述气门组组的结构4能正确描述气门传动组的结构5知道配气正时6了解可变配气正时和可变气门升程7会做气压压力检测8会配气机构异响的检修9学习目标01会发动机动力不足的检修02能正确描述配气机构的结构组成03知道配气机构的工作原理06知道配气正时04能正确描述气门组组的结构05能正确描述气门传动组的结构07知道三元催化转化器的作用和工作原理08会做气压压力检测09会配气机构异响的检修学习情境描述客户报修车辆出现中高加速无力，上坡无力及发闯和后挫，要求您彻底检查汽车发动机，找出故障原因，解决问题，提交一个分析报告。概述第一部分1.发动机动力不足现象发动机无负荷运转时正常，带负荷运转时加速缓慢，上坡无力，加速踏板踩到底仍感动力不足，转速提不高。加速踏板踩下后发动机转速不能马上提高（不跟脚），或加速中发动机有轻微的抖动。2.发动机动力不足常见原因01燃油、电路有故障。油路不畅，进气受阻，造成混合气过稀或过浓点火时间过迟或触点间隙过小或过丸发动机排气管漏气；高压分线漏电或脱落，火花塞积炭过多，裂损漏电。02气缸压力不足；缸垫不密封，烧蚀气门座圈烧蚀不密封或脱落；气门弹簧过，软工作不良活塞环咬死或对口；活塞与气缸间隙过大。03配气相位失常。04个别气缸不做功。05发动机温度过高；水泵，节温器工作不良皮带打滑，冷却系统水垢过多。06底盘有故障。离合器打滑、制动发咬、轮胎气压低。配气机构概述第二部分1.作用配气机构的作用是按照发动机每一气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭各气缸的进、排气门，使可燃混合气得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出；在压缩与做功行程中，保证燃烧室的密封。如图所示。配气机构示意图2.类型（1）按凸轮位置分有凸轮轴顶置式、凸轮轴下置式和凸轮轴中置式，如图所示。现代高速车用发动机要求配气机构的质量和惯性要小，多采用顶置式凸轮轴，运动件少，传动链短，整个机构的刚度大，往复惯性质量小。三种凸轮轴布置形式2.类型（2）按传动方式分有链条传动、齿形带传动和齿轮传动，如图所示。链条传动多用于凸轮轴顶置式配气机构，车用高速发动机广泛采用齿形带来代替链传动，噪声小、成本低。但齿形带由于存在一定的老化时间，一些发动机仍然采用链传动。齿轮传动多用在凸轮轴下置或中置式配气机构，大功率柴油机驱动凸轮轴所需转矩大，即使采用顶置式配气机构，也采用齿轮传动。两种传动形式2.类型（3）按每缸气门数目分有二气门、三气门、四气门和五气门，如图所示。不同气门数示意图2.类型为了改善换气过程，需尽可能的增大气门直径，但受到燃烧室尺寸的限制，气门直径不能过大。当汽缸直径较大，活塞平均速度较高时，传统的每缸一进一排的气门结构已无法保证良好的换气质量，在很多新型汽车发动机上采用多气门结构。三气门结构一般是两个进气门、一个排气门，四个气门结构有两个进气门和两个排气门，五气门结构有三个进气门和两个排气门。不同气门数示意图2.类型传统二气门结构均采用单个凸轮轴，随着气门数目的增加，凸轮轴数目也增加为两个。因此，根据凸轮轴数目分有单凸轮轴式和双凸轮轴式配气机构，如图所示。两种不同凸轮轴数配气机构2.类型（4）根据气门驱动方式分为摇臂式、摆臂式、直接驱动等，如图6-6所示。摇臂式一般为中间支点，摆臂式的支点在末端，也称为末端支点摇臂式。直接驱动式没有摇臂，凸轮轴直接由挺柱推动气门。气门驱动类型3.组成配气机构主要由气门组和气门传动组组成，如图所示。配气机构组成气门组第三部分1.组成气门组主要由气门、气门座、气门导管、气门弹簧、气门锁片等零件，如图所示。气门组结构组成2.气门（1）工作条件及要求气门的基本作用是控制进、排气管道的开启和关闭。其工作条件相当恶劣，承受高温、高压和冲击，且润滑困难。因此，气门需要有足够的强度、刚度，能够耐磨损、耐高温、耐腐蚀和耐冲击，具有良好的导热性能和气密性，且气门质量要小，以减小往复运动的惯性力。2.气门（2）组成汽车发动机的进、排气门均为菌形气门，由头部、杆身和尾部组成，如图a所示。气门顶面形状有平顶、球面顶和喇叭形顶等，如图b所示，目前应用最多的是平顶气门，其结构简单，制造方便，受热面积小，进、排气门都可采用。为提高发动机的充气效率，一般两气门发动机的进气门头部直径比排气门大。图a气

门图b不同形状的气门头部2.气门（2）组成气门头部接受的热量一部分经气门座圈传给气缸盖；另一部分则通过气门杆和气门导管也传给气缸盖，最终都被气缸盖水套中的冷却液带走。为了增强传热，气门与气门座圈的密封锥面，如图所示，必须严密贴合。为此，二者要配对研磨，研磨之后不能互换。气门锥角3.气门弹簧和气门弹簧座气门弹簧一端支承在汽缸盖上，另一端压靠在气门尾端的弹簧座上，弹簧座用锁片固定在气门尾端，如图所示。气门弹簧在气门开闭过程中，使气门及其传动件与凸轮保持接触，按凸轮型面的规律运动。气门弹簧3.气门弹簧和气门弹簧座气门弹簧可采用圆柱形螺旋弹簧，为了防止弹簧发生共振，采用变螺距弹簧、锥形弹簧或增加振动阻尼；一些高速发动机采用同心安装的内、外两根气门弹簧，可以提高气门弹簧的工作可靠性，防止共振。当一根弹簧折断时，另一根还可继续工作，且气门弹簧的高度小。为防止两个弹簧相咬，大小弹簧应做成不同旋向。如图所示。气门弹簧类型4.气门旋转机构在气门旋转机构壳体上有8个变深度的凹槽，凹槽内部装有钢球和复位弹簧。碟形弹簧安装在旋转机构壳体与气门弹簧座圈之间，如图所示。气门关闭时，碟形弹簧没有压紧在钢球上。钢球在复位弹簧的作用下位于凹槽的最浅处。气门开启时，气门杆尾端受到的压力传到碟形弹簧，使碟形弹簧变形并压紧在钢球上，钢球沿凹槽斜面滚动，带动旋转机构壳体和气门一起旋转一定的角度。气门旋转机构气门传动组第四部分1.作用及组成气门传动组按照规定时刻（配气正时）和次序（点火次序）开启和关闭进、排气门，并保证一定的开度和升程。气门传动组包括凸轮轴、挺柱、推杆、凸轮轴位置传感器等，如图所示。气门传动组结构组成2.液力挺柱

挺柱可分为：

机械挺柱

液压挺柱

现代汽车大部分使用的都是液力挺柱，因此这里我们只学习液力挺柱。2.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。液力挺柱有多种形式，图所示为吊杯形液力挺柱。液力挺柱2.凸轮轴凸轮轴是一根有多个圆盘形凸轮的金属杆。主要负责进、排气门的开启和关闭。凸轮轴在曲轴的带动下不断旋转，凸轮便不断地下压气门（摇臂或挺赶），从而实现控制进气门和排气门开启和关闭的功能。如图所示。凸轮轴2.凸轮轴在发动机外壳上经常会看到SOHC、DOHC这些字母，OHV是指顶置气门下置凸轮轴，就是凸轮轴布置在气缸底部，气门布置气缸顶部。OHC是指顶置凸轮轴，也就是凸轮轴布置在气缸的顶部。2.凸轮轴如果气缸顶部只有一根凸轮轴同时负责进、排气门的开、关，称为单顶置凸轮轴（SOHC），如图所示。气缸顶部如果有两根凸轮轴分别负责进、排气门的开关，则称为双顶置凸轮轴（DOHC），如图所示。单顶置凸轮轴（SOHC）双顶置凸轮轴（DOHC）配气正时第五部分配气正时气门正时，可以简单理解为气门开启和关闭的时刻。理论上在进气行程中，活塞由上止点移至下止点时，进气门打开、排气门关闭；在排气行程中，活塞由下止点移至上止点时，进气门关闭、排气门打开。然而，在实际的发动机工作中，为了增大气缸内的进气量，进气门需要提前开启、延迟关闭；同样地，为了使气缸内的废气排的更干净，排气门也需要提前开启、延迟关闭，这样才能保证发动机有效的运作。配气正时进、排气门的开启时刻和开启持续时间用曲轴转角表示，就称为配气相位，通常用环形图表示，即配气相位图，如图所示。配气正时图配气正时进、排气门同时开启的那段时间，称为气门重叠，对应的曲轴转角称为气门重叠角。由于进、排气流各自有自己的流动方向和流动惯性，而重叠时间很短，只要配气定时合理，吸人的新鲜空气或可燃混合气不会随废气排出，废气也不会经进气门倒流人进气管，只能从排气门排出。配气正时发动机进气提前角一般为：α=10°~30°；进气滞后角一般为：β=40°~80°；所以整个进气过程的曲轴转角为：180+α+β=230°~290°；排气提前角一般为：γ=40°~80°；排气滞后角一般为：δ=10°~30°；所以整个排气过程的曲轴转角为：180°+γ+δ=230°~290°；气门重叠角：α+β=20°~60°。可变气门正时可变气门升程第六部分可变气门正时、可变气门升程发动机在高转速时，每个气缸在一个工作循环内，吸气和排气的时间是非常短的，要想达到高的充气效率，就必须延长气缸的吸气和排气时间，也就是要求增大气门的重叠角；而发动机在低转速时，过大的气门重叠角则容易使得废气倒灌，吸气量反而会下降，从而导致发动机怠速不稳，低速扭矩偏低。可变气门正时、可变气门升程固定的气门正时很难同时满足发动机高转速和低转速两种工况的需求，所以可变气门正时应运而生。可变气门正时可以根据发动机转速和工况的不同而进行调节，使得发动机在高低速下都能获得理想的进、排气效率。如图所示为可变气门正时的示例图。可变气门正时的示例（1）可变气门正时的示例（2）可变气门正时、可变气门升程影响发动机动力的实质其实与单位时间内进入到气缸内的氧气量有关，而可变气门正时系统只能改变气门的开启和关闭的时间，却不能改变单位时间内的进气量，变气门升程就能满足这个需求。如果把发动机的气门看作是房子的一扇“门”的话，气门正时可以理解为“门”打开的时间，气门升程则相当于“门”打开的大小。1.丰田VVT-i可变气门正时系统丰田的可变气门正时系统已广泛应用，主要的原理是在凸轮轴上加装一套液力机构，通过ECU的控制，在一定角度范围内对气门的开启、关闭的时间进行调节，或提前、或延迟、或保持不变。如图所示。丰田VVT-i可变气门正时系统凸轮轴的正时齿轮的外转子与正时链条（皮带）相连，内转子与凸轮轴相连。外转子可以通过液压油间接带动内转子，从而实现一定范围内的角度提前或延迟。2.本田i-VTEC可变气门升程系统本田的i-VTEC可变气门升程系统的结构和工作原理并不复杂，可以看做在原来的基础上加了第三根摇臂和第三个凸轮轴。

它是怎样实现改变气门升程的呢?可以简单的理解为：通过三根摇臂的分离与结合一体，来实现高低角度凸轮轴的切换，从而改变气门的升程。如图所示。本田i-VTEC可变气门升程系统2.本田i-VTEC可变气门升程系统A当发动机处于低负荷时B当发动机处于高负荷时

三根摇臂处于分离状态，低角度凸轮两边的摇臂来控制气门的开闭，气门升程量小；三根摇臂结合为一体，由高角度凸轮驱动中间摇臂，气门升程量大。4.奥迪AVS可变气门升程系统奥迪的AVS可变气门升程系统，主要通过切换凸轮轴上两组高度不同的凸轮来实现改变气门的升程，其原理与本田的i-VTEC非常相似，只是AVS系统是通过安装在凸轮轴上的螺旋沟槽套筒，来实现凸轮轴的左右移动，进而切换凸轮轴上的高低凸轮。如图所示。奥迪AVS可变气门升程系统构造4.奥迪AVS可变气门升程系统当发动机处于高负荷时：电磁驱动器使凸轮轴向右移动，切换到高角度凸轮，从而增大气门的升程；当发动机处于低负荷时：

电磁驱动器使凸轮轴向左移动，切换到低角度凸轮，以减少气门的升程。奥迪AVS可变气门升程系统工作示意图（1）奥迪AVS可变气门升程系统工作示意图（2）发动机气缸压力第七部分1.气缸压力对发动机的影响活塞到达压缩终点上止点时气缸的压缩压力的大小为气缸压力。（1）压力过高：工作粗暴，甚至会爆震；（2）压力过低：动力不足，甚至不能起动。气缸压力过高、过低，发动机都不能正常工作，动力性、经济性、环保性都差。发动机正常工作需要足够的压缩压力，但不是越高越好。一般的，汽油机的气缸压力为：1.0~l.2MPa；柴油机为3~6MPa。2.影响气缸压力的因素发动机动力的大小是由进入气缸可燃混合气的量来决定的。在发动机缸径、缸数一样，点火电路正常的情况下，进入气缸的可燃混合气量越多压缩比就越高，产生的动力就越大，反之亦然。影响气缸压力的因素主要有以下几点：（1）活塞上行，气体进入压缩行程时，进、排气门均关闭、气门和气门口的工作面结合起来，气门和气门口的密封情况就直接影响着气缸的压力。如果工作面密封不严，在压缩行程时，一部分可燃气体就会通过气门口压回进气管道和排气管道，降低发动机动力。（2）气缸垫是发动机缸体与缸盖结合垫，起着密封缸体与缸盖的作用。气缸垫是用钢皮（或铜皮）加石棉板压制而成的。由于发动机缸与缸之间隔距离很小，在气缸压力很大的情况下，缸垫很容易被刺破，造成两缸连通，致使发动机动力不足，有时还会发出突突声。2.影响气缸压力的因素（3）由于活塞环随着活塞上下快速运行，活塞环和缸壁接触摩擦，造成磨损，引起活塞环端口间隙变大，气缸漏气，气体可窜入油底壳，降低发动机动力。（4）活塞、活塞环运行的长期摩擦引起气缸失圆锥度，气缸与活塞、活塞环间隙增大，气体在压缩行程中泄漏，降低发动机动力。（5）气门脚与气门挺杆之间应留有一定的间隙，如间隙过小或没有间隙，气门挺杆会受热膨胀。气门气关闭时，若气门杆和挺杆顶着、气门关闭不严，压缩行程时会引起漏气，降低发动机动力。3.气缸压力的检测（1）检测前的准备01起动发动机，达到正常工作温度后熄火。02拆下空气滤清器。03清理火花塞孔周围的污物，拆下全部火花塞；（柴油机，需拆下喷油器）04拆下点火线圈电源线和高压线；（柴油机不存在此项）05拔下喷油器导线连接线插。3.气缸压力的检测（2）检测方法和步骤①将气缸压力表触头插入火花塞孔，压紧；（柴油机需将压力表安装、固定到喷油器孔上），气缸压力表如图所示。气缸压力表3.气缸压力的检测②将油门踩到底，使节气门全开；③用起动机带动发动机转动。要求：转速不低于150r/min（柴油机不低于300r/min)；时间为3~5秒钟；待气缸压力表指针指示并保持在最大数值时，停止；④记录所测气缸压力数值后，使压力表指针回零；⑤以此方法依次测量所有气缸。注意：

①每缸至少测两次；

②取最大值作为测量结果，并记录。（2）检测方法和步骤3.气缸压力的检测

各缸压力差=3.气缸压力的检测（3）结构分析及处理②结果分析与处理a、测量计算结果大于标准值原因：燃烧室内积碳过多；维修时缸体（或缸盖）磨削过大。危害：易发生爆震。处理：清除积碳、更换气缸盖。b、测量计算结果小于标准值原因：气缸漏气（活塞环漏气、气门漏气、汽缸垫被冲坏）危害：发动机动力不足，甚至不能启动。处理：更换活塞环、更换或重新研磨气门、更换汽缸垫。配气机构异响的检修第八部分配气机构异响的检修当配气机构出现故障时，会使进、排气不正时，造成进气量减小，排气不净，气门漏气和噪声增加等，从而使气缸压力下降，燃烧恶化，功率下降，增加油耗。配气机构一旦发生故障，应及时诊断并与排除。配气机构异响主要：气门脚响气门挺柱响气门座响气门弹簧响1.气门脚响（1）故障现象发动机在低、中、高速运转时，均发出有节奏、连续清脆的“嗒嗒”金属敲击声。01响声随发动机转速的增加而节奏增

快，反之则减慢。02对发动机做断火试验，温度升高，声音无变化。03

若有多只气门脚发响，响声较为杂乱。04在某发饷气门脚间隙处插入适当厚度的厚薄规片时，响声可见弱或消失。051.气门脚响（2）故障原因1气门脚磨损过甚，或调整螺栓松动，气门间隙过大。2气门弹簧弹力过弱或折断，不等距弹簧发饷，装配失误。3气门杆与气门杆导管磨损严重或导致积碳。污物过多。4气门挺柱发饷，在发动机怠速时较为明显，高速时减弱或消失。5凸轮轴凸轮磨损过甚，凸轮顶部与挺住底部接触时有跳跃运动。1.气门脚响（3）故障诊断01在发动机气门装置部位倾听，有“嗒嗒嗒”节奏连续且清晰的金属敲击声，用厚薄规片插入某发饷气门脚间隙，相声减弱或消失，可判为气门脚发饷故障。02塞尺片插入后仍发饷，可用一字改刀翘起气门杆，响声消失，则为气门杆与导管之间间隙过大。03若观察发现气门杆尾部与摇臂或调整螺钉始终有一定间隙，则为气门在导管孔中咬死不活动所致。2.气门挺柱响（1）故障现象温度变化和断火试验与异响声无关。03发动机怠速运转时响声明显，中速以上减弱或消失。02气门挺柱发响是一种有节奏的响声，音调是清脆的“嗒嗒”响声。012.气门挺柱响（2）故障原因1挺柱与导管孔配合松旷，当凸轮顶动挺柱时，横向力作用是挺柱摆动，撞击到观而产生响声。3挺柱不能自由转动，挺柱与推杆松旷而发响。2挺柱端头和凸轮面磨损有沟槽。4凸轮有线性磨损，顶动挺柱时产生跳跃现象。2.气门挺柱响（3）故障诊断

断某一挺柱发响时，可用一铁丝径向钩住有疑

问发响的挺柱，若响声减弱或消失，则为该挺柱发

响。挺柱发响，一般属