发动机气门传动组的构造与检修3.2

1、1.气门传动组的功用 将凸轮轴的旋转运动转变为气门的往复运动，按规定配气相位定时驱动气门开闭，并保证气门有足够开度和适当气门间隙。,任务4 气门传动组的构造与检修,一、概述,2.气门传动组的组成及类型 气门传动组指从凸轮轴正时齿轮开始至驱动气门动作的所有零件。 由于凸轮轴布置位置不同，故组成零件也不尽相同。,1）凸轮轴下置式气门驱动机构： 主要由凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴、气门间隙调整螺钉等组成。 2）凸轮轴中置式气门驱动机构： 与下置式相比，该机构减少了推杆。故减小了机构运动质量，增大了刚度。适用于较高速发动机。 有的中置式与下置式配气机构组成区别很小，只是推杆较短而已。,任务4 气门

2、传动组的构造与检修,3）凸轮轴上置式气门驱动机构： 该机构气门驱动形式有：摇臂驱动、摆臂驱动、凸轮直接驱动三种类型。 （1）单凸轮轴上置式摇臂驱动气门机构： 传动路线是：凸轮轴液力挺柱摇臂气门。 或凸轮轴摇臂气门。如图示。,任务4 气门传动组的构造与检修,（2）单、双凸轮轴上置式摆臂驱动气门机构： 摆臂驱动气门的配气机构比摇臂驱动式刚度更好，更有利于高速发动机。故广泛应用于现代轿车发动机。如图示。,任务4 气门传动组的构造与检修,（3）单凸轮轴上置式直接驱动气门机构： 该机构中，凸轮通过机械挺柱驱动气门，或通过液力挺柱驱动气门。 该机构刚度最大，驱动气门的能量损失最小。在高强化轿车发动机上得到

3、广泛的应用。如奥迪、奔弛320E等汽车发动机均有应用。,任务4 气门传动组的构造与检修,凸轮垫块挺柱、液压挺柱气门机构常见形式,如图示。,二、气门传动组主要零部件 有：正时齿轮、凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂及摇臂组等。,任务4 气门传动组的构造与检修,1.凸轮轴 功用：驱动和控制发动机各缸气门开启和关闭，使之符合发动机工作顺序、配气相位、气门开度编号规律的要求。 有些发动机还用它来驱动分电器、机油泵、汽油泵等装置。是气门传动组中最主要的零件。,任务4 气门传动组的构造与检修,任务4 气门传动组的构造与检修,1）凸轮轴的结构： 主要由凸轮和轴颈组成。如图示。,2）凸轮轴工作条件及材料要求： 工作条件

4、：工作中承受周期性冲击载荷，凸轮与挺柱之间接触应力很大，相对滑动速度很高，故工作表面磨损较严重。 性能要求：凸轮的磨损直接影响到气门开闭和升程以及发动机的动力经济性等。故要求凸轮表面有良好的耐磨性，足够的刚度和强度。 材料：凸轮轴一般用优质钢锻制或球墨铸铁铸制；凸轮和轴颈表面须经热处理后精磨。,任务4 气门传动组的构造与检修,3）凸轮轮廓及相对位置： 凸轮轮廓：如图示。其形状应符合配气相位要求；保证气门开和关的持续时间；且使气门有合适、平稳的升程和升降运动规律。,任务4 气门传动组的构造与检修,凸轮相对角位置 凸轮轴上凸轮数目由气缸多少而定。各同名凸轮（进气凸轮或排气凸轮）相对角位置与凸轮轴旋

5、转方向、各缸顺序、做功顺序及气缸数有关。 从发动机前端看，各缸同名凸轮相对角位置按发动机做功顺序，凸轮轴逆向旋转方向排列，如图示； 同名凸轮夹角为曲轴做功间隔角的12；即四缸发动机各同名凸轮相对夹角为90，六缸为60。,任务4 气门传动组的构造与检修,4）凸轮轴轴承： 安装：一般制成衬套压入整体式轴承座孔内，再镗削其内孔并与凸轮轴轴颈相配合。 有些上置式凸轮轴轴承也采用上、下两片轴瓦对合装入剖分式轴承座孔内。 材料：多与曲轴主轴承相同，在低碳钢钢背上浇减磨合金层；有的采用粉末冶金衬套或青铜衬套。,任务4 气门传动组的构造与检修,5）凸轮轴的传动：凸轮轴由曲轴驱动。根据凸轮轴布置位置不同,其传动

6、方式有：齿轮式、链条式、齿形带式。见前面相关图示。 它们各有特点。,任务4 气门传动组的构造与检修,6）凸轮轴的轴向定位 为防止凸轮轴工作中产生轴向窜动，影响配气机构正常工作，必须有轴向定位措施。 常用定位装置有：止推轴承、止推片、止推螺钉等，如图示。,2、挺柱 1）功用及材料： 将凸轮运动和推力传给推杆或气门。 要求具有良好的耐磨性。常用镍铬合金铸铁或激冷合金铸铁制造。 2）挺柱构造：分为普通挺柱、液压挺柱两大类。它们各有不同的结构形式。,任务4 气门传动组的构造与检修,（1）普通挺柱：其结构分为：菌形、球面筒形、滚轮式挺柱等几种形式。如图示。,任务4 气门传动组的构造与检修,a）菌形 b）

7、球面筒形 c）滚轮式挺柱,特点：结构简单，质量轻；但工作中易发生撞击噪声，且必须有气门间隙调整措施。 工作时底面摩擦力大，易磨损；,为减小磨损及磨损均匀，采用滚轮式挺柱或镶有耐磨材料的球面挺柱；采用挺柱绕其中心线作低速转动等结构。中、小型发动机应用较广。,任务4 气门传动组的构造与检修,（2）液压挺柱 结构组成，如图示。包括挺柱体、油缸、柱塞、球形阀、压力弹簧等。,任务4 气门传动组的构造与检修,液压挺柱特点： 消除了配气机构中的间隙，减小了各零件的 冲击和噪声； 凸轮轮廓可设计陡一些，以便气门开启和关 闭得更快，减小进、排气阻力，改善发动机 换气效果，提高发动机的性能，特别是高速 性能。 液

8、压挺柱结构复杂， 加工精度要求较高。,液压挺柱工作原理示意图,任务4 气门传动组的构造与检修,液压挺柱工作原理:气门打开过程： 凸轮推动挺柱体和柱塞下移，而油缸受到 气门弹簧阻力不能立即下移，致使高压油腔油 压升高，加上补偿弹簧推力，使球阀紧压在阀 座上。此时，高低压油腔被球阀隔开。 由于液体的不可压缩性，整个挺柱如同一 个刚体一样下移打开气门。此时，挺柱上的环 形油槽已离开斜油孔并停止进油。,任务4 气门传动组的构造与检修,气门关闭过程： 气门弹簧推动气门及挺柱上移，因仍受到凸轮和气门杆上、下两方面的顶压，高压油腔仍保持高压，球阀仍然关闭，液压挺柱仍相当于一个刚体，直至气门完全关闭为止。 气

9、门关闭后，补偿弹簧将柱塞和挺柱体继续向上推移一个微小行程，以补偿因油液泄漏而缩短的那一段挺柱长度。与此同时，挺柱体上的环形油槽与气缸盖上斜油孔对齐，球阀打开，油液经低压油腔进入高压油腔，补充高压油腔中泄漏的油液。,任务4 气门传动组的构造与检修,任务4 气门传动组的构造与检修,气门热胀冷缩补偿过程： 气门受热膨胀伸长时，向上顶压油缸，高压油腔中的油通过柱塞与油缸之间的间隙挤入低压油腔，油缸相对于柱塞上移，从而使挺柱自动“缩短”，保证气门关闭严密。 当气门冷却收缩时，补偿弹簧将油缸向下推动，挺柱自动“伸长”，保证无气门间隙。,任务4 气门传动组的构造与检修,凸轮直接驱动液压挺柱再驱动气门（不留间

10、隙）,凸轮直接驱动液压挺柱再驱动 （不留气门间隙）,凸轮驱动摇臂再驱动气门（须留气门间隙）,任务4 气门传动组的构造与检修,3.推杆 功用：将凸轮轴经过挺杆传来的运动和推力传给摇臂。多用于下置凸轮轴式配气机构。 工作情况：是配气机构中最易弯曲变形的细长杆件。 要求：足够的刚度和纵向稳定性，质量小。 材料：一般用冷拔无缝钢管，两端焊上耐磨的球头和球座；也可用中碳钢制成实心推杆，与两端的球头和球座做成整体。,任务4 气门传动组的构造与检修,推杆结构：实心和空心。如图示。 两端压成不同形状，下端头多为圆球形，使之与挺柱凹球形支座相适应；上端头一般制成凹球形，使与摇臂上的气门间隙调整螺钉球形头相适应。

11、,任务4 气门传动组的构造与检修,4、摇臂及摇臂组 功用：将推杆或凸轮传来的运动和力改变方向传给气门，使其开启。 材料及要求：常用45钢模锻或球铁精铸而成，有些高速发动机采用轻质硬铝合金制造。 因摇臂承受很大弯矩，故要求有足够的强度和刚度及较小的质量。,任务4 气门传动组的构造与检修,摇臂结构：如图示。 是一个以摇臂轴为支点、两臂不等长的双臂杠杆；轴孔内镶青铜衬套或滚针轴承与摇臂轴配合转动；断臂端有装配气门间隙调整螺钉的螺孔，长臂端加工成圆弧面，以推动气门。,任务4 气门传动组的构造与检修,精铸硬铝合金摇臂,任务4 气门传动组的构造与检修,摇臂组：由摇臂、摇臂轴、摇臂轴支座及定位弹簧等组成，如

12、图示。 装配与润滑：摇臂通过摇臂轴支承在摇臂轴支座上，摇臂轴支座在气缸盖上；摇臂轴为空心管状结构。摇臂与推杆和摇臂轴之间的润滑，来自摇臂轴内孔或气缸盖的压力油润滑。摇臂轴上每两摇臂之间装有弹簧，防止摇臂窜动。,任务4 气门传动组的构造与检修,任务4 气门传动组的构造与检修,5摆臂与气门间隙自动补偿器 摆臂功用与摇臂相同。其区别在于摆臂是单臂杠杆，其支点在摆臂的一端。 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结构及工作原理都与液压挺柱相同；不称其为液压挺柱，因不是凸轮的从动件，而是摆臂的一个支承。因此，它既是摆臂的支座又是补偿气门间隙变化的装置。如图示

13、。,1-柱塞弹簧 2-单向阀 3-进油孔 4-壳体 5-柱塞 6-摆臂 7-滚轮 8-销轴 9-高压油腔,1、凸轮轴的检修 凸轮轴常见损伤形式：弯曲变形，凸轮面及支承轴颈表面磨损等。 这些损伤会使气门最大开度减小,充气效率降低，配气相位失准，影响发动机动力性、经济性等。 1）凸轮工作面外观检视：有无擦伤和疲劳剥落。如有则更换。,三、 气门传动组主要零件的检修,任务4 气门传动组的构造与检修,2）凸轮工作面磨损检修： 用外径千分尺测量凸轮高度H 判断磨损程度，如图示。如超出限度(最大升程减小值0.40mm )，应更换。,2）凸轮轴弯曲变形的检修: 以凸轮轴中间轴颈对两端轴颈的径向圆跳动误差衡量。

14、检查方法如图示。 检查工量具：V型铁、百分表、平板。 检查完后将结果与标准值比较,以确定是修或换。,任务4 气门传动组的构造与检修,4）凸轮轴轴颈磨损的检修 用外径千分尺测量每个凸轮轴轴颈直径；用内径百分表测量气缸盖上凸轮轴颈座孔内径；测量方法及部位，如图示。 用所测轴颈座孔内径减去相应轴颈直径，即得轴颈与座孔的配合间隙。如配合间隙超过极限值，则更换凸轮轴，必要时更换气缸盖。,任务4 气门传动组的构造与检修,5）凸轮轴轴向间隙的检测与调整 凸轮轴轴向间隙由止推片保证。测量该间隙时，可撬动凸轮轴作轴向移动，用塞尺或百分表检查第一道轴颈前端面与止推凸缘之间或正时齿轮轮毂端面与止推凸缘之间的轴向间隙

15、，如图示。 间隙一般为0.10mm，极限为0.25mm。如超限，则视情调整止推片厚度或更换止推片或凸轮轴。,任务4 气门传动组的构造与检修,2.挺柱的检修 损伤形式：接触面磨损、剥落、裂纹、擦伤划痕；外径磨损使导孔配合间隙过大等。视情检修。 1）普通挺柱的检修：如轻微不均匀磨损或擦伤划痕，可用细砂布打磨。 如出现下列情况之一时应更换： 底部出现疲劳剥落时； 底部出现环形沟槽； 底部出现裂纹或严重擦伤划痕； 与导孔配合间隙超过规定值时。,任务4 气门传动组的构造与检修,2）液压挺柱的检修：应注意以下几点： 测量液压挺柱导孔内径和液压挺柱外径,其配 合间隙一般为0.01mm0.04mm,使用极限为

16、 0.10mm。否则应更换液压挺柱或导孔镶套； 如出现气门高度不足时，更换液压挺柱； 如需拆下液压挺柱，不得互换，应作标记； 如液压挺柱体外侧面及底部过度磨损或工作 失效，应更换新件。,任务4 气门传动组的构造与检修,3、推杆的检修 损伤形式：易发生弯曲。要求其直线度误差0.30mm；上端凹球端面和下端凸球面半径磨损控制在0.01mm+0.03mm之间。 4、摇臂和摇臂轴的检修 损伤形式：摇臂头的磨损。摇臂轴的弯曲和磨损。 1）摇臂的检修：调整螺钉头部磨损严重时应更换。摇臂与凸轮接触面磨损严重或调整螺钉孔损坏，则更换摇臂。,任务4 气门传动组的构造与检修,2）摇臂轴的检修： 用V形铁和百分表检

17、查其弯曲变形（与检查气门杆弯曲变形的方法类似）,直线度极限为0.06mm。如超限,可用冷校法校正或更换摇臂轴。 3）摇臂孔与摇臂轴配合间隙的检修： 用外径千分尺和内径百分表测量摇臂轴直径和摇臂孔内径，其差值即为其配合间隙。各数值应满足原厂要求。 如配合间隙超限，则应视摇臂轴直径和摇臂孔内径磨损情况，更换摇臂轴或摇臂孔衬套，或两者都换。更换衬套。注意：镶套时，要对准油孔。,任务4 气门传动组的构造与检修,5.同步带和带轮的检修 1）同步带和同步带轮磨损和裂纹检查：必要时，应更换。一般轿车行驶810万千米必须更换。 同步带及带轮、张紧轮不得沾油和水，否则使同步带橡胶膨胀，缩短使用寿命。,任务4 气

18、门传动组的构造与检修,2）同步带松紧度的检查： 用30N力压带的紧边中间,其挠度L是否为6mm；如图示。 或用手扭转同步带紧边中间刚好能达90，则其张紧度合适。否则应调整。,6.正时链条和链轮的检修 上置凸轮轴式配气机构发动机多采用链传动。正时传动机构因正时链条磨损使节距变长、噪声增大,严重时使配气正时失准。故维修中应以检查。 1）正时链条的检修：测全链长度。施以50N拉力拉紧后测量其长度,如图示。如超标，则更换。,任务4 气门传动组的构造与检修,2）正时链轮的检修：测链轮最小直径。 将链条分别包住凸轮轴正时链轮和曲轴正时齿轮，用游标卡尺测量直径，如图示。其直径不得小于允许值。否则应更换链条和

19、链轮。,任务4 气门传动组的构造与检修,一、可变配气相位控制机构,传统发动机配气机构在发动机制造装配好后，配气相位及气门升程是不变的。 理想的配气相位应随发动机转速、负荷及其他工况变化而改变。但传统的配气机构难以同时满足这些要求。 为解决此问题，近年来，现代轿车的一些发动机已大量采用可变配气正时控制系统，在一定范围内调整凸轮轴的转角和升程，优化控制配气正时，使发动机动力性、经济性提高，高、低速性能和稳定性改善，减小了排放污染。,任务5 可变配气相位控制技术简介,可变配气相位控制机构种类较多，除气缸数可自动变化机构（如“V864”可变气缸数发动机）外，比较有代表性的有： 可变配气正时及气门行程系

20、统； 可变气门正时系统。 目前实际应用较多的有： 丰田和帕萨特B5的可变配气正时控制（VVT-i）机构； 本田的可变气门行程控制（VTEC）机构。,任务5 可变配气相位控制技术简介,1.丰田智能可变配气正时控制（VVT-i）系统,1）丰田VVT-i系统的构造： 如图示。,任务5 可变配气相位控制技术简介,任务5 可变配气相位控制技术简介,2）VVT-i控制器结构：如图示。,它包括：由正时同步齿形带驱动的外齿轮，与进气凸轮轴刚性连接的内齿轮，一个位于内、外齿轮之间的可动活塞等组成。,活塞内外表面上有螺旋花键，活塞沿轴向移动可改变内、外齿轮间的相位，从而产生气门配气相位的连续改变。,3）VVT-i

21、）工作原理：如图示。 凸轮轴正时控制阀根据ECU指令控制阀轴的位置，从而将油压施加给凸轮轴正时同步带轮，以提前或推迟配气正时。发动机停机时，凸轮轴正时机油控制阀处于最延迟位置，如图（b）所示。,任务5 可变配气相位控制技术简介,发动机运转时，根据发动机 ECU 指令,当凸轮轴 正时机油控制阀位于图（a）所示位置时,机油压 力施加在活塞左侧，使活塞向右移动。由于活塞 上螺旋花键的作用，进气凸轮轴相对于凸轮轴正 时同步带轮提前某一个角度。 发动机转速降低时,ECU指令使凸轮轴正时机油控 制阀位于图（b）所示位置时,活塞向左移动,进 气凸轮轴相对于凸轮轴正时带轮延迟一定角度。 发动机转速恒定时，凸轮

22、轴正时机油控制阀关闭 油道，保持活塞两侧压力平衡，保持配气相位在 某一特定范围内，由此便得到理想的配气正时。,任务5 可变配气相位控制技术简介,2.本田可变气门控制（VTEC）系统 本田汽车公司于1989年推出了可变气门配气相位和气门升程电子控制系统，英文缩写“VTEC”。,任务5 可变配气相位控制技术简介,1）本田VTEC系统结构： 图示为： 本田ACCORDF22B1发动机VTEC 机构。 主要由： 气门、凸轮、摇臂、同步活塞等组成。,是世界上第一个能同时控制气门开闭时间及升程的气门控制系统。,和一般高速发动机一样,每缸配置2进2排共4个气 门,2个进气门又有主进气门和次进气门之分; 每个

23、进气门均由单独的凸轮通过摇臂驱动。驱动 主、次进气门的凸轮分别叫主凸轮、次凸轮；与 主、次进气门接触的摇臂称为主摇臂、次摇臂； 主、次摇臂之间有一特殊的中间摇臂，它不与任 何气门直接接触;,任务5 可变配气相位控制技术简介,三个摇臂并列组成 进气摇臂总成，如 图示。凸轮轴上有 主、次、中间凸轮, 分别驱动主、次、 中间摇臂;,三个凸轮升程不同:中间凸轮升程最大,适合发动 机高速时主、次进气门工作时配气相位要求；主 凸轮升程小于中间凸轮，适合发动机低速时主进 气门单独工作要求;次凸轮升程最小,最高处略高 于基圆,其作用只在发动机怠速时,通过次摇臂少 量打开次进气门,以免燃油聚集在次进气门口。 中

24、间摇臂一端和中间凸轮接触，另一端在低速时 可自由活动; 三个摇臂在靠近气门一端均有一个油缸孔。油缸 孔中都安装有靠油压控制的正时活塞、同步活塞 及弹簧。,任务5 可变配气相位控制技术简介,任务5 可变配气相位控制技术简介,2）VTEC工作过程：,（1）VTEC不工作时：正时活塞和主同步活塞位于主摇臂缸内，与中间摇臂等宽的中间同步活塞位于中间摇臂油缸内，次同步活塞和弹簧一起则位于次摇臂油缸内。正时活塞的一端和液压油道相通,油道的开闭由ECU通过TEC电磁阀控制。,任务5 可变配气相位控制技术简介,（2）发动机处于低速工况时：其工作状态如图示。,低速工况TEC工作状态,任务5 可变配气相位控制技术

25、简介,ECU无指令，油道内无油压，活塞位于各自的油缸内，各摇臂均独自做上下运动。 主摇臂紧随主凸轮开闭主进气门，供给发动机低速工况时所需混合气；次凸轮迫使次摇臂微微起伏，次进气门微微开闭；中间摇臂虽然随着中间凸轮大幅度运动，但它对任何气门均不起作用。因此发动机处于单进、双排工作状态，吸入的混合气不到高速时的一半。因所有气缸参与工作，发动机运转十分平稳。,低速工况时VTEC工作状态：,任务5 可变配气相位控制技术简介,（3）当发动机高速运行时：其工作状态如图示。,任务5 可变配气相位控制技术简介,高速工况时VTEC工作状态 ： 即发动机转速、负荷、冷却液温度、车速达到定值时，ECU向TEC电磁阀

26、供电并开启，来自润滑油道的机油压力推动正时活塞，正时活塞又推动两同步活塞，压缩弹簧；主、中间、次摇臂被主、中间、次同步活塞串联为一体，成为一个同步活动的组合摇臂。 因中间凸轮升程大于另两个凸轮，配气定时提前，故组合摇臂随中间摇臂一起受中间凸轮驱动，主、次气门均大幅度同步开闭，配气相位处于最佳状态，吸人的混合气增多，满足发动机高速、大负荷的进气要求。,任务5 可变配气相位控制技术简介,2）VTEC控制原理：如图示。,TEC控制原理,任务5 可变配气相位控制技术简介,TEC机构是采用一根凸轮轴上设计高速型和低速型两种不同配气定时和气门升程的凸轮，利用液压进行切换的装置。 切换原理：ECU根据传感器

27、提供的发动机转速、负荷、冷却液温度及车速信号进行判断处理后输出相应控制信号，通过电磁阀调节摇臂内活塞液压系统，使发动机在不同工况下由不同的凸轮控制，从而使进气门开度和正时处于较佳状态。电磁阀开启后，控制系统通过压力开关反馈信号给ECU，以监控系统工作。,VTEC控制原理：,任务6 配气机构常见故障现象与排除,一、气门脚响,1故障现象： 发动机怠速时发出有节奏的“嗲嗲”声，响声部位在发动机气门室罩内，而且响声会随发动机转速的升高而加大，发动机温度升高响声减弱或消失； 发动机加速时噪音增加，单缸断火响声不变；发动机动力性能下降。 2故障原因： 气门间隙过大，润滑不良，凸轮磨损，挺杆、挺柱跳动，以及气门与气门导管松旷等。,任务6 配气机构常见故障现象与排除,3故障诊断与排除方法： 故障诊断部位在气门室罩内。 拆开气门室罩，用机油壶向气门脚部淋注机油， 如果响声减弱或消失，即为该气门脚响。 故障排除方法： 首先检查气门间隙。如过大则调整至标准间 隙，若间隙正常，则拆下摇臂轴，检查挺杆是否 弯曲，挺柱底平面是否过度磨损，若挺杆弯曲或 挺柱磨损则需校正或更换； 然后检查气门与气门导管间隙是否过大。如