1、第3章 配 气 机 构3.1 概述概述 3.2 气门组的构造气门组的构造 3.3 气门传动组的构造气门传动组的构造 3.4 配气机构自动控制简介配气机构自动控制简介 3.5 配气机构的检查与调整配气机构的检查与调整 3.6 配气机构的常见故障及检修配气机构的常见故障及检修 实训实训8 配气机构的拆装配气机构的拆装 实训实训9 气门间隙与配气相位的检查与调整气门间隙与配气相位的检查与调整 实训实训10 配气机构主要部件的检修配气机构主要部件的检修 3.1 概概 述述3.1.1 配气机构的作用配气机构的作用配气机构的作用就是按照发动机每一汽缸的工作循环和发火顺序的要求，适时地开启和关闭各汽缸的进/
2、排气门，使新鲜可燃混合气或新鲜空气及时进入汽缸，同时使废气及时排出汽缸，以保证发动机各种工况对换气质量的要求。发动机在全负荷下工作时，要求获得最大的功率，而吸进汽缸的新鲜气量越多，则发动机可能输出的功率越大，因此，在此工况下，要求配气机构能保证最大的新鲜充气量。新鲜气量充满汽缸的程度，常用充气效率（也称充气系数）表示。所谓充气效率，是指在进气过程中，实际充入汽缸的新鲜气量与在进气状态下可充满汽缸工作容积的新鲜气量的质量比。影响发动机充气效率的因素很多，例如进气系统的结构对气流的阻力造成进气终止时缸内压力下降，上一循环未排尽的残余废气及燃烧室、活塞顶、气门等高温零件对进入汽缸的新鲜气体加热，使进
3、气终止时的气体温度升高，导致实际进入汽缸的新鲜气体总是小于在大气状态下充满汽缸工作容积的新鲜气体的质量，即充气效率总是小于1。对于配气机构，要提高充气效率，主要应减小进、排气阻力，如采用多气门机构，合理安排进、排气开闭时刻和开启的大小等，保证充气量尽可能大。发动机在部分负荷下工作时，要求降低燃油消耗，而减少部分负荷时的进气节流损失是关键，为此发展了可变气门机构，以保证发动机在任意符合工况的状态下获得有利于燃烧的换气过程、进气量、排气再循环以及进气涡流强度。配气机构的机构参数和形式首先要在满足排放的要求下，再来满足最大功率和燃油消耗的要求，此外还要求配气机构的摩擦损失和噪声要低。3.1.2 配气
4、机构的组成配气机构的组成各种配气机构的组成，按零件的作用都可分为气门组和气门传动组，如图3-1所示。各种类型的配气机构中，气门组的组成是相同的，它包括：气门、气门座、气门导管、气门弹簧、锁片、卡簧等，其主要作用是维持气门的关闭。而各种类型的气门传动组的组成有所不同，但其主要作用都是定时驱动气门开闭，并保证气门有足够的开度。气门传动组包括凸轮轴、挺柱、摇臂、推杆、气门间隙调整螺钉等。图3-1 配气机构的组成3.1.3 配气机构的类型配气机构的类型 1.下置凸轮轴式配气机构下置凸轮轴式配气机构如图3-2所示，凸轮轴布置在汽缸体的中下部，凸轮轴与汽缸距离较远，因此气门传动组包括凸轮轴、挺柱、摇臂、推
5、杆等。因传动环节多且路线长，在高速运动时，其运动件惯性力大、细长推杆弹性大，易引起严重的振动和噪声，甚至使气门失去控制，通常采用一对正时齿轮驱动凸轮轴，也可通过中间齿轮驱动凸轮轴，还可采用链条驱动凸轮轴。对于四行程发动机，曲轴与凸轮轴齿轮的齿数之比为1 2，即曲轴转2转时，凸轮轴转1转。安装时应注意，发动机第一缸在上止点时，使两个齿轮上的正时标记相互对准。图3-2 下置凸轮轴式配气机构 1汽缸盖；2气门导管；3气门；4气门主弹簧；5气门副弹簧；6气门弹簧座；7锁片；8气门室罩；9摇臂轴；10摇臂；11锁紧螺母；12调整螺钉；13推杆；14挺柱；15凸轮轴；16正时齿轮2.中置凸轮轴式配气机构中
6、置凸轮轴式配气机构如图3-3所示，凸轮轴布置在汽缸体的上部，由凸轮轴通过挺柱直接推动摇臂，而省去了推杆，从而减小了气门传动机构的往复运动质量，以适应较高转速的发动机。由于凸轮轴相对曲轴较远，一般采用曲轴通过链条驱动凸轮轴。图3-3 YC6105QC柴油机配气机构 1摇臂；2气门弹簧；3气门导管；4气门座；5气门；6推杆；7挺柱；8凸轮轴；9曲轴3.单顶置凸轮轴式配气机构单顶置凸轮轴式配气机构如图3-4所示，凸轮轴布置在汽缸盖上。其常见的形式有两种，一种是气门传动组(包括凸轮轴、摇臂等)，称为摇臂驱动气门式；另一种是气门传动组(包括凸轮轴、挺柱等)，称为直接驱动气门挺柱式。图3-4 桑塔纳轿车的
7、配气机构 4.双顶置凸轮轴式配气机构双顶置凸轮轴式配气机构双顶置凸轮轴的布置同样有两种形式，一种是摇臂驱动气门式，另一种是直接驱动气门挺柱式。顶置凸轮轴式配气机构中凸轮轴与气门相距很近，传动零件少，惯性质量小，系统刚度大，能适应高速发动机的工作。但由于凸轮轴距曲轴较远，因此不能采用简单的齿轮传动，通常采用链条传动或齿形传动带传动。另外，汽缸盖的结构比较复杂。齿形传动带传动显著减小了噪声，且其质量轻、包角大、啮合量大、工作可靠，应用越来越广泛。3.1.4 配气相位及其影响因素配气相位及其影响因素配气相位是用曲轴转角表示的进、排气门的开启时刻和开启延续时间，通常用环形图表示配气相位图，见图3-5。
8、图3-5 配气相位图 1.理论上的配气相位分析理论上的配气相位分析理论上讲，进气、压缩、做功、排气各占180，也就是说，进、排气门都是在上、下止点开闭，延续时间都是曲轴转角180。但实际表明，简单配气的相位对实际工作是很不适应的，它不能满足发动机对进、排气门的要求。原因在于：气门的开闭有个过程，开启的速度总是由慢到快，关闭的速度总是由快到慢。影响发动机进、排气的因素如下：(1)气体惯性的影响：随着活塞的运动，造成进气不足、排气不净。(2)发动机速度的要求：实际的发动机曲轴转速很高，活塞每一行程历时都很短，当转速为5600 r/min时，一个行程只有60/(56002)=0.0054s，就是转速
9、为1500 r/min，一个行程也只有0.02 s，这样短的进气或排气过程，使发动机进气不足，排气不净。可见，理论上的配气相位不能满足发动机进、排气的要求，对于实际的配气相位如何满足这个要求，下面将进行分析。2.实际的配气相位分析实际的配气相位分析为了使进气充足、排气干净，除了从结构上进行改进外(如增大进、排气管道)，还可以从配气相位上采取措施，使气门早开晚闭，以延长进、排气时间。进气门早开：增大进气行程开始时气门的开启高度，减小进气阻力，增加进气量。进气门晚关：延长进气时间，在大气压和气体惯性力的作用下，增加进气量。排气门早开：借助汽缸内的高压自行排气，大大减小了排气阻力，使排气干净。排气门
10、晚关：延长排气时间，在废气压力和废气惯性力的作用下，使排气干净。1)气门重叠由于进气门早开、排气门晚关，势必造成在同一时间内两个气门同时开启。把两个气门同时开启时间相当的曲轴转角叫做气门重叠角。在这段时间内，可燃混合气和废气是不会乱窜的，这是因为：进、排气流各有自己的流动方向和流动惯性，而重叠时间又很短，不至于混乱，即吸入的可燃混合气不会随同废气排出，废气也不会经进气门倒流入进气管，而只能从排气门排出；进气门附近有降压作用，有利于进气。2)进、排气门的实际开闭时刻和延续时间实际进气时刻和延续时间：在排气行程接近终止时，活塞到达上止点前，即曲轴转到离上止点还差一个角度，进气门便开始开启，进气行程
11、直到活塞越过下止点后角时，进气门才关闭。整个进气过程延续时间相当于曲轴转角180+。其中：为进气提前角，一般=1030；为进气延迟角，一般=4080。因此，进气过程曲轴转角为230290。实际排气时刻和延续时间：同样，做功行程接近终止时，活塞在到达下止点前，排气门便开始开启，提前开启的角度一般为4080，活塞越过下止点角后排气门关闭，一般为1030，整个排气过程相当于曲轴转角180+。其中：为排气提前角，一般=4080；为排气延迟角，一般=1030。因此，排气过程曲轴转角为230290，气门重叠角为+=2060。3.配气相位的影响因素配气相位的影响因素汽车在使用过程中，因配气相位的失准，影响到
12、发动机的动力性和经济性，其原因有如下几个方面。1)制造、装配和维修中误差的影响由于制造和装配误差产生的累计误差，在极限状态下可能使配气相位偏差达到3，各缸的配气相位偏差达2。若加上凸轮轴轮廓误差、修磨曲轴和凸轮轴时引起的误差、配气机构传动间隙等影响，配气相位将会偏离标准值更大。2)使用中配气相位的变化发动机经长期使用，机件磨损、配合间隙增大(如正时齿轮、曲轴和凸轮轴轴向间隙等)，凸轮表面的不规则磨损等都将引起配气相位偏移。3)动态变形引起的配气相位偏移顶置气门式配气机构的刚度较差，在工作过程中易产生弹性变形。据估测，0.05 mm左右的初始静态变形相当于配气相位角偏移5。发动机的转速越高，配气
13、机构刚度越差，其动态配气相位与静态配气相位的偏差也越大。4)使用条件的影响由于各地使用条件的差异，原厂规定的配气相位与实际要求不能相适应，不同的工况和不同的使用条件，对配气相位的要求也不尽相同，因而各地区的使用者也有必要因地制宜地对配气相位进行调整。3.2 气门组的构造气门组的构造气门组的构造如图3-6所示，其主要由气门、气门座、气门弹簧、弹簧座、气门导管等组成。气门组应保证气门能够实现汽缸的密封，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
14、气门能迅速开闭，并保证气门紧压在气门座上。图3-6 气门组的构造 1气门；2气门弹簧；3弹簧座；4锁环；5气门导管3.2.1 气门气门1.气门头部气门头部 气门头部是一个具有圆锥斜面的圆盘，气门锥角一般为45或30，见图3-7。在气门升程相同的情况下，气门锥角较小时，气流通过的断面较大，进气阻力较小。但锥角较小的气门头部边缘较薄，刚度较小，致使气门头部与气门座的密封性及导热性均较差。一般排气门因热负荷较大而用较大的锥角。气门头边缘应保持一定的厚度，一般为13mm，以防工作中冲击损坏和被高温烧蚀。气门密封锥面与气门座配对研磨，一般气门锥角比气门座或气门座圈锥角小0.51，其作用是使两者不以锥面的
15、全宽接触，这样可以增加密封锥面的接触压力，加速磨合，并能切断和挤出两者之间的任何积炭或积垢，保持锥面良好的密封性。为了减少进气阻力，提高汽缸的充气效率，多数发动机进气门的头部直径比排气门的大，两气门一样大时，排气门标有记号。图3-7 气门锥角 为保证密合良好，装配前应将气门头与气门座二者的密封锥面互相研磨，注意研磨好的气门不能互换。为了改善气门头部的耐磨性和耐腐蚀性，有的发动机在排气门密封锥面堆焊一层含有大量镍、铬、钴等金属元素的特种合金，以提高其硬度。气门头部的热量是直接通过气门座以及通过气门杆经气门导管而传到汽缸盖的，为了提高气门头部的散热性能，气门座孔区域应加强冷却，气门头向气门杆过渡部
16、分的几何形状应尽量做到圆滑，以增加强度并尽量减少气流阻力，此外还应使气门杆与气门导管之间的间隙尽可能小。气门头顶部的形状有平顶、喇叭形顶和球面顶等见图3-8。图3-8 气门顶部形状(a)平顶气门；(b)喇叭形顶气门；(c)球面顶气门 平顶：结构简单，制造方便，吸热面积小，质量小，进、排气门均可采用。喇叭形顶：适用于进气门，进气阻力小，但受热面积大。球面顶：适用于排气门，强度高，排气阻力小，废气的清除效果好，但受热面积大，质量和惯性力大，加工较复杂。2.杆身杆身杆身与气门头部制成一体，装在气门导管内起导向作用，杆身与气门头部采用圆滑过渡连接。气门杆呈圆柱形，在气门导管中不断作往复运动，其表面应具
17、有较高的加工精度和较低的粗糙度，并经热处理以保证同气门导管的配合精度和耐磨性，并起到良好的导向、散热作用。气门杆端的形状取决于气门弹簧座的固定方式，常用的结构是用剖分成两半的锥形锁片来固定弹簧座，这时，气门杆端可切出环槽来安装锁片。有些发动机的气门弹簧座用锁销来固定，故其气门杆端有一个用来安装锁销的径向孔，见图3-9。图3-9 弹簧座的固定方式(a)锁环式固定；(b)锁销式固定 有的发动机高速化后，进气管中的真空度显著提高，气门室的机油会通过气门杆与导管之间的间隙被吸入汽缸内。为此，在发动机的气门杆上安装气门油封，以减少机油的消耗和燃烧室积炭的产生。由于排气门的热负荷特别高，为了改善其导热性能
18、，有些发动机采用了如图3-10所示的充钠排气门，如捷达EA113型发动机的五气门就采用了该排气门。其原理是：在排气门封闭内径充注钠，钠在约为1243 K时变为液态，具有良好的热传导能力。通过液态钠的来回运动，热量很快从气门头部传到根都，可使温度降低约100，排气门的这种内部冷却方式也同时降低了混合气自燃的危险，从而提高了气门的使用寿命。使用中值得注意的是：为了保护环境，不允许将排气门直接作为废品扔掉，必须在排气门中部用铁锯锯开一个缺口，在此期间不能用水接触排气门。若将排气门扔入一个充满水的捅中，就会立即发生化学反应，充注在其内部的钠发生燃烧，经过上述处理后的排气门才能作为普通废品处理。图3-1
19、0 充钠排气门 3.2.2 气门座气门座气门座与气门头部密封锥面配合密封汽缸，气门头部的热量也经过气门座向外传播。气门座可以在缸盖或缸体上直接镗出，也可以采用镶嵌式结构。镶嵌式结构的气门座都采用较好的材料(如合金铸铁、奥氏体钢等)单独制作，其形状如图3-11所示。图3-11 气门座和气门导管 气门座的锥角由三部分角度组成，其中45(或30)的锥面与气门密封锥面贴合，为保证有一定的座合压力，既密封可靠，同时又有一定的散热面积，要求结合面的宽度为13 mm；15和75锥角是用来修正工作锥面的宽度和上下位置的，以使其达到规定的要求。在安装气门前，气门座应与气门配对进行研磨处理，以保证贴合得更加紧密、
20、可靠。3.2.3 气门导管气门导管气门导管主要起导向作用，以保证气门作直线往复运动；同时气门导管还起导热作用，将气门头部传给杆身的热量，通过汽缸盖传递出去。气门导管的结构如图3-12所示。为了保证导向，气门导管应具有一定的长度。气门导管的工作温度也较高，约500 K。气门导管和气门的润滑是靠配气机构飞溅出来的机油进行润滑的，因此易磨损。为了改善润滑性能，气门导管常用灰铸铁、球墨铸铁或铁基粉末冶金制造。导管的内、外圆面加工后将其压入汽缸盖的气门导管孔内，然后再精铰内孔。为了防止气门导管在使用过程中松脱，有的发动机对气门导管采用卡环定位。图3-12 气门导管3.2.4 气门弹簧气门弹簧气门弹簧的作
21、用在于保证气门回位。在气门关闭时，保证气门与气门座之间的密封；在气门开启时，保证气门不因运动时产生的惯性力而脱离凸轮。气门弹簧多为圆柱形螺旋弹簧，它的一端支承在汽缸盖上，另一端压靠在气门杆尾端的弹簧座上，再将弹簧座用锁片固定在气门杆的尾端，见图3-13。气门弹簧的材料为高碳锰钢、铬钒钢等冷拔钢丝，加工后要进行热处理。图3-13 气门弹簧(a)高刚度弹簧；(b)不等螺距弹簧；(c)双弹簧 气门弹簧在工作时，当其工作频率与自然振动频率相等或成某一倍数时，将会发生共振，为了防止这种现象的发生，可采取如下措施：提高气门弹簧的自然振动频率，即提高气门弹簧自身的刚度，见图3-13(a)；采用不等螺距的圆柱
22、弹簧，这种弹簧在工作时，螺距小的一端逐渐叠合，有效圈数逐渐减小，自然频率逐渐提高，从而避免了共振(如红旗轿车的8V100发动机的气门弹簧)，见图3-13(b)；采用双气门弹篱，一些高速发动机通常在一个气门上同心安装两根直径不同、旋向相反的内外弹簧，见图3-13(c)，这样能提高气门弹簧的工作可靠性，即可以防止共振；而且当一根弹簧折断时，另一根可维持工作，还可防止折断的弹簧圈卡入另一个弹簧圈内；此外还能使气门弹簧的高度减小。当装有两根气门弹簧时，注意弹簧圈的螺旋方向应相反。3.2.5 锁片、卡簧锁片、卡簧锁片、卡簧的作用是在气门弹簧力的作用下把弹簧座和气门杆锁住，使弹簧力作用到气门杆上。3.3
23、气门传动组的构造气门传动组的构造3.3.1 凸轮轴凸轮轴1.凸轮轴的作用凸轮轴的作用凸轮轴的作用是控制气门的开启和关闭，每一个进、排气门分别有相应的进气凸轮和排气凸轮。凸轮的形状影响气门的开闭时刻及高度，凸轮的排列影响气门的开闭时刻和工作顺序。2.凸轮轴的结构凸轮轴的结构凸轮轴主要由凸轮、凸轮轴轴颈等组成，见图3-14(a)，对于下置凸轮轴的汽油机，还具有用于驱动机油泵、分电器的螺旋齿轮和用于驱动汽油泵的偏心轮。凸轮受到气门间歇性开启的周期性冲击载荷，因此要求凸轮表面要耐磨，凸轮轴要有足够的韧性和刚度，凸轮轴一般用优质钢模锻或特种铸铁铸造而成。凸轮和轴颈的工作表面一般需经热处理后精磨，以改善其
24、耐磨性。图3-14 四行程汽油机凸轮轴(a)492QA发动机的凸转轴；(b)各种凸轮的相对角位置图；(c)进(或排)气凸转投影 由图3-14(b)可以看出，同一汽缸的进、排气凸轮的相对角位置是与既定的配气相位相适应的。发动机各个汽缸的进气(或排气)凸轮的相对角位置应符合发动机各汽缸的点火顺序及点火间隔时间的要求。因此，根据凸轮抽的旋转方向以及各缸进气(或排气)凸轮的工作次序，就可以判定发动机的点火次序。图3-14所示的四缸四行程发动机，每完成一个工作循环，曲轴旋转两周而凸轮轴只旋转一周，在这期间内，每个汽缸都要进行一次进气(或排气)，且各缸进气(或排气)的时间间隔相等，即各缸进(或排)气门的凸
25、轮彼此间的夹角均为360/4=90。由图3-14(c)可知，汽车发动机的点火次序为1243(从前端向后看，凸轮轴的旋转方向如图所示时)。若六缸四行程发动机的凸轮轴逆时针旋转，则其点火次序为153624，任何两个相继点火的汽缸进(或排)气凸轮间的夹角均为360/6=60，如图3-15所示。凸轮的轮廓应保证气门开启和关闭的持续时间符合配气相位的要求，且使气门有合适的升程及其升降过程的运动规律。凸轮形状如图3-16所示，O点为凸轮旋转中心，EA为以O为中心的圆弧。当凸轮按图中箭头方向转过弧EA时，挺柱不动，气门关闭。凸轮转过A点后，挺柱开始上移；凸轮转至B点，气门间隙消除，气门开始开启；凸轮转到C点
26、，气门开度达到最大，之后开始关闭，凸轮转至D点，气门闭合终止；此后，挺柱继续下落，出现气门间隙，至E点挺柱又处于最低位置。f对应着气门开启持续角，1和2则分别对应着消除和恢复气门间隙所需的转角。凸轮轮廓BCD段的形状，决定了气门的升程及其升降过程的运动规律。图3-15 六缸发动机进、排气凸轮投影 图3-16 凸轮形状示意图 3.凸轮轴的驱动凸轮轴的驱动凸轮轴由曲轴通过传动装置驱动，通常采用一对正时齿轮传动，如图3-17所示。曲轴正时齿轮(小齿轮)和凸轮轴正时齿轮(大齿轮)分别用键安装在曲轴和凸轮轴的前端，其传动比为2 1。在装配时，必须将正时标记对准，以保证正确的配气相位和点火时刻。一些凸轮轴
27、上置的配气机构采用链条与链轮的传动。为使链条在工作时具有一定的张力而不致脱链，通常还装有导链板、张紧轮等装置；为了使链条调整方便，有的发动机使用一根链条传动。链条与链轮传动的主要问题是其工作的可靠性和耐久性不如齿轮传动，其传动性能在很大程度上取决于链条的制造质量。近年来在高速发动机上还广泛采用齿形皮带来代替传动链。图3-18为一汽奥迪100轿车使用的齿形皮带传动，这种齿形皮带用氯丁橡胶制成，中间夹有玻璃纤维和尼龙织物，以增加强度。采用齿形皮带传动，可以减少噪声和减轻结构质量，也可以降低成本。图3-17 正时齿轮及正时标记 图3-18 奥迪100轿车齿形皮带传动 4.凸轮轴的润滑凸轮轴的润滑凸轮
28、轴轴颈的润滑采用压力润滑，缸体或缸盖上钻有油道与轴承相通。凸轮与挺柱均采用飞溅润滑。发动机摇臂总成的润滑是从轴承处把机油通过缸体和缸盖上的油道输送到摇臂轴，为防止供油过多造成摇臂总成润滑过量，在相应的轴颈上开两条互不相同的弧形节流槽，如图3-19所示，图中最后一道轴颈上的泄油孔可使轴颈后端与油堵之间的机油流回油底壳，防止因此处油压过高而使油堵漏油。第一道轴颈上的油孔与轴颈前端面相通，以便对凸轮轴轴向止推面进行润滑。图3-19 凸轮轴轴颈上的油槽与油孔 5.凸轮轴的定位凸轮轴的定位为了防止凸轮轴的轴向窜动，凸轮轴必须有轴向定位装置，常见的轴向定位装置如图3-20所示。在凸轮轴第一轴颈端面与正时齿
29、轮之间装有调节隔圈，调节隔圈外面松套一止推凸缘，止推凸缘用螺钉固定在汽缸体前端面上。因调节隔圈的厚度大于止推凸缘的厚度，故止推凸缘与正时齿轮的轮毂端面之间有一定的间隙。间隙的大小可通过改变调节隔圈的厚度来调整。当凸轮轴产生轴向移动时，止推凸缘便与凸轮轴轴颈端面或与正时齿轮轮毂接触，从而防止了轴向窜动。止推凸缘磨损后还可以更换。图3-20 凸轮轴的轴向定位 图3-21 止推轴承定位 3.3.2 挺柱挺柱1.普通挺柱普通挺柱普通挺柱的形状如图3-22所示。筒式挺柱底部钻有径向通孔，便于流出筒内收集的机油对挺柱底面及凸轮加以润滑。滚轮式挺柱可以减少磨损，但结构较复杂，质量较大，多用于大缸径柴油机的配
30、气机构上。图3-22 挺柱挺柱在工作时，由于受凸轮侧向推力的作用，会稍有倾斜，并且由于侧向推力方向是一定的，这样就会引起挺柱与导管之间的单面磨损，同时挺柱与凸轮固定不变地在一处接触，也会造成磨损不均匀。为此，挺柱底部工作面制成球面而且把凸轮面制成带锥度形状，这样凸轮与挺柱的接触点偏离挺柱轴线，当挺柱被凸轮顶起上升时。接触点的摩擦力使其绕自身轴线转动，以达到均匀磨损的目的。挺柱位于导向孔内，有些发动机的导向孔直接在缸体或缸盖上镗出，也有些发动机采用可拆式挺柱导向体，将挺柱装在导向体的导向孔内，再将导向体固定在缸体上。2.液压挺柱液压挺柱由于配气机构中存在间隙，在高速运行时会产生很大的振动和噪声，
31、这对某些要求行驶平稳与低噪声的车用发动机来说是很不适宜的，因此出现了一种液压挺柱，它直接放在凸轮与气门之间。如图3-23所示，液压挺柱由外体、内体、活塞、单向阀、单向阀弹簧、活塞回位弹簧等组成，在各个零件组装到外体上后，再把外体组件与上盖焊接在一起，成为不可拆卸的整体。内体的内、外表面分别与活塞外表面和外体内表面良好配合。整个挺柱形成三个空间，即储油室、和高压油腔。图3-23 液压挺柱 液压挺柱的工作过程如下：(1)当凸轮没有压下液压挺柱时，挺柱处于如图3-24(a)所示的位置。发动机润滑系统中带压力的机油通过汽缸盖上的专门油道，经外体上的环形油槽、供油斜孔进入储油室，并从通道上盖上的溢油槽进
32、入储油室，再克服单向阀弹簧的弹力顶开单向阀进入高压油腔。这时储袖室、和高压油腔都充满机油，其压力等于汽缸盖油道内的压力。活塞在活塞回位弹簧的作用下，顶在上盖上。图3-24 液压挺柱的工作过程(a)凸轮未下压挺柱；(b)凸轮下压挺柱(2)当凸轮开始下压液压挺柱时，外体(连上盖)和活塞被压下，内体因气门杆的反作用力被推向上盖，如图3-24(b)所示。压缩高压油腔中的一部分油通过内体与活塞间的泄漏间隙挤出，使油腔容积缩小。由于内体的高速向上运动，产生很强的节流作用，油腔内的油压仍然很快增高。单向阀在高压油压和单向阀弹簧的作用下关闭，切断了它与储油室、的连接通道。与此同时，由于内体向上运动，顶到上盖上
33、并占据了储袖室内相应的空间，使储油室容积减小，多余的机油则通过内体与外体间的导向间隙和外体上的进油孔(在开始某一时间进油孔尚未完全切断)挤走。这时高压油腔内的机油，由于它的不可压缩性使挺柱外体、内体与活塞成为一个刚体，按凸轮的运动规律，使气门逐渐开启，再逐渐关闭。(3)当凸轮转到基圆位置并且不再压液压挺柱时，挺柱回到原始位置，挺柱外体上的环形油槽又对准汽缸盖上的专门油道，挺柱内体在高压油腔内的油压与活塞回位弹簧的作用下向下运动，顶在气门杆上，消除了挺柱与气门杆之间的间隙，使挺柱回到原始位置。储油腔和高压油腔由于体积增大、油压下降，这时汽缸盖上的专门油道正好与挺柱外体上的环形油槽相通，带压力的机
34、油进入储油室、和高压油腔。有的液压挺柱不是直接放在凸轮与气门之间，而是放在凸轮与推杆之间。液压挺柱就是靠液压缸的相对位移来代替(或补偿)气门的预留间隙，实际上，在凸轮与气门之间还是需要有空行程的。液压挺柱减少了配气机构的撞击噪声，因而在高级轿车上得到了广泛应用；但其结构复杂、加工精度高、不可拆卸、磨损后无法调整，安装前必须将液压挺柱中的空气排除，以免工作时产生额外噪声。3.3.3 推杆推杆推杆的作用是将凸轮轴传来的推力再传给摇臂。由于推杆是配气机构中最容易弯曲的零件，因此要求有很高的刚度，并且在动载荷大的发动机中，推杆应尽量地做得短些。图3-25所示为几种推杆的形式。为了减轻质量，推杆多采用空
35、心钢管，并在两端焊有或镶有不同形状的端头。端头经过淬火和光磨，以增加其耐磨性。图3-25 推杆3.3.4 摇臂摇臂摇臂的作用是将推杆传来的力改变方向以开启气门。摇臂是一个以轴孔为支承、两臂不等长的双臂杠杆，如图3-26所示。长臂用来推动气门，这样可使推杆以较小的行程得到较大的气门开度，减少传力机件的惯性力，同时为了提高耐磨性，长臂端与气门尾端接触处经淬火后磨光。短臂端有螺纹孔，拧入调整螺钉，螺钉的球面端头与推杆顶端球座接触；短臂端还钻有油道，机油从主油道经摇臂轴中空部分流入，在摇臂工作时，机油间歇交替地润滑两端运动的接触表面，再由调整螺钉中心孔流回油底壳。图3-26 摇臂3.4 配气机构自动控
36、制简介配气机构自动控制简介3.4.1 汽缸数自动可变机构简介汽缸数自动可变机构简介在发动机工作时，为了减少燃料消耗，可根据发动机功率的需要，使工作的汽缸数自动地改变。如：一个V8缸的发动机，可自动地变化为八个缸、六个缸和四个缸进行工作。这种发动机被称为V8-6-4可变汽缸数发动机，它通过一个电脑控制的电子机械结构，根据汽车的行驶状况改变发动机的排气量，使选定汽缸的气门停止工作，达到工作的汽缸数自动变化的目的。1.结构结构汽缸数自动变化机构由气门配气机构(见图3-27)和气门选择器(图3-28)组成。在气门配气机构中，电脑接收各种传感器件来的信号，经处理后由电磁阀转变成机构控制，使选定汽缸的气门
37、停止工作。图3-27 气门配气机构 图3-28中，气门选择器安装在配气机构的摇臂中央，其内部装有内簧，外部为选择器，上端有阻挡板并与电磁阀连在一起。选择器用来操纵该缸的进气门和排气门，并控制摇臂的支枢，使气门开启或关闭。图3-28 气门选择器 2.工作原理工作原理如图3-28所示，八个汽缸正常工作时，摇臂支枢点接近中心并成为选择器的中心，凸轮转到其顶点推开进气门时，可燃混合气进入各缸。若电脑发出信号，电磁阀中有电流通过时产生电磁力，使阻挡板旋转。当选择器上的凸块与阻挡板上的监视窗口对齐时，选择器体内的弹簧被压缩，摇臂由椎杆推动后，选择器不受阻挡板的限制，摇臂与选择器使螺栓向上移动，此时摇臂以气
38、门尾端作为支枢上下运动，气门无法打开，即汽缸停止工作。若电脑信号中断时，电磁阀中有电流通过，阻挡板复原，挡住选择器体的凸块，使其不能向上移动，摇臀支枢接近中心，气门即正常开启并使汽缸投入工作。若装有四个气门选择器，可对八个、六个和四个汽缸的工作进行任意选择。四个气门选择器分别装在一、四、六、七缸上。若以六缸工作，可停止一、四缸；若以四缸工作，即可停止一、四、六和七缸。汽油机要获得良好的动力性、经济性和排放性能，必须配备一定量的可燃混合气。混合气量的大小及其变化规律是决定发动机功率及其稳定性的重要因素。现代发动机为提高其转速及功率，对气门的大小、形状、数目、升程以及配气定时进行了严格的设定，以满
39、足发动机的要求。3.4.2 可变气门定时和升程控制系统的结构及工作原理可变气门定时和升程控制系统的结构及工作原理 1.本田可变气门控制系统本田可变气门控制系统本田公司开发的可变气门控制系统(Variable Value Timing and lift Electronic Control System，VTEC，该系统能同时改变气门开启时间及升程，完全突破了传统配气机构的局限性。它已在本田公司的多种形式发动机上得到了应用。ACCORD 发动机VTEC与传统的四气门发动机一样，该发动机的可变气门机构同样由气门(两进两排)、摇臂和凸轮轴组成，所不同的是凸轮轴上凸轮的个数以及摇臂的个数及其控制方法。
40、图3-29是ACCORD F22B1发动机一个缸的VTEC进气门机构。凸轮轴上除了原有控制两个进气门的一对凸轮(主凸轮和次凸轮)外，还增加了一个较高的中间凸轮，它们分别用来推动主摇臂、次摇臂和中间摇臂。主摇臂与次摇臂各自推动一个气门。三根摇臂内部装有液压控制的活塞，在特定工况下，电脑控制液压系统推动活塞，使三根摇臂锁在一起。图3-29 F22B1发动机VTEC示意图 ACCORD F22B1发动机VTEC气门机构如图3-30所示。发动机在低转速工作时，主摇臂、中间摇臂和次摇臂各自分离、独立工作。主凸轮和次凸轮分别推动主摇臂和次摇臂，控制两个进气门的开闭。但是由于主凸轮比次凸轮高，因此两个气门的
41、升程不同。这时，虽然中间凸轮也推动中间摇臂，但中间摇臂与主、次摇臂是独立工作的，故不影响气门的开闭动作。图3-30 F22B1发动机VTEC气门机构 当发动机达到某一特定工况和转速时，电脑控制液压系统利用机油压力推动摇臂内的同步活塞移动。同步活塞A使主摇臂和中间摇臂锁在一起；同步活寒B使中间摇臂与次摇臂锁在一起，这样三根摇臂就锁住成为一整体。由于中间凸轮比主、次凸轮高，因而三个摇臂一起由中间凸轮驱动，使进气门的升程加大，气门开启的时间延长。当发动机降至设定转速时，电脑又控制作用在同步活塞上的压力油卸压，活塞被回位弹簧推回，三根摇臂又分开独自工作，气门升程变小，开启时间变短。1)可变气门机构的控
42、制VTEC的气门升程和配气相位的变换控制是由发动机主电脑(ECM)来控制的，ECM根据发动机转速传感器和发动机冷却液温传感器传来的信号，决定改变气门正时和气门升程的时刻。不同发动机气门正时和升程的转换条件如表3-1。表表3-1 不同发动机气门正时和升程的转换条件不同发动机气门正时和升程的转换条件发动机 ACCORD F22B1 CIVIC D1521 CIVIC D1526 发动机转速 23003200 r/min 2500 r/min 以上 约 4800 r/min A/T 20 km/h 车 速 超过 10 km/h 超过5 km/h M/T 5 km/h 冷却液温 超过10?约 60?发
43、动机负荷 根据进气歧管压力判断 根据进气歧管压力判断 根据进气歧管压力判断 整个控制系统主要由ECM、VTEC电磁阀、VTEC油压开关以及有关的传感器组成，如图3-31所示。当满足转换条件时，ECM给VTEC电磁阀供电，电磁阀动作并打开油路，从机油泵来的压力油进入摇臂油道，推动同步活塞使气门正时和升程改变。与此同时，VTEC油压开关在油压的作用下断开开关，作为一个反馈信号传给ECM以确定转换已实行，同时用于监控油路压力。当转换条件不符合时，ECM切断VTEC电磁阀电路，截断油路并卸压，同步活塞在弹簧的作用下回位，气门升程和定时也恢复到原位。图3-31 可变气门机构电脑控制系统 2)VTEC故障
44、分析和检修VTEC系统能根据发动机的工况改变气门升程和配气定时，使发动机同时具有大功率输出和中低速稳定、省油的双重特点。但是，如果VTEC系统出现故障，发动机性能就会变得很差。若气门机构一直处于低速工作状态，这时气门因升程小、开启时间短、进气量不足而使高速运转无力；若气门机构一直处于高速工作状态，这时气门因升程大、开启时间长而使中低速耗油量太大，怠速不稳。(1)电脑控制系统的检修方法如下：当发动机仪表板上的故障灯闪亮时，电脑控制系统通过自诊断读出故障代码。故障代码21、22表明VTEC出现故障，这时由于气门机构一直处于低速工作状态而使发动机出现动力不足的现象。故障代码22则表示VTEC压力开关
45、或线路不正常。在读出故障代码后，拆下Back up(7.5 A)保险丝并等待20 s以上，清除故障码后再进行路试，若故障灯不再闪亮，则表明故障曾经发生过，这主要是线路接触不良造成的，只要紧固各接线头就可以了。VTEC电磁阀的检查。测量电磁阀的电阻，正常值为1430；将电磁阀总成从缸盖上拆下，检查电磁阀滤网有无堵塞，若有堵塞则应清除杂质并更换发动机润滑油；用手推动电磁阀柱塞应能自由运动；检查电磁阀线插头与ECM A4插脚之间应导通，注意不能短路。VTEC压力开关的检查。在发动机不运转时，压力开关应接通；把VTEC电磁阀线插头两极柱分别接蓄电池的正负极，起动发动机，当发动机转速超过3000 r/m
46、in时，压力开关应断开；检查压力开关线插头的蓝/黑线与ECM D6接脚之间应导通，棕/黑线与搭铁应导通。(2)液压系统和摇臂的检查方法如下：因为VTEC系统的工作是靠发动机机油泵产生的机油压力来进行的，所以要使VTEC系统工作正常，首先必须保证机油压力足够。当发动机转速达到3000 r/min时，机油压力至少要达到50 kPa，否则，检查机油泵和润滑油路。检查摇臂时，拆下气门室盖，当某一汽缸处于压缩上止点时，该缸的各个气门摇臂应能独立自由动作，也即主摇臂、中间摇臂和次摇臂不应锁在一起；用400 kPa的压缩空气从检查孔注入，并堵住泄油孔，然后将正时板推高23mm，这时同步活塞应压缩回位弹簧而将
47、主摇臂、中间摇臂和次摇臂锁在一起，也即三根摇臂一起动作；放出压缩空气，同步活塞回位，三根摇臂又可分开。2.帕萨特帕萨特ANQ发动机可变气门正时机构发动机可变气门正时机构 图3-32 帕萨特ANQ发动机可变气门正时的原理图 功率位置(不进行调整时的位置)：链条的上部较长而下部较短。进气阀关闭较迟，从而使发动机在高速时产生高功率。扭矩位置：通过链条张紧器向下的运动而缩短上部链条并加长下部链条，由于排气凸轮轴受到正时皮带的制约而不能转动，从而使进气凸轮轴偏转一个角度并较早关闭进气门，使发动机在中速和低速范围内能产生高扭矩。可变气门正时的调节如图3-33所示，由发动机控制单元控制可变气门正时阀，从而调
48、整进入可变气门调节器的机油。图3-33 帕萨特ANQ发动机可变气门正时的调节 可变气门正时驱动链条的安装：由于可变气门正时调节的是链条的长度，因此链条在安装时的基础设定是非常重要的。ANQ发动机链条的基础设定为：在二个凸轮轴链条驱动齿轮标记之间的链条长度为16个链条孔距，见图3-34。图3-34 帕萨特ANQ发动机可变气门正时链条的安装 3.5 配气机构的检查与调整配气机构的检查与调整3.5.1 气门间隙的检查与调整气门间隙的检查与调整气门间隙是指气门完全关闭(凸轮的凸起部分不顶挺柱)时，气门杆尾端与摇臂或挺柱之间的间隙，如图3-35所示。图3-35 气门间隙 1.气门间隙的作用气门间隙的作用
49、气门间隙的作用是给热膨胀留有余地并保证气门密封。不同的机型，气门间隙的大小不同，根据实验确定，一般冷态时，排气门间隙大于进气门间隙，进气门间隙约为0.250.3mm，排气门间隙约为0.30.35 mm。若间隙过大，则进、排气门开启迟后，缩短了进排气时间，降低了气门的开启高度，改变了正常的配气相位，使发动机因进气不足、排气不净而功率下降，此外，还使配气机构零件的撞击增加，磨损加快；若间隙过小，则发动机工作时，零件受热膨胀，将气门推开，使气门关闭不严，造成漏气及功率下降，并使气门的密封表面严重积炭或烧坏，甚至使气门撞击活塞。一般采用液压挺柱的配气机构不需要留气门间隙。2.气门间隙的调整气门间隙通常
50、会因配气机构零件的磨损、变形而发生变化。间隙过大会使气门升程不足，引起进气不充分、排气不彻底，并出现异响；间隙过小会使气门关闭不严，造成漏气，易使气门与气门座的工作面烧蚀。因此，在汽车的使用过程和维护中，应按原厂规定的气门间隙值认真细致地检查和调整气门间隙，以保证发动机的正常工作。气门间隙的检查与调整应在气门完全关闭、气门挺柱处于凸轮基圆位置时进行。调整时，一般都是采用简单快捷的两次调整法：首先找到第一缸活塞压缩结束的上止点，调整其中的一半气门，然后将曲轴转动一周，再调整其余半数气门的间隙。因此，如何确定可调气门的顺序就成了问题的关键。许多有经验的修理工对于常用车型根据自己多年的经验将调整顺序
