第4章配气机构的结构与维修

1、主 编 丁鸣朝幻灯制作 冯玉芹 李 刚中等职业学校教学用书（汽车运用与维修专业）第四章l现代汽车发动机使用最广的是气门凸轮轴式配气机构。这种配气机构一般由气门组、气门传动组组成。l气门传动组由凸轮轴、气门挺杆、推杆、摇臂、正时齿轮等主要零件构成。l气门组包括气门、气门导管、气门弹簧等主要零件。 l4.1.1 配气机构的结构特点l配气机构按凸轮轴的布置位置分为顶置凸轮轴式、下置凸轮轴式和中置凸轮轴式；按曲轴和凸轮轴的传动方式分为齿轮传动式、链条传动式和齿带传动式；按每个气缸气门数目分为二气门式、四气门式和五气门式等。 l顶置凸轮轴安装在气缸盖顶部，凸轮轴直接驱动摇臂和气门或挺杆和气门，而不需要摇

2、臂和推杆或挺杆和推杆 。l中置凸轮轴将凸轮轴安装在气缸体上部，凸轮轴经过挺柱驱动推杆、摇臂、再驱动气门。中置凸轮轴式多数采用齿轮传动，但凸轮轴的中心线距曲轴中心线较远，需加中间齿轮（惰齿轮）。l下置凸轮轴式，凸轮轴由曲轴通过正时齿轮驱动，采用齿轮传动，结构简单。奥迪轿车顶置凸轮轴式配气机构图l4.1.2 凸轮轴的传动方式 l中置或下置凸轮轴，由于凸轮轴与曲轴之间位置接近，所以多采用一对正时齿轮传动或外加惰轮传动的形式。l顶置凸轮轴，与与曲轴之间位置较远，而多采用链传动或齿形带传动。即在凸轮轴和曲轴之间由链轮、链条来代替正时齿轮。为了提高传动效率和防止链条磨损后产生松旷和噪声，在链条上设有张紧器

3、。 l当代轿车发动机多采用带传动。带传动取代链条传动，其优点是质量轻、柔韧、不可延伸、无金属接触、噪声小、干运转、无须润滑。奥迪轿车的发动机正时驱动装置的齿形带采用橡胶夹玻璃纤维制成。正时带的使用寿命一般可达80000km。为保证发动机使用安全可靠，应视带的磨损情况及时更换新品。l选择三个或更多的位置，用弹簧拉链条，当拉力达50N时，测量链条长度，如图所示。丰田Y系列发动机的链条长度最大值不超过291.4mm，超过此值应更换链条。l用链条分别包住凸轮轴正时齿轮和曲轴正时齿轮，用游标卡尺测量其直径 。丰田Y系列发动机链轮允许的最小直径是：凸轮轴正时链轮为114mm，曲轴正时链轮为59mm。若小于

4、此值应更换链条和两个链轮。l用游标卡尺测量链条张紧器厚度，如图所示。丰田Y系列发动机链条张紧器的最小厚度为12.5mm，小于这一厚度应更换链条张紧器。l安装正时链条时，必须按要求对准链轮标记，才能保证气门开、闭定时的正确关系。图示为广州标致505发动机正时链条的安装标记。l奥迪发动机正时带的安装步骤如下：l 将活塞置于上止点，在曲轴链轮和中间链轮上安装正时带。l 用一个螺栓固定V带的曲轴带轮（注意安装位置）。l 凸轮轴链轮上的标记必须与气缸盖的罩盖平面对齐，如图所示。l V带轮上的标记与中间链轮上的标记必须对齐（第一缸活塞在上止点），如图所示。l 将正时带安装到凸轮轴链轮上。l 如图所示，按箭

5、头所示的方向转动张紧轮，调整正时皮带的紧度。在凸轮链轮和中间链轮之间，用拇指和食指捏住正时带刚好能扭转90，则其张紧度是合适的。拧紧张紧轮的紧固螺母。l 转动曲轴两圈，检查上述两处标记是否对齐。l凸轮轴主要由凸轮和凸轮轴轴颈等组成。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，而凸轮轴要有足够的韧性和刚度。凸轮轴一般用优质钢锻造或特种铸铁铸造而成。l凸轮轴由于形状细长并且周期性地承受不均衡的负荷，容易引起轴线弯曲、轴颈和轴承的磨损，从而影响配气工作的准确性，因此，应对凸轮轴、凸轮、正时齿轮进行检查和修理。l将凸轮轴颈架在“V”形铁上，用千分表测量径向摆差，即径向圆跳动，如图所

6、示。凸轮轴径向最大跳动为0.025mm，如果摆差超过使用限度，应校正或更换。l通常使用千分尺检查凸轮的高度，如图所示，如果凸轮超过使用限度0.2mm，或凸轮损伤过重，应更换凸轮轴，轻微的伤痕，可用油石修磨。l用千分表测量凸轮轴轴颈直径，如图所示，如果磨损严重，则应更换凸轮轴；测量凸轮轴轴颈座孔内径，座孔内径与轴颈外径两者数据之差，即为凸轮轴径向间隙。l别克世纪轿车凸轮轴直径为47.447.8mm，凸轮轴轴承间隙为0.00250.0102mm。 l将千分表触头顶在凸轮轴端，来回推动凸轮轴，观察表针指示值，如图所示。如果间隙超过使用限度0.2mm，应更换止推片。l液压气门挺杆由挺杆体、油缸、柱塞弹

7、簧和单向阀等组成，如图所示。 l当发动机还没有达到正常工作温度时，能听到液压挺杆噪声。而当发动机热起来之后，这种噪声将消失。这种现象是正常的。l发动机起动后，气门位置有不规则的噪声，低速运转发动机，并使散热器的风扇接通运转一次。增加发动机的转速至2500r/min并运转2min,如果挺杆始终有杂音，应找出有缺陷的挺杆。沿顺时针方向转动曲轴，直至被检查挺杆的凸轮的尖点向上。l用带有楔形尖端的木棒或塑料棒向下压挺杆，如所示。如果在气门打开时的自由行程超过0.1mm，压下挺杆感觉有间隙，则要更换挺杆。l测量导孔内径，如图所示。挺杆与导孔配合间隙不得超过0.1mm。否则，应更换挺杆或对导孔镶套。l进行

8、泄漏试验：把排除空气后的挺杆放在试验台上，于20的环境下，在柱塞上施加20.5N的压力，在滑下2mm左右后，测量它的1mm的滑降时间，如图所示。如果测得的值低于标准值，应当更换液压挺杆。l检查气门摇臂与气门杆端接触处有无磨损、台阶和损伤如图所示。l轻微台阶可用油石修整，如磨损严重应更换摇臂。l检查摇臂衬套与轴的间隙，如图所示；l如磨损严重，应更换摇臂衬套或摇臂轴。l检查摇臂和摇臂轴的间隙，使用测径规测量摇臂内径，如图所示；l使用千分卡规测量摇臂轴直径，如图所示，两者之差就是摇臂与轴的间隙。间隙标准值为0.0120.057mm，使用限度为0.6mm。l使用新衬套时，衬套上的油孔应和摇臂对正，如图

9、所示 。l组装摇臂轴总成时，摇臂应对号入座，按图所示组成。拧紧摇臂轴紧固螺栓，应从摇臂轴中间位置开始，向两端依次拧紧全部螺栓。拧紧螺栓可分23次完成，拧紧力矩为1822Nm。l4.2.1 气门的结构与检修l当代汽车发动机为了提高充气量，通常采用多个气门的结构。如奥迪A4、捷达王等轿车，每个气缸采用5个气门，3个进气门、2个排气门，火花塞设在中间，如图所示 。l发动机的进气歧管和排气歧管装在相对的两侧，如图所示，提高了换气性能。它设有一个冷却水道，从而为进气歧管提供了热量，有利于燃油汽化。l气门在开启和关闭的运动中，由于气门与气门座的相互撞击，会使其工作面起槽、变宽。尤其排气门常受高温气体的冲刷

10、，还会使工作面氧化烧蚀，出现斑点和凹槽，造成气门与气门座关闭不严，影响发动机正常工作。因此，在使用中，当发现气门关闭不严时，必须及时进行修复。l现代汽车发动机为了提高排气门的冷却效果，在排气门内装有钠。如上海帕萨特等轿车即是如此，它们的发动机气门不允许光磨，修理时只允许研磨气门。l在维修时，要检查每个气门杆尾端有无偏摇、磨损和弯曲；检查每个气门的工作面和气门杆有无磨损、烧毁或变形，如有必要应进行更换。l测量气门杆直径，应进行多点测量，将测量的数据与气门尾端直径相比，若超过0.5mm，或用手触摸有明显阶梯形时，应更换气门。测量气门杆直径 检查气门头边缘厚度 l4.2.2 气门座的结构与检修l气门

11、座与气门接触面一般制成45的锥形，便于二者的密粉封。接触面的宽度一般为1.21.8mm。接触面如过宽，虽然有利于散热，但在气门与座的接触面之间会产生炭黑，影响气门密封；接触面过小，冷却效果下降，并会加速气门工作面的磨损。l气门座的工作面磨损变宽超过2mm，或者烧蚀出现斑点、凹陷时，应进行镶座铰削或修磨。因为新座圈与座孔一般有0.0750.125mm的过盈量,所以在将新气门座圈镶入座圈孔中时，通常采用冷缩和加热法。冷缩法是将选好的气门座圈放入液氮中冷却片刻，使座圈冷缩；加热法则将气缸盖加热100左右后，迅速将座圈压入座孔内。气门头部方向位置气门杆部方向位置l 修磨气门座时，可用铰刀或气门座磨光机

12、进行。若需同时更换气门导管则应先更换导管再进行修磨，以防止旧导管磨损而使中心线偏移，影响气门座的修磨质量。l 气门座的工作面磨损变宽超过2mm，或工作面烧蚀出现斑点、凹陷时，应进行铰削或光磨。l 根据气门导管的内径，选择相适应的铰刀导杆，插入气门导管内，调整导杆使之与气门导管内孔表面紧密贴合。l 修磨硬化层：气门座存在硬化层，铰削时会使铰刀打滑，可用粗砂布垫在铰刀下面进行修磨，修磨去掉硬化层后再实施铰削。l 气门座的铰削：如图所示手法进行铰销，并且必须使用规定角度和使用能修正锥面宽度的3种不同角度铰刀。l 气门研磨。最开始使用比较粗的研磨膏，涂在气门工作面上；然后使用比较细的研磨膏。研磨后，抹

13、去气门工作面和气门座上的研磨膏，涂上红丹油，检查气门与座的接触情况。l别克世纪轿车气门座锥角为46，气门座宽度为：进气门1.551.85mm，排气门1.702.00mm。l当气门、气门座及气门导管均按规定标准进行修理后，如果气门与气门座的密封性符合要求时，气门与气门座就不一定需要研磨配合。若经修理后，气门与气门座的密封性达不到应有的要求，或在定期维护中，发现气门与气门座有较轻的烧蚀或斑点时，即可采用研磨的方法，使气门与气门座的工作面获得有效而良好的配合。 l气门导管是气门的运动导向，并为气门杆散热，其结构如右图中所示。气门导管经加工后压入气缸盖中，然后再精铰内孔。为了防止气门导管在使用中脱落，

14、有的用卡环定位气门导管。气门杆与导管之间留有间隙，使气门能在导管中自由运动。气门导管一般用石墨含量较高的铸铁制成，以提高润滑性能。气门导管与气缸盖 为了正确选用配件，需要测量气门导管的内径，将测得的内径减去气门杆标准直径，所得的差值即为气门与导管的配合间隙。别克世纪轿车气门杆与导管间隙标准值为：进气0.0250.069mm，排气0.0250.069mm。如果气门杆与导管的配合间隙不符合标准值，则应将气门导管孔扩至加大尺寸。可用铰刀铰削气门导管，如右图所示，铰削时应不断地进行配合试验。l 气门弹簧是采用高碳锰钢、铬钡钢等冷拔钢丝绕制成的螺旋弹簧。气门弹簧加工后进行热处理，以增强弹簧的工作的可靠性

15、 。l 有的发动机为提高弹簧刚度、避免共振，采用不等螺距结构的气门弹簧或在每个气门上安装两个弹簧的应对措施来解决。l 气门弹簧常采用在气门杆的尾部环形槽内用分成两半的锥形锁片、弹簧座的方法来固定。l 从外观上检验气门弹簧，不允许有任何裂纹或折断。l 气门弹簧的自由长度及在规定压缩长度内的相应压力，应符合原厂规定。一般自由长度的缩短不得超过3%4%，弹力减弱不得超过原厂规定的7%8%。此外，弹簧的末端应与前一圈贴紧（允许不超过0.5mm），弹簧端面与轴线的垂直度误差不得超过2mm。气门弹簧的弯曲和扭曲变形可以将其放在平板上以90角尺检查，如右图所示。如超过2mm，即应更换。测量弹簧弹力用专用的弹

16、簧拉压试验器，如右图所示。压下弹簧至一定长度，可以看出指示力的大小，从而确定其弹力。检查气门弹簧垂直度 测量弹簧弹力 l 将气门油封压装于气门导管上，安装时，油封一定要压到位，如右图所示，防止油封变形损坏。安装气门油封时，应使用套筒式的专用工具。气门油封的安装 l安装气门弹簧时，应将弹簧密封圈一端朝向气缸盖，如下图所示。装上气门弹簧和弹簧座，将气门杆涂上润滑油，按原次序插入气门导管内，压紧气门弹簧，装入气门锁片。不等螺距气门弹簧的安装 检查气门杆与导管配合是否良好，可在未装气门弹簧前，用手稍提气门，使气门离开座约8mm，如右图所示。摇动气门，测量其摆动量及检查各气门应能均匀无阻地在导管内移动和

17、旋转。其间隙应符合规定。检验气门杆与导管的配合 气门从开始开启到最后关闭的曲轴转角，叫配气相位，通常用配气相位图来表示，右图所示为配气相位图 。从进气门开始开启到活塞到达上止点所对应的曲轴转角称为进气提前角，用表示，角一般为1030；从下止点到进气门关闭所对应的曲轴转角称为进气迟后角，用来表示，角一般为4080 。从排气门开始开启到活塞到达下止点所对应的曲轴转角称为排气提前角，用来表示，角一般为4080；从上止点到排气门关闭所对应的曲轴转角称为排气迟后角，用来表示，角一般为1030。 l 可变配气相位控制机构，可以使发动机在高速运转时改变气门开启时间和升程，并由ECM电控组件控制，同时也可以改

18、变高速时进、排气门开启的“重叠时间”，使发动机在高速范围由于可变配气相位的作用输出更大的功率。可变配气相位控制机构由气门（每个气缸有两个进气门和两个排气门）、凸轮、摇臂、同步活塞A和B、正时活塞等组成。 l 广州本田F23A1发动机可变配气相位控制机构的结构及工作原理：l 在可变配气相位控制机构中的凸轮有三个，它们的线型不相同，中间凸轮也称高速凸轮，位于中央，它的升程最大；主凸轮也称低速凸轮；最低的叫作次凸轮。与三个凸轮相对应的是中间摇臂、主摇臂和次摇臂，两个气门分别安装在主、次摇臂上。在三个摇臂内有一个孔道，内装有正时活塞，A、B同步活塞和定位活塞，每个气缸的两个进气门上都安装有可变配气相位

19、控制机构。l可变配气相位控制装置由传感器、控制部分和执行机构组成。执行部分由可变配气相位机构中的凸轮、摇臂和同步活塞等组成；控制部分和执行机构由发动机ECM、可变配气相位电磁阀和压力开关等组成；在发动机工作中，各种传感器不断地向ECM输入发动机转速和负荷的变化。当转换条件符合后，ECM操纵可变配气相位电磁阀打开油路，机油压力推动同步活塞把三个摇臂连锁在一起，实行可变配气相位，以改变进气量，提高发动机功率。l在中、低转速时，凸轮轴内没有机油压力，三个摇臂各自独立运动，互相不干涉。这时两个进气门分别由主、次凸轮驱动，主摇臂驱动主气门，次摇臂驱动副气门。由于主凸轮升程大，气门开度大，而次凸轮升程小，

20、气门开度小，因而进入气缸的混合气也相对较少。因此，发动机在中、低速时，可变配气相位不起作用。l在高转速时，正时板卡入正时活塞，活塞无法移动。随着发动机转速升高，机油进入凸轮轴油道内，正时板移出，油压便推动正时活塞移动，也推动A、B同步活塞克服复位弹簧的弹力，逐渐推动三个摇臂，使三个摇臂同时动作。由于高速凸轮升程高，使两个进气门开启时间和升程增加，延长进、排气同时开启的“气门重叠”时间，使发动机功率提高。而当转速降低时，机油压力减小，凸轮轴油道机油流出，正时活塞在复位弹簧的作用下复位，三个摇臂又分开各自独立运动。l当可变配气相位控制机构产生故障时，发动机故障指示灯就会点亮，显示故障码。各重型号发

21、动机故障代码是不同的。其中，广本故障码21，表示可变配气相位电磁阀线路接触不良；故障码22，表示压力开关线路接触不良。应进行以下检查：l（1）检查电磁阀l 从可变配气相位电磁阀上拆下连接器，测量电磁阀电阻，其值应为1430。l 用手指推动电磁阀柱塞，应能自由活动。l 测量电磁阀连接导线与ECMA4端子，应导通。l（2）检查压力开关l 测量机油压力，当发动机转速超过3000r/min时，机油压力最低值为250kPa。l 测量压力开关两接线端子之间的电阻。从压力开关上拆下连接器，在发动机熄火时，压力开关应导通；发动机转速为3000r/min时，将压力开关两接线端子分别与蓄电池连接，压力开关应断开。l（3）检查摇臂l 拆下气缸盖罩，在压缩上止点时，用手推动三个摇臂，应能独立自由动作，不应连锁。l 从检查油