第3章配气机构的构造与维修

第3章

配气机构的构造与维修

知识目标1．能简单叙述换气过程、配气相位定义；2．能正确描述配气机构的分类、工作过程；3．能正确描述配气机构的组成、主要零部件的构造和装配连接关系；4．能正确描述配气机构的装配要求和调整方法。能力目标1．会进行配气机构主要零部件的检修；2．会进行配气机构的装配和调整；3．能对配气机构常见故障进行分析、判断并能排除故障

配气机构的构造与工作原理功用配气机构的功用是按照发动机各缸工作过程的需要，定时地开启和关闭进、排气门，使新鲜可燃混合气(汽油机)或空气(柴油机)得以及时进入气缸，废气得以及时排出气缸。类型配气机构多采用顶置式气门。根据凸轮轴的位置分为下置式、中置式和上置式。凸轮轴下置式配气机构组成其组成主要有气门驱动组和气门组两大部分。

气门驱动组气门驱动组是从正时齿轮开始至推动气门动作的所有零件；主要由正时齿轮、凸轮轴、气门挺柱、推杆、调整螺钉和锁紧螺母、摇臂、摇臂轴、摇臂轴支架等组成。其功用是定时驱动气门使其开闭。气门组主要由气门锁片、气门弹簧座、气门弹簧、气门、气门导管、气门座等组成。其功用主要是维持气门的关闭。结构特点其进、排气门都倒装在气缸盖上。(1)凸轮轴装在曲轴箱内，而摇臂轴装在气缸盖上，两者相距较远，推杆较长。(2)凸轮轴距曲轴较近，两者之间采用正时齿轮传动。工作(1)气门打开：由曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴旋转，使凸轮轴上的凸轮凸起部分通过挺柱、推杆、调整螺钉，推动摇臂摆转，摇臂的另一端便向下推开气门，同时使弹簧进一步压缩。(2)气门关闭：当凸轮凸起部分的顶点转过挺柱以后，气门在其弹簧张力的作用下，开度逐渐减小，直至最后关闭，进气或排气过程即告结束。压缩和作功行程中，气门在弹簧张力作用下严密关闭，使气缸密闭。曲轴与凸轮轴的传动比为2∶1。中置凸轮轴式配气机构其结构特点为1.凸轮轴位于气缸体的上部。2.推杆较短，运动惯性小。3.也可省去推杆，而由挺柱直接驱动摇臂，当发动机转速较时，减小气门传动机构的往复运动质量。上置凸轮轴式配气机构其结构特点为1.凸轮轴布置在气缸盖上。2.凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，没有挺柱和推杆，使往复运动质量大大减小，因此它适用于高速发动机上置凸轮轴式配气机构的驱动方式有链条驱动和同步齿形带传动。气门间隙定义气门在完全关闭时，气门杆尾端与气门传动组零件之间的间隙。必要性发动机工作时，气门将因温度升高而膨胀，如果气门及其传动件之间，在冷态时无间隙或间隙过小，则在热态时，气门及其传动件的受热膨胀势必引起气门关闭不严，造成发动机在压缩和作功行程中漏气，而使功率下降，严重时甚至不易起动。通常在发动机冷态装配时，留有气门间隙，以补偿气门受热后的膨胀量。有的发动机采用液力挺柱，挺柱的长度能自动变化，随时补偿气门的热膨胀量，故不需要预留气门间隙。气门间隙过大和过小的危害气门间隙的大小由发动机制造厂根据试验确定。一般在冷态时，进气门的间隙为0.25～0.35mm，排气门的间隙为0.30～0.35mm。过小如果气门间隙过小，发动机在热态下可能因气门关闭不严而发生漏气，导致功率下降，甚至气门烧坏。过大如果气门间隙过大，则使传动零件之间以及气门和气门座之间产生撞击响声，并加速磨损。同时，也会使气门开启的持续时间减少，气缸的充气以及排气情况变坏。•配气相位定义用曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻和开启持续时气门气门是由头部和杆部组成的。头部用来封闭气缸的进、排气通道，杆部则主要为气门的运动导向。气门顶部气门顶部的形状①凸顶：凸顶的刚度大，受热面积也大，用于某些排气门；②平顶：平顶的结构简单、制造方便，受热面积小，应用多；③凹顶：也称漏斗形，其质量小、惯性小，头部与杆部有较大的过渡圆弧，使气流阻力小，以及具有较大的弹性，对气门座的适应性好(又称柔性气门)，容易获得较好的磨合，但受热面积大，易存废气，容易过热及受热易变形，所以仅用作进气门。•气门锥角定义气门锥面与气门顶平面的夹角称为气门锥角。常用的气门锥角为30°和45°。气门锥角的作用①提高密封性和导热性；②气门落座有自动定位作用；③避免使气流拐弯过大而降低流速。④有了锥角，气门落座时能挤掉接触面的沉积物，即有自洁作用。气门的杆部气门杆部具有较高的加工精度和较低的粗糙度。气门杆的尾部采用锁片式结构或锁销式固定弹簧座。气门弹簧(1)保证气门自动回位关闭而密封。(2)保证气门与气门座的座合压力。(3)吸收气门在开启和关闭过程中传动零件所产生的惯性力，以防止各种传动件彼此分离而破坏配气机构正常工作。其形式有：等螺距弹簧。不等螺距弹簧。双弹簧。2.气门传动组凸轮轴1.驱动和控制各缸气门的开启和关闭，使其符合发动机的工作顺序、配气相位及气门开度的变化规律等要求。2.有些汽油机还用它来驱动汽油泵、机油泵和分电器。凸轮结构凸轮轮廓中，O为凸轮轴的轴心，圆弧EA为凸轮的基圆，AB和DE为凸轮的缓冲段，BCD为凸轮的工作段，C点时升程最大，它决定了气门的最大开度。凸轮的工作过程如下当凸轮按图中方向转过EA时，挺柱处于最低位置不动，气门处于关闭状态。凸轮转至A点时，挺柱开始移动。继续转动，在缓冲段AB内的某点M处消除气门间隙，气门开始开启，至C点时气门开度最大，而后逐渐关小，至缓冲段DE内某点N时，气门完全关闭。此后，挺柱继续下落，出现气门间隙，至E点时挺柱又处于最低位置。下置式凸轮轴的轴向限位在凸轮轴前轴颈与正时齿轮之间压装有调节环，调节环外面松套一止推板，止推板用螺钉固定于气缸体前端面，调节环的厚度大于止推板的厚，二者之差称为凸轮轴的轴向间隙，其间隙为0.08~0.20mm。挺柱功用将凸轮的推力传给推杆或气门。型式常见挺柱主要有筒式和滚轮式两种。•液力挺柱采用液力挺柱，消除了配气机构中的间隙，减小了各零件的冲击载荷和噪声，同时凸轮轮廓可设计得比较陡一些，气门开启和关闭更快，以减小进排气阻力，改善发动机的换气，提高发动机的性能，特别是高速性能。摇臂和摇臂组摇臂装在摇臂轴上，摇臂轴通过摇臂轴支座装在气缸盖上。摇臂是一个不等臂杠杆，其长臂一端驱动气门。配气机构的维修配气机构的拆装要点首先从气缸盖上拆下摇臂轴总成；其次拆下凸轮轴及其正时齿轮总成；最后从缸盖上拆下气门组的零件。配气机构的安装顺序与拆卸顺序正好相反，只是增加了一道在零件的摩擦表面涂抹机油的程序。气门与气门座是成对配研的，安装时不得错乱。另外，挺柱与挺柱导向孔经过磨合，彼此已经相适，安装时最好也不要错乱。摇臂轴总成的拆装要点在拆卸摇臂轴总成时，要把全部摇臂轴支座的固定螺栓分几次逐渐拧松，使摇臂轴平行地远离气缸盖。安装时亦然，以防拆装不当造成摇臂轴弯曲。•凸轮轴总成的拆装要点(1)确认配气正时记号拆卸凸轮轴总成前应仔细观察曲轴和凸轮轴正时齿轮的配气正时记号。配气正时记号的一般规律是：对于齿轮传动的配气机构，配气正时记号—般都打在齿轮上。对于同步带传动或链传动的配气机构，配气正时记号通常分别制在正时同步带轮(或链轮)和其后侧静止不动的壳体件上。安装时，只要使曲轴和凸轮轴的正时同步带轮(或链轮)上的正时记号分别和其后侧壳体上的记号对准，然后再安装同步带(或链条)，即可保证配气正时。(2)中、下置式凸轮轴的拆装无论中、下置式还是上置式凸轮轴，在拆卸时都要首先解除其轴向定位。下置式凸轮轴与曲轴的定时齿轮是一对圆柱斜齿轮，其相互啮合的斜齿与凸轮轴和曲轴的轴线不平行，只有一边转动、一边沿轴向外撬凸轮轴齿轮，才能使其脱离啮合。(安装时，对准记号后，亦应在转动的同时推压凸轮轴齿轮，使其与曲轴齿轮进入全齿啮合状态为止。)然后，用手边转动(防止凸轮和挺柱卡住)边向外抽出凸轮轴。(3)上置式凸轮轴的拆装同前述摇臂轴总成的拆装要点一样。气门组的拆装进、排气门和一缸压缩行程上止点确认进、排气门的确认(1)根据气门与所对应的气道确定。进气歧管所对的是气缸盖上的进气道和进气门；排气歧管所对的是排气道和排气门。(2)用转动曲轴观察确定。方法是：转动曲轴，观察各缸的两个气门，先动为排气门，随后动的为进气门，并在气门上作记号。2．一缸压缩上止点的确定(1)分火头判断法记下一缸分高压线的位置，打开分电器盖，转动曲轴，当分火头与一缸分高压线位置相对时，表示一缸在压缩上止点。(2)逆推法转动曲轴，观察与一缸曲轴连杆轴颈同在一个方位的最后缸(如直列六缸机的第六缸或四缸机的第四缸)的排气门打开又逐渐关闭到进气门动作瞬间，为六(四)缸在排气上止点，即一缸在压缩上止点。(3)按发动机上的第一缸上止点记号确定一缸压缩上止点。很多发动机在曲轴的后端或前端制有确定第一缸上止点的记号。当两记号对齐时，第一缸活塞正好处于压缩或排气上止点位置。第一缸压缩行程上止点的确定方法是：先找到压缩行程，然后再确定压缩上止点。找压缩行程常用的两种方法：一种是把一缸火花塞(或喷油器)座孔用棉球堵住，摇转曲轴，当棉球被气缸内的压缩气体弹出时，表明该缸已进入压缩行程。另一种是摇转曲轴，看一缸气门的动作，当进气门关闭时，表明该缸已进入压缩行程。按上述方法找到一缸压缩行程后，慢慢摇转曲轴，使一缸上止点记号对齐，此时一缸活塞所处的上止点位置便是压缩行程上止点。三、气门组零件的检修

1．气门与气门座的配合要求①

气门与气门座密封锥面角度应一致。②气门与气门座的密封带位置在中部靠里。③

气门与气门座的密封带宽度一般为1~2.5mm。④气门密封锥面与杆部的同轴度误差和气门座与导管的同轴度误差应不大于0.05mm。⑤气门杆与导管的配合间隙应符合原厂规定。•2．气门的检修下列情况需要进行检修①载货汽车气门杆的磨损量大于0.10mm，轿车气门杆的磨损大于0.05mm，或出现明显的台阶形磨损。②气门头圆柱面的厚度小于1.0mm。③气门尾端的磨损大于0.5mm。④气门杆的直线度按图示方法检查。当气门杆的直线度误差大于0.05mm时，应予更换或校直，校直后的直线度误差不得大于0.02mm。气门传动组零件的检修1．凸轮轴及轴承的检修凸轮轴的耗损与检修凸轮轴的主要耗损是凸轮、支承轴颈表面、正时齿轮轴颈键槽的磨损和凸轮轴的弯曲变形。①凸轮磨损的检测测量凸轮的最大高度H与基圆直径D的差来衡量凸轮的磨损程度。凸轮磨损后，其升程减小0.40mm以上时，应更换新凸轮轴。②凸轮轴弯曲变形的检修凸轮轴的弯曲变形，多因气门挺柱卡滞，凸轮轴受到过大的弯矩作用而发生的。通常用下图的方法检测凸轮轴的弯曲变形。若中间轴颈的径向圆跳动大于0.10mm，则应进行校正(钢质凸轮轴)。凸轮轴校直后，中间各轴颈的径向圆跳动应不大于0.04mm。③凸轮轴轴颈的检修④正时齿轮轴颈键槽的检修⑤汽油泵驱动偏心轮的直径极限磨损量为1mm。磨损逾限时，应更换新凸轮轴。2.正时链轮和链条的检查(1)正时链条的检查测链条长度时，对链条施以一定的拉力，拉紧后测量其长度L，不符合要求则应更换新链条。(2)正时链轮的检查：将链条分别包住凸轮轴正时链轮和曲轴正时链轮，用游标卡尺测量其直径，其直径不得小于允许值。例如丰田2Y、3Y发动机正时链轮直径允许的最小值：凸轮轴正时链轮为114mm；曲轴正时链轮为59mm。若小于此值时，应更换链条和链轮。3．同步带的定期更换同步带应定期更换，以防发动机工作中突然断裂时，气门撞坏活塞、缸盖等零件，造成严重损失。微型车发动机在正常使用情况下一般每行驶100000km更换一次同步带。4．正时齿轮的检查正时齿轮啮合间隙逾限或轮齿磨出台阶、出现裂纹或断齿时，均应更换齿轮。相互啮合的钢制齿轮应成对更换。正时齿轮的啮合间隙：钢制齿轮0.03~0.30，使用极限0.40mm；胶木齿轮0~0.50mm。第三节

配气机构常见故障诊断与排除气缸压缩压力不足的原因及影响二、气缸压缩压力的检测1．气缸压缩压力的检测方法用气缸压力表可测量并记录压缩行程上止点时气缸的压缩压力。测量时，应使发动机运转至正常温度(水温80～90℃)后熄火进行。汽油机需要拆除全部火花塞，将阻风门与节气门全开，然后把气缸压力表的锥形橡胶头用手压紧在火花塞孔上，用起动机转动曲轴3~5s记录压力表指示的读数。柴油机可将压力表接在喷油器安装孔上转速在500r／min时测定。各缸测量次数不少于2次，取平均值。在用车二级维护前：汽油机的气缸压力不低于原厂标准值的85％；柴油机则不低于90％。对各缸压力差的要求是：汽油机不应超过各缸压力平均值的10％，柴油机则不应超过8％2．检测结果对比分析测得的结果如低于原厂规定标准，可向该缸火花塞(或喷油器)孔内注入20~30mL机油，然后重测一次气缸压力。如果：①第二次测出的压力比第一次高，接近于标准压力，则表明活塞气缸组密封不良。②第二次测出的压力与第一次差不多，则表明是气门或气缸垫密封不良。③如相邻两缸两次检测的压力都很低，则表明是两缸相邻处的气缸垫烧损窜气。三、进气管真空度的检测

通常用量程为0~120kPa的汽车发动机检测专用真空表检测发动机进气管的真空度。真空表由表头和软管组成。软管的一头连接在表头上，测量时把另一头连接在进气管的接头上。检测前应将发动机预热到正常工作温度。①发动机怠速运转时，真空表指针稳定地指在57.42~70.93kPa范围内表示密封性正常；当迅速开启并关闭节气门时，指针能随之摆动在67.6~84.44kPa之间，则进一步表明技术状况良好。②怠速时指针低于正常值，主要是活塞环、进气管或化油器衬垫漏气造成，也可能与点火过迟或配气过迟有关。此种情况若突然开大并关闭节气门，指针回落至零，且回跳不到84.44kPa。③怠速时指针在50.66~67.55kPa之间摆动，表示气门粘滞或点火系有问题。④怠速时指针在33.78~74.31kPa之间缓慢摆动，且随转速升高而加剧摆动，表示气门弹簧弹力不足，气门导管磨损或气缸衬垫泄漏。⑤怠速时指针在40.53~