气门间隙液压补偿技术

气门间隙液压补偿从五十年代开始，发动机气门传动链的设计得到了不断的改进，同时引入了气门间隙液压补偿组件。现在，零部件供货商和整车厂在制造成本和发动机整机耐久性方面提出的要求，推动着气门间隙液压补偿组件的发展。气门间隙液压补偿技术的功用气门间隙液压补偿技术的功用就是利用发动机润滑油调整液压补偿组件自身的长度，以补偿气门传动链中由于热膨胀、磨损和制造公差等因素引起的零部件长度变化，达到将气门间隙降低到最低限度的目的。如图1，通常每个气门的间隙都应当保持在0.25至0.75mm之间，公差*0.025mm。如果没有自动的间隙调整装置，维护保养时就必须调整气门传动链，以解决两次维护保养之间的间隔中可能形成的凸轮径向跳动、气门传动链和气缸盖气缸体中零部件的热膨胀、气门落不到底以及气门传动链的正常磨损带来的噪声增大等问题。在发动机装配在线也必须进行类似的调整，十分麻烦。特别是现代汽车发动机普遍地采用了排气后处理技术，为了使担负排气后处理的催化转化器尽快地起燃，发动机起动和起动后的暖机阶段必须采取一些措施将排气温度提高到非正常的水平，这导致排气门的气门杆热膨胀超常，因此必须采用液压补偿组件解决这一问题。气门传动链的分类气门间隙液压补偿组件因其所纳入的气门传动链系统不同而有区别。如图2。1型气门传动链用于上置式凸轮，凸轮直接作用于补偿组件，没有凸轮随动件，也没有摇臂。这种类型的气门传动链有液压式，也有机械式。如果是机械式的，就要用垫片调整杯状挺杆和凸轮之间的距离，或者杯状挺杆和气门杆顶端之间的间隙。中国生产的轿车发动机大多采用1型液压气门传动链，又称液压杯状挺杆，简称液压挺杆。2型气门传动链用于上置式凸轮，有指状随动件。指状随动件的回转中心在其一端，故又称''回转中心在一端的摇臂”，但因回转中心会作微小的位移，所以不同于一般的摇臂。气门和凸轮居于回转中心的同一侧。气门间隙液压补偿组件固定在气缸盖中，用于从一端支承指状随动件，故称支柱式气门间隙液压补偿组件，又称间隙调整器。 3型气门传动链用于上置式凸轮，有摇臂。摇臂绕中央的销轴回转，故又称''回转中心在中央的摇臂”。气门和凸轮分居于回转中心的两侧。液压补偿组件插入摇臂中，故称插入式液压补偿组件，最终由它推动气门。现代汽车公司和本田汽车公司的发动机，包括本田VTEC都采用插入式液压补偿组件，它直接跟气门杆顶端接触的部分时常采用''象脚"结构。4型气门传动链用于上置式凸轮，有摇臂。摇臂绕中央的销轴回转，故也称''回转中心在中央的摇臂”。气门和凸轮也分居于回转中心的两侧。它是从3型的基础上演变过来的，但是跟3型有两点不同：第一，液压补偿组件和凸轮处在摇臂回转中心的同一侧；第二，凸轮并不直接接触摇臂，而是在中间插入一个作往复运动的凸轮随动件。液压补偿组件转移到了凸轮随动件中。这种液压补偿组件在美国叫做液压举升器，它还可能包含一个滚子。4型气门传动链有一个变种，就是取消凸轮随动件，将液压补偿组件直接插入到摇臂中，其它都跟4型气门传动链相同。5型气门传动链用于下置式凸轮，有摇臂。摇臂的回转中心也是放在中央，凸轮从一端推动摇臂，气门在回转中心的另一端。它跟4型的差别在于，在凸轮随动件和摇臂之间插入了一根推杆。北美主要倾向于2型和5型，而且都是液压的；西欧主要倾向于1型和2型。4型在两地都很少采用，几乎已被淘汰。无论是北美还是西欧，采用支柱式液压补偿组件的2型气门传动链的市场份额都在增长，正在接近或者超过原先在当地占第一位的类型，但机械挺杆目前在世界上还有市场。 气门间隙液压补偿组件液压挺杆组成：液压挺杆由导向部分和液压部分组成。如图3所示，导向部分包括一个形似杯状、倒置的钢质外壳2和一个与外壳做成一体的内壳5。液压部分由油缸3、柱塞4和止回阀组成。圆3濯厘魁椁（资料来源：I仲）1-凸输，3粮厘梃梓外满，3-油缸，小柱塞，5-内般，&外油腔,7-止回瞰簧,8堀缸羞,9-回位建簧，山凛F辨簧，U-新皤F-高座睡，13-逵油槽，1卑油道，15-止回曜球，1凯止回^座，17-浅漏周隙，既内油睡，19-遏油槽工作过程液压挺杆的工作过程由补偿阶段和压下阶段组成。-补偿阶段：高压腔补油和气门间隙消除。这个阶段的特征是，凸轮型线的基圆部分与液压挺杆接触，高压腔从发动机润滑系统得到机油补充。机油在发动机机油泵的压力下从气缸盖8中的油道14通过液压挺杆的进油槽13、外油腔6、过油槽19进入内油腔18。此时，内油腔的压力会超过高压腔的压力跟止回阀开启压力（止回阀开启压力就是刚好能够克服止回阀弹簧力的油压）之和，止回阀开启，机油流入高压腔。回位弹簧9的压力将柱塞和油缸分别顶向上方和下方，使气门间隙得到补偿。最终当高压腔压力升高到它跟止回阀开启压力之和等于内油腔压力时，止回阀关闭。此时高压腔的机油压力和回位弹簧9的压力还不足以克服气门弹簧的力，所以气门仍保持关闭。液压挺杆所能补偿的气门传动链长度的变化量是有限度的，它取决于柱塞4底部圆环面跟油缸3底部的台阶之间的距离，即液压行程。-压下阶段：高压腔传力。这个阶段理想的工作过程是，凸轮型线的升程部分与液压挺杆接触，凸轮通过液压挺杆的外壳将柱塞往下压，迫使高压腔压力升高，止回阀关闭，高压腔被封闭，得不到机油补充。在理想条件下，高压腔里的机油可以看作刚体，因而凸轮的力得以通过液压挺杆的外壳、柱塞、高压腔里的机油和油缸传递到气门杆，使得气门开启。注意此时液压挺杆的进油槽跟气缸盖油道之间的联系被切断。但是由于机油的可压缩性，凸轮压下阶段发生的实际工作过程跟理想条件下有很大差别，气门升程曲线将会发生变异，造成气门升程损失。如果气门关闭升程损失超过了气门关闭缓冲段高度，这就意味着气门关闭过早，气门关闭时液压挺杆跟凸轮的接触点尚未到达凸轮型在线的气门关闭缓冲段，气门对气门座和气缸盖的冲击明显增强，由此引起的振动和噪声加剧。0.1毫米的气门升程损失可以看作是发生噪声的临界值。高压腔内机油的含气量愈大，则气门升程损失愈大。影响气门升程损失和液压挺杆噪声的因素相关因素包括：发动机停车时气缸盖内的机油是否能够停留在气缸盖的机油油道内；机油含气量、机油压力和机油温度；高压腔的液压行程；油缸和柱塞之间的间隙；发动机转速；发动机搁置时间；发动机反复地起动和停车的频繁程度；发动机停车时气门的位置。为降低液压挺杆噪声和振动，一方面要求优化液压挺杆的机油供油系统，在热怠速时液压挺杆的机油油压不得低于0.5bar；发动机停车后机油供油系统应能将机油保持在油道中；采取除气措

施。另一方面是设计低噪声液压挺杆。如：-防泄油液压挺杆。跟基本型液压挺杆相比，它在外油腔中加了一道固定在挺杆外壳圆周内侧面底部的外围圈，可阻止空气将机油从外油腔压到气缸盖的油道中去；-低吸入液压挺杆。跟基本型液压挺杆相比，它在外油腔中加了一道固定在挺杆外壳顶部内侧面的内围圈。进入内油腔的机油必须从内围圈的底部吸入，从而减少了空气被吸入内油腔的危险；-迷宫式液压挺杆。迷宫式液压挺杆既有外围圈，又有内围圈，将这两种结构的优点结合起来了，效果最佳。空行程液压挺杆跟普通的液压挺杆相比，空行程液压挺杆多了一个差压柱塞弹簧和一个差压柱塞，而且将止回阀从主柱塞下面搬到了差压柱塞下面。在调整阶段，差压柱塞的底面被差压柱塞弹簧压靠在主柱塞的台阶上，其顶面则比主柱塞低一些。在压下阶段之初，高压腔压力升高，首先将差压柱塞从主柱塞的台阶顶起，直到差压柱塞的顶面跟主柱塞的顶面齐平，一起顶到挺杆顶部内侧面为止。顶起的这一段路程就叫做空行程，设计成大约0.2mm。凸轮轴轴心线在0.2mm以内的跳动可以通过空行程挺杆得到补偿。热学影响、由于气门杆弹性变形引起的气门长度改变，以及气缸盖和气门座圈的弹性变形对气门传动链造成的影响都可以得到补偿。空行程功能还可避免在补偿阶段出现凸轮基圆接触力的峰值，减少基圆摩擦。此外，空行程液压挺杆具有使凸轮轴和气门弹性变形之间脱耦的作用，这使得系统能够抵御由于凸轮轴传动力的不均衡而引起的扭振。用于大众汽车公司泵喷嘴TDI柴油机。苗诚侦nr{-ftIMEL储.1?imaOiM赴汕孔苗诚侦nr{-ftIMEL泄沛收染m制油仙隙斟7带协被指状随讪件和涂f的支朴•式/订血隙被JI册偿元件（资料来源:INAi左图；Ik枷'布图:补费命税支柱式气门间隙液压补偿组件液压挺杆本身参与运动，增加了气门传动链的惯性力，所以某些场合下采用支柱式气门间隙液压补偿组件。它必须跟指状随动件配合使用。指状随动件分成铸铁的和冲压两种。带铸铁指状随动件的支柱式气门间隙液压补偿组件的构造见图7。带薄钢板冲压指状随动件的支柱式气门间隙液压补偿组件的构造见图8。薄钢板冲压指状随动件用厚度为2.5到3.5毫米的不锈钢带经过二十多道工序冲压而成。滚子里边是一圈滚针，实际上滚子就是一个滚动轴承。为了降低凸轮接触面上的最大接触应力，与凸轮接触的滚子回转表面的母线优化成了两端渐缩的形状。

止皿珠|■l-IHff止皿珠|■l-IHff礼d.机四HiM&g1旭陇间隙2迎油“3出m左链*压Hft我，咨Bh朴IS你段Ktt.插入式气门间隙液压补偿组件插入式液压补偿组件常见于四气门发动机和进、排气门分居于曲轴两侧的两气门发动机，见图9。发动机润滑系统通过摇臂内的油道供油，所以这种摇臂又称液压摇臂。插入式气门间隙液压补偿组件的工作原理跟液压挺杆十分相似。摇臂是用铝合金压铸而成的。出气孔布置在液压摇臂上液压补偿组件插入端的上部。这显然是为了让进入液压补偿组件的空气以最短的路线逸出到大气之中。下置式凸轮轴气门间隙液压补偿组件在两气门V形发动机中，为了用一根凸轮轴推动发动机两列气缸的全部顶置式气门，可以采用下置式单凸轮轴，此时气门间隙液压补偿组件必须跟随凸轮轴移到下方，安装在气缸体内而不是在气缸盖内，并且如图2中的5型气门传动链所示，用推杆解决气门推动力的传递距离较远的问题，见图10。跨国公司在中国生产的轿车发动机中也有这种布置。在这种方案中，发动机润滑系统通过设在气缸体内的油道向气门间隙液压补偿组件供油。特种功能的液压补偿组件一拖二液压挺杆上置式双凸轮轴四气门发动机中，采用一根凸轮轴推动进气门，另一根凸轮轴推动排气门。同一个气缸上的两个进气门或两个排气门的液压挺杆可以用一根水平销连在一起，成为一拖二液压挺杆，可以省去一半的凸轮。

AI1RMun事土映■AI1RMun事土映■Hl国9幅液11..扬响却诚子怕贵晶式二门村RK强IHi唯元件僚辞来博=]NAJg服诙W孔成叩相通HLHK制5HftflH右罔；补莅阶靴SlKtfiF]J^.IJrri4HM—ii可切换液压挺杆在城市行驶工况中，汽车发动机的负荷率很低，燃油经