项目六配气机构的检修.ppt

项目六 配气机构的检修,【知识要求】掌握配气机构零件作用、结构。了解配气机构零件的工作条件、要求和材料。掌握配气相位的概念、含义。掌握气门间隙的概念、来源、对发动机工作的影响。掌握配气机构零件的损伤形式。了解可变配气相位机构的结构和工作情况。【能力要求】能够对气门组主要零件进行检验和修理。能够对驱动组主要零件进行检验和修理。,一、相关知识（一）配气机构功用与组成,1配气机构的功用 配气机构是控制发动机进气和排气的装置。其功用是根据发动机的工作顺序和各缸工作循环的要求，定时开启和关闭进、排气门，使新鲜可燃混合气（汽油机）或空气（柴油机）准时进入气缸，废气得以及时排出气缸。进入气缸内的新鲜可燃混合气或空气（也称进气量）对发动机性能的影响很大。进气量越多，发动机的有效功率和转矩越大。因此，配气机构首先要保证进气充分，进气量尽可能多。同时，废气要排除干净，因为气缸内残留的废气越多，进气量将会越少。其次，配气机构的运动件应该具有较小的质量和较大的刚度，以使配气机构具有良好的动力特性。,2配气机构的分类及组成 配气机构由气门组和气门传动组两部分组成，每组的零件组成则与气门的位置、凸轮轴的位置和气门驱动形式等有关。配气机构按气门的布置位置不同可分为顶置式气门和侧置式气门两类，现代汽车发动机均采用顶置气门，即进、排气门置于气缸盖内，倒挂在气缸顶上。顶置式配气机构按凸轮轴的位置，可分为凸轮轴下置式、凸轮轴中置式和凸轮轴上置式；按曲轴和凸轮轴的传动方式，可分为齿轮传动式、链条传动式和同步齿形带传动式；按每缸气门的数量，可分为双气门式和多气门式。,1)按凸轮轴的位置分类（1）凸轮轴下置式 凸轮轴下置式配气机构的凸轮轴置于曲轴箱内，平行布置在曲轴的一侧。由于曲轴和凸轮轴位置靠近，只用一对正时齿轮传动，传动机构比较简单。优点：简化曲轴与凸轮轴之间的传动装置（齿轮传动），有利于发动机的布置；缺点：气门和凸轮轴相距较远，因而气门传动零件较多，结构较复杂，发动机高度也有所增加。凸轮轴下置式配气机构多用于转速较低的发动机，如解放ca6102、东风EQ6100-1、6135Q等发动机。,图6-1为凸轮轴下置顶置气门式配气机构的组成与布置。气门组主要包括气门、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座和气门锁环等。气门传动组主要包括凸轮轴正时齿轮、凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂和摇臂轴等。,（2）凸轮轴中置式为减小气门传动组零件往复运动的惯性力，一些速度较高的发动 机将下置式凸轮轴的位置抬高到气缸体的中上部，缩短了传动零 件的长度，称为凸轮轴中置式配气机构。有些凸轮轴中置式配气机构的组成与凸轮轴下置式配气机构没有什么区别，只是推杆较短而已，如YC6150Q、6110A、依维柯8210.22S等发动机都采用这种结构。,（3）凸轮轴上置式,凸轮轴上置式配气机构的凸轮轴直接布置在气缸盖上，凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门（图6-2）。优点：省去了推杆、挺柱，使往复运动质量大大减小，因此它适合于高速发动机；缺点：由于凸轮轴离曲轴中心较远，因而都采用链条传动或同步齿形带传动，使得正时传动机构较为复杂，而且拆装气缸盖也比较困难。上置凸轮轴的另一种形式是凸轮轴直接驱动气门，如图6-3所示。这种配气机构的往复运动质量最小，对凸轮轴和弹簧设计的要求也最低，因此特别适合于高速强化发动机，这在国外的高速汽车发动机上得到广泛的应用。,图6-3上置双凸轮轴直接驱动气门配气机构,图6-2 凸轮轴上置式配气机构示意图,2)按凸轮轴的传动方式分类（1）齿轮传动式 凸轮轴下置式、中置式配气机构大多采用圆柱形正时齿轮传动。一般从曲轴到凸轮轴的传动只需一对正时齿轮，如图6-4所示，多用于汽油机，如CA6102、EQ6100-1型汽油机。若齿轮直径过大，可在中间加装一个惰轮，柴油机多采用这种结构，如CA6110、CA6105QC、6120型柴油机。为了啮合平稳，减小噪声，正时齿轮多用斜齿。在中、小功率发动机上，曲轴正时齿轮用钢来制造，而凸轮轴正时齿轮则用铸铁或夹布胶木制造，以减小噪声。,（2）链条传动式链条与链轮的传动特别适用于凸轮轴上置的配气机构。为使在工作时链条有一定的张力而不至脱链，通常装有导链板、张紧轮装置等。为了使链条调整方便，有的发动机使用一根链条传动，如图6-5所示。,（3）齿形带传动。近年来，在高速发动机上还广泛采用齿形带来代替传动链，如图6-6所示。这种齿形带用氯丁橡胶制成，中间夹有玻璃纤维和尼龙织物，以增加强度。采用齿形带传动，能减少噪声和减少结构质量，也可以降低成本。,3)按每缸气门的数量分类 一般发动机较多采用一个进气门和一个排气门。其特点是结构简单，能适应各种燃烧室。但其气缸换气受到进气通道的限制，故都用于低速发动机。现代高性能发动机普遍采用3气门、4气门、5气门，目前应用最多的是4气门发动机。4气门发动机有两个进气门和两个排气门，如12V150Z型柴油机。采用这种型式后，进气门总的通过断面较大，充气效率较高，排气门的直径可适当减小，使其工作温度相应降低，提高了工作可靠性。此外，采用4气门后还可适当减小气门升程，改善配气机构的性能。4气门的汽油机还有利于改善排放性能。3气门发动机每缸采用个2进气门和1个排气门，目前已很少采用。,5气门发动机每缸采用3个进气门和2个排气门，这种结构能明显地增加进气量，提高了充气效率，而且燃油消耗低、转矩大及排污少。但是结构也非常复杂，尤其是增加了燃烧室表面积，对燃烧不利。奥迪A6、上海帕萨特、捷达王等轿车发动机均为5气门。大多5气门发动机采用紧凑浴盆式燃烧室，火花塞位于燃烧室中心，如图6-7所示。,（二）配气正时及气门间隙1配气正时（配气相位）发动机工作时，进入气缸内的新气量越多，发动机的动力性越好。影响进气量的因素很多，而进、排气门开启和关闭的时刻便是其中之一。以曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻及其开启的持续时间称作配气正时（配气相位）。四冲程发动机的每一个工作行程，其曲轴要旋转180。由于现代发动机转速很高，一个行程经历的时间是很短的。如上海桑塔纳的四冲程发动机，在最大功率时的转速达5600r/min，一个行程的时间只有0.0054s。这样短时间的进气和排气过程往往会使发动机充气不足或排气不净，从而使发动机功率下降。因此，现代发动机都采用延长进、排气时间，使气门早开晚关，以改善进、排气状况，提高发动机的动力性。,进气门在进气行程上止点之前开启谓之早开。从进气门开始开启到上止点曲轴所转过的角度称作进气提前角，记作，一般为1030。进气门在进气行程下止点之后关闭谓之晚关。从进气行程下止点到进气门关闭曲轴转过的角度称作进气迟后角，记作，一般为4080。整个进气过程持续的时间或进气持续角为+180+。,进气门早开的目的是为了在进气开始时进气门能有较大的开度或较大的进气通过断面，以减小进气阻力，使进气顺畅。进气门晚关则是为了充分利用气流的惯性，在进气迟后角内继续进气，以增加进气量。进气阻力减小不仅可以增加进气量，还可以减少进气过程消耗的功率。排气门在作功行程结束之前，即在作功行程下止点之前开启，谓之排气门早开。从排气门开启到下止点曲轴转过的角度称作排气提前角，记作，一般为4080。排气门在排气行程结束之后，即在排气行程上止点之后关闭，谓之排气门晚关。从上止点到排气门关闭曲轴转过的角度称作排气迟后角，记作，一般为1030。整个排气过程持续的时间或排气持续角为+180+。,排气门早开的目的是为了在排气门开启时气缸内有较高的压力，使废气能以很高的速度自由排出，并在极短的时间内排出大量废气。当活塞开始排气行程时，气缸内的压力已大大下降，排气门开度或排气通过断面明显增大，从而使强制排气的阻力和排气消耗的功率大为减小。排气门晚关则是为了利用废气流动的惯性，在排气迟后角内继续排气，以减少气缸内的残余废气量。通常将进排气门的实际启闭时刻和开启过程，用曲轴转角的环形图来表示，这种图形称为配气相位图（见图6-8）。,2气门间隙1）气门间隙的含义发动机工作时，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做功行程中漏气，而使功率下降，严重时甚至不易起动。为了消除这种现象，通常在发动机冷态装配（气门完全关闭）时，在气门与其传动机构中留有适当的间隙，以补偿气门受热后的膨胀量，这一间隙通常称为气门间隙。2）气门间隙过大、过小的危害气门间隙的大小，对发动机的工作和性能影响很大。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；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。,（三）配气机构的零件和组件1气门组气门组包括气门、气门座、气门导管、气门弹簧、气门锁片和油封等。气门组的组成如图6-9所示。,1）气门气门分成进气门和排气门两种，用来封闭进排气道。（1）气门的工作条件气门的工作条件非常恶劣。与气缸内的高温燃气接触，受热严重，而散热困；进难，因此气门温度很高。排气门最高温度可达1050K1200K，进气门由于受到进气流的冷却，温度稍低，约为570K670K。受气体力和气门弹簧力的作用，以及配气机构运动件惯性力的作用，使气门落座时受到冲击。润滑条件很差的情况下以极高的速度开闭，并在气门导管内做高速往复运动。高温燃气中与腐蚀性气体接触而受到腐蚀。,（2）气门的材料气门的工作条件很差，故要求气门材料必须具有足够的强度、刚度、硬度，能耐腐蚀耐磨损。进气门一般采用中碳合金钢制造，如铬钢、铬钼钢和镍铬钢等。排气则多采用耐热合金钢制造，如硅铬钢、硅铬钼钢、硅铬锰钢等。高度强化的发动机趋于用21-4N奥氏体钢和铬镍钨钼钢。高度强。温性和蚀性，达到延长气门使用寿命的目的。为节约耐热合金钢，降低材料成本，有些发动机排气门头部采用耐热合金钢，杆身采用中碳合金钢，然后将两者焊在一起。还有一些排气门，在头部锥面喷涂一层钨钴等特种合金材料，以提高其硬度、耐磨性、耐热性和耐腐蚀性，达到延长气门使用寿命的目的。,（3）气门的构造汽车发动机的进、排气门均为菌形气门，由气门头部和气门杆两部分构成，其结构和各部名称如图6-10所示。1-气门密封锥面；2-气门杆；3-气门尾端；4-气门顶面,气门顶部形状主要分成凸顶、平顶、凹顶三种结构形式，如图6-11所示。目前应用最多的是平顶气门，其结构简单，制造方便，受热面积小，进、排气门都可采用。凸顶气门刚度大，用于某些排气门。用作排气门时，排气阻力较小，但受热面积大，质量大，加工也比较复杂。凹顶的（有的为漏斗形）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。,a)凸顶；b)平顶；c)凹顶；d)凹顶（漏斗形）图6-11 气门的顶部形状,气门与气门座或气门座圈之间靠锥面密封。气门密封锥面与顶平面之间的夹角，称为气门锥角（见图6-12）。进排气门的气门锥角一般均为45，只有少数发动机的进气门锥角做成30。这是因为在气门升程相同的情况下，气门锥角小，可获得较大的气流通过截面，进气阻力较小。但锥角较小的头部边缘较薄，刚度较小，致使气门头部与气门座的密封性和导热性均较差，易在热态时变形，影响贴合。较大的气门锥角可提高气门头部边缘的刚度，气门落座时有较好的自动对中作用，与气门座圈有较大的接触压力等。这些都有利于气门与气门座圈之间的密封和传热，并有利于挤掉密封锥面上的积炭。,图6-12 气门密封锥面、气门锥角,气门杆与气门导管配合，为气门运动导向和传热。气门杆要有较高的加工精度和较低的粗糙度，与气门导管保持较小的配合间隙，以减小磨损，并起到良好的导向和散热作用。在某些高度强化的发动机上采用中空气门杆的气门，旨在减轻气门质量和减小气门运动的惯性力。为了降低排气门的温度，增强排气门的散热能力，在许多汽车发动机上采用钠冷却气门。这种气门是在中空的气门杆中填入一半金属钠。因为钠的熔点是97.8，沸点为880，所以在气门工作时，钠变成液体，在气门杆内上下激烈地晃动，不断地从气门头部吸收热量并传给气门杆，再经气门导管传给气缸盖，使气门头部得到冷却。钠冷却气门的制造成本比普通排气门高出几倍，但由于其十分明显的冷却效果，在一些风冷发动机和轿车发动机上得到了成功的应用，如如奔驰190、尼桑SR系列发动机等。,气门杆的尾部用以固定气门弹簧座，其结构随弹簧座的固定方式不同而异。常用的固定方式有锁片式和锁销式两种。锥形锁片式。锁片式的锥形锁片被剖分成两半，合在一起形成一个完整的圆锥结构，内孔有一环形凸起。弹簧座的中心孔为圆锥孔，用来与锁环的外圆锥面配合。安装时，用力将弹簧座连同气门弹簧压下，将两片锁环套于气门杆尾部合并在一起，锁环内孔的环状凸起正好位于气门杆尾端的环形槽内。放松弹簧座，在气门弹簧的弹力作用下，弹簧座的圆锥孔与锁片的圆锥面紧紧地贴合在一起，不会脱落，如图6-13所示。,1-气门杆；2-气门弹簧；3-弹簧座；4-锁片；5-卡环图6-13 锁片式结构,锁销式。它的固定方法比较简单，将弹簧座连同弹簧一起压下后，把锁销插入气门杆尾部的径向孔内，放松弹簧座后，锁销正好位于弹簧座的外侧面的凹穴内，防止了弹簧座的脱出，如图6-14所示。1-气门杆；2-气门弹簧；3-弹簧座；5-锁销图6-14 锁销式结构,适量的机油进入气门导管与气门之间的间隙，对于气门杆的润滑是必要的。但如果进入的机油过多，将会在气缸内造成积炭和在气门上产生沉积物。因此，有的发动机在气门杆上设有机油防漏装置。如图6-15所示。1-锁片；2-弹簧座；3-气门杆；4-防油罩或密封圈；5-气门导管图6-15 气门机油防漏装置,2）气门导管气门导管的功用是起导向作用，保证气门作直线往复运动，使气门与气门座能正确贴合。此外，气门导管还在气门杆与气缸盖之间起导热作用。其结构如图6-16所示。气门导管的工作温度也较高，约200。气门杆在导管中运动时，仅靠配气机构飞溅出来的机油进行润滑，因此容易磨损。气门导管大多数用灰铸铁、球墨铸铁或铁基粉末冶金制造。为了防止气门导管在使用过程中松落，有的发动机对气门导管用卡环定位（见6-16）。,3）气门座进、排气道口与气门密封锥面直接贴合的部位称为气门座。气门座可在气缸盖上直接镗出。它与气门头部共同对气缸起密封作用，并接受气门传来的热量。气门座在高温下工作，磨损严重，故有不少发动机的气门座用较好的材料（合金铸铁、奥氏体钢等）单独制作，然后镶嵌到气缸盖上（见6-16）。,汽油机的进气门座工作温度较低，不易磨损，可以靠从气门导管漏下的机油润滑，故可以在缸盖上直接镗出。但排气门温度高，机油在导管内可能被烧掉，因而排气门座实际上得不到润滑，极易磨损，故多用镶嵌式结构。采用铝合金缸盖的发动机，由于铝合金材质较软，进、排气门座均用镶嵌式。柴油机有的是进、排气门座均用镶嵌式，有的只镶进气门座，这是因为柴油机的排气门与气门座常能得到由于燃烧不完全而夹杂在废气中的柴油、机油以及烟粒等润滑而不致被强烈磨损。但是柴油机的进气门面临的情况则完全不同，从导管漏入的机油很少，而且柴油机有较高的气体压力，加上进气门的直径大，容易变形，这些因素都将导致进气门座的磨损加剧。,直接镗在气缸盖上的气门座散热效果好，使用中不存在脱落造成事故的可能性。但存在不耐高温、不耐磨损，不便于修理更换等缺点。镶嵌式气门座圈不但耐高温、耐磨损和耐冲击，使用寿命长，而且易于更换。缺点是导热性差，加工精度高，如果与缸盖上的座孔公差配合选择不当，还可能发生脱落而造成事故。,4）气门弹簧（1）气门弹簧的作用气门弹簧的作用是克服在气门关闭过程中气门及传动件的惯性力，防止各传动件之间因惯性力的作用而产生间隙，保证气门及时落座并紧紧贴合，防止气门发生跳动，破坏其密封性。为此，气门弹簧应有足够的刚度和安装预紧力。,（2）气门弹簧的材料。气门弹簧多为圆柱形螺旋弹簧（图6-17），其材料为高碳锰钢、铬钒钢等冷拔钢丝，加工后要进行热处理。钢丝表面要光滑，经抛光或用喷丸处理，借以提高疲劳强度，增强弹簧的工作可靠性。此外，为了避免弹簧的锈蚀，弹簧的表面要进行镀锌、镀铜、磷化或发蓝处理。,（3）气门弹簧的结构形式当气门弹簧的工作频率与其自然频率相等或某一倍数时，将会发生共振。强烈的共振将破坏气门的正常工作，并可使弹簧折断。为避免共振的发生，常采用以下结构措施：提高弹簧刚度。提高气门弹簧的刚度，即提高气门弹簧的自然振动频率。如加粗弹簧的直径，减小弹簧的圈径，如图6-17a)所示。采用变螺距弹簧。各圈之间的螺距不等，在弹簧压缩时，螺距较小的弹簧两端逐渐贴合，使有效圈数逐渐减少，因而固有振动频率不断变化（增加），避免共振发生，如图6-17b)所示。,采用双气门弹簧结构。每个气门同心安装两根直径不同、旋向相反的内外弹簧，如图6-17c)所示。由于两弹簧的自振频率不同，当某一弹簧发生共振时，另一弹簧起减振作用。当一根弹簧折断时，另一根还能继续维持工作；旋向相反，可以防止一根弹簧折断时卡入另一根弹簧内，以免好的弹簧被损坏。气门旋转机构。气门在工作时容易产生积炭及其他沉积物而造成气门过热引起变形，为了改善气门和气门座密封面的工作条件，可设法使气门在工作中能相对气门座缓慢旋转。这样可使气门头部沿圆周方向的温度分布比较均匀，从而减小气门头部的热变形。同时，气门缓慢旋转时在密封锥面产生轻微的摩擦力，有阻止沉积物形成的自洁作用。,图6-18 气门旋转机构,图6-18a所示的自由旋转机构中，气门锁片并不直接与弹簧座接触，而是装在一个锥形套筒中，后者的下端支承在弹簧座平面上，套筒端部与弹簧座接触面上的摩擦力不大，而且在发动机运转振动力作用下，在某一短时间内可能为零，这就使气门有可能自由地作不规则运动。有的发动机采用图6-18b所示的强制旋转机构，使气门每开一次便转过一定角度。在壳体4中，有六个变深度的槽，槽中装有带回位弹簧5的钢球6。当气门关闭时，气门弹簧的力通过支承板2与碟形弹簧3直接传到壳体4上。当气门升起时，不断增大的气门弹簧力将碟形弹簧压平而迫使钢球沿着凹槽的斜面滚动，带着碟形弹簧、支承板、气门弹簧和气门一起转过 角。在气门关闭过程中，碟形弹簧的载荷减小而恢复原状，钢球即在回位弹簧5的作用下回到原来位置。135系列增压柴油机的进气门即采用了这种气门旋转机构。,2气门传动组气门传动组由凸轮轴和凸轮轴正时齿轮、挺柱、挺柱导管、推杆和摇臂总成等组成。气门传动组的主要作用是使进、排气门按照配气相位规定的时间开启与关闭。1）凸轮轴(1)凸轮轴的功用。凸轮轴（如图6-19所示）是由发动机曲轴驱动而旋转，用来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。此外，大多数汽油机还利用凸轮轴来驱动分电器、机油泵和汽油泵。,(2)凸轮轴的材料。凸轮轴一般采用优质钢模锻而成，也有用合金铸铁或球墨铸铁铸造而成。凸轮与轴颈表面经过热处理，使之具有足够的硬度和耐磨性。凸轮轴上的凸轮与挺柱或者摇臂的接触接近于线接触，接触面积很小。在工作中两者之间为滑动摩擦。由于气门弹簧刚度很大，凸轮表面的接触应力也很大。因此要求凸轮表面要有足够的硬度和耐磨性；否则，凸轮的磨损与变形会造成配气相位的改变，气门升程的减少，影响发动机正常工作。,(3)凸轮轴的一般构造。凸轮轴主要由凸轮、轴颈、偏心轮和螺旋齿轮等组成（见图6-19）凸轮分为进气凸轮和排气凸轮两种，用来驱动与控制气门的开启与关闭。轴颈对凸轮轴起支承作用。对于下置式凸轮轴来说，凸轮轴上还设有螺旋齿轮和偏心轮，用来驱动分电器、机油泵和膜片式汽油泵。凸轮轴的前端通过键装有凸轮轴正时齿轮或链轮及同步齿形带轮。(4)凸轮的轮廓曲线和凸轮的相对位置。凸轮是凸轮轴上最重要的组成部分。凸轮的轮廓应能使气门的开启与关闭的时间符合配气相位的要求，使气门有尽量大的升程。气门的开启与关闭过程的运动规律也取决于凸轮的轮廓曲线。凸轮轮廓曲线如图6-20所示。,图6-20 凸轮的轮廓曲线,O点为凸轮的旋转中心，圆弧AE称为基圆。当挺柱与E点接触，凸轮按箭头方向旋转，基圆从E点起滑过挺柱一直到A点止，在这一转角范围内挺柱不动，气门处于关闭状态。对于普通挺柱来说，从A点起随着凸轮轴的转动，挺柱开始升起，但由于存在有气门间隙，气门不能打开。凸轮转到B点与挺柱接触时，气门间隙消除，气门开始打开。凸轮转到C点与挺柱接触时，气门开度最大。凸轮继续转动，挺柱开始下移，气门在气门弹簧的作用下开始关闭。当凸轮转到D点与挺柱接触时，气门完全关闭。凸轮E点与挺柱接触时，挺柱下移停止。凸轮转过一圈，气门打开一次。图中角 为气门开启持续角，和 是消除气门间隙和恢复气门间隙所需的凸轮转角。凸轮轮廓曲线BCD段的形状，决定了气门打开与关闭过程的运动规律。,凸轮轮廓曲线是对称的，在凸轮轮廓与基圆结合处，设有一小段缓冲段，以减小气门在打开和落座时的冲击，减小噪声与磨损。由于气门打开的凸轮BC段受力要大于CD段，BC 段的磨损要大于CD段。因此，使用一段时间后，气门开启时间推迟，开启持续角减小，气门的升程有所降低，发动机的充气系数下降。大多数发动机凸轮轴上的一个凸轮驱动一个气门。对于每缸一个进气门、一个排气门的发动机来说，凸轮轴上凸轮的数量是缸数的两倍。其中半数为进气凸轮，驱动进气门；半数为排气凸轮，驱动排气门。同一缸的进、排气凸轮称为异名凸轮。四冲程发动机的排气冲程和进气冲程是相连的两个冲程，如果气门不早开晚关，从排气门开启到进气门开启，曲轴正好转过180,反映到凸轮轴是两异名凸轮之间的夹角为90。由于气门是早开晚关的，所以两异名凸轮间的夹角大于90.,凸轮轴上各缸的进气凸轮（或者排气凸轮）称为同名凸轮。从凸轮轴的前端来看，各缸同名凸轮的相对位置按发动机作功顺序逆凸轮轴转动方向排列，如图3-23所示，夹角为作功间隔角的1/2。如四缸发动机同名凸轮间夹角为180/2=90，六缸发动机同名凸轮间夹角为120/2=60（见图6-21）。凸轮轴的转动方向取决于凸轮轴的布置位置，下置式凸轮轴采用一对正时齿轮传动，凸轮轴逆时针转动；顶置凸轮轴采用链传动或同步齿形带传动，凸轮轴顺时针转动。,（5）凸轮轴轴颈和轴承。凸轮轴是细长轴，在工作中承受的径向力（主要是气门弹簧的弹力造成）很大，容易造成弯曲、扭曲等变形，影响配气相位和气门的升程。为减小凸轮轴的变形，发动机凸轮轴采用了全支承方式和每两个气缸设一个轴颈支承的方式（见图6-22）。由于凸轮轴安装时是从缸体前端插入缸体上轴承孔内，为安装方便，轴颈的直径从前向后逐道缩小。,凸轮轴的轴承大多数采用衬套压入整体式座孔的方式。衬套的材料多用低碳合金钢，其钢背内圈浇轴承合金制成，也有采用粉末冶金衬套或铜套的。有些顶置凸轮轴式发动机，不采用衬套，轴颈直接与缸盖上镗出的座孔配合。,凸轮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。凸轮与挺柱间采用飞溅润滑。有些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进行的，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通的弧形节流槽，如图6-23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压开油堵，发生漏油。第一道轴颈上的油孔与轴颈前端面连通，以便对凸轮轴轴向止推面润滑,（6）正时齿轮与凸轮轴的轴向定位。下置式凸轮轴与曲轴之间采用一对正时齿轮传动，在曲轴前端轴和凸轮轴第一道轴颈前面，各装有一个正时齿轮。由于传动比为2:1，所以凸轮轴上的齿轮大，曲轴上的齿轮小。小齿轮的材料多为中碳钢，大齿轮材料为碳钢或非金属材料，如夹布胶木、塑料等。正时齿轮多为斜齿轮，通过半圆键装在曲轴上，并用螺母固定，如图6-24所示。在装配曲轴与凸轮轴时，应将两齿轮的啮合标记对齐（见图6-25），保证配气相位和发动机工作顺序与工作过程准确配合。大型柴油机由于曲轴与凸轮轴的中心距较大，常在一对正时齿轮中间加入惰轮，此时，凸轮轴与曲轴转动方向相同，传动比仍为2:1,1-正时齿轮；2-正时齿轮毂；3-固定螺母；4-调节环；5-止推板；6-螺钉图6-24 止推板式凸轮轴轴向限位装置,1-曲轴正时齿轮；2-正时标记；3-凸轮轴正时齿轮图6-25 正时齿轮及啮合标记,为防止凸轮轴在转动过程中产生轴向窜动，影响配气机构的正常工作和使配气相位改变，凸轮轴都设有轴向定位装置（见图6-24）。在正时齿轮和第一道轴颈之间装有隔圈，隔圈和螺母一起将正时齿轮的轴向位置固定。止推凸缘松套于隔圈上，并用两个螺栓固定于缸体前端面。止推凸缘比隔圈簿约0.08mm0.20mm，使止推凸缘与正时齿轮后端面间形成0.08mm0.20mm的间隙，该间隙可以保证凸轮轴旋转时不受干涉。当凸轮轴产生轴向窜动时，止推凸缘便与正时齿轮轮毂端面或者第一道轴颈前端面接触，防止了凸轮轴的前后窜动。止推凸缘固定螺栓是通过正时齿轮腹板上的孔来拧紧的，通过改变隔圈的厚度，可以调整止推凸缘与正时齿轮之间的间隙。,2）挺柱挺柱的功用是将凸轮的推力传给推杆（或气门杆），并承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力。挺柱在其顶部装有调节螺钉，用来调节气门间隙。气门顶置式配气机构的挺柱一般制成筒式（图6-26a），以减轻重量。图6-26b所示为滚轮式挺柱，其优点是可以减小摩擦所造成的对挺柱的侧向力。这种挺柱结构复杂，重量较大，一般多用于大缸径柴油机上。挺柱常用镍铬合金铸铁或冷激合金铸铁制造，其摩擦表面应经热处理后研磨。挺柱位于导向孔内，有些发动机的导向孔直接在缸体或者缸盖上镗出，也有些发动机采用可拆式挺柱导向体，将挺柱装于导向体的导向孔内，导向体固定在缸体上，如图6-27所示。,图6-26 挺柱图6-26 可拆式挺柱导向体,凸轮在旋转中对挺柱的推力方向是不变的，如果挺柱不能旋转。就会造成挺柱与导向孔之间单面磨损。同时挺柱底面也与凸轮固定不变地在一处接触，也会造成磨损不均匀。为使挺柱在上下运动中能够旋转，常将挺柱底面做成一定的锥度形状（见图6-27）。这样使得凸轮与挺柱的接触点偏离挺柱中心线，在挺柱被凸轮推起上升时，凸轮对挺柱的作用力产生绕挺柱中心线的力矩，使挺柱旋转起来，从而使挺柱和凸轮磨损均匀。,为了防止受热膨胀后气门关闭不严，大多数发动机预留了气门间隙，但这又会造成气门开启关闭时的冲击，产生磨损和噪声。为解决这一矛盾，目前越来越多的发动机（尤其是轿车发动机）采用了长度随温度轻微变化的液力挺柱，而不采用预留气门间隙的方法。桑塔纳轿车的液力挺柱，如图6-28所示。挺柱体由圆桶和上端盖焊接而成。下 端封闭的油缸外圆柱面 与挺柱导向孔配合，内 圆柱面与柱塞配合。球 阀被补偿弹簧压靠在柱 塞下端面的阀座上。,挺柱体内部的低压油腔通过挺柱顶背面的键形槽与柱塞上方的低压油腔相通。当挺柱在运动过程中，挺柱体上的环形槽与缸盖上的斜油孔对齐时，缸盖油道内的润滑油通过量油孔、斜油孔和环形油槽进入低压油腔。柱塞下端油缸内部的空腔，称为高压油腔，当球阀打开时，高压油腔与低压油腔相通。无论是高压油腔还是低压油腔，都充满了油液。补偿弹簧还可以使油缸与柱塞相对运动，保持挺柱顶面与凸轮紧密接触。油缸下端面与气门杆下端面紧密接触，整个配气机构无间隙。在气门打开的过程中，凸轮推动挺柱体和柱塞下移，油缸受到气门弹簧的阻力而不能马上下移，导致油压升高，球阀将阀门关闭。由于油液的不可压缩性，整个挺柱如同一个刚体一样下移，将气门打开。在此期间，挺柱和油缸之间的间隙也会存在一些油液泄漏，但不影响气门的正常打开。,在气门关闭的过程中，挺柱上移，由于仍受到凸轮和气门弹簧两方面的顶压，高压油腔仍保持高压，球阀仍处于关闭状态，液力挺柱仍是一个刚性体，直至气门完全关闭为止。气门关闭以后。补偿弹簧将柱塞和挺柱体继续向上推动一个微小的行程（补偿由于油液泄漏而造成的柱塞与挺柱体的下降），同时高压油腔油压下降，此时球阀打开，低压油腔的油液进入高压油腔内补充泄漏掉的油液。当气门关闭时，挺柱体上的环形油槽与缸盖上的斜油孔对齐，润滑系的油液进入挺柱低压油腔内。,气门受热膨胀伸长时，通过柱塞与油缸之间的间隙，高压油腔内的油向低压油腔泄漏一部分，柱塞与油缸产生相对运动，从而使挺柱自动“缩短”，保证气门关闭紧密。同时通过减少气门关闭后的补油量，也保证了气门的关闭紧密。当气门冷却收缩时，补偿弹簧将柱塞与挺柱体向上推动，球阀打开，低压油腔油液进入高压油腔，挺柱自动“伸长”，可保证无气门间隙。,3）推杆采用下置凸轮轴式的配气机构，利用推杆将挺柱传来的力传给摇臂。推杆下端与挺柱接触，上端与摇臂调整螺钉接触。由于摇臂绕摇臂轴转动，推杆在做上下往复直线运动的同时，上端随摇臂一起做微量的摆动。为防止发生运动干涉，推杆下端做 成球形，与挺柱的凹球面配 合。推杆上端做成凹球形，与摇臂调整螺钉球形头部配 合。这样还可以在接触面间 贮存一定的润滑油，减轻磨 损。推杆的结构如图6-29所 示。,推杆承受压力，很容易弯曲变形。除要求有很大的刚性之外，应尽量做得短些。推杆的材料有硬铝的（适用于铝合金缸体与缸盖），也有钢制的。在结构上，有实心结构，也有空心结构。钢制实心结构推杆同两端的球形或凹球形支座锻成一个整体；而铝制实心结构推杆，在两端配以钢制的支座。空心推杆大都采用冷拔无缝钢管，两端配以钢制的支座。无论是实心还是空心结构，两端的支座必须经淬火和磨光处理，保证其耐磨性.,4）摇臂与摇臂组（1）摇臂。摇臂是一个双臂杠杆，以中间轴孔为支点，将推杆传来的力改变方向和大小，传给气门并使气门开启。摇臂的两臂不等长，摇臂比约为1.21.8。长臂一端与气门接触推动气门，可使气门的升程大于凸轮的升程。摇臂的结构如图6-30所示。,摇臂采用45号钢冲压和铸铁或铸钢铸造两种结构形式。摇臂中间轴孔内镶有摇臂轴套和摇臂轴配套。长臂端制成圆弧状，与气门杆尾端接触。短臂端制成螺纹孔，安装有调整螺钉，用来调整气门间隙。调整时转动调整螺钉，调好后将调节螺母拧紧，以防调整螺钉在使用中松动而改变气门间隙。摇臂上端面钻有油孔，中间轴孔的润滑油通过该油孔流向摇臂两端进行润滑，如图6-31所示。,1-气门间隙调节螺钉；2-锁紧螺母；3-摇臂；4-摇臂轴套,（2）摇臂组。摇臂组主要有摇臂、摇臂轴、摇臂轴支座和定位弹簧等组成，如图6-32所示。图6-32 摇臂组成,摇臂轴为空心轴，支撑与摇臂轴支座孔内，支座用螺栓固定于缸盖上。为防止摇臂轴转动，利用摇臂轴紧固螺钉4将摇臂轴固定于支座。中间支座有油孔与缸盖油道相通，油道内的润滑油通过摇臂轴上的油孔进入摇臂轴内腔。碗形塞封住摇臂轴两端，防止润滑油漏出。摇臂通过中间轴孔套装在摇臂轴上，摇臂内的润滑油通过轴上的油孔进入到轴与摇臂衬套的配合间隙中进行润滑，并通过摇臂上的油孔对摇臂两端进行润滑。摇臂在轴上的位置通过定位弹簧来定位，在轴上两摇臂之间装有一个定位弹簧，防止摇臂轴向窜动。,5）双气门的驱动装置 某些大排量、高转速、高功率的发动机，由于气门尺寸的限制，每缸两个气门不能满足换气的需要，而采用三气门(两进一排)或四气门(两进两排)，因此必须有使两同名气门同步开闭的驱动装置。每缸采用四个气门时，其气门排列的方案有二种：同名气门排成两列 如图6-33所示，由一个凸轮通过T形驱动杆同时驱动，并且所有气门都可以由一根凸轮轴驱动。同名气门排成一列 如图6-34所示，进排气门分别位于曲轴中心线的两侧，分别采用两伊凸轮轴驱动，每缸两同名气门采用两个形状和位置相同的凸轮驱动。,a）b）图6-33 气缸四气门的布置,二、项目实施(一)项目实施环境项目实施前应准备好如下车辆、总成、工具、量具、仪表、耗材等。(1)典型车辆(2)发动机总成(3)常用工具箱、检测平台(4)内径百分表、外径千分尺、游标卡尺、气门座铰削工具、气门研磨工具、气门密封性检验仪器,(二)项目实施步骤1.气门组的检修1）气门的检修气门的主要损伤有气门工作锥面磨损和烧蚀、气门杆磨损、气门杆端面磨损、气门杆弯曲变形等。维修气门时，应在气门顶上打上与它的气缸号一致的记号（如是第三缸的气门，应用冲头在气门顶上打3个点），以防装配时弄错。（1）气门外观的检验凡气门出现裂纹、烧蚀较严重、气门顶部边缘的厚度小于0.5mm或气门头歪斜严重不能修复的，均应换用新气门。,（2）气门工作锥面的检修观察气门的工作锥面，若变宽、起槽、烧蚀出现斑点或用手指能摸出磨损台阶，应用气门光磨机光磨气门的工作锥面（注意气门锥角的大小）。修磨后，气门头部边缘的厚度，进气门应不小于0.501.00mm，排气门应不小于0.701.30mm，如图6-34所示。图6-34 气门头部边缘的厚度,（3）气门杆磨损的检修用千分尺测量气门杆直径，如图6-35所示。若磨损量超过0.05mm（轿车）或0.10mm（载货车），或用手触摸有明显阶梯感觉时，应更换气门。图6-35 气门杆检测示意图,(4)气门杆端面磨损的检修气门杆端面若有凹陷，应磨平，但气门全长不得减小0.5mm。(5)气门杆弯曲的检修如图6-36所示，将气门架在检测台上，转动气门杆一圈，百分表的摆差不得大于0.06mm，否则应更换气门或在平板上进行冷压校直。图6-36气门杆弯曲的检验,气门杆校直的方法：将气门杆支在两只“V”形架上，使其弯曲一面朝上，用手动压力机校压，校压量约为弯曲量的10 倍，保压2min。校压时压具与气门杆间需垫上铜片。2)气门座与气门座圈的检修气门座工作面被磨损变宽、凹陷或烧蚀出现斑点时，应对气门座进行铰削或磨削。当气门座经过多次铰削，引起气门与气门座工作面下沉（工作面低于缸盖平面 2mm）或气门座有严重烧蚀，原气门座圈有裂纹或松动时，应镶配座圈或更换气门座圈。,（1）气门座圈的镶配气门座圈的镶配工艺如下：用专用拉器拉出旧座圈。测量座圈承孔孔径，按孔径值选择新座圈，并对孔径进行铰削加工，以保证配合尺寸要求。一般座圈过盈量为0.075.0.125mm。通常用热镶法将气缸盖加热至80 100后，将座圈镶入座孔内。也可用液氮将座圈冷冻收缩后，在压床上将座圈镶入气缸盖座孔中，以保证不会松动。检测气门座圈是否高出，否则应修磨至与座孔上口平齐。,（2）气门座的铰削 气门座的铰削应在气门导管修配后进行。气门座的铰削通常手工进行。铰削工具由导杆和不同直径、不同角度的铰刀组成，如图6-37所示。铰削时，将铰刀装在导杆上，导杆插入导管内，导杆与导管必须配合良好。气门座的铰削工艺如下：选择铰刀和铰刀导杆。根据气门直径和气门导管内径来选择铰刀和铰刀导杆。砂磨硬化层。用1号砂布垫在铰刀下面砂磨气门座硬化层。,粗铰。用与气门锥角相同的铰刀（通常为45或30）铰削工作锥面，将凹陷、斑点全部去除，然后用75铰刀铰削15上斜面，接着用15铰刀铰削75下斜面，直到形成2.5mm以上的完整锥面为止，铰削步骤如图6-38所示。铰削时两手用力要均衡，并保持顺时针方向转动（图6-37）。,图6-37 气门座铰削工具,图6-38气门座的铰削顺序,试配与修整气门座工作锥面。粗铰后，应用气门（光磨过的气门或新气门）进行试配。要求接触面应在气门工作锥面的中下部，进气门接触面宽度一般为1 2.2mm，排气门接触面宽度一般为1.62.5mm。如果接触面位置和尺寸不符合要求，应进行修铰；如果接触面偏上，用75铰刀铰上口，使接触面下移；如果接触面偏下，用15铰刀铰下口，使接触面上移。精铰。用45（或30）精刃铰刀精铰或在铰刀下垫细砂布进行光磨，以提高工作表面质量。有些气门座材质十分坚硬，不易铰削，可用气门座光磨机进行磨削，加工效率高，质量好。,（3）研磨气门与气门座为了提高气门与气门座的密封性，气门与气门座经过修理后，应配对进行研磨。研磨方法有手工研磨和机动研磨2种。手工研磨气门与气门座。手工研磨的步骤如下：a）研磨前将气门、气门座彻底清洗干净。b）在气门工作面上涂一薄层研磨砂。c)如图6-39所示，用橡皮碗吸住气门头，左右转动木柄，转角一般以1030为宜，并适时地提起和转动气门，以改变研磨位置，直至气门工作面出现一条无光泽的圆环带。然后，洗去研磨砂，涂上机油，继续研磨几分钟。,1-气门；2-气门捻子图6-39