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1、汽车发动机构造与维修【学习目标】1.熟悉配气机构的功用与形式。2.掌握配气机构的构造。3.掌握配气机构的检测与调整。4.掌握配气机构的零件检测、鉴定与维修。5.熟悉配气机构的拆装要点。模块3配气机构的构造与维修【本节目标】1.熟悉配气机构的功用、形式与组成。2.熟悉配气机构的工作原理。3.了解不同形式配气机构的特点。3.13.1配气机构的功用、形式和组成配气机构的功用、形式和组成【基本理论知识】1.配气机构功用 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
2、出气缸。配气机构对现代汽车发动机转速的提高、性能的改善有着重要意义。3.1配气机构的功用、形式和组成2.配气机构的形式与组成 现代汽车发动机采用顶置气门式配气机构，即气门布置在气缸盖上，有多种类型。按凸轮轴的位置不同分，有下置凸轮轴式配气机构、中置凸轮轴式配气机构和上置凸轮轴式配气机构三种，如图3-1所示。按每个气缸气门数目分，有二气门式配气机构和多气门式配气机构(3个气门以上)两种，图3-2所示为四气门式配气机构。图3-1凸轮轴布置形式a)下置凸轮轴式b)中置凸轮轴式c)上置凸轮轴式3.1配气机构的功用、形式和组成图3-2四气门式配气机构3.1配气机构的功用、形式和组成3.配气机构的组成与工
3、作原理(1)下置凸轮轴式配气机构配气机构的组成包括气门组和气门传动组两个部分，如图3-3所示。发动机工作时，曲轴通过正时齿轮带动凸轮轴旋转。当凸轮轴上的凸轮凸起部分向上运动时，依次顶起挺柱、推杆和调整螺钉，使摇臂绕其轴摆转，摇臂的另一端便向下推动气门，气道被逐步打开，同时使气门弹簧受到压缩。当凸轮的凸尖上升到最大位置时，气门开度最大，如图3-3a所示。当凸轮的凸尖离开挺柱以后，在气门弹簧弹力的作用下，气门开度逐渐减小，待气门及其驱动件恢复原位后，气门关闭，如图3-3b所示。发动机在压缩和做功行程中，气门在其弹簧张力的作用下严密关闭，使气缸密封。(2)中置凸轮轴式配气机构3.1配气机构的功用、形
4、式和组成图3-3下置凸轮轴式配气机构的组成a)气门开启b)气门关闭3.1配气机构的功用、形式和组成图3-4凸轮轴直接驱动气门(3)上置凸轮轴式配气机构上置凸轮轴式配气机构的凸轮轴布置在气缸盖上，如图3-4所示。凸轮轴直接通过液压挺柱来驱动气门，没有摇臂和推杆，使往复运动件大大减小，因此它特别适用于高速强化发动机。3.1配气机构的功用、形式和组成【本节目标】1.掌握配气机构各零件的结构。2.熟悉配气相位的定义与作用。3.掌握配气机构零件检测、鉴定与维修。4.掌握配气机构拆装要点。3.23.2配气机构的结构配气机构的结构【基本理论知识】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
5、片和油封等，如图35所示。其功用是保证实现气门对气缸的可靠密封。图3-5气门组3.2配气机构的结构图3-6气门结构(1)气门气门分为进气门和排气门两种。其功用是分别用来开关进、排气通道。进、排气门结构相似，都由头部和杆部两部分组成，如图3-6所示。3.2配气机构的结构图3-7气门头部形状a)平顶b)球面顶c)喇叭形顶1)气门头部。气门头部形状有平顶、球面顶(凸顶)和喇叭形顶(凹顶)3种，如图3-7所示。平顶气门结构简单，制造容易，受热面积小，故应用最广泛。气门头部与气门座的接合面(工作面)是一锥面，通常将这一锥面与气门顶平面之间的夹角称为气门锥角，如图3-8所示。2)气门杆部。3.2配气机构的
6、结构图3-8气门锥角3.2配气机构的结构图3-9气门导管(2)气门导管气门导管的结构如图3-9所示，其主要功用是为气门运动导向，以保证气门上下运动时不发生径向摆动，准确落座，同时起导热作用。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用卡环定位。(3)气门座(4)气门弹簧3.2配气机构的结构2.气门传动组 气门传动组的主要机件有凸轮轴及其驱动装置、挺柱、推杆、摇臂及摇臂轴等，其功用是使进、排气门按配气相位规定的时刻开闭，且保证有足够的升程。(1)凸轮轴1)凸轮轴的功用。2)凸轮轴的材料。3)凸轮轴的结构。凸轮轴主要由凸轮和轴颈两部分组成，如图3-10所示。单根凸轮轴一般将进气凸轮和排
7、气凸轮布置在同一根凸轮轴上。双上置凸轮轴配气机构的两根凸轮轴，一根是进气凸轮轴，上面布置有各缸的进气凸轮；另一根是排气凸轮轴，上面布置的是各缸的排气凸轮。3.2配气机构的结构图3-10凸轮轴3.2配气机构的结构图3-11凸轮轮廓 凸轮。凸轮是凸轮轴的主要工作部分。凸轮的轮廓决定着气门的开闭时刻和气门的运动规律，如图3-11所示。同名凸轮的轮廓线相同，异名凸轮(同一气缸的进、排气凸轮)的轮廓线是不相同的。工作中，凸轮轴受到气门间歇性开启的周期性冲击载荷，因此凸轮表面要求耐磨，凸轮轴要有足够的韧性和刚度。轴颈。4)凸轮轴轴承。5)凸轮轴的驱动。6)凸轮轴的轴向定位。3.2配气机构的结构图3-12普
8、通挺柱a)菌形b)筒形c)滚轮形(2)挺柱1)普通挺柱。常见挺柱主要有菌形、筒形和滚轮形三种，如图3-12所示。通常把挺柱底部工作面设计为球面，并且将凸轮制成锥形，使两者的接触点偏离挺柱轴线。3.2配气机构的结构图3-13液压挺柱2)液压挺柱。图3-13所示为上置凸轮直接驱动式配气机构采用的液压挺柱。其工作原理是：当凸轮旋转要开启气门时，A室油压上升，关闭单向阀，机油被封闭在高压腔内。由于机油不能压缩，因此液压挺柱如同机械挺柱一样向上移动，凸轮经外壳、柱塞，通过液压油再经柱塞壳体推开气门。3.2配气机构的结构图3-14推杆(3)推杆采用下置式凸轮的配气机构，利用推杆将挺柱传来的力传给摇臂。推杆
9、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，推杆在作上下往复直线运动的同时，上端随摇臂一起作微量的摆动。为了防止发生运动干涉，推杆下端做成球形，与挺柱的凹球面配合。推杆上端作成凹球形，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3-14所示。3.2配气机构的结构图3-15摇臂组件(4)摇臂组件摇臂组件主要由摇臂、摇臂轴、支座、气门间隙调整螺钉等零件组成，如图3-15所示。3.2配气机构的结构图3-16凸轮轴的传动方式a)齿轮传动式b)链传动式c)齿形带传动式3.气门驱动组 驱动配气机构各零件运动的动力来自发动机的曲轴，根据其传动方
10、式不同有齿轮传动式、链传动式和齿形带传动式，如图3-16所示。(1)齿轮传动式(2)链传动式(3)齿形带传动式3.2配气机构的结构图3-17配气相位图4.配气相位与气门间隙(1)配气相位配气相位就是用曲轴转角来表示的进排气门的实际开闭时刻和开启的持续时间，用曲轴转角的环形图来表示配气相位，这种图即称为配气相位图，如图3-17所示。从配气相位图上可直接看出进排气门实际开启的曲轴转角(时间)。(2)气门早开和迟关的原理(3)气门间隙3.2配气机构的结构5.可变配气相位的结构与原理 自从发动机采用多气门技术后，发动机转速及动力性能有了进一步的提高。同时，发动机在高速大负荷与中低速中小负荷下动力性差别
11、的矛盾及燃油经济性与排放性之间的矛盾也更为突出。传统发动机的配气相位是选择发动机最常用转速来确定最佳配气相位，经确定则固定不变，气门升程由凸轮形状决定而固定不变。(1)本田ACCORD F22B1发动机的可变气门控制机构(简称VTEC)1)结构。装有VTEC机构的发动机每个气缸和常规的高速发动机一样，都配置有两个进气门和两个排气门(见图3-18)。三个摇臂并列在一起，均可在摇臂轴上转动。在主、次摇臂和中间摇臂相对应的凸轮轴上铸有三个不同升程的凸轮，分别为主凸轮、次凸轮和中间凸轮(见图3-19)。3.2配气机构的结构图3-18F22B1 VTEC结构3.2配气机构的结构图3-19VTEC低速状态
12、3.2配气机构的结构2)工作原理。VTEC不工作时，正时活塞和主同步活塞位于主摇臂缸内，和中间摇臂等宽的中间同步活塞位于中间摇臂的液压缸内，次同步摇臂和弹簧一起则位于次摇臂液压缸内(见图3-19)。正时活塞的一端和液压油来自工作油泵，油道的开启由ECU通过VTEC电磁阀控制，VTEC电磁控制原理如图3-20所示。在发动机低速运行时，ECU无指令，油道内无油压，活塞位于各自的液压缸内，因此各个摇臂均独自上下运动(见图3-19)。图3-20VTEC电磁控制原理图3.2配气机构的结构图3-21VTEC高速状态当发动机高速运行时(见图3-21)，即发动机转速在23003200r/min、车速在10km
13、/h以上、冷却液温度在10以上、发动机负荷到达一定程度时，发动机控制电脑ECU就会向VTEC电磁阀供电以开启工作油道，于是工作油道中的压力油就推动活塞移动，压缩弹簧，这样主摇臂、中间摇臂和次摇臂就被主同步活塞、中间同步活塞和次同步活塞串联为一体，成为一个同步活动的组合摇臂。3.2配气机构的结构(2)三菱汽车发动机的MIVEC机构1)结构。MIVEC机构采用两根顶置凸轮轴控制两个进气门及两个排气门的开关。凸轮外形轮廓设计分高速和低速两类。由ECU根据发动机工况改变的需要，发出指令给专用液压泵及液压电磁阀，让液压油进入该凸轮的摇臂油压活塞上，将摇臂卡紧在摇臂轴上，让摇臂能跟随凸轮动作，分别实现上述
14、三种工作模式，如图3-22所示。设置专用液压泵是为了根据发动机工况需要，在上述三种模式中进行迅速而稳定地切换。2)工作原理。发动机在高速工况下，压力高的液压油进入摇臂的右端油道，如图3-22a所示，将其中活塞H向上推，使高速摇臂杆与摇臂轴卡紧在一起，于是高速凸轮通过高速摇臂杆及T形杆，控制气门的开关。此时摇臂轴左端并无有压力的液压油进入，其中液压活塞L并未被压上去，于是左端低速摇臂杆并未起作用。发动机在低速工况下，液压油进入摇臂轴左端油孔，将其中的活塞向上压，使低速凸轮能带动左端低速摇臂杆工作。此时右端高速摇臂杆中的活塞并无液压油将其压上去，因此不工作，如图3-22b所示。当摇臂轴两端都无高压
15、液压油输入时，两个气门都不工作，如图3-22c所示。3.2配气机构的结构图3-22MIVEC凸轮及摇臂机构a)高速凸轮模式b)低速凸轮模式c)气门不工作模式1T形臂2低速摇臂3低速凸轮4高速凸轮5高速摇臂6气门7活塞L8活塞H3.2配气机构的结构图3-23气门头部边缘的厚度6.配气机构主要零件检测、鉴定与维修(1)气门的检修1)气门工作面的检修。气门头部边缘的厚度小于0.5mm时，要换用新气门。观察气门的工作面，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面(注意气门锥角的大小)。修磨后，气门头部边缘的厚度应不小于规定值：进气门不少于0.501.00mm；排气
16、门不小于0.701.30mm，如图3-23所示。3.2配气机构的结构图3-24气门杆磨损的测量2)气门杆磨损的检修。气门杆磨损可用千分尺测量气门杆的直径来确定，如图3-24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。测量前应清洗气门杆表面，以提高测量精度。3)气门杆端面磨损的检修。3.2配气机构的结构图3-25气门杆弯曲检测4)气门杆弯曲的检修。将气门如图3-25所示架在检测台上，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。3.2配气机构的结构图3-26气门座铰削工具(2)气门导管的检修(3)
17、气门座的检修1)气门座的铰削。气门座的铰削应在气门导管修配后进行。气门座的铰削通常是手工进行。铰削工具由导杆和不同直径、不同角度的铰刀组成，如图3-26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。3.2配气机构的结构气门座的铰削工艺为：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。初铰。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，如图3-27所示。铰削时两手用力要均衡，并保持顺时针方向转动，如图3-28所示。初
18、铰时应尽量使气门工作面接触在其中下部，应边铰削边试配。试配与修整气门座工作锥面 精铰。3.2配气机构的结构图3-27气门座的铰削程序3.2配气机构的结构图3-28气门座的铰削3.2配气机构的结构图3-29手工研磨气门2)研磨气门与气门座。手工研磨的步骤为：研磨前将气门、气门座彻底清洗干净。在气门工作面上涂一薄层研磨砂。如图3-29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。3.2配气机构的结构图3-30划线法检查气门与气门座的密封性3)气门与气门座密封性检
19、查。气门与气门座研磨后，需进行密封性检查。常用的方法有：划线法。如图3-30所示，用软铅笔在气门工作面上画若干条分布均匀的素线，然后将气门插入气门座内，轻敲并转动气门，取出气门查看铅笔线条，如铅笔线条被均匀切断，表示密封良好，否则应重新研磨气门。涂油法。拍打法。渗油方法。3.2配气机构的结构图3-31用仪器检查气门与气门座的密封性 用检验仪器检查。采用带有气压表的气门密封性检验仪进行检验，如图3-31所示。先将检验仪的空气容器筒紧紧地压在装有气门的气门座上，捏动橡皮气囊，使空气筒内具有6070kPa的压力时，停留30s，若气压表指示压力不下降，密封性即为合格。3.2配气机构的结构图3-32检查
20、气门弹簧的垂直度(4)气门弹簧的检验1)检视气门弹簧是否有裂痕或折断，如有应更换。2)检查气门弹簧的垂直度。用金属直尺检查，外径垂直度应小于2mm，如图3-32所示。3)测量气门弹簧的自由长度和安装状态下的弹力3.2配气机构的结构图3-33测量凸轮高度(5)凸轮轴的检修凸轮轴的主要损伤有凸轮轴弯曲、凸轮磨损和擦伤、轴颈磨损等。1)凸轮磨损的检修。凸轮的磨损通过千分尺或专门的仪器测量凸轮的高度来检查，测量前应清洁被测轴颈表面，如3-33所示。若凸轮的高度低于标准值0.4mm或其表面有严重的擦伤、拉毛、麻点，应予更换。3.2配气机构的结构图3-34凸轮轴弯曲检查2)凸轮轴弯曲的检查与校正。凸轮轴弯
21、曲的检查方法是：将凸轮轴支在车床两顶尖间或将凸轮轴两端轴颈放在V形垫铁上，如图3-34所示。转动凸轮轴一周，如百分表的摆差超过0.10mm，即应进行冷压校正，校正后，中间各轴颈的弯曲度应不大于0.03mm。3)凸轮轴轴颈的检修和轴承的更换。4)凸轮轴轴向间隙的检查与调整。3.2配气机构的结构图3-35挺柱球面检查(6)挺柱的检修1)普通挺柱的检修。挺柱球面磨损，可用样板检查漏光缝隙，如图3-35所示。漏光缝隙应在0.2mm以下且球面光滑完好，无裂纹剥落和划痕。一般痕迹可用油石修磨，严重时应予更换。3.2配气机构的结构图3-36液压挺柱降漏试验2)液压挺柱检修。液压挺柱与导孔的配合间隙应符合各厂
22、标准，极限间隙约为0.10mm。液压挺柱应进行泄漏检查，将液压挺柱浸在试验油中，推动挺柱若干次，排出腔内空气，然后将挺柱装在降漏试验台上，在柱塞上施加200N的压力，在滑下2mm后，测量柱塞每毫米的滑降时间，如图3-36所示。标准值约为750s/mm。如果测量值低于标准值，应以更换。3.2配气机构的结构图3-37推杆弯曲检查(7)推杆的检修推杆易产生弯曲，检查方法如图3-37所示。测量其直线度误差应不大于0.30mm，如超过规定值，应进行冷压校正。推杆两端面应光滑无磨槽、裂纹或变形，否则应予以更换。3.2配气机构的结构图3-38检查摇臂与摇臂轴的配合a)检查摇臂与摇臂轴的配合b)测量摇臂轴间隙
23、(8)摇臂组件的检修1)检查摇臂与气门杆端接触面是否因磨损出现凹陷，如有，应视情况修磨或更换。2)检查摇臂与摇臂轴的配合情况。先用手轻轻转动每个摇臂，如图3-38所示。如感到移动或松旷，则应分解检测，分别测出摇臂孔内径和摇臂轴配合处直径，计算配合间隙，汽油机为0.010.04mm(磨损极限0.08mm)，柴油机为0.0250.100mm(磨损极限0.20mm)。若过大，应予以更换或修复。3.2配气机构的结构图3-39测量链条长度(9)链条与齿形带传动的检修1)测量链条全长。用一定拉力(如49N)拉紧链条后测量长度，如图3-39所示，若超长应更换。3.2配气机构的结构图3-40测量链轮直径2)测
24、量链轮直径。将链条分别包住凸轮轴链轮和曲轴链轮，用游标卡尺测量其直径，如图3-40所示。其值不得小于允许值，否则应更换链条和链轮。3)张紧器检测。4)齿形带轮、惰轮及张紧轮外径检测。5)齿形带检查。3.2配气机构的结构7.配气机构拆装要点1)按各生产厂家规定的顺序进行拆装，注意零件的先后拆装次序。2)上置式配气机构拆下凸轮轴轴承盖时按顺序排列或打上装配记号，不得错乱。3)取出液压挺柱也应按顺序排列或在内壁上做好记号。4)必须用专用工具压下气门弹簧，取出气门锁片、气门弹簧座、气门弹簧、气门油封及气门，各组件按顺序摆好，不得错乱。5)装配前必须对零件进行清洗、检验和必要的润滑。6)气门组件、液压挺柱、凸轮轴轴承盖等部件必须按原位装入，不得装错。7)各紧固件必须按规定顺序和力矩拧紧。8)安装齿形带时，必须对正正时记号，并按规定调整好张紧度。3.2配气机构的结构【本节目标】1.熟悉故障产生的原因及现象。2.掌握故障的诊断及排除方法。3.3配气机构的故障诊断与排除【基本理论知识】1.气门室内有敲击声(1)故障现象(2)原因分析(3)诊断与排除2.正时齿轮响(1)故障现象(2)原因分析(3)诊断与排除3.3配气机构的故障诊断与排除