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1、配气机构常见故障诊断与排除摘要 本论文阐述配气机构的作用、组成、主要构造、工作原理、故障的检测步骤和排除方法，同时论述了各类配气机构的优缺点，以及配气机构运用的最新技术及配气机构的发展趋势。关键词：配气机构 配气相位 各类配气机构特点 1 绪 论发动机的配气机构就好比人体的呼吸系统，进排气的机械动作就有如人体的呼吸气。尽管配气机构的作用相当于人体的呼吸器官，但是它的作动原理以及构造却相对要复杂许多人体呼吸作用是指让氧气通过呼吸道进入到体内，使细胞在氧气的参与下经过体内酶的催化转换，将糖类、脂肪类以及蛋白质等有机物彻底氧化分解产生出二氧化碳和水，同时释放出大量能量供肌体活动的过程。通常我们所提到
2、的呼吸都是指有氧呼吸，而有氧呼吸也是大多数生物体的主要呼吸形式。实际上，除了生物需要做有氧呼吸外，汽车也同样如此。表面看来，汽车虽然是一台冰冷的钢铁机器，但是通过将各种电子设备以及功能零部件进行叠加，汽车已俨然具有了生物所特有的灵性。汽车的构成部件中，发动机的配气机构是非常重要的一个组成部分，它的作用和人体的呼吸器官一样掌控着氧气的进入，对于能否做功拥有决定权，不过它的工作环境可比呼吸器官严酷多了油污、高温、高压，毫不夸张的说简直有如炼狱。配气机构的主要功能是按照一定时限自动开启和关闭各气缸的进、排气门。它的作用则是空气及时通过进气门向气缸内供给可燃混合气（汽油机）或新鲜空气（柴油机）。并且及
3、时将燃烧做功后形成的废气从排气门排出，实现发动机气缸换气补给的整个过程。2配气机构的概述2.1配气机构的作用配气机构的功用是按照发动机每一气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭各气缸的进、排气门，使新鲜充量得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出；在压缩与膨胀行程中，保证燃烧室的密封。新鲜充量对于汽油机而言是汽油和空气的棍合气，对于柴油机而言是纯空气。2.2配气相位 配气相位就是用曲轴转角表示的进、排气门的开启时刻和开启延续时间，用下图表示配气相位。 理论上，进气、压缩、做功、排气、四行程各占180，发动机曲轴转速很高，活塞每个行程的历时都很短，不能满足发动机对进气、排气的要求
4、。所以实际配气相位克服了缺点，使进气更充足，排气更干净。实际配气相位分析改进方法进气排气结果气门早开晚闭进气门早开，可使进气一开始就有较大的通道面积，增加进气量，活塞到达下止点由于进气吸力的存在，在大气压作用下可以增加进气量做功行程即将时，排气门打开，利用做功的余压使废气高速冲出气缸，活塞到达上止点，缸内废气压力仍高于大气压，加之排气气流惯性，排气门晚关，使废气排的更干净气门早开晚关，能增加进气量，排气门早开晚闭，可使排气干净气门重叠由于混合气流动惯性较大，在短时间内保持原来的流动方向，只要气门重叠角选择合适，就不会产生可燃混合气和废气倒流现象。可燃混合气与废气不会乱串同时使废气排放更彻底3.
5、 发动机配气机构的大体构成以及分类3.1发动机配气机构的大体构除了要负责完成发动机各气缸的进气和排气，配气机构同时还要保持整个工作状态的准确动作和工作环境的高度密封。配气机构一般由凸轮轴、正时齿轮、气门推杆、挺柱、气门摇臂、摇臂控制轴、气门导管以及气门等部件构成。在这些构成部件中，气门摇臂和推杆由于无法适应大部分发动机紧凑化发展的需要，目前已经越来越少采用了取而代之的是液力挺柱（如图3-24）。采用液力挺柱，可消除配气机构中的间隙，减小各零件的冲击载荷和噪声。同时，凸轮轮廓比较陡，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，提高加速性。3.2发动机配气机构的分类
6、3.2.1按凸轮轴的布置位置分类可分为顶置式（如图3-2、3-3）中置式、侧置式、和下置式 （如图3-1）。由于中置式和下置式在结构上距气门较远，所以通常辅以气门推杆对气门进行控制，目前这两种布置方式仅应用于一些大型发动机。3.2.2按气门布置方式分可分为气门顶置和气门侧置式；此外，进、排气门的数量可分为每缸3气门（2进1排）、4气门（2进2排）和5气门（3进2排）。3.2.3按曲轴和凸轮轴的传动方式分可分为齿轮传动式、链条传动式和橡胶齿带（同步带）传动式三大类。3.2.4根据气门间隙的可调性分：分为可调整和不可调整的。一般下置式和中置式凸轮轴采用可调气门间隙的所用的零部件不同，一般中、下置采
7、用的零件多数是可调气门间隙的包括：正时齿轮、凸轮轴、同步链或同步带、张紧轮、挺柱、推杆、摇臂（调整螺钉）及摇臂轴上置式凸轮轴多采用不可调气门间隙式的但是也有可调气门间隙的。可调式的零件：正时齿轮、凸轮轴、同步链或同步带、张紧轮、摇臂（调整螺钉）及摇臂轴不可调式的零件：正时齿轮、凸轮轴、同步链或同步带、张紧轮、液力挺柱4 各类配气机构的优缺点总结4.1凸轮轴布置形式分类配气机构优缺点4.1.1凸轮轴下置式（如图3-1） 优点：凸轮轴离曲轴较近，可用齿轮驱动，传动简单，传动效率高缺点：气门与凸轮轴距离远，气门传动件多，结构复杂，系统弹性变形大、影响配气准确性。4.1.2凸轮轴中置式 优点：与下置凸
8、轮轴相比，省去了推杆，由凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂，减小了气门传动机构的往复运动质量，适应更高速的发动机。4.1.3凸轮轴顶置式优点：在设计上它没有挺柱、摇臂和推杆，直接通过凸轮轴上的凸轮来驱动气门开闭，这不仅在结构上大大简化，同时使凸轮轴在旋转中的负荷相应减小，并且对于凸轮轴和气门弹簧的要求也降到了最低。从维修角度来看，这也降低了成本。所以目前这种结构的配气机构越来越多出现在各种类型的发动机上。此外，从物理特性上来说，凸轮轴和气门顶置的好处不仅在于进、排气通道拐弯少、气流阻力小，而且气体的进出也更加通畅。如此一来，气门的布置和燃烧室的结构也更紧凑，有利于混合气体形成涡流帮助燃烧，对动力性和经
9、济性都有很大的提升。缺点：一是凸轮轴必须装在气缸盖上，这使得气缸盖的设计变得复杂，对强度和刚度的要求也提高了。同时，对于缸径较小的柴油机来说，凸轮轴的上置将给喷油器的安装带来困难。二是凸轮轴离曲轴中心线距离变远，使得正时传动机构也变得复杂。近年来齿形皮带传动技术业已成熟，因此凸轮轴上置所带来的困难就不那么突出了，而它的优点确实是凸轮轴下置、中置所无法替代的。4.2按凸轮轴与曲轴传动方式分类的配气机构优缺点4.2.1齿轮传动式凸轮轴下置、中置式配气机构常用。传动效率高，但结构复杂，不便于维修4.2.2链条传动式 优点：布置容易，若传动距离较远时，还可用两级链传动。缺点：传动噪音大，链的可靠性和耐
10、久性不良4.2.3齿带传动式 优点：传动噪音小，齿带的强度较好，齿带的张力可以由张紧轮进行调整。这种传动方式可以减小噪声，减少机构质量和降低成本。凸轮轴各种布置与传动方式的比较凸轮轴布置形式凸轮轴上置凸轮轴下置凸轮轴中置与曲轴距离远近中与气门距离及操纵近可直接操纵远可间接操纵中可间接操纵传动方式齿形皮带一对齿轮一对齿轮再加中间轮特点往复惯性质量最小，正时机构复杂往复惯性质量最大正时机构简单凸轮轴中置介于两者之间4.3按气门布置方式分类的配气机构优缺点传统发动机都采用每缸两气门(一个进气门，一个排气门)。为了改善发动机的充气性能，应尽量加大气门的直径，但由于气缸的限制，气门的直径不能超过气缸直径
11、的一半。当每缸采用四气门时，气门的排列方式有两种：一种是同名气门排成两列，由一根凸轮轴通过T形驱动杆同时驱动。另一种是同名气门排成一列，这种结构在组织进气涡流、保证排气门及缸盖热负荷均匀等方面都具有优越性，但一般需要两根凸轮轴，结构较复杂5. 故障案例分析5.1气门间隙过大故障现象：一辆丰田皇冠2.8轿车，V6发动机，顶置凸轮轴，可调气门间隙式配气机构，行驶里程10万km,汽车行驶无力，汽车抖动，发动机不易启动，排气管有火星窜出。发动机在低转速时发出有节奏的嗒嗒声，随着发动机的转速增高，响声也随着增高，在中速以上的时候响声变得模糊嘈杂。原因分析:因为进排气门开启时刻不准时造成的；也有可能是凸轮
12、、摇臂、挺柱和推杆磨损、造成气门间隙过大；或者气门间隙太小造成气门密封不严。故障原因为气门间隙太大，造成气门在开启时气门传动组的零件与气门间产生冲击造成的声响5.1.3处理办法：如果零部件磨损可进行更换，并且重新调整气门间隙。如果只是气门间隙出现问题则只需对其进行调整即可。5. 1.4气门间隙调整方法分为两种：一种是逐缸调整法；一种是两边调整法气门间隙：指气门完全关闭时气门杆尾端与气门传动零件间的间隙。5.4.1逐缸调整法的要领1摇转曲轴，找准第1缸压缩上止点位置。2检查进、排气门杆与摇臂间隙。若不符合技术要求应予以调整。调整时，先旋松锁紧螺母，旋出调整螺钉；在气门杆与摇臂间插入厚度与气门间隙
13、相等的塞尺，边拧进调整螺钉，边来回抽动塞尺，至抽动塞尺能抽又有阻力时，锁紧螺母；最后，复查一次。3按工作顺序，摇转曲轴120（6缸机），依次使下一缸处于压缩上止点位置，调整该缸进、排气门间隙。5.4.2二次调整法的要领。 1对记号，找基准缸（摇转曲轴使第1缸活塞处于）压缩上止点。2根据工作顺序及配气相位，判断出完全关闭的气门，然后调整这些气门间隙。以6缸工作顺序为1-5-3-6-2-4的6缸发动机为例，分析如下：则第1缸处于压缩上止点时，第1缸进、排均关闭，“双”气门可调；第5缸活塞上行，进气刚完，进压缩，排气门处全闭，“排”气门可调；第3缸活塞下行，正进气，排气门处全闭，“排”门可调；第6缸
14、活塞处于排气上止点，进、排气门均开启，进排气门均“不”可调；第2缸活塞上行，正在排气，进气门全闭，“进”气门可调；第4缸活塞下行，作功将完，进入排气，进气门处全闭，“进”气门可调。3简单易记的方法是：“双、排、不、进”法。4摇转曲轴360，使第1缸处于排气上止点，调整剩下的气门间隙。5最后复查一次。注：气门间隙 汽油机冷态下进气门间隙0.200.25排气门间隙0.250.30 皮带的张紧度1015 发动机的工作顺序1-3-4-2；1-2-4-3；1-5-3-6-2-4；5.2帕萨特1.8T，发动机与车身严重抖动。5.2.1故障现象：一辆帕萨特1.8T，V6发动机，顶置凸轮轴行驶里程为l4580
15、0km，怠速时或行驶中发动机与车身严重抖动5.2.2故障分析及检修通过车主了解到，这辆车已在其他厂家维修过多次，先后对喷油器、节气门进行过清洗，也更换过火花塞，但收效甚微。首先对车辆进行故障码调取，结果发动机电控系统霍尔传感器有故障，节气门控制单元基本设置有故障。清码后再次启动发动机运转，停机后再次提取故障码，结果霍尔传感器故障码依旧存在。如果仔细观察，发动机不但抖动，有时还会因转速偏低而熄火。于是对车辆配气相位进行仔细检查，通过检查，点火正时记号正确，而当打开气门室罩盖对进排气凸轮轴张紧器进行检查时，发现排气凸轮轴与进气凸轮轴之间为15个链节，而正确的为16节。通过校正装复后试车，故障码不再出现，熄火现象也不再出现。从而形成在运转时的不平衡，造成发动机的抖动，从而影响车身，所以行驶很不舒适。
