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1、发动机配气机构的检测与维修摘要：配气机构作为内燃机的重要组成部分控制着发动机进排气过程， 其设计合理与否直接关系到内燃机的动力性能、经济性能、排放 性能及工作的可靠性、耐久性。它会随着气车行驶里程的增加， 工作性能会逐渐下降，直至影响整车工作状况。配气机构常见故 障的检测与维修就显得越来越重要。本文对汽车发动机配气机构做了简单介绍，包括气门组、气门传 动组、配气相位、可 变气门技术等。简单叙述了发动机配气机构的工作原理，还对配 气结构常见故障进行了分 析。使我们进一步了解汽车配气机构的组成及各部件的功能以及 相互关系，为做好配气机构的检测维修工作做好了铺垫。为了更轻松的掌握配气机构的常见故障检
2、测与维修方法。本文在 第二章、第三章重点 论述了发动机配气机构常见的故障原因、故障部位、检测方法以 及维修中应注意的事项。为我们根据实际情况来有效的更好的维护好我们的爱车，避免盲 目的使用汽车，既对汽车 本身造成更大的伤害，又体现节能减排低能环保的使用汽车打下 坚实的理论基础。关键词：配气机构、气门、凸轮轴、气门正时、配气相位 第1章配气机构的概述1.1 配气机构的组成及分布形式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
3、机而言是汽油和空气的 棍合气，对于柴油机而言是纯空气。鲜充量充满气缸的程度用充 气效率表示。充气效率越 高，表明进入气缸内的新鲜空气的质量越大，可燃混 合 气 燃 烧 时 可 能 放 出 的 热 量 愈 大 ，发动机发出的功率也愈 大。配气机构可从不同角度来分类。按气门的布置分为气门顶置 和气门侧置式；按凸轮轴 的布置位置分为下置式、中置式和上置式；按曲轴和凸轮轴的传 动方式分为齿轮传动式、 链条传动式和齿带传动式；按每气缸气门数目分，有二气门式和 四气门式等。配气机构的组成与工作情况，各式配气机构中，按其功用都可 分为气门组和气门传动 组两大部分。气门组包括气门及与之相关联的零件，其组成与配
4、 气机构的型式基本无关。 气门传动组、是从正时齿轮开始至推动气门动作的所有零件，其 组成视配气机构的形式而 有所不同，它的功用是定时驱动气门使其开闭。气门顶置式配气机构进气门和排气门都倒挂在气缸盖上。气门组 包括气门、气门导管、气门座、弹簧座、气门弹簧、锁片等零件； 气门传动组一般由摇臂、摇臂轴、推杆、挺柱、凸轮轴和正时齿 轮组成。气门顶置式配气机构的工作情况是：当气缸的工作循环 需要将气 门打开进行换气时，由曲轴通过传动机构驱动凸轮轴旋转，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。当凸轮的凸起部分的顶点转过挺柱以后
5、，便逐渐减小了 对挺柱的推力，气门在弹 簧张力的作用下开度逐渐减小，直至最后关闭。压缩和做功行程 中，气门在弹簧张力的作 用下严密关闭。气门顶置式配气机构根据凸轮轴的位置有以下三 种型式：(1) 凸轮轴下置式配气机构；凸轮轴装在曲轴箱内，直接由凸轮轴正 时齿轮与曲轴正 时齿轮相啮合，由曲轴带动。气门传动组包括上述全部零件，其 应用最为广泛。(2) 凸轮轴中置式配气机构：凸轮轴位于气缸体的上部。为了减小气 门传动机构的往 复运动的质量，对于高转速的发动机，可将凸轮轴的位置移到气 缸体的上部，由凸轮轴经 过挺柱直接驱动摇臂而省去推杆。该形式的配气机构因曲轴与凸 轮轴的中心线距离较远一般要在中间加入
6、一个中间齿轮 (惰轮) 。(3) 凸轮轴上置式配气机构；凸轮轴布置在气缸盖上。凸轮轴直接通 过摇臂来驱动气 门，没有挺柱和推杆，使往复运动的质量大为减小，对凸轮轴和 气门弹簧的要求也最低， 因此它适用于高速强化发动机。桑塔纳轿车发动机上采用；的气 门顶置凸轮轴上置式配气 机构，与同类上置凸轮轴式配气机构相比有较大不同。它取消了 凸轮支座和摇臂等零件， 凸轮轴，直接装在由缸盖上平面和五个轴承孔合成的轴承孔内。 气门顶置式配气机构由于 进、排气通道拐弯少、气流阻力较小，气体进出较通畅，使得进 气较充分，同时气门的布置 与 燃 烧 室 配 含 绪 树 紧 凑 ，有 利 于 混 合 气 的 形 成 和
7、 燃 烧，所以动力性和经济性较好。目前国产汽车发动机都；采用气门顶置式配气机构，如 CAl091 型、东风 EQl090E 型、上海桑塔纳轿车等。四行程发动 机每完成一个工作循环，曲轴旋转两圈，各缸的进、排气门各开 启一次，即凸轮轴只转一圈，所以曲轴与凸轮轴的传动比为 2:1。 1.2 气门组气门导管是汽车发动机气门的导向装置，对气门起导向作用 并使气门杆上的热量经 气门导管传给汽缸盖。气门导管安装及材质：气门导管内、外圆 柱面经加工后压入气缸盖或气缸体的气门导管孔中，然后再精加工铰内孔，为防止轴向转 动，设有卡环定位槽，它与定位卡环配合便可防止工作时导管移动而落入气缸中，气门杆 与气门导管之
8、间一般留有微量间隙，使气门杆能在导管中自由运动，气门导管工作温度较 高，润滑较差，一般用含 石墨较高的铸铁或铁基粉末冶金制成，以提高自润滑。气门（Value ）的作用是专门负责向发动机内输入燃料 并排出废气 ，传统发动机每个汽缸只有一个进气门和一个 排气门，这种设计结构相对简单，成本较低，维修方便，低速性 能较好，缺点是功率很难提高，尤其是高转速时充气效率低、性 能较弱。为了提高进排气效率，现在多采用多气门技术，常见的 是每个汽缸布置有4个气门（也有单缸3或5个气门的设计，原 理一样，如奥迪 A6 的发动机），4 汽缸一共就是 16 个气门，我们 在汽车资料上经常看到的“16V”就表示发动机共
9、16个气门。这 种多气门结构容易形成紧凑型燃烧室，喷油器布置在中央，这样 可以令油气混合气燃烧更迅速、更均匀，各气门的重量和开度适 当地减小，使气门开启或闭合的速度更快。发动机每个汽缸所拥 有的气门数，有两气门，三气门，四气门和五气门几种。气门座与气门头部密封锥面配合以密封气缸，气门头部的热量经 气门座传导到发动机 体。气门座的类型有两种：一种是直接在气缸盖镗出，该类型具 有良好的散热性能，加工 方便；另一种是镶嵌气门座圈，采用较好的材料（合金铸铁、可 断铸铁、球磨铸铁或奥氏 体钢等）制成座圈，镶入气缸盖内，便于修理与更换。气门座圈 压入汽缸盖座孔，两者的配合采用过盈配合，过盈量为0.030.
10、06mm以保证压配可靠，防止工作时松脱。气门弹簧的功用是保证气门 能回位关闭，并保证气门与气门座的配合压力，另外还用于吸收 气门在开启与关闭过程中各种运动零件所产生的震动。气门弹簧 是圆柱形螺旋弹簧，一端支撑在汽缸盖或汽缸体上，另外一端则 压靠在气门杆端的弹簧座上，弹簧作用所骗固定在气门杆的末端1.3气门传动组凸轮轴是发动机配气机构的一部分，专门负责驱动气门按时开启 和关闭，作用是保证发动机在工作中定时为汽缸吸入新鲜的可燃混合气，并及时将燃 烧后的废气排出汽缸。凸轮轴直接通过摇臂驱动气门，很适用于高转速的轿车发动机，由 于转速较高，为保证进排 气和传动效率、简化传动机构、降低高转速的振动和噪音
11、，多采 用顶置式气门和顶置式凸 轮轴，这样，发动机的结构也比较紧凑。但任何事物都有两面性， 顶置式凸轮轴的缺点是 由于部件的布置设计比较复杂，维修起来也比较麻烦。但衡量利 弊，它还是比较适合于轿车。轿车发动机按照顶置凸轮轴的数目，分为顶置单凸轮轴和顶置双 凸轮轴。当每缸采用两个以上气门时，气门排列形式一般有两种：一是进气门和排气 门混合排列在一根凸轮轴上，即顶置单凸轮轴SOHC）另一种是进气门与排气门分列在两 根凸轮轴上。前者的所有气门由一根凸轮轴通过顶杆驱动，但因气门在进气道中所处位置 不同，所以不能保持动作的精确性，效果要稍差一些，而后者则无此缺点，可以获得更好 的性能，但需多配备一根凸轮
12、轴，这就是顶置式双凸轮轴（DOHC），近年来推出 的新型发动机多采用这种形式。一般来说，DOHC的运动 性比较高， F1 赛车应用较多，但是由于制造工艺复杂，成本较 髙；SOHC的相对配置较简易、使用耐久性较好，既可以适应一般客户的动力性要求，也可以适应其对经济性的要求。挺住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。对于气门侧置式配气机构，其挺柱一 般做成菌式，在挺柱的顶部装有调节螺钉，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，以减轻重量。所示为 滚轮式挺住，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
13、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 理后精磨。有的发动机的挺柱直接装在气缸体上相应处留出的导 向孔中，也有的发动机的挺柱装在可拆式的挺柱导向体中7液压挺柱在挺柱体中装有柱塞，在柱塞上端压人支承座。柱塞经 常被弹簧压向上方，其最上位置由卡环来限制。柱塞下端的阀架 内装有碟形弹簧和单向阀。发动机润滑系中的机油从主油道经挺 柱体侧面的油孔流入，并经常充满柱塞内脏及其下面的空腔，当 气门关闭时，弹簧是注塞连同压合在注塞上的支撑座紧靠推杆， 整个配气机构中不存在间隙。当挺柱被凸轮推举向上时，推杆作用于支承座和柱塞上的反力力 图使柱塞克服弹簧的力而相对于挺柱体向下
14、移动，于是柱塞下部 空腔内油压迅速增高，使单向阀关阀。由于液体的不可压缩性， 整个挺柱如同一个刚体一样上升，这样便保证了必要的气门升程 当油压很高时，会有少许油液经柱塞与挺柱体之间的配合间隙漏 出去，但这不致影响正常的工作。同样，在气门受热膨胀时，柱 塞也因受压而与挺柱体作轴向相对运动，并将油液自下腔经上述 间隙挤出。故使用液力挺柱时，可以不留气门间隙，而保证气门 受热膨胀时仍能与气门座密合。当气门开始关闭或冷却收缩时， 柱塞所受压力减小，由于弹簧的作用，柱塞向上运动，始终与推 杆保持接触。同时柱塞下部的空腔中产生真空度，单向阀被吸开， 油液便流入而再度充满整个挺柱内腔。实际上是一个双臂杠杆，
15、用来将推杆传来的力改变方向，作用到 气门杆端以推开气门。摇臂的两边臂长的比值（称为摇臂比）约 为1.21.8，其中长臂一端是推动气门的。端头的工作表面一 般制成圆柱形，当摇臂摆动时可沿气门杆端面滚滑。这样可以使 二者之间的力尽可能沿气门轴线作用。摇臂内还钻有润滑油道和 油孔。在摇臂的短臂端螺纹孔中旋入用以调节气门间隙的调节螺 钉，螺钉的球头与推杆顶端的凹球座相接触。摇臂通过衬套空套在摇臂轴上，而后者又支承在支座上，摇臂上 还钻有油孔。摇臂轴为空心管状结构，机油从支座的油道经摇臂 轴内腔和摇臂中的油道流向摇臂两端进行润滑。为了防止摇臂的 窜动，在摇臂轴上每两摇臂之间都装有定位弹簧。摇臂是用 45
16、 号钢冲压而成。1.4 配气相位 配气相位就是进、排气门的实际开闭时刻，通常用相对于上、下 止点曲拐位置的曲轴转角的环形图来表示。发动机在换气过程中 若能够做到排气彻底、进气充分，则可以提高充气系数，增大发 动机的输出功率。四冲程的每个工作行程，其曲轴要转 180。 现代发动机转速很高，一个行程经历的时间很短（如上海桑塔纳 的四冲程的发动机，在最大功率的发动机转速达5600r/min, 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者排气不净，从而施发动机功率下降。因此，现在发动机都延长进、排气时间，即气门的开启和关闭时 刻并不正好是活塞处于上止点和下止点的时刻，而是分别提前或 延迟一定的曲轴转角，以改善进、排气状况，从而提高发动机动 力性。配气原理：四冲程发动机的进气门当曲拐处在上止点时开启，在 曲拐转到下止点时关闭：排气门
