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汽车发动机构造与维修图解教程谭本忠2016配气机构按气门的布置位置不同可分为气门侧置式和气门顶置式两种。现代汽车发动机均采用气门顶置式配气机构。配气机构按凸轮轴的布置位置不同可分为凸轮轴上置式、中置式、下置式三种。配气机构按传动方式可分为齿轮传动、链条与链轮传动、齿形带传动。按气门的布置位置分类按凸轮轴的布置位置分类按传动方式分类按气门布置位置分类按凸轮轴布置位置分类第三章配气机构按气门传动方式分类按气门驱动形式分类配气机构按气门驱动形式不同则有摇臂驱动式、摆臂驱动式和直接驱动式三种。右图给出了直接驱动式和摇臂驱动式的结构。按气门驱动形式分类第一节气门组一、气门组的构造1.气门汽车发动机的进、排气门均为菌形气门，由气门头部和气门杆两部分构成。气门顶部有平顶、凸顶和凹顶等形状。目前应用最多的是平顶气门。气门分解图气门顶部形状气门与气门座或气门座圈之间靠锥面密封。气门锥面与气门顶面之间的夹角称为气门锥角。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为30°。中空气门杆的气门一般发动机每个气缸有两个气门，即一个进气门和一个排气门。三气门发动机每缸两个进气门、一个排气门。现代高性能汽车发动机普遍采用每缸三、四、五个气门。四气门发动机多采用篷形燃烧室。五气门发动机每缸三个进气门、两个排气门。气门锥角气门数量2.气门导管气门导管的功用是对气门的运动导向，保证气门做直线往复运动，使气门与气门座或气门座圈能正确贴合；此外，还将气门杆接收的热量部分地传给气缸盖。3.气门锁片气门杆与弹簧连接有两种方式：一种是锁夹式；另一种是以锁销代替锁夹的径向孔，通过锁销进行连接。气门导管和气门锁片4.气门弹簧（1）双气门弹簧每个气门安装两个直径不同、旋向相反的内、外弹簧。（2）变螺距气门弹簧某些高性能汽油机采用变螺距单气门弹簧，变螺距气门弹簧的固有频率不是定值。（3）锥形气门弹簧安装变螺距气门弹簧和锥形气门弹簧时，应该使螺距小的一端和弹簧大端朝向不动的气缸盖顶面。普通气门弹簧双气门弹簧5.气门座与气门座圈气缸盖上与气门锥面相贴合的部位称为气门座，在气缸盖上镶嵌气门座圈可以延长气缸盖的使用寿命，也有一些铸铁气缸盖不镶气门座圈，直接在气缸上加工出气门座。二、气门组的检修1.气门的检修（1）气门的检验主要是检验气门杆的弯曲变形。（2）气门修理若气门工作锥面磨损或烧蚀，则需要在气门光磨机上进行修磨。气门杆弯曲的校验1货车的气门杆的磨损量大于0～10mm，轿车的气门杆的磨损量大于0～0.5mm，或出现明显的台阶形磨损。2气门头圆柱面的厚度小于0～8mm。3气门尾端的磨损量大于0～5mm。气门出现下列损伤之一时应予换新：4当气门杆的直线度误差大于0～0.5mm时应予以更换或校直，校直后的直线度误差不得大于0～0.2mm。2.气门座的检修若气门座松动、气门座损伤严重或气门下沉量大于2mm，则应更换气门座圈。常用的气门座修复方法是铰削和磨削。铰削和磨削3.气门导管的检修气门导管与气门杆的配合间隙大于使用极限时应更换气门导管。气门导管与气门杆配合间隙的检查方法有两种：用导管孔径量规或内径千分尺测量出导管内径再减去气门杆标准直径；或粗略测量气门在导管孔内的径向摆动量。气门导管的检修4.气门弹簧的检修气门弹簧的自由长度用游标卡尺测量，其自由长度不小于标准长度的10%。气门弹簧的检修第二节气门传动组一、气门传动组的构造1.凸轮轴凸轮轴由曲轴驱动，其传动机构有齿轮式、链条式及齿形带式。2.挺柱构造：在液压挺柱体中装有柱塞，在柱塞上端有压力推杆支座，柱塞被柱塞弹簧向上推压，其极限位置由卡环限定。原理：当气门关闭时，在柱塞弹簧的作用下，柱塞与推杆支座一起上移，使气门及其传动件相互接触而无间隙；当凸轮顶起挺柱时，挺柱体上移，高压腔内的机油压力急速升高，使单向阀关闭，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，使气门开启。液压挺柱3.推杆推杆处于挺柱和摇臂之间，其功用是将挺柱传来的运动和作用力传给摇臂。4.摇臂/摆臂与气门间隙自动补偿器摇臂/摆臂的功用是将推杆和凸轮传来的运动和作用力，改变方向传给气门使其开启。气门间隙的大小因机型而异，通常进气门间隙为0.25～0.30mm，排气门间隙为0.30～0.35mm。气门间隙的大小可用塞尺测量。气门间隙二、气门传动组的检验与维修1.凸轮轴的检修凸轮轴轴承的配合间隙超过使用限度(货车为0～20mm，轿车为0～15mm)时应更换新轴承。2.正时齿轮的检修用50N的拉力拉紧链条测量链条的长度，其长度不应大于规定的许可值。3.摇臂与摇臂轴的检修检修时，若摇臂头磨损量超过0～5mm，应堆焊后修磨；若摇臂与摇臂轴的配合间隙超过0～1mm，应重新镶衬套，并按规定的配合间隙铰削衬套。衬套与摇臂轴的配合间隙为0.02～0.04mm。4.液压挺杆的检修液压挺杆与承孔的配合间隙为0.01～0.04mm，使用限度为0～10mm，超限后应更换液压挺杆。5.气门间隙的调整气门间隙的调整方法有逐缸调整和两次调整两种。气门间隙的调整三、气门传动组的故障及其排除1.气门脚响的特征和诊断排除气门脚响的特征是：（1）声响为清脆、连续而有节奏的“嗒、嗒、嗒”声，位置集中在气缸上方气门室盖附近。（2）怠速时声响明显，发动机转速升高时，声响频率随之同步加快，强度稍有增大，发动机高速运转时的噪声往往会将气门脚响掩盖。（3）发动机冷却液温度变化时声响没有明显变化。（4）进行断缸检查时声响没有明显变化。2.采用液压挺柱的发动机气门脚响故障的诊断排除（1）发动机机油油面过高或过低，致使有气泡的机油进入液压挺柱中，形成弹性体而产生气门脚响。（2）机油压力过低，液压挺柱中缺少机油，使空气进入液压挺柱中，产生气门脚响。（3）发动机长期放置不用，使液压挺柱被过分压缩，重新启动后没有得到足够的机油补充而使空气进入，产生气门脚响。（4）液压挺柱失效。进气门在进气行程上止点之前开启称为早开，从进气门开到进气行程上止点时曲轴所转过的角度称为进气提前角，记作α。进气提前角进气门在进气行程下止点之后关闭称为晚关，从进气行程下止点到进气门关闭时曲轴转过的角度称为进气延迟角，记作β。进气延迟角一、配气正时的相关术语排气门在做功行程结束之前，即在做功行程下止点之前开启，称为排气门早开。从排气门开启到下止点曲轴转过的角度称为排气提前角，记作γ。排气提前角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，称为排气门晚关。从上止点到排气门关闭时曲轴转过的角度称为排气延迟角，记作δ。排气延迟角进气门早开和排气门晚关使活塞在上止点附近出现进、排气门同时开启的现象称为气门重叠，重叠期间的曲轴转角称为气门重叠角，它等于进气提前角与排气延迟角之和。即α＋δ。气门重叠角配气正时相位图二、可变气门正时与升程１.本田VTEC与i-VTEC技术VTEC发动机采用的是凸轮与摇臂的数目及控制方法，它有中低速和高速两组不同的进气气门驱动凸轮，并可通过电子控制系统的调节进行自动转换。通过VTEC系统装置，发动机可以根据行驶工况自动改变进气气门的开启时间和升程，也就是改变进气量。从而达到增大功率、降低油耗及减小污染的目的。i-VTEC系统是在VTEC的基础上添加了一个“可变正时控制系统”，即i-VTEC=VTEC+VTC。VTEC发动机上的两个进气门配备三个气门摇臂分别被称为主气门摇臂、中间摇臂和辅助气门摇臂。VTEC系统结构示意图1、8-同步活塞Ａ；2-空动总成；3、9-同步活塞Ｂ；4-中间气门摇臂；5-辅助气门摇臂；6-主气门摇臂；7-凸轮轴；10-止动器活塞；11-辅助摇臂；12-中间摇臂；13-主摇臂发动机进气门在这两种工作状态下的气门升程如下图所示。2008款飞度的i-VTEC发动机分1.3L和1.5L两种。（1）1.3L发动机i-VTEC系统的工作原理中低转速和高速时的气门升程飞度i-VTEC发动机的凸轮轴和气门摇臂本田飞度1.3L发动机i-VTEC系统的工作原理（2）1.5L发动机i-VTEC系统的工作原理（Lo-Hi切换）本田飞度1.3L发动机i-VTEC系统的工作原理如下图所示。本田飞度1.5L发动机i-VTEC系统的工作原理2.丰田发动机VVT-i技术VVT-i系统由传感器、ECU、凸轮轴正时机油控制阀及控制器等部分组成。VVT-i系统视控制器根据安装部位不同而分成三种：一种是安装在进气凸轮轴上；另一种是安装在排气凸轮轴上；还有一种是进气凸轮轴和排气凸轮轴上都装有VVT-i控制器，称为双智能可变气门正时（双VVT-i）系统。丰田双VVT-i系统的组成VVT-i控制器一般采用叶片式，其结构如下图所示。VVT-i控制器的结构凸轮轴正时机油控制阀一般安装在缸盖上。凸轮轴正时机油控制阀（1）提前当发动机处于中负荷或高负荷但在低速至中速范围内时，通过来自ECM的提前信号将凸轮轴正时机油控制阀定位在下图所示位置。进气侧VVT-i控制器提前(２)延迟当发动机在怠速期间、低负荷、高负荷且发动机转速在高速范围内、低温、启动时，通过来自ECU的延迟信号将凸轮轴正时机油控制阀定位在下图所示位置。进气侧VVT-i控制器延迟(３)保持当正时系统达到目标正时后，通过使凸轮轴正时机油控制阀保持在中间位置，关闭机油通向提前侧或延迟侧的进油口来保持气门正时。3.宝马发动机VANOS技术宝马M系列所采用的VANOS渐进式可变气门正时系统如下图所示。宝马VANOS配气技术步进电动机控制（1）VANOS系统由步进电动机带动，通过接收来自节气门位置的信号，步进电动机改变偏心凸轮的偏移量，经由一些机械传动间接地改变进气门的动作。（2）传统的气门机构与VANOS机构的比较如下图所示。传统式的气门机构与VANOS机构的比较（3）VANOS发动机能通过减小气门的升程，改变进入燃烧室的空气量，使泵气流量损失降至最低。如下图所示。带偏心轴的摇臂VANOS系统配气原理图（4）VANOS系统通过电动机来驱动偏心轴摇臂如图所示。第四节进气系统1.空气滤清器空气滤清器的功用主要是滤除空气中的杂质或灰尘，让洁净的空气进入气缸；另外，空气滤清器也有降低进气噪声的作用，其实物图如图所示。空气滤清器空气滤清器按结构不同可以分为油浴式、离心式、干式和聚氨酯式四类。空气滤清器的种类2.谐振腔某些类型的发动机在进气道上使用了谐振腔，其作用是减小进气系统中产生的进气噪声。3.进气歧管化油器式或节气门体燃油喷射式发动机进气歧管的温度很重要，通常进气歧管利用发动机排气或循环冷却液进行加热。进气歧管也可以是干式或湿式的，湿式进气歧管的内部直接铸有冷却液通道，干式进气歧管没有冷却液通道。进气系统湿式进气歧管4.排气连接进气歧管排气连接通道可为节气门体的底部提供热量以改善发动机暖机时的燃油雾化，废气的通过还能减小燃油结冰的可能性。第五节排气系统一、排气系统的构造1.排气歧管排气歧管与发动机缸盖相连，废气从排气门出来直接进入排气歧管，排气歧管由铸铁管或钢管制成，可以承受温度的快速升高。2.排气管排气系统收集从每个燃烧室排出来的高温气体，然后将其送至汽车尾部排放掉。排气管是排气歧管和消声器或催化转化器之间的一根连接管，排气总管可以是单管或双管。排气总管3.消声器常用的消声器有两种。一种使用一组消声室来降低噪声；另一种使用附有玻璃纤维的带孔直管和外罩，但其消声效果没有带隔板的消声室好。消声器有四种基本结构形式：扩张式、共振式、吸收式和反射式。消声器谐振腔4.谐振腔谐振腔是另一种消声器，排气系统发出的大多数噪声都是振动引起的，这些振动导致了较高的噪声，谐振腔的作用是吸收额外的振动。5.加温器在许多老式发动机上，排气歧管上装有一种加温器，加温器是一个阀门，它的作用是在发动机启动和暖机期间节流废气。6.排气尾管排气尾管的作用是将废气从消声器或谐振腔中输送到汽车尾部。分为独立式排气尾管和并联式排气尾管两种。独立式排气尾管并联式排气尾管二、排气系统故障维修（1）故障现象发动机在运行中从排气管中排出黑色的燃烧不完全的废气，其中一氧化碳成分较多，呈现黑色。⑤燃油泵摇臂行程过