汽车配气机构

汽车配气机构的检测与维修前 言配气机构的性能及其密封性直接影响发动机的充气效率、空燃比，乃至影响发动机的性能。配气机构就像人类的呼吸系统，可想而知，它对整个发动机来讲重要性是不言而喻的，为了更好的去理解发动机的工作过程和工作原理，就应该对其配气机构应有更深一步的学习。论文主要从配气机构的组成、工作原理及分类方面进行层层阐述，后查阅资料及自己在实习过程中遇到的问题加以总结。最后对其估故障的部位进行逐个分析判断直到找到故障所在的部位并对其进行维修。 1.配气机构的概述1.1功用配气机构的作用是及时的将可燃混合气吸入气缸和及时的将气缸中的废气排出，以保证发动机的正常工作。配气机构是实现发动机进气过程和排气过程控制机构，它的作用是按照发动机的正常工作次序按时打开和关闭进、排气门，使新鲜空气或可燃混合气进入气缸把燃烧后的废气从气缸内排出。配气机构要有足够的气体流通面积，要保证适时的开启与关闭进排气孔，使废气充分地排出干净，尽可能地吸进新鲜可燃混合气，配气机构要求简单，工作可靠，调整维修方便。 1.2具备的性能在各种工况下工作时获得最佳的进气量，以保证发动机在各种工况下工作时发出最好的性能。发动机在全负荷下工作时，需获得最大功率和扭矩，这就要求在此工况下，配气机构应保证获得最大进气量。1.3形式 按照凸轮轴的布置位置分：凸轮轴下置式，凸轮轴中置式，和凸轮轴上置式。（如图1） 按曲轴和凸轮轴的传动方式分：齿轮传动链条传动和齿带传动三种型式。(1) 齿轮传动：传动简单可靠、噪声小，广泛用在下置凸轮轴的传动中。(2) 链传动：用在顶置凸轮轴布置形式中，一般装有导链板和张紧轮等装置。缺点：寿命差，噪声较大，结构质量也较大。优点：布置容易。若传动距离较长时，可用两级链传动.(3) 齿带传动：广泛用于现代高速轿车用汽油机和柴油机，噪声小、工作可靠、成本低。1.4工作过程(1)气门打开：当气缸的工作循环需要将气门打开进行换气时，由曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴旋转，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。（2）气门关闭：当凸轮的凸起部分的顶点转过挺柱以后，气门在其弹簧张力的作用下，开度逐渐减小，直至最后关闭，进气或排气过程即告结束。压缩和作功行程中，气门在弹簧张力作用下严密关闭，使气缸密闭。由于四冲程发动机每完成一个工作循环，曲轴转两圈，而各缸只进、排气一次，也即凸轮轴只需转一圈，所以曲轴与凸轮轴的传动比为2：1。2.配气机构的主要机件及其作用 2.1气门组由气门、气门座与气门座圈、气门导管、气门弹簧组成（如图2），下面以气门为例进行简要的介绍。气门的工作条件:气门的工作条件非常恶劣。首先，气门直接与高温燃气接触，受热严重，而散热困难，因此气门温度很高。其次，气门承受气体力和气门弹簧力的作用，以及由于配气机构运动件的惯性力使气门落座时受到冲击。第三，气门在润滑条件很差的情况下以极高的速度启闭并在气门导管内作高速往复运动。此外，气门由于与高温燃气中有腐蚀性的气体（1） 接触而受到腐蚀。（2） 气门材料:进气门一般用中碳合金钢制造，如铬钢、铬钼钢和镍铬钢等。排气门则采用耐热合金钢制造，如硅铬钢、硅铬钼钢、硅铬锰钢等。（3） 气门构造: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。气门顶面有平顶、凹顶和凸顶等形状。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。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（如图3）。气门头部接受的热量一部分经气门座圈传给气缸盖；另一部分则通过气门杆和气门导管也传给气缸盖，最终都被气缸盖水套中的冷却液带走。为了增强传热，气门与气门座圈的密封锥面必须严密贴合。为此，二者要配对研磨，研磨之后不能互换。气门杆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。气门尾端的形状决定于上气门弹簧座的固定方式。采用剖分成两半且外表面为锥面的气门锁夹来固定上气门弹簧座，结构简单，工作可靠，拆装方便，因此得到了广泛的应用。气门锁夹内表面有多种形状，相应地气门尾端也有各种不同形状的气门锁夹槽。2.2.气门传动组由凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂等，以CA488凸轮轴为例进行简要说明。CA488凸轮轴安装在气缸盖顶部的5个分开式轴承孔上,其上除设有5个轴颈外,每两个轴颈之间均有两个凸轮,分别为对应气缸的进排气凸轮。无驱动分电器的齿轮和驱动汽油泵摇臂的偏心轮在中间轴上,由中间轴正时带轮通过曲轴正时带轮由齿形v带带动。凸轮轴前端露出的轴段上有键槽,通过半圆键将正时齿带轮装在此段上,并用螺栓和垫片紧固。轴后端只露出端面,用塑料堵益封住。在第一、五轴承盖上装有油封,以防钒油泄漏。3.气门间隙的调整在汽车的维护与修理中，发动机气门间隙的检查与调整是一项重要的作业内容。发动机工作过程中，由于配气机构零件的磨损或松动，或是气门在工作时因温度升高而膨胀都会导致原有气门间隙的变化。除了采用液力挺柱式（其液力挺柱的长度能通过油压进行自动调整，可随时补偿气门的热膨胀量）气门机构的发动机（如桑塔纳、捷达、奥迪100、北京切诺基213等轿车）不需要调整气门间隙以外，其它发动机一般行驶一万公里左右进行二级维护时，应检查和调整气门间隙，使之符合技术要求3.1气门间隙气门间隙通常是发动机处于冷态时，在气门脚及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，这一预留间隙称为气门间隙。一般排气门的气门间隙要略大于进气门的气门间隙。3.2气门间隙调整的目的气门间隙的大小对发动机各方面的性能影响极大：间隙过小，发动机在热态下由于气门杆膨胀可能会造成气门漏气，导致功率下降，甚至烧坏气门；间隙过大，传动零件之间以及气门与气门座之间容易产生冲撞，同时使气门开启的持续时间减少，进气和排气不充分，也会直接影响发动机的正常工作。因此，为了保证发动机的正常工作，必须调整好气门间隙。3.3气门间隙的调整方法调整时，先松开锁紧螺母和调整螺钉，将与气门间隙规定值相同厚度的塞尺插入所调气门脚与摇臂之间的间隙中，通过旋转调整螺钉，并来回拉动塞尺，当感觉塞尺有轻微阻力时即可，拧紧锁紧螺母后还要复查，如间隙有变化均需重新进行调整。通常，气门间隙调整的方法主要有逐缸调整法和两次调整法。以逐缸调整法为例进行介绍。逐缸调整法只要求将所需调整的各缸摇转到该缸压缩行程上止点（此时进、排气门完全处于关闭状态）即可对该缸气门间隙进行调整。这种方法要求找到各缸压缩行程上止点，并记住各种车型发动机的作功次序（汽油机是点火次序，而柴油机为喷油次序）。例如点火次序为 1-2-4-3的汽油机 ：具体调整时，先将曲轴摇转到第一缸活塞处于压缩行程上止点位置，使正时皮带轮与正时带轮罩或发动机壳上的记号对正，此时可调整第一缸的进、排气门；然后可通过观察各缸气门的升程或利用分度盘将飞轮每旋转120，分别使各缸活塞处于压缩行程上止点位置，便可将所有气门间隙调整完毕。有时还可使用经验法找出各缸的压缩行程上止点，从而进行气门间隙调整。例如直列式六缸汽油发动机，它的点火顺序通常为1-5-3-6-2-4或1-4-2-6-3-5。因此可将发动机分为1、2、3缸和4、5、6缸两部分。当其中的一个气缸处于压缩行程上止点时，该部分里的另外两个气缸必有一气缸处于进气行程（进气门开度最大、升程最高），而另一气缸处于排气行程。在摇转曲轴过程中只要发现每部分中有一气缸的进气门和另一气缸的排气门同时升至最高点时，则剩下的那个气缸必定处于压缩行程上止点位置附近，此时该缸进、排气门均可调整。例如东风EQ1090发动机其点火次序为 1-5-3-6-2-4 ，若要对第2缸的气门进行调整，此时可转动曲轴，当第1缸的进气门和第3缸的排气门同时打开到最大时，则表明第2缸处于压缩行程上止点位置附近，则可调整该缸的气门间隙。 由此可见，对于多缸发动机而言，用逐缸调整法时需摇转曲轴数次，总的时间花费较多。但对于只需调整发动机一个缸的气门间隙此种方法则最为简捷，而对于磨损较严重的发动机用此法调整气门间隙较为准确。4.配气机构常见故障诊断与维修4.1配气机构早期损坏的主要原因：（1）维修质量差在维修作业中突出的问题是气门与气门座工作面加工质量达不到要求，造成工作面烧蚀、凹陷而早期损坏；凸轮轴轴承在刮削中其配合间隙、接触面积、各轴承同心度达不到要求，加速磨损，出现异响造成早期损坏；气门导管在更换新件时，铰削质量达不到规定要求，直接影响气门及气门座使用寿命。（2）维修数据应用不当：维修中不能科学地选择维修数据是造成机件早期损坏的重要原因。如气门与气门座接触面宽度，规定进气门为12.2mm，排气门为1.52.5mm。但在维修中，人们往往认为宽一点比窄一点保险，习惯选用上限或接近上限值，因而刚修好的车气门工作面宽度就已接近使用极限了。再如气门脚间隙，一般汽车规定为0.20.25mm，但在维护调整中也误认为间隙大一点比小一点好，因此，超上限使用。实际上间隙过大，不但降低了发动机功率，而且还会出现敲击声(气门口自)而早期损坏。4.2配气机构故障三例配气机构作为发动机的重要组成部分，其使用寿命本应与发动机整体寿命一致，但在使用中常发现配气机构寿命远远低于发动机整体寿命，尤其是气门、气门座、气门导管等主要机件寿命较短，往往在二、三级维护时，部分机件就已超过了使用极限而需要提前更换，造成极大浪费。下面以捷达豪华型轿车发动机配气机构故障为例进行介绍。本文列举的 jettaGT(捷达豪华型)轿车的3例故障，都是因配气机构异常而引起的。故障的征兆都是发动机加速不良(发闷)，油耗增高。不过，产生故障的具体原因各不相同。例1传动链链节数不符合标准先用VAG1551电脑检测仪查询故障，显示故障代码00515-HALL SENSOR G40 OPEN/SHORT CIRCUIT TO POSITVE(霍尔传感器G40断路或对正极短路)。霍尔传感器产生的信号，可识别发动机第1缸压缩上止点位置，用于顺序喷油和爆震判别控制，还用于识别发动机起动时的第1次点火。在这一信号中断后，发动机电控单元不能正确区别出第1缸和第4缸，此时发动机将失去爆震控制而进人应急运行，从而使发动机功率降低、油耗增高和汽车加速不良。由此看来，故障根源就在故障代码所指示的范围内，而产生此故障代码的可能原因有：霍尔传感器G40与电控单元J220之间的信号连接线(图1)有断路或对正极短路；霍尔传感器G40损坏：霍尔传感器隔板上的窗口位置错位。图4 G40与J220的连接图拔下G40插头，用万用表测量G40插头3个端子的电压。端子1有5V电压，端子2有9-12V电压，端子3为0V(搭铁)，均属正常。此后，又先后换上一个新的G40和J220试车，仍然显示上述故障。根据故障代码的含义分析，故障理应在电控系统上，但也不乏虽有故障代码而电控系统无故障的例子。据车主讲：该车发动机以前曾因正时标记错位顶过气门，此故障是在换过气缸盖后出现的。在检查正时标记无误后，拆下气门室盖，仔细检查两凸轮轴之间的装配情况，发现两凸轮轴之间的传动链(该发动机的排气凸轮轴由曲轴通过齿形带驱动，进气凸轮轴由排气凸轮轴通过传动链驱动，并由一个液压的兔维护张紧器对传动链进行正确的张紧)链节数为15个，而标准的传动链链节数为16个。换上标准的传动链，故障彻底排除。例2正时带轮定位键断裂用VAG1551电脑检测仪检测无故障代码。路试结果，故障确实存在。在检查点火和燃油系统无异常的情况下，把检查重点放在配气机构。拆下气门室罩盖，准备检查排气凸轮轴与正时带轮的连接部分，以及气门与气门座的密封情况。当拆下排气凸轮轴正时带轮后发现正时带轮上的定位键已断裂，致使凸轮轴上的正时带轮与凸轮轴在径向产生相对位移，这就造成发动机配气相位相对滞后。例3配气故障检修有一辆东风EQ1090型汽车在行使途中,突然发现加不起油,功率不足而且排气管有|“吐、吐”声,还听到气门处有串气驾驶员停车检查:先看油路：油面正常，加速量孔及主量孔喷油良好，进油管畅通。后查电路：高压线无松脱现象，抽出高压线跳火，火花很强烈。用起子搭火花塞检查发现是发现第五缸不工作，拆开后汽缸盖气门室罩盖，可见第五缸进气门摇臂与气门干部脱开约10mm左右，气门弹簧呈压缩状态气门过度开启，而且不动，明显串气。据分析：由于新车不可能是胶织，积炭或气门坐圈脱落卡住气门。于是小心地用起字向上撬起气门弹簧，再将该汽缸活塞(摇车)转到下止点(进其形程)位置后，用榔头敲击气门头部几弹簧座.在冲击力的作用下，气门几弹簧终于回位，在发动汽车。第五缸工作正常，异常杂音消失，排气管也不在有“吐、吐”声，故障彻底消失。4.3. 配气机构的故障与排除配气机构的常见故障及一般处理方法主要如下： (一)、气缸体密封不严 如前所述，SOFIM发动机的缸体是由上、下两部分组成，加上缸盖、油底壳，整个缸体共三道密封衬垫，其中以气缸衬垫和上、下缸体间衬垫尤为重要，若密封不严，将容易引起下列故障： 1.发动机不起动，排气冒白烟。 2.发动机运转不正常，功率不足。 3.发动机过热。 4.油耗高。 发现上述现象后，应对气缸盖、气缸体螺栓的拧紧力矩进行检查，并重新按紧固顺序和要求进行紧固。如故障仍不能排除，则需拆卸缸体，检查气缸衬垫，必要时更换气缸衬垫。 (二)、进气系统密封不严 进气系统密封不严，将导致进气压力不足，影响充气效率。它引起的故障有： 1.发动机功率下降。 2.加速性能不良。 3.发动机运转不正常。 检查进气系统的密封性，对密封不良处重新进行密封。 (三)、发动机正时不准 发动机正时不准，将导致发动机过热，此时应检查发动机正时机构，并严格按规定进行调整。 (四)、气门积炭 气门积炭是配气机构常见故障之一，这不仅与气门结构设计、燃烧过程有关，也与所用燃油的品质有关。气门积炭引起的故障有： 1.发动机难以起动，或自动熄火。 2.排气冒黑烟。 3.油耗高。 发现上述现象，可对气门进行检查，或在发动机例行维护、维修中，检查气门是否有积炭，如果有积炭可进行清洗，必要时更换气门。 (五)、排气门烧蚀 排气门烧蚀将容易导致发动机自动熄火，这主要是使用不合理造成的。产生气门烧蚀的主要原因有： 1.发动机长时间超负荷或者在大负荷下工作，引起气门较早地磨损。同时超负荷长期磨损，还将引起气缸盖、气门座、气门导管等变形，使气门密封性降低，散热条件恶化，导致气门烧蚀。 2.发动机冷却不足，发动机持续高温，引起机油、柴油发生化学变化，在气门头部和杆部形成 3.气门弹簧弹力过小或气门间隙调整不当也会导致气门烧蚀。 气门烧蚀是汽车配气机构的常见故障。因此，应在使用中注意对发动机的例行保养，防止发动机长时间大负荷工作，及时清除积炭，按规定调整气门间隙。若不能修复者则更换之。 (六)、气门间隙不正常 气门间隙不当将引起下列故障： 1.发动机冒黑烟或深灰烟。 2.配气机构有异常响声。 3.发动机功率下降且运转不正常。 4.发动机自动熄火。 发现上述现象，尤其是听到发动机有异响应考虑检测发动机配气机构的气门间隙是否正常，否则应按前述气门间隙调整方法进行调整。 (七)、气门导管或气门杆过度磨损 气门导管或气门杆磨损过度将导致机油上窜，发动机冒蓝灰色烟或灰白色烟。此时需检测气门导管或气门杆。必要时更换气门导管或气门。 (八)、凸轮轴磨损 凸轮轴过度磨损将导致发动机功率下降，或行驶中停机故障。此时需检查凸轮轴磨损状况，必要时更换凸轮轴。 (九)、气门其它故障 气门的其它故障主要有气门卡死、气门座损坏、气门失控、气门过度磨损等，这些原因经常引起发动机排气发蓝、气门响、发动机功率不足、发动机过热等现象，这需视具体情况进行分析、判断，然后着手排除。5.影响发动机性能的简要分析5.1气门数和气缸对发动机性能的影响发动机技术先进与否，有很多衡量指标，其中，汽缸与气门数确实是其中之一。一般来说，同等排量情况下，气门越多，进排气效率越好，就像一个人跑步，累得气喘吁吁时，需要张大嘴巴呼吸。传统的发动机多是每缸一个进气门和一个排气门，这种二气门配气机构相对比较简单，制造成本低，维修起来也相对容易。对于输出功率要求不太高的普通发动机来说，两气门就能获得较为满意的发动机输出功率与扭矩性能。 排量较大、功率较大的发动机要采用多气门技术。最简单的多气门技术是三气门结构，即在一进一排的二气门结构基础上再加上一个进气门。近年来，世界各大汽车公司新开发的轿车大多采用四气门结构。四气门配气机构中，每个气缸各有两个进气门和两个排气门。 四气门结构能大幅度提高发动机的吸气、排气效率，新款轿车大都采用四气门技术。当然，大众汽车多采用五气门技术，如老款捷达王的20V发动机，宝来1.8T发动机也是五气门。 不过，达到或超过六气门不仅使配气结构过于复杂，还会导致发动机寿命缩短，气门开启的空间帘区（气门的圆周和气门的升程）也较小，效率下降。因此，四气门技术目前使用最为普遍。 需要指出的是，汽缸和气门数可以作为判断发动机优劣的标准之一，但不是唯一标准。比如，宝马公司的直列4缸2.0升发动机，由于其独特的可变气门技术，在功率和扭矩输出上丝毫不逊于普通的6缸机，这也是宝马318轿车动力性广受好评的原因。奔驰公司长期采用每缸3气门技术，也达到了很好的功率、扭矩和环保水平。此外，配备涡轮增压技术后，宝来1.8T4缸机的功率和扭矩也能达到普通6缸机的水平。5.2配气机构对发动机性能的影响最后，还有必要谈谈气缸压缩压力的问题。我们知道发动机的作功依赖于压缩行程的压缩压力，压力越高，气体膨胀所释放的热能越多，发动机的平均动力性越好。在实际使用中，压缩压力依赖于气缸和燃烧室的密封性。主要是活塞环、气缸壁、气门、气门座、气缸衬垫等。这既与曲柄连杆机构有关，又与配气机构有关。如果发生发动机起动困难、气缸压力过低、油耗过高的现象时，就配气机构而言，需要检查气门与气门座的密封性、气门弹簧是否完好、弹力是否符合要求。然后再有针对性地进行处理，同时还需要检查曲柄连杆机构的气缸密封性、缸套的磨损程度、活塞环的磨损程度。给予必要的修复或更换部件。 参考文献1 崔树平.汽车发动机构造与维修.武汉理工大学出版，2008-8-12 汤定国. 汽车发动机构造与维修.人民交通出版社，2005-6-13 陈文华. 汽车发动机构造与维修. 人民交通出版社，2001-9-1