新汽车发动机构造与维修 教学课件 祖国海 模块三 配气机构

手工研磨气门
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1—橡皮碗 2—木柄 3—旋具 4—弹簧
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③利用橡胶捻子或旋具往复旋转气门，转角一般以 10°~ 30°为宜，并适时地提起和转动气门，以改变接 触位置。
④当气门和气门座工作面出现一条整齐无斑痕、无麻 点的接触带时换涂细研磨砂，继续研磨，直至工作面出 现一条整齐、灰色、无光泽的环带时，再洗掉细研磨砂， 涂上机油，继续研磨几分钟，然后进行密封性试验。
4） 气门座和气门的选配，用相配的气门进行涂色试配， 察看印迹。接触环带应在气门和斜面的中部靠里位置，若过 上或过下，可用15°或75°锥角的铰刀铰削。
5）最后用与工作面角度相同的细刃铰刀进行精铰，并 在铰刀下垫细砂布磨修，以降低气门座工作表面粗糙度。
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（2）气门座铰削完毕后，一般还要进行磨削，磨削 工艺如下：
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（1）气门组主要由气门锁片、上气门弹簧座、气门 弹簧、气门油封、气门导管、进气门座、排气门座、排 气门、进气门等组成。
（2）气门传动组主要由液压挺柱、曲轴正时齿形带 轮、正时齿形带、水泵齿形带轮、张紧轮、凸轮轴正时 齿形带轮、凸轮轴油封、半圆键、凸轮轴等组成。
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三、气门数目及排列方式
2. 外径千分尺、百分表、检测平台、V 形架、检测 设备各1 套。
3. 棉纱、汽油、煤油、清洗剂等辅助材料若干。
二、实训内容与要求
掌握机器研磨气门的工艺。
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§单元3 气门传动组的结构与检修
1. 掌握气门传动组零件的结构及工作原理。 2. 能够对气门传动组零件进行正确的检修。
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一、训练器材
1. 桑塔纳2000AJR 发动机1 台，气门1 个。 2. 外径千分尺、百分表、检测平台、V 形架、检测 设备各1 套。 3. 棉纱、汽油、煤油、清洗剂等辅助材料若干。

二、气门组的拆卸
（1）如图3-9所示，用气门卡簧钳拆装钳拆 卸气门组，取出气门锁片、气门弹簧座、气 门弹簧及气门。如图3-10所示，各组件按顺 序摆放好。拆卸气门时，在气门上做记号， 各缸气门不可互换。
图3-9 拆卸气门弹簧
图3-10 按顺序摆放气门组零件
（2）如图3-11所示，用气门油封钳取出油 封。如图3-12所示，用专用工具取出气门 导管。
（2）内凹顶：它是介于喇叭形顶与平顶 之间的一种形式，它的制造比喇叭形顶 有改进，故也有应用。 （3）球面顶：这种气门顶面具有最大的 强度，但吸热面大，质量也大，球面对 排气阻力有利，适于做排气门。
2．气门锥角
气门与气门座之间的配合面做成锥面， 气门锥角对气门头部与气门座的密封性和导 热性以及气门的刚度都有影响，一般锥角多 采用45°，有的采用30°，个别情况下也有 用60°或15°拆装 气门组的拆装注意事项有以下几个 方面。 （1）按正确顺序将发动机总成解体。 （2）更换气缸盖紧固螺栓，不能重复使 用已经按照拧紧力矩拧紧过的螺栓。
（3）各缸的液压挺柱、气门不可互换。 （4）在拆装过程中，特别注意装配记号。 （5）正确使用气门弹簧拆装钳拆装气门。
任务一 认识气门组
【任务描述】 气门组包括气门、气门座、气门导 管及气门弹簧等零件，有的进气门还设 有气门旋转机构。 本节的主要任务是熟悉气门组的组 成。
【知识准备】
一、气门
1．气门顶形状
（1）平顶：这种气门顶吸热量少，制造 简单，若用较大一点圆弧连接则流动阻 力也小，所以这是所有发动机中最常用 的形式。
1—气门导管；2—卡环；3—气缸盖；4—气门座
如果气门杆与导管的配合间隙不符 合标准值，则应将气门导管孔扩至加大 尺寸。 可用铰刀铰削气门导管，如图3-25所 示，铰削时，应不断地进行配合试验。

1-垫圈 2、3、4-摇臂轴支座 5-摇臂轴 6、8、10-摇臂 7-弹簧；9-定位销 11-锁簧；12-堵头
13-锁紧螺母
14-调节螺钉 A、C、D、E-油孔 B-油槽
摇臂及摇臂组
五、气门间隙
发动机在冷状态时，气门处于关闭状态，气门与传动件之间的间 隙就是气门间隙，如图。
气门间隙
一、配气相位的定义
一、气门
2、气门杆 气门杆呈圆柱形，在气门导管中不断进行往复运动。有良好的
导向、散热作用。气门杆端的形状取决于气门弹簧座的固定方式， 如图。常用的结构是用剖分或两半的锥形锁片来固定弹簧座。
弹簧座的固定方式
1-气门杆 2-气门弹簧 3-弹簧座 4-锁片 5-锁销
二、气门油封
有的发动机高速化后，进气管中的真空度显著提高，气门室的 机油会通过气门杆与导管之间的间隙被吸入气缸内。为此，在发动 机的气门杆上安装气门油封，以减少机油的消耗和燃烧室积炭的产 生，如图。
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学习重点 1.了解配气机构的功用及组成。 2.掌握配气机构的三种传动方式及特点。 3.掌握液压挺柱的结构及工作原理。 4.熟知配气相位的基本内容。
一、配气机构的功用
１、配气机构的功用
配气机构的功用是根据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 时打开和关闭各气缸的进、排气门，使新鲜的可燃混合气（汽油机）或空气（柴油机） 得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出，使换气过程最佳，以保证发动机在各种 工况下工作时发挥最佳的性能。
１-气门导管 2-卡环 3-气缸盖
气门导管
四、气门座
气缸盖（或缸体）的进、排气道与气门锥面相结合的部位称为气门座。它也 有相应的锥角，如图。气门座与气门头部共同对气缸起密封作用，并接收气门传 来的热量。气门座在高温条件下工作，磨损严重，故有不少发动机的气门座用较 好的材料（合金铸铁、奥氏体钢等）单独制作，然后镶嵌到气缸盖上。采用铝合 金气缸盖的发动机，由于铝合金材质较软，气门座必须镶嵌。

项目三 配气机构
二、可变气门正时（VVT）系统
2、凸轮轴正时机油控制阀的工作状态
2）进气延迟
ECU控制凸轮轴正时机油控制阀， 使其滑阀将迟后侧回油孔开启，提前侧 回油孔关闭。液压油进入凸轮轴正时机 油控制阀后，流动到VVT相位控制器内， 推动叶片，使得凸轮轴逆着原凸轮轴旋 转方向转动一定角度，延迟开启进气门， 如图所示。
链传动
指曲轴通过链条来驱动凸轮轴。 这种传动形式一般多用于凸轮轴 上置的远距离传动。链传动的可 靠性和耐久性不如齿轮传动，且 噪声较大、造价高，其传动性能 的好坏直接取决于链条质量。
齿形带传动
与链传动原理相同，只是链 轮改为齿轮，链条改为齿形 带。齿形带传动弥补了链传 动的缺陷，并降低了成本。
项目三 配气机构
一、配气机构的组成
3、凸轮轴
凸轮轴主要由凸轮、轴颈、偏心轮、斜齿轮等组成，如图所示。
其中，各缸进、排气凸轮可使气门按一定的工作次序和配气相位及时开闭，并 保证气门有足够的升程；凸轮轴轴颈用来安装在缸盖相应位置处，起支撑作用。
项目三 配气机构
一、配气机构的组成
4、挺柱
1）机械挺柱
机械挺柱主要有菌式、筒式、滚轮式等类型。 其中，菌式机械挺柱主要用于气门侧置式配气机 构；筒式机械挺柱主要用于气门顶置式配气机构； 滚轮式机械挺主要用于大缸径柴油机。
2、凸轮轴正时齿轮
曲轴通过齿轮副（也可用链传动和齿形带传动）来驱动凸轮轴正时齿轮， 进而驱动凸轮轴旋转。凸轮轴正时齿轮，通过紧固螺栓和半圆键固定在凸 轮轴轴端，如图所示。
项目三 配气机构
一、配气机构的组成
2、凸轮轴正时齿轮
配气机构的传动有齿轮传动、链传动和齿形带传动三种形式。
齿轮传动

挺柱
功用 将凸轮的推力传给推杆或气门。 型式 常见挺柱主要有筒式和滚轮式两种。
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第一节 配气机构的构造和工作原理
液力挺柱
采用液力挺柱，消除了配气机构中的间隙，减小了各零件的冲击载荷和噪 声，同时凸轮轮廓可设计得比较陡一些，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，特别是高速性能。
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第一节 配气机构的构造和工作原理
气门弹簧
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第一节 配气机构的构造和工作原理
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第一节 配气机构的构造和工作原理
2.气门传动组
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第一节 配气机构的构造和工作原理
凸轮轴
1.驱动和控制各缸 气门的开启和关闭， 使其符合发动机的工 作顺序、配气相位及 气门开度的变化规律 等要求。
2.有些汽油机还用 它来驱动汽油泵、机 油泵和分电器。
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第一节 配气机构的构造和工作原理
气门
气门是由头部和杆部组成的。 头部用来封闭气缸的进、排气 通道，杆部则主要为气门的运动 导向。
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第一节 配气机构的构造和工作原理
气门顶部
气门顶部的形状 ①凸顶：凸顶的刚度大，受热面积也大，用于某些排气门； ②平顶：平顶的结构简单、制造方便，受热面积小，应用多； ③凹顶：也称漏斗形，其质量小、惯性小，头部与杆部有较大 的过渡圆弧，使气流阻力小，以及具有较大的弹性，对气门座的 适应性好(又称柔性气门)，容易获得较好的磨合，但受热面积 大，易存废气，容易过热及受热易变形，所以仅用作进气门。
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第一节 配气机构的构造和工作原理
气门间隙
定义 气门在完全关闭时，气门杆尾端与气门传动组零件之间的间隙。 必要性 发动机工作时，气门将因温度升高而膨胀，如果气门及其传动件之间，在冷态时无间隙或 间隙过小，则在热态时，气门及其传动件的受热膨胀势必引起气门关闭不严，造成发动机 在压缩和作功行程中漏气，而使功率下降，严重时甚至不易起动。 通常在发动机冷态装配时，留有气门间隙，以补偿气门受热后的膨胀量。有的发动机采用 液力挺柱，挺柱的长度能自动变化，随时补偿气门的热膨胀量，故不需要预留气门间隙。

（五） 气门间隙 ★ ★ ★产生的原因： 发动机工作时，气门在高温作用下会因为受热膨胀而
伸长（补偿气门受热后的膨胀量。 ）。 ★ ★ ★ ★ ★定义：
气门间隙是指发动机冷态装配气门完全关闭时，气门 组与气门传动组之间（气门杆尾端与摇臂头部之间）留 有一定的间隙。
不同机型，气门间隙的大小不同，根据实验确定，一 般冷态时，排气门间隙大于进气门间隙，并且气门间隙 的大小根据车型的不同而不同。小车的气门间隙为0.15 ～0.25mm，大车的气门间隙约为0.25～0.45mm。
充气效率表示燃气或空气充满气缸的程度， 即进气行程中，实际进入气缸内的新气质量与 进气系统进口状态下充满气缸工作容积的新气 质量之比。
新气：可燃混合气或新鲜空气
进口状态：指大气温度和大气压力下
二、气门式配气机构
（一）根据气门的安装位置的不同，分为 1、气门顶置式：
气门位于气缸盖上称为气 门顶置式配气机构，由凸轮、 挺柱、推杆、摇臂、气门和气 门弹簧等组成。其特点，进气 阻力小，燃烧室结构紧凑，气 流搅动大，能达到较高的压缩 比，目前国产的汽车发动机都 采用气门顶置式配气机构。
排气门的早开晚闭 在作功行程快要结束时，排气门打开，可以利用作功 的余压使废气高速冲出气缸，排气量约占50%。排气门早 开，势必造成功率损失，但因气压低，损失并不大，而 早开可以减少排气所消耗的功，又有利于废气的排出， 所以总功率仍是提高的。 当活塞到达上止点时，气缸内废气压力仍然高于外界 大气压，加之排气气流的惯性，排气门晚关可使废气排 得更净一些。由此可见，气门具有早开晚关的可能。
第一节 概述
一、配气机构的作用： 配气机构的作用就是按照发动机各缸的
工作顺序和作功次序，定时地将各气缸的进、 排气门开启和关闭，以便使新鲜的可燃混合 气（汽油机）或新鲜空气（柴油机）及时进 入气缸，废气及时排出气缸。

1-中间摇臂；2、3-中间凸轮 9
第3 章
配气机构的构造与维修
3.5 气门间隙的检查与调整
对于装有普通机械挺柱的配气机构，在车辆进行二级维护时要对气门间隙 进行检查与调整。 3.5.1 气门间隙的检查 1.转动曲轴，使气门处于完全关闭状态。 2.用符合气门间隙值的塞尺插入气门杆身尾端与气门摇臂之间，来回抽动塞 尺检查，以抽动时稍有阻力为合适。 3.5.2 气门间隙的调整 1.逐缸调整法 2.两次调整法
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第3 章
配气机构的构造与维修
3.6 正时齿形皮带的检查与调整
3.6.1 正时齿形皮带的检查 1.拆下齿形皮带罩盖。 2.观察齿形皮带的状况，若出现异常情况，应予更换。 3.6.2 正时齿形皮带的更换与调整 1.正时齿形皮带进行安装时，要将曲轴皮带轮和正时齿形皮带轮上的标记 （通常以“0”做标记）和气缸体上正时齿形皮带罩上的标记对齐，以保证配气相 位 的正确。 2.调整正时齿形皮带的张紧力时，用拇指和食指捏住凸轮轴齿轮和中间轴 齿轮之间的齿形皮带的中间位置，以刚好转动90°为合适。 3.若齿形皮带过松，可松开张紧轮固定螺母，转动张紧轮，直至齿形皮带 张紧力合适为止。 4.将曲轴转动2～3圈后，复查确认。最后装上齿形皮带罩盖。
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第3 章
配气机构的构造与维修
3.10 液压气门挺柱响故障的诊断与排除
3.10.1 故障现象 发动机在温度正常的情况下，并且以各种转速运转时，在气门室内均发出 类似气门响的有节奏的“嗒嗒”声。转速由怠速到中速以上运转时，响声变得杂 乱 但不消失。 3.10.2 故障原因 3.10.3 故障诊断与排除 参照诊断流程图进行诊断。 1.检查发动机润滑油油面高度是否符合要求。 2.检查液压挺柱的技术状况。

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。
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。
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。
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。
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。

根安装在气缸盖上的凸轮轴，通过挺杆直接（无摇臂总成）或间接（有摇臂总成）驱动所有气
缸的进气门和排气门。
学习任务1
三、配气机构的类型
单顶置凸轮轴、无摇臂总成、一列气门式配气机构如图3-3所示。凸轮轴通过液力挺杆直接驱动
气门开启，气门传动组不但没有推杆，也取消了摇臂总成，使配气机构更简单，这种结构形式在轿车
面和75∘ 锥面是用来修正工作面位置和宽度的。
图3-18 气门座锥面
学习任务2
二、气门座的结构与检修
2. 气门座的检修
发动机工作时，气门座承受高温和气门落座时的冲击，经常出现工作锥面烧蚀、变宽或与气门
接触环带断线等故障，一般可通过铰削和研磨进行修理，目前以更换为主。
3. 气门座圈的更换
气门座损坏、严重烧蚀、松动或下沉2mm（指测量的气门顶部下沉量）以上，应更换气门座圈。
图3-2 侧置凸轮轴式配气机构
1—正时链罩 2—正时链和链轮 3—凸轮轴止动凸缘
4—气缸盖罩 5—摇臂轴总成 6—推杆 7—液力挺杆
8—凸轮轴 9—链减振器 10—链张紧装置
学习任务1
三、配气机构的类型
3. 顶置凸轮轴式配气机构
顶置凸轮轴式配气机构的主要特点是凸轮轴安装在气缸盖上部，气门传动组不需推杆，用
或液态氮中冷却使其冷缩，然后再将气门座圈敲入座孔。
学习任务2
三、气门导管的结构与检修
1. 气门导管的结构
气门导管的功用是给气门的运动导向，并将气门杆所承受的热量传给气缸盖。如图3-17所
示，气门导管为一空心管状结构，气门导管压装在气缸盖上的导管孔中，其外圆柱面与导管孔
的配合有一定的过盈量，以保证良好的传热性能和防止松脱。有些发动机为防止气门导管脱落，

三、配气机构的分类 1.按气门布置形式分类
按气门布置形式分为气门顶置式和气门侧置式，如图3-1-5所示。目前，顶置式气门应用广泛， 侧置式气门基本淘汰。
2.按凸轮轴布置 按凸轮轴布置形式可分为凸轮轴下置式、凸轮轴中置 、凸轮轴上置式，如图3-1-6所示。
⑴凸轮轴中置式 当发动机转速较高时，为了减小气门传动机构的 往复运动质量，将凸轮轴置于机体上部，一般要在两 正时齿轮之间加入一个中间齿轮(通常也称之为惰轮) 进行带动或者通过链条带动，这种布置形式称之为中 置凸轮轴式。 ⑵凸轮轴下置式 凸轮轴下置式结构特点是：将凸轮轴布置在曲轴 箱内，由一对正时齿轮将曲轴的动力传递给凸轮轴， 如图3-1-6所示。这种布置形式的配气机构多用于大 、中型客车发动机和载货汽车。 ⑶凸轮轴上置式 凸轮轴上置式配气机构的凸轮轴安装在气缸盖上，采用正时齿 形皮带或链条传动，这种布置形式的发动机多用于轿车的高速 强化发动机。它一般有两种形式：一种是单顶置凸轮轴式（ SOHC），如图3-1-7所示；另一种是双顶置凸轮轴式（DOHC）， 现代多数采用DOHC形式的，如图3-1-8所示。
气门组一般由气门、气门弹簧、气门弹簧座、气门锁片、气门油封、气门导管及气门座等组成（如 图3-2-1所示）。
1.气门 （1）气门的类型和作用 气门有进气门和排气门两种，其类型如 图3-2-2所示。一个气缸至少应有一个进气 门和一个排气门。
气门是用来控制进、排气门的打开 和关闭的，同时可以密封进、排气通 道，其作用如图3-2-3所示。
⑵气门的工作条件及材料 气门头直接与高温燃气接触，工作条件十分恶劣，其工作温 度很高，如图3-2-4所示。一般排气门可达600～800℃；进气 门可达300～400℃,气门头部承受气缸高温气体的压力、气门 弹簧力、传动组零件的惯性力及关闭时落座的冲击力；气门的 冷却和润滑条件很差，而且易受腐蚀。由于气门的工作条件差 ，所以要求气门要有足够的强度、刚度、耐热、耐磨和耐腐蚀 性。进气门的材料一般采用中碳合金钢，排气门由于热负荷大 ，一般多采用耐热合金钢。