气门传动组的检测与维修包括凸轮轴的检测与维修、正时链条和链轮的检测、挺柱的检测与维修以及气门间隙的检测与调整。图3－46液压挺柱的检测图3－47气门间隙的检测2）气门间隙的调整气门间隙的大小取决于产品及其型号，由发动机制造商规定，具体应参照车型对应的维修手册。......
2023-08-29
发动机构造与维修：气门传动及结构
【摘要】：气门传动组件包括凸轮轴及正时齿轮、挺柱、推杆、揺臂、揺臂轴、气门间隙调整螺钉等。不同类型的气门传动组组成不同，如图3.13所示为凸轮轴上置式气门传动组的组成。气门传动组件的功用是使进、排气门能按配气相位规定的时刻开闭，且保证有足够的开度。（一）凸轮轴1．功用控制气门的开启和关闭。气门顶置式配气机构的挺柱一般采用筒式，以减轻质量。
气门传动组件包括凸轮轴及正时齿轮（正时齿带或正时链条）、挺柱、推杆、揺臂、揺臂轴、气门间隙调整螺钉等。不同类型的气门传动组组成不同，如图3.13所示为凸轮轴上置式气门传动组的组成。
气门传动组件的功用是使进、排气门能按配气相位规定的时刻开闭，且保证有足够的开度。
（一）凸轮轴
1．功用
控制气门的开启和关闭。每一个进、排气门分别有相应的进气凸轮和排气凸轮，使进、排气门能按配气相位规定的时刻开闭，并保证有足够的开度。
图3.13 气门传动组
1—凸轮轴；2—气门组；3—活塞；4—曲轴；5—张紧轮；6—曲轴皮带轮； 7—正时齿带；8—凸轮轴正时齿
2．工作条件及材料
凸轮轴承受周期性的冲击载荷。凸轮与挺柱之间的接触应力很大，相对滑动速度也很高，因此，凸轮工作表面的磨损比较严重。
3．结构
凸轮轴的结构如图3.14所示。凸轮的形状影响气门的开闭时刻及高度，凸轮的排列影响气门的开闭时刻和工作顺序。
图3.14 TOYOTA5A发动机凸轮轴及正时齿轮
1—正时带轮；2、6—进排气凸轮轴正时齿轮；3、7—凸轮； 4、8—凸轮轴颈；5—进气凸轮轴；9—排气凸轮轴
3．结构
凸轮轴通常用曲轴通过一对正时齿轮驱动，其与曲轴正时齿轮的传动比为2∶1。在装配时，必须将正时记号对正，以保证正确的配气正时和点火时刻。凸轮轴的驱动如图3.15所示。
图3.15 凸轮轴的驱动
凸轮轴上主要配置有各缸进、排气凸轮，用以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。
为减小系统质量，有些发动机（如捷达EA113型五气门发动机）采用了空心凸轮轴。发动机各个气缸的进气（或排气）轮的相对角位置应符合发动机各气缸的点火次序和点火间隔的要求。因此，根据了解凸轮轴的旋转方向以及各进气（或排气）凸轮的工作次序，就可判定发动机的点火次序。
例如，四缸四冲程发动机每完成一个工作循环，曲轴旋转两周而凸轮轴只旋转一周，每个气缸都要进行一次进排气，且各缸进、排气的时间间隔相等，即各缸进（或排）气门的凸轮彼此问的夹角均为90°，如图3.16（a）所示。该发动机的点火次序为1—3—4—2。
图3.16 四、六缸发动机进、排气门凸轮夹角
有的汽油机的凸轮轴布置在气缸的侧面下方时，凸轮轴上还具有用以驱动油泵及分电器的齿轮以及用以驱动汽油泵的偏心轮。
为防止凸轮轴轴向窜动，凸轮轴应有轴向定位装置。采用的方法之一就是如图3.17中所示，在凸轮轴正时齿轮和凸轮轴第一轴颈端面之间有一块止推凸缘与止推座。止推垫凸缘用螺栓固定在缸体或缸盖上，以防止凸轮轴产生轴向移动。止推凸缘磨损后可以更换。
图3.17 凸轮轴轴向定位装置
1—螺栓；2—垫圈；3—正时齿轮；4—止推垫片；5—止推垫圈；6—第一道凸轮轴衬套； 7—凸轮轴；8—驱动齿轮
4．凸轮轴轴承
中置式和下置式凸轮轴的轴承一般制成衬套压入整体式轴承座孔内，再加工轴承内孔，使其与凸轮轴轴颈相配合。上置式凸轮轴的轴承多由上、下两片轴瓦对合而成，装入剖分式轴承座孔内。
轴承材料多与主轴承相同，在低碳钢钢背上浇敷减摩合金层。也有的凸轮轴轴承采用粉末冶金衬套或青铜衬套。
5．凸轮轴驱动方式
凸轮轴由曲轴驱动，其驱动方式有齿轮式、链条式及齿形带式。齿轮传动机构（图3.18）用于下置式和中置式凸轮轴的传动。汽油机一般只用一对定时齿轮，即曲轴定时齿轮和凸轮轴正时齿轮。柴油机需要同时驱动喷油泵，所以增加一个中间齿轮。为了保证正确的配气定时和喷油定时，在传动齿轮上刻有定时记号，装配时必须对正记号。
链传动机构（图3.19）用于中置式和上置式凸轮轴的传动，尤其是上置式凸轮轴的高速汽油机采用链传动机构的很多。链条一般为滚子链，工作时应保持一定的张紧度，不使其产生振动和噪声。为此在链传动机构中装有导链板并在链条的松边装置张紧器。
齿形带传动机构（图3.20）用于上置式凸轮轴的传动。与齿轮和链传动机构相比，具有噪声小、质量轻、成本低、工作可靠和不需要润滑等优点。另外，齿形带伸长量小，适合有精确定时要求的传动。因此，被越来越多的汽车发动机特别是轿车发动机所采用。为了确保传动可靠，齿形带需保持一定的张紧力，为此在齿形带传动机构中也设置由张紧轮与张紧弹簧组成的张紧器。
图3.18 齿轮传动机构
图3.19 链传动机构
图3.20 齿形带传动机构
（二）挺柱
1．功用
挺柱是凸轮的从动件，其功用是将来自凸轮的运动和作用力传给推杆或气门，同时还承受凸轮所施加的侧向力，并将其传给机体或气缸盖。
2．材料
制造挺柱的材料有碳钢、合金钢、镍钻合金铸铁和冷激合金铸铁等。
3．分类
挺柱可分为机械挺柱和液力挺柱两大类，每一类中又有平面挺柱和滚子挺柱等多种结构形式。
4．普通挺柱
机构挺柱也称机械挺柱，如图3.21所示。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。气门顶置式配气机构的挺柱一般采用筒式，以减轻质量。滚轮式挺柱一般用于大缸径柴油机上，这种挺柱结构复杂，质量较大，优点是降低了摩擦力。有的发动机的挺柱直接装在气缸体上相应处镗出的导向孔中，也有的发动机的挺柱装在可拆式的挺柱导向体中。
在挺柱工作时，由于受凸轮侧向推力的作用，会稍有倾斜，并且由于侧向推力方向是一定的，这样就会引起挺柱与导管之间单面磨损，同时挺柱与凸轮固定不变地在一处接触，也会造成磨损不均匀。为了避免这种现象的产生，有些汽车发动机挺柱底部工作面都制成球面，而且把凸轮面制成带锥度形状。
图3.21 机械挺柱
图3.22 液力挺柱
5．液力挺柱
具有气门间隙的配气机构，在发动机工作时会发生撞击而产生噪声。为了解决这一矛盾，有些发动机采用了液力挺柱，如图3.22所示。
液力挺柱有挺柱体、柱塞、油缸、单向球阀、托架、球阀弹簧和柱塞回位弹簧等部件组成，如图3.23（a）所示。
挺柱体的外圆柱面上加工有环形油槽，顶部内侧加工有键形油槽。油缸的内孔和外圆经精加工后研磨，外圆与挺柱体内导向孔配合，内孔则与柱塞配合，两者都有相对运动。油缸的底部装有一柱塞回位弹簧，把球阀压靠在柱塞的阀座上，柱塞回位弹簧还可以使挺柱的顶面和凸轮保持紧密接触，以消除气门间隙。柱塞、油缸、单向球阀和球阀弹簧装配到一起，便构成以气门间隙的补偿配件。球阀将油缸下部和柱塞上部分隔为两个油腔。当球阀关闭时，上部为低压油腔，下部为高压油腔；当球阀开启时，则成为一个通腔。
液力挺柱装在气缸盖的挺柱孔内，挺柱顶面与凸轮接触，油缸底面则与气门杆端面接触。挺柱在往复运动过程中，当挺柱体外圆的环形油槽与缸盖上的斜油孔对齐时，发动机的润滑油经缸盖上的油道、挺柱上的环形油槽流入低压油腔，然后经过键形槽进入柱塞上方的低压油腔，这时缸盖主油道与液力挺柱的低压油腔相通。
当气门开启时，凸轮推动挺柱体和柱塞向下移动，高压油腔内有润滑油被压缩，油压升高，加之补偿弹簧的作用，使球阀紧压在柱塞下端的阀座上，这时高压油腔与低压油腔被分开，由于液体的不可压缩性，油缸和柱塞成为一刚体，下移并推开气门，如图3.23（b）所示。此时挺柱外圆的环形油槽已离开了气缸盖上的进油位置，而停止进油。
当气门关闭时，挺柱体不再受凸轮的推压作用，高压油腔内的压力油和柱塞回位弹簧一起推动柱塞向上运动，使高压油腔内的压力下降，球阀离开阀座打开，从低压油腔来的压力油进入高压油腔，使两腔相通并充满油液，保证液力挺柱的顶面仍然和凸轮的基圆接触，从而达到补偿气门间隙的作用，如图3.23（c）所示。
图3.23 液力挺柱结构及工作原理
1—油缸；2—柱塞回位弹簧；3—托架；4—球阀弹簧；5—单向球阀；6—柱塞；7—挺柱体； 8—凸轮轴；9—键形槽；10—气缸盖；11—低压油腔；12—高压油腔；13—斜油孔； 14—量油孔；15—气缸盖油道；16—气门杆
采用液力挺柱，消除了配气机构中各部件间的间隙，减小了相互问的冲击载荷和噪声；不用调整气门间隙，简化了配气机构的装配、使用和维修过程；不用预留气门间隙，可有效地延长气门的实际开启时间，改善了换气过程。
（三）推杆
推杆（图3.24）的作用是将从凸轮轴传来的推力传给揺臂。推杆是配气机构中最容易弯曲的零件，要求有很高的刚度。在动载荷大的发动机中，推杆应尽量地做得短些。推杆的两端焊接成压配有不同形状的端头，下端头通常是圆球形，以使与挺柱的凹球形支座相适应；上端头一般制成凹球形，以便与揺臂上的气门间隙调整螺钉的球形头部相适应。推杆可以是实心或空心的。
图3.24 推杆
（四）摇臂
揺臂是将推杆传来的力改变方向，作用到气门杆端推开气门。揺臂实际上是一个双臂杠杆，揺臂的两臂长的比值（称为摇臂比）为1.2～1.8，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，当揺臂摆动时可沿气门杆端面滚滑，这样可使两者之间的力可以沿气门轴线作用。在揺臂的短臂一端装有用以调节气门间隙的调节螺钉及锁紧螺母。为了防止揺臂的窜动，在揺臂轴上每两揺臂之间都装有定位弹簧（图3.25）。一些顶置凸轮轴发动机完全取消了揺臂，由凸轮轴凸轮直接驱动气门。
图3.25 揺臂
1—气门；2—揺臂；3—揺臂衬套；4—锁紧螺母，5—气门间隙调整螺钉；6—揺臂支点球
（1）无噪声摇臂。其组成零件如图3.26所示。其中凸环1的作用是消除气门和揺臂之间的间隙，从而消除由此产生的冲击噪声。无噪声揺臂的工作过程如图3.27所示。凸环8以摇臂5的一端为支点，并靠在气门9杆部的端面上，当气门处于关闭位置时，在弹簧6的作用下，柱塞7推动凸环向外摆动，消除了气门间隙。气门开启时，推杆3便向上运动推动揺臂，由于揺臂已经通过凸环和气门杆部处在接触状态，因而不会发生冲击噪声。
图3.26 无噪声揺臂
1—凸环，2—柱塞；3—凸环支承弹簧，4—销；5—锁止
（2）摆臂与气门间隙自动补偿器。在许多轿车发动机上用气门间隙自动补偿器代替摆臂支座实现零气门间隙。气门间隙自动补偿器无论是结构或是工作原理都与液力挺柱相同，之所以不称其为液力挺柱，是因为它不是凸轮的从动件，仅仅是摆臂的一个支承而已。因此，它既是摆臂的支座，又是补偿气门间隙变化的装置（图3.28）。
图3.27 无噪声揺臂工作过程
1—凸轮轴；2—挺柱；3—推杆；4—揺臂；5—柱塞；6—凸环；7—气门；8—弹簧；9—揺臂轴
图3.28 摆管与气门间隙自动补偿器
1—揺臂；2—柱塞；3—壳体；4—进油孔；5—单向阀；6—柱塞弹簧；7—高压腔； 8—滚轮；9—销轴
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