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配气机构的构造与维修
项目三
项目导读
配气机构是控制发动机进气、排气的机构，其按照气缸的工作顺序和点火次序的要求，定时开闭进、排气门，使新鲜可燃混合气或空气及时进入气缸，并把燃烧后的废气及时排出气缸。
配气机构主要由气门组和气门传动组等组成。本项目主要介绍配气机构各组成部分的构造与维修，并对其常见故障进行诊断与维修。
目标
知识目标
1．了解配气机构的构造及作用。
2．了解配气机构各组成部件的构造及作用。
思政目标
1．弘扬精益求精、科学严谨、追求卓越的大国工匠精神。
2．加强实践练习，注重学思结合、知行统一，增强勇于探索的创新精神。
技能目标
1．能正确使用工量具完成配气机构的拆装及检测。
2．能对配气机构常见的故障进行诊断与维修。
目录
气门组认知
任务 3.1
气门传动组认知
任务 3.2
配气机构常见故障诊断与维修
任务 3.3
P
气门传动组认知
任务 3.2
任务3.2 气门传动组认知
任务引入
小勇是一家汽车维修厂的高级技术人员。昨天一位客户将汽车送到他们厂进行维修，客户反映汽车动力不足，燃油消耗量增加。小勇对该车进行了专业的检测，发现该车气缸压力低于技术要求。小勇对发动机进行气缸压力测试，发现气缸压力基本无变化，因此初步诊断故障为气门密封不严。经拆卸检查，发现故障原因为液力挺柱内部磨损。更换液力挺柱后，故障排除。
本任务要求学生了解气门传动组各组成部件的构造及作用，掌握气门传动组的拆装及检测方法。
任务3.2 气门传动组认知
相关知识
3.2.1　气门传动组的组成
气门传动组的组成：
一般包括凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂和正时传动装置等。
气门传动组的主要作用：
控制进、排气门按照配气相位规定的时间开启和关闭，并保证气门有足够的开度。
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1．凸轮轴
任务3.2 气门传动组认知
凸轮轴是由曲轴驱动而旋转的，用来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。
凸轮轴在实际工作中，受到周期性的冲击载荷的影响，易产生弯曲变形，表面易磨损，因此凸轮轴要有足够的强度、刚度及耐磨性。凸轮轴一般采用优质钢制造，有的也采用合金铸铁或球墨铸铁制造。
凸轮轴主要由凸轮、轴颈等组成。
凸轮分为进气凸轮和排气凸轮，用于驱动气门的开启和关闭；
轴颈用于支撑凸轮轴。
1）凸轮轴的构造及作用
3.2.1　气门传动组的组成
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任务3.2 气门传动组认知
凸轮轴的形式：
凸轮轴按位置不同可分为上置式凸轮轴、中置式凸轮轴、下置式凸轮轴
3.2.1　气门传动组的组成
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任务3.2 气门传动组认知
2）凸轮的轮廓
凸轮的轮廓可保证气门的开启和关闭符合配气相位的要求，并使气门有一定的升程。凸轮的轮廓决定了气门开启和关闭的运动规律，其形状如图所示。
3.2.1　气门传动组的组成
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任务3.2 气门传动组认知
3）同名凸轮的相对角
凸轮轴上各气缸的进气凸轮或排气凸轮称为同名凸轮。从凸轮轴的前端来看，各气缸同名凸轮的相对位置按发动机工作顺序逆凸轮轴转动方向排列，其相对角为做功间隔角的1/2。
工作顺序为1—3—4—2 的四缸发动机，其做功间隔角为720°/4=180°，同名凸轮相对角为180°/2=90°，如图（a）所示；
工作顺序为1—5—3—6—2—4 的六缸发动机，其做功间隔角为720°/6=120°，同名凸轮相对角为120°/2=60°，如图（b）所示。
3.2.1　气门传动组的组成
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任务3.2 气门传动组认知
4）凸轮轴的轴向定位
为了防止凸轮轴在工作过程中产生轴向移动和承受正时齿轮在传动时产生的轴向力，凸轮轴必须有轴向定位装置。
常用的轴向定位方式有凸肩轴向定位、止推板轴向定位和止推螺钉轴向定位等。
3.2.1　气门传动组的组成
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2．挺柱
任务3.2 气门传动组认知
挺柱是凸轮的从动件，
其作用是将凸轮的推力传给推杆或气门，同时承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力，并将其传给机体或气缸盖。
挺柱可分为普通挺柱和液力挺柱两大类。
3.2.1　气门传动组的组成
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任务3.2 气门传动组认知
1)
普通挺柱
普通挺柱有筒式和滚轮式两种形式：
筒式挺柱结构简单，工作可靠，应用广泛；
滚轮式挺柱阻力小、磨损少，但质量较大、结构较复杂，常用于大型柴油机。
3.2.1　气门传动组的组成
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任务3.2 气门传动组认知
2)
液力挺柱
液力挺柱能自动保持配气机构无间隙传动，可降低噪声和磨损，而且可以自动补偿气门间隙，目前在轿车上应用非常广泛。
组成
挺柱体外圆柱面上有一环形油槽，油槽内有一进油孔与低压油腔相通，机油从气缸盖油道进入液压挺柱的低压油腔，并通过键形槽进入柱塞。在机油压力的作用下，柱塞弹簧被压缩，球阀被打开，机油进入柱塞下的高压油腔。机油充满后，球阀回位，柱塞上升，气门间隙消除。当配气机构的运动件磨损后，在高压机油的作用下，柱塞上升，可自动补偿气门间隙。
工作过程
外形
3.2.1　气门传动组的组成
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3．推杆
任务3.2 气门传动组认知
推杆位于挺柱与摇臂之间，其作用是将挺柱的推力传给摇臂，驱动气门开启。
推杆是一根钢管，它是配气机构中最易弯曲的零件，需要有较高的刚度，如图所示。
3.2.1　气门传动组的组成
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4．摇臂
任务3.2 气门传动组认知
摇臂是一个以中间轴孔为支撑，两臂不等长的双臂杠杆结构。
摇臂的作用是改变推杆传来的力的大小和方向，驱动气门开启。
摇臂两边臂长的比值称为摇臂比，摇臂比为1.2～1.8。短臂端装有气门间隙调整螺钉及锁紧螺母，长臂端有用以推动气门的圆弧工作面。由于靠近气门一端的臂较长，因此在一定的气门升程下，摇臂可减小推杆、挺柱的运动距离，从而减小了工作中的惯性力。
对于用摇臂驱动气门开启的配气机构，虽然其结构比较复杂，但可通过选择摇臂两端的长度，在气门升程一定时，减小凸轮升程，同时气门间隙的调整也比较方便。
3.2.1　气门传动组的组成
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任务3.2 气门传动组认知
知识加油站
摇臂轴
摇臂轴为空心管状结构，采用碳钢制成，主要用于支撑摇臂。摇臂轴一般通过摇臂轴支座固定在气缸盖上。为防止摇臂轴向窜动，摇臂轴每两摇臂之间会安装定位弹簧。
3.2.1　气门传动组的组成
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为了实现正确的配气相位，发动机的凸轮轴和曲轴之间需要使用正时传动装置连接起来。
任务3.2 气门传动组认知
5．正时传动装置
正时链传动装置
正时链传动装置由正时齿轮、正时链条和张紧器等组成，如图所示。正时链传动装置适用于曲轴与凸轮之间距离较大以及需要同时驱动两个凸轮轴的情况。正时链传动装置可靠性高、耐久性强。
正时带传动装置
正时带传动装置声音比正时链传动装置小，不需要润滑，因此可以将其布置在发动机机体外。正时传动带侧面必须有导向装置（如导向板、张紧器或导向轮等），以防止其跑偏，如图所示。正时带传动装置需要的安装空间较小，因此具有较好的环境适应能力。
3.2.1　气门传动组的组成
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任务3.2 气门传动组认知
1．凸轮轴的检测
3.2.2　气门传动组的检测
凸轮轴的常见损伤有凸轮轴弯曲变形、凸轮轴磨损、凸轮轴轴向间隙过大等。这些损伤会使气门的最大开度和充气效率降低，配气相位失准，从而影响发动机的动力性和经济性。
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任务3.2 气门传动组认知
1)
凸轮轴弯曲变形的检测
若凸轮轴弯曲变形，则可用其两端轴颈外圆或两端中心孔作为基准，测量中间轴颈的径向圆跳动误差。
3.2.2　气门传动组的检测
检测方法如左图：
用V形架将凸轮轴水平支撑在平台上；
将百分表固定在磁性表座上，使表头紧贴在中间轴颈的测量表面上，并对百分表进行预压、校零；
缓慢转动凸轮轴一周，百分表指针所指示的最大读数与最小读数之差，即为凸轮轴的径向圆跳动误差，也就是凸轮轴的弯曲值。
若凸轮轴的径向圆跳动误差超过极限值，则可对其进行冷压校正，必要时应更换凸轮轴。
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任务3.2 气门传动组认知
2)
凸轮轴磨损的检测
（1）凸轮轮廓磨损的检测
凸轮轮廓的磨损可通过测量凸轮的高度H或升程h来确定，如图所示。凸轮轮廓的磨损是不均匀的，一般凸轮顶尖附近的磨损较为严重。
凸轮高度可用外径千分尺或游标卡尺测量，凸轮升程为凸轮高度与基圆直径之差。若凸轮高度或升程小于极限值，则应更换凸轮轴。
3.2.2　气门传动组的检测
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任务3.2 气门传动组认知
2)
凸轮轴磨损的检测
（2）凸轮轴轴颈磨损的检测
凸轮轴轴颈磨损可通过测量轴颈直径来确定，如图所示。
当凸轮轴轴颈的圆度误差大于0.015 mm，各轴颈
的同轴度误差超过0.05 mm时，应按修理尺寸法
进行校正并修磨凸轮轴。
修磨后轴颈的圆度误差不得超过0.005 mm，以两
端轴颈的公共轴线为基准，中间任一轴颈的径向
圆跳动误差不得超过0.025 mm，正时齿轮轴颈与
止推端面的径向圆跳动误差不得超过0.03 mm。
3.2.2　气门传动组的检测
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任务3.2 气门传动组认知
3)
凸轮轴轴向间隙的检测
凸轮轴轴向间隙过大，凸轮轴易产生轴向窜动；凸轮轴轴向间隙过小，凸轮轴运转将受阻。
凸轮轴轴向间隙的检测方法：在气缸盖上安装凸轮轴，将百分表安装在磁性表座上，将磁性表座安装在气缸体的合适位置上；将百分表表头紧贴凸轮轴端部，并对百分表进行预压、校零；
轴向（前后）往复撬动凸轮轴，同时观察百分表的偏摆量，其数值即为凸轮轴轴向间隙。若凸轮轴轴向间隙超过极限值，则应更换凸轮轴。
3.2.2　气门传动组的检测
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任务3.2 气门传动组认知
2．挺柱的检测
3.2.2　气门传动组的检测
1）普通挺柱的检测
普通挺柱的主要损伤是挺柱底部出现剥落、裂纹、擦伤划痕，挺柱与挺柱导孔配合松旷等。
（1）外观的检测
目测挺柱底部是否磨损、环形光环、拉伤、拉毛、疲劳剥落斑点等。若挺柱底部出现擦伤划痕，应更换；若挺柱底部出现环形光环，则说明磨损不均匀，应尽早更换；若挺柱底部出现疲劳剥落斑点，则应立即更换。
（2）挺柱与挺柱导孔配合间隙的检测
挺柱与挺柱导孔的配合间隙一般为0.03～0.10 mm。如果超过0.12 mm，应视情况更换挺柱。
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任务3.2 气门传动组认知
2．挺柱的检测
3.2.2　气门传动组的检测
2）液力挺柱的检测
液力挺柱常见损坏是工作面磨损或损伤、内部配合表面磨损等。液力挺柱内部配合表面磨损会导致其密封不良。检测时，除按普通挺柱的检测项目和方法对液力挺柱进行检测外，还需对液力挺柱的密封性进行检测。
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任务3.2 气门传动组认知
3.2.2　气门传动组的检测
（1）将液力挺柱装入油杯，并在油杯中加入试验油，使液力挺柱完全浸没在试验油中。
（2）用检验仪上的压头压住液力挺柱柱塞（或液压缸），反复把重臂提起再放下，使挺柱体中的柱塞（或液压缸）上下往复运动多次，以便排除液力挺柱内的空气，直到杯中无气泡冒出，再提起重臂，使柱塞（或液压缸）自由升起到正常位置。
（3）将重臂轻轻落下，在重臂作用下，液力挺柱会逐渐缩短，检验仪指针可在刻度盘上指示出液力挺柱尺寸的变化量。
（4）顺时针转动检验仪上的手柄，使油杯旋转，转速为30 r/min。
（5）当检验仪指针指到刻度盘上的“START”标记时，按下秒表，记录液力挺柱缩短一定尺寸所需的时间。不符合规定时间要求的液力挺柱应更换。
液力挺柱密封性的检测方法如图所示，具体检测步骤如下：
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任务3.2 气门传动组认知
3．推杆的检测
3.2.2　气门传动组的检测
推杆的常见损伤是端头磨损或杆身弯曲变形。
（1）检测推杆两端头，若磨损严重或有损伤，则应更换。
（2）推杆杆身的弯曲变形可通过在平板上来回滚动推杆并用厚薄规测量推杆与平板之间的间隙来衡量。若推杆杆身的弯曲变形超过极限值，则应校正或更换。
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任务3.2 气门传动组认知
4．摇臂与摇臂轴的检测
3.2.2　气门传动组的检测
摇臂与摇臂轴的检测主要包括以下几个方面:
（1）摇臂头部应光洁无损。
（2）若摇臂与摇臂轴的配合间隙超过规定值，则应更换摇臂衬套，并按摇臂轴的尺寸进行铰削或镗
削修理。摇臂与摇臂轴配合间隙的检测如图所示。
（3）摇臂上调整螺钉的螺纹孔损坏时，一般应更换。
（4）摇臂轴弯曲时，应冷压校直，使其直线度误差在100 mm长度上不大于0.03 mm。
（5）摇臂轴轴颈的磨损量大于0.02 mm或摇臂轴与摇臂承孔的配合间隙超过极限值时，应刷镀修复或更换摇臂轴。
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任务3.2 气门传动组认知
5．正时传动装置的检测
3.2.2　气门传动组的检测
链条
齿轮
（1）正时链条的检测。
检测正时链条时，应测量全链条的长度。测量长度时，应对正时链条施加一定的拉力，拉紧后再进行测量。若长度超过极限值，则应更换正时链条。
（2）正时齿轮的检测。
检测正时齿轮时，将正时链条分别包住凸轮轴正时齿轮和曲轴正时齿轮，用游标卡尺测量其直径。
测量后，取其最小值。若直径小于极限值，则应更换正时齿轮。例如，丰田2Y、3Y发动机最小凸轮轴正时齿轮的极限直径为114 mm，最小曲轴正时齿轮的极限直径为59 mm。
1）正时链传动装置的检测
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任务3.2 气门传动组认知
5．正时传动装置的检测
3.2.2　气门传动组的检测
2）正时带传动装置的检测
（1）正时传动带外观的检测。
先检测正时传动带表面是否粘有油污、冷却液等，若有，则应及时清理干净；再检测正时传动带表面是否有裂纹或纤维断裂等，若有，则应及时更换。
应及
（3）张紧器的检测。
张紧器的常见故障有滚轮轴承卡死、导向轮轴承卡死及漏油等。在日常维护中，可以通过检测张紧器是否有异响或漏油的痕迹来判断其好坏。
（2）正时传动带松紧度的检测。
如图所示，检测正时传动带松紧度时，用手指捏住正时齿轮和中间齿轮之间的正时传动带，以刚好能转90°为宜。将曲轴转2～3 圈后，再次检查。

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