气门传动组结构特征分析-学汽车发动机故障检修

气门传动组主要部件包括：正时轮组（正时链轮和链条或者正时带轮）、凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂及摇臂轴等。

1.凸轮轴的结构特征分析

凸轮轴的作用是驱动和控制发动机各个气缸进、排气门的开启和关闭，使其符合发动机的工作顺序、配气相位及气门开度变化等要求。此外，有些汽油机还用它来驱动汽油泵、机油泵和分电器等。凸轮轴是气门驱动部件中最重要的零件之一。

凸轮轴由凸轮、凸轮轴颈及轴等组成，如图2-11所示。凸轮可以分为进气凸轮和排气凸轮，分别用来驱动进气门和排气门的开启和关闭。轴颈主要用于支承并装配凸轮轴在气缸体（或气缸盖）上。这些凸轮按照一定的顺序和角度排列。

图2-11 四缸四冲程汽油机凸轮轴结构

a）发动机凸轮轴 b）各凸轮的相对角位置 c）进（排）气凸轮投影 1—凸轮2—凸轮轴轴颈 3—驱动汽油泵的偏心轮 4—驱动机油泵和分电器的螺旋齿轮

由于凸轮在工作过程中不断受到气门间歇性开启时反作用于挺柱的周期性冲击载荷与摩擦，因此要求凸轮的工作表面必须具有较高的耐磨性和抗疲劳强度，同时要求凸轮轴具有足够的韧性和刚度，以便能承受冲击负荷，使受力后变形较小。大部分凸轮轴采用优质钢模锻而成，有些也采用球墨铸铁、合金铸铁铸造而成，对凸轮和轴颈的工作表面经过热处理后精磨，以提高其耐磨性。

凸轮轮廓的形状应该能保证气门开闭的持续时间符合配气相位的要求，并使气门有合适的升程及运动规律。

图2-12 凸轮的轮廓及确定

每种型号的发动机的凸轮具有不同的轮廓形状。图2-12所示的凸轮轮廓中，整个轮廓由凸顶、凸根、打开凸面以及关闭凸面组成。凸轮轴升程是指从基圆直径往上凸轮能达到的高度。它决定了气门的升程大小。凸轮的顶部称作凸顶，它的长度决定了气门将在完全打开的位置保持多长时间。凸顶可能有多种不同的轮廓形状，这取决于气门需在完全打开的位置保持多久。凸根是指凸轮轴外形的底部，当挺柱或气门在凸根部分移动时，气门处于完全关闭状态。凸轮的这些外形特征决定了气门开闭过程的具体特性——时间和速度。

同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置是与既定的配气相位相适应的。发动机各缸的进、排气凸轮的相对角位置应符合发动机各缸的点火顺序和点火间隔时间的要求。因此，必须根据凸轮轴的旋转方向以及各缸进、排气和凸轮的工作顺序，来判定发动机的点火次序。对于四缸四冲程发动机来说，每完成一个工作循环，曲轴旋转两周而凸轮轴旋转一周，各气缸分别进行一次进气和一次排气，且进气与排气时间间隔相等，即各缸进气或者排气凸轮彼此间的夹角为360°/4=90°，发动机的凸轮轴旋转方向（从前端向后看）为逆时针，可以确定该发动机的点火顺序为1-2-4-3；而对于六缸四行程发动机来说，同样的每完成一个工作循环，曲轴旋转两周而凸轮轴旋转一周，各气缸分别进行一次进气和一次排气，且各缸进气和排气间隔时间相等，所以各缸进气和排气凸轮彼此间的夹角为360°/6=60°。如图2-13所示，同样的道理，该发动机的点火顺序可以确定为1-5-3-6-2-4。

图2-13 六缸发动机凸轮轴及其进、排气凸轮投影

1—凸轮 2—凸轮轴轴颈 3—驱动汽油泵的偏心轮 4—驱动分电器等的螺旋齿轮

图2-14 挺柱的结构形式

a）菌形 b）筒形 c）滚轮式 d）液压式 e）滚轮摇臂式

2.挺柱的结构特征分析

挺柱的作用是将凸轮的推力传给推杆或气门杆，推动推杆或气门克服气门弹簧的作用力而运动，同时承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力。其安装位置为气缸体或气缸盖相应的导向孔，常用镍铬合金铸铁或冷激合金铸铁制造。

挺柱可以分为普通挺柱（图2-14a、b、c）和液压挺柱（图2-14d）及滚轮摇臂式（图2-14e）三种类型。

（1）普通挺柱结构特征分析 普通挺柱有菌形挺柱（图2-14a）、筒形挺柱（图2-14b）和滚轮式挺柱（图2-14c）三种形式。菌形和筒形挺柱由于采用中空形式，均可减轻本身重量；滚轮式挺柱由于接触面为线接触，滚轮可以自由滚动，可以减轻磨损。普通挺柱由于均为刚性结构，无法自动消除气门间隙，因此采用普通挺柱的发动机必须调整气门间隙。

（2）液压挺柱结构特征分析 液压挺柱较普通挺柱最大的优点在于液压挺柱能够消除发动机气门间隙，从而不需要对气门间隙进行调整；同时，液压挺柱亦可降低发动机的配气机构的传动噪声。

图2-15所示为桑塔纳和捷达轿车发动机采用的液压挺柱。挺柱体由上盖和圆筒焊接成一体，可以在缸盖的挺柱体孔中上下运动。液压缸的内孔和外圆都经过精加工研磨，外圆与挺柱内导向孔相配合，内孔则与柱塞配合，两者都可以相对运动。液压缸底部装有一个补偿弹簧，把球阀压靠在柱塞的阀座上，它还可以使挺柱顶面和凸轮表面保持紧密接触，以消除气门间隙。当球阀关闭柱塞中间孔时，可将挺柱分成两个油腔，即上部的低压油腔和下部的高压油腔；球阀开启后，则形成一个通腔。(www.xing528.com)

图2-15 液压挺柱

1—高压油腔 2—缸盖油道 3—油量孔 4—斜油孔 5—球阀 6—低压油腔 7—键形槽 8—凸轮轴 9—挺柱体 10—挺柱体焊缝 11—柱塞 12—套筒 13—弹簧 14—缸盖 15—气门杆

图2-16 推杆

1—上凹球头 2—空心杆 3—下凸球头

图2-17 推杆

a）钢制实心推杆 b）硬铝棒推杆 c）、d）钢管制成的空心推杆

3.推杆的结构特征分析

推杆的作用是在顶置式气门下置式凸轮轴的配气机构中，把凸轮轴经挺柱传来的推力传递给摇臂。推杆是配气机构中最易弯曲的细长零件。其结构一般包括上凹球头、下凸球头和空心杆（实心杆）三个部位，如图2-16所示。推杆通常采用冷拔无缝钢管制成，也有些采用硬铝制造，如图2-16所示。钢制实心推杆（图2-17a）一般是同球形支座制成一个整体，再进行热处理；硬铝材料实心推杆（图2-17b）两端配以钢制的支承，其上下端头与杆身做成一体；钢制空心推杆如图2-17c、d所示，前者的球头与杆身是整体锻造出来的，后者的两端与杆身是用焊接和压配的方法联成一体的。虽然结构形式有一定差异，但是对推杆的要求是一样的，即质量轻、刚度大。一般情况下，为保证挺杆与摇臂、挺柱的正确配合，推杆上端焊有钢质的凹球形接头与摇臂调节螺钉的球头相配合；下端焊有球形接头，支撑在挺柱的凹球承座内。

4.摇臂与摇臂组的结构特征分析

摇臂的作用是改变力的传递方向，摇臂相当于一个杠杆结构，它将推杆的作用力改变方向传给气门杆尾端从而推动气门打开；利用两边臂长的比值（称摇臂比）来改变气门的升程，气门摇臂一般制造成不等长的形式，靠气门一边比靠推杆一边臂长30%～50%，这样可以获得较大的气门升程。

摇臂可以分为普通摇臂和无噪声摇臂。

（1）普通摇臂 图2-18所示为普通摇臂，其长臂端部以圆弧形的工作面与气门尾端接触用以推动气门。短臂的端部有螺孔，用来安装调整螺钉及锁紧螺母，以调整气门间隙。螺钉的球头与推杆顶端的凹球座相连接。该连接部分接触应力高，且有相对滑移，磨损严重，因此在该部分常堆焊有硬质合金。因为靠气门一端的臂长，所以在一定的气门升程下，能减小推杆、挺柱等运动件的运动距离和加速度，从而减小了惯性力。摇臂内一般钻有油道，与摇臂轴中心相通，如图2-19所示。压力机油充满摇臂轴中心，并从摇臂油孔流出，润滑挺杆及气门杆端等零件。

图2-18 摇臂

1—气门间隙调整螺钉 2—调节螺母 3—摇臂 4—摇臂轴套

图2-19 摇臂中的油道

A、C—油道 B—油槽

（2）无噪声摇臂 国外某些发动机采用无噪声摇臂，主要目的是为了消除气门间隙，减小由此而产生的冲击噪声。其工作流程如图2-20所示，起主要作用的结构为凸环。凸环以摇臂的一端为支点，并靠在气门杆部的端面上。当气门处在关闭位置时，在弹簧的作用下，柱塞推动凸环向外摆动，从而消除了气门间隙；气门开启时，推杆便向上运动推动摇臂，由于摇臂已经通过凸环和气门杆部的端面处在接触状态，从而消除了气门间隙。

摇臂组件的结构如图2-21所示，主要包括摇臂轴、摇臂轴支座、摇臂衬套、摇臂、限位弹簧、紧固螺栓、锁紧螺母、调整螺钉等。