任务一 配气机构构造维修
教学目标
知识目标
1.掌握配气机构的分类及基本组成。
2.掌握配气机构的工作原理。
技能目标
1.能正确描述配气机构各主要零件的构造。
2.能对配气机构进行正确拆装、检测和部件更换。
3.能正确对配气机构相关调整与维修。
知识链接
一、配气机构概述
对配气机构的要求是结构参数和形式有利于减少进气和排气阻力，而且进、排气门的开启时刻和持续的开启时间比较适当，使进气和排气都尽可能充分，以得到较大的功率转矩和良好的排放性能。
新鲜混合气或空气充满气缸的程度，用充气效率来表示。充气效率越高，表明进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气质量越多，燃烧混合气可能发出的热量越大，发动机的功率越大。对一定容积（V）的发动机而言，质量与进气终了的温度（T）和压力（P）有关，进气的T和P越低，进气质量越大，充气效率越高。但由于进气系统对气体造成阻力使进气终了时的气缸内压力下降，又因为上一轮循环中残余的高温废气，使进气终了气体温度升高，实际进入气体的质量总小于在一般状态下的充满气缸气体的质量。也就是说，充气效率总小于1，一般在0.8～0.9之间。
1.配气机构类型
（1）按凸轮轴布置型式分类
按凸轮轴的布置型式可以分为凸轮轴下置、中置和上置三种，如图2-1-1所示。三者都可以用于气门顶置式配气机构。
① 凸轮轴下置式。大多数载货汽车和大、中型客车发动机都采用凸轮轴下置式。凸轮轴装在曲轴箱内，直接由凸轮轴正时齿轮与曲轴正时齿轮相啮合，由曲轴带动，该布置方式气门弹簧的预紧力较大，故需要更加可靠的传动。凸轮轴一般平行布置在曲轴的一侧，由于曲轴和凸轮轴位置靠近，只用一对正时齿轮传动，使得传动系比较简单可靠。
② 凸轮轴中置式。凸轮轴位于气缸体的上部。为了减小气门传动机构的往复运动的质量，对于高转速的发动机，可将凸轮轴的位置移到气缸体的上部，由凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂而省去推杆。该形式的配气机构因曲轴与凸轮轴的中心线距离较远，一般要在中间加入一个中间齿轮（惰轮）。有的也采用链条传动（如别克赛欧）或齿型带传动。
③ 凸轮轴上置式。将凸轮轴直接布置在缸盖上，凸轮轴直接通过摇臂或挺柱来驱动气门，没有挺柱和推杆，使往复运动的质量大为减小，对凸轮轴和气门弹簧的要求也最低，该布置方式传力零件少，发动机损失功相对较少，因此它适用于高速强化发动机，另外，由于凸轮轴离曲轴中心较远，因而都采用链条传动或同步齿形带传动，使得正时传动机构较为复杂，目前大多数轿车采用凸轮轴上置式。
（2）按凸轮轴传动方式分类
凸轮轴由曲轴带动旋转，它们可以通过正时齿轮、正时链条或正时皮带来传动。四行程发动机每完成一个工作循环，曲轴旋转两圈，各缸的进、排气门各开启一次，即凸轮轴只转一圈，所以曲轴与凸轮轴的传动比为2∶1。为保证正确的配气正时和喷油正时，在传动齿轮上都会刻有正时记号，装配时必须对准。
（3）按气门数量及排列方式分类
按每个缸气门数量可以分为双气门发动机和多气门发动机两种。
① 双气门。一般发动机都采用每缸两个气门，即一个进气门和一个排气门的结构。其结构简化，气门沿机体纵向轴线排成一列。这样，相邻两缸的同名气门就有可能合用一个气道，以使气道简化并得到较大的气道通过截面；另一种是将进、排气门交替布置，每缸单独用一个气道，这样有助于气缸盖冷却均匀。但其气缸换气受到进气通道的限制，故都用于低速发动机。为了改善换气，在可能的条件下，应尽量加大气门的直径，特别是进气门的直径。
驱动。一根凸轮轴驱动。
汽油机。置于机体一侧，进气预热，提高汽油挥发性。
柴油机。置于机体两侧，防止进气预热，提高充气效率。
② 多气门发动机。主要有三气门发动机（每缸两个进气门，一个排气门）；四气门发动机（每缸两个进气门，两个排气门）以及五气门发动机（每缸三个进气门，两个排气门）。
大排量、高转速、高功率的新型汽车发动机多采用多气门结构，如四气门、五气门（三进两出）、八气门等。
③ 气门的排列。一种是同名气门排成两列，由一个凸轮通过T形驱动杆同时驱动，并且所有气门都可以由一根凸轮轴驱动。另一种是同名气门排成一列，进排气门分别位于曲轴中心线的两侧，分别采用两凸轮轴驱动，每缸两同名气门采用两个形状和位置相同的凸轮驱动。右图2-1-2为四气门的排列。
（4）按气门驱动方式分类
按气门驱动方式可以分为摇臂式、摆臂式、直接驱动式，如图2-1-3所示。
图2-1-2 四气门的排列
2.配气机构组成
各式配气机构都可分为气门组和气门传动组两大部分。气门组包括气门及与之相关联的零件，主要有气门、气门座、气门导管、气门弹簧、弹簧座圈、锁片等，其组成与配气机构的形式基本无关。
气门传动组是从正时齿轮开始至推动气门动作的所有零件，主要有凸轮轴、正时齿轮、挺柱、摇臂、摇臂轴等，其组成视配气机构的形式而有所不同，它的功用是定时驱动气门使其开闭。配气机构组成如图2-1-4所示。
3.配气机构工作原理
（1）凸轮轴顶置式配气机构的工作原理
凸轮轴通过正时皮带或链条有曲轴驱动，四冲程发动机每完成一个工作循环曲轴转两周，各缸进排气门各开闭一次，凸轮轴转一周，采用液压挺柱的配气机构凸轮轴的尖角推动液压挺柱使气门向下运动气门打开，凸轮转到圆角时，由气门弹簧使气门关闭。
（2）凸轮轴下置式配气机构工作原理
发动机工作时，凸轮轴在曲轴以不同驱动方式驱动下旋转，当凸轮轴上的凸轮由基圆经缓冲段到工作段时，挺杆在凸轮的作用下推动推杆向上运动推杆通过气门调整螺钉使摇臂摇摆，克服气门弹簧弹力，将气门向下顶开，随着凸轮继续旋转，挺杆逐渐从凸轮的工作段向缓冲段运动，最后在气门弹簧作用下逐渐关闭，挺杆完全落到凸轮基圆时，气门完全关闭。
二、气门组
1.气门组功用
气门组在压缩、做功行程中密封气缸，进气行程时进打开，排气行程时排气门打开。气门关闭时，气门弹簧弹力使气门紧贴在气门座上。
2.气门组零部件组成
气门组包括气门、气门导管、气门座及气门弹簧、气门锁片、气门油封等零件。如图2-1-5所示，有的进气门还设有气门旋转机构，气门组应保证气门对气缸的密封性，对气门组有以下要求：
气门头部与气门座贴合严紧；气门在气门导管中上下运动良好；气门弹簧的两端面与气门杆中心线垂直，保证气门头部在气门座上不偏斜；气门弹簧力足以克服气门运动惯性，使气门能顺利开闭。
3.气门组主要部件简介
（1）气门
气门是用来控制发动机进、排气道开闭的菌状零件，一般分为进气门和排气门两种。进气门的直径比排气门的大一些，目的是尽可能多进些气体。
气门结构包括头部和杆身两部分，两者圆弧连接。气门头部由气门顶部和密封锥面组成。
① 气门顶部。气门顶部按形状主要分成平顶、凸顶和凹顶三种结构形式，如图2-1-6所示。
平顶。平顶是大多数发动机采用的一种方式。它吸热面积小、结构简单、制造方便，质量小，进、排气门均可采用。
凸顶（球面顶）。球面顶的强度高，排气阻力小，废气清除效果好，适合做排气门。但球面顶形状受热面积大、质量和惯性大，加工也复杂。
凹顶（喇叭形顶）。喇叭形顶与杆身的过度部分具有流线型，气体流动阻力小，且质量轻、惯性小。但顶部受热面积大，适合做进气门，不宜做排气门。
② 气门密封锥面。气门密封锥面是与杆身同心的圆锥面，用来与气门座接触，起到密封气道的作用。如图2-1-7所示，气门密封锥面与顶平面之间的夹角，称为气门锥角，一般做成45°。有的发动机进气门做成30°，这是因为在气门升程相同的情况下，气门锥角小，可获得较大的气流通过截面，进气阻力较小。但锥角较小的头部边缘较薄，刚度较小，致使气门头部与气门座的密封性和导热性均较差，易在热态时变形，影响贴合。因为排气门温度较高，导热要求也很高，故它的气门锥角大多为45°。为保证良好密合，装配前应将气门头与气门座的密封锥面互相研磨。研磨好的零件不能互换。为了改善气门头部的耐磨性和耐腐蚀性，有的发动机在排气门密封锥面上堆焊一层含有大量的镍、铬、钴等金属元素的特种合金，以提高硬度。
图2-1-7 气门锥角
气门采用锥形工作面的作用：提高密封性和导热性；气门落座时有定位作用；避免气流拐弯过大而降低流速；挤掉接触面沉淀物，起到自洁作用。
气门边缘的厚度一般为1～3 mm，以防止工作中与气门座冲击而损坏或被高温烧坏。为了减少进气阻力，提高气缸进气效率，多数发动机进气门比排气门大。用过的进气门与排气门颜色也不同。气门杆呈圆柱形，在气门导管中不断进行往复运动，其表面必经过热处理和磨光。气门杆端部的形状取决于气门弹簧的固定形式，常用的结构是两半锁片来固定弹簧座，气门杆的端部有环槽来安装锁片，有的是用锁销来固定，其端部有一安装锁销用的孔。
③ 气门杆身。气门杆身与气门导管配合，为气门开启与关闭过程中的上下运动导向。气门杆身为圆柱形，发动机工作时，气门杆身在气门导管中不断上下往复运动，而且润滑条件极为恶劣。因此，要求气门杆身与气门导管有一定的配合精度和耐磨性。
如气门杆与气门导管磨损严重而导致气门歪斜，会使气门关闭不严，影响发动机的动力性和经济性，甚至引起进气管回火、排气管放炮等现象，严重气门会被烧毁。
④ 气门杆尾部。气门杆尾部是用以固定气门弹簧座，其结构随弹簧座的固定方式不同而异。常用的固定方式有锥形锁环式和锁销式，如图2-1-8所示。
图2-1-8 气门杆的固定方式
锥形锁环式。锥形锁环被剖分成两半，合在一起形成一个完整的圆锥结构，内孔有一环形凸起。弹簧座的中心孔为圆锥孔，用来与锁环的外圆锥面配合。安装时，用专用工具将弹簧座连同气门弹簧压下，将两片锁环套于气门杆尾部合并在一起，锁环内孔的环状凸起正好位于气门杆尾端的环形槽内。放松弹簧座，在气门弹簧的弹力作用下，弹簧座的圆锥孔与锁环的圆锥面紧紧地黏在一起，不会脱落。
锁销式。固定方法比较简单，将弹簧座连同弹簧一起压下后，把锁销插入气门杆尾部的径向孔内，放松弹簧座后，锁销正好位于弹簧座的外侧面的凹穴内，防止了弹簧座的脱出。
（2）气门油封
气门油封为气门机油防漏装置，适量机油进入气门导管和气门杆之间的间隙，对于气门润滑是必要的，但过多会在气缸内和气门上造成积碳，因此装有防漏装置，气门油封损坏，会导致润滑油进入燃烧室燃烧，出现排气管冒蓝烟，机油消耗异常等现象，气门油封为一次性，拆卸后应换新。图2-1-9为科鲁兹轿车发动机气门油封实物。
技术提示
如气门油封损坏，会使机油由气门处进入燃烧室燃烧，出现烧机油现象，气门油封多为一次性产品，拆卸后应更换新品。
（3）气门旋转机构
当气门工作时，如能产生缓慢的旋转运动，可使气门头部周向温度分布比较均匀，从而减小气门头部的热变形。同时气门旋转时，在密封锥面上产生轻微的摩擦力，能够清除锥面上的沉积物。
如图2-1-10所示，在旋转机构的壳体上有变深度的凹槽，凹槽中装有钢球和复位弹簧，蝶形弹簧安装在旋转机构壳体与气门弹簧座之间。当气门关闭时，蝶形弹簧并没有压紧在钢球上。这时钢球在复位弹簧的作用下位于凹槽的最浅处。当气门开启时，气门杆尾端受到的压力传到蝶形弹簧，使蝶形弹簧变形并紧压在钢球上，迫使钢球沿凹槽的斜面滚动，同时带动旋转机构的壳体和气门锁夹以及气门一起旋转一定角度。
图2-1-10 气门的旋转机构
（4）气门导管
气门导管如图2-1-11所示。
气门导管的作用是起导向作用，保证气门做直线运动。使气门与气门座能正确贴合。此外，气门导管还在气门杆与气缸体之间起导热作用。气门导管的工作温度较高，气门杆在其中运动，仅靠配气机构飞溅出来的机油进行润滑，易磨损，所以气门导管大多数适用灰铸铁、球墨铸铁等制造的。气门导管外圆柱面经过机加工后压入气缸盖，为了防止气门导管在使用中松脱，有的发动机用卡环定位。气门杆与气门导管之间有0.05～0.12 mm间隙，使气门杆能在导管中自由运动。
（5）气门座
① 气门座的形式。气门座的形式有两种，一是直接在气缸盖上镗出；二是单独制成气门座圈，镶嵌在气缸盖上。直接在气缸盖上的气门座散热效果好，使用中不存在脱落造成事故的可能性。但存在不耐高温、不耐磨损，不便于修理更换等缺点。气门座圈用耐热合金钢或耐热合金铸铁制成，镶嵌在气缸盖上。它不但耐高温、耐磨损和耐冲击，使用寿命长，而且易于更换。缺点是导热性差，加工精度高，如果与缸盖上的座孔公差配合选择不当，还可能发生脱落而造成事故。
② 气门座的结构。气门座的锥角由三部分组成。其中45°（或30°）的锥面与气门密封锥面贴合，如图2-1-12所示。为保证有一定的贴合压力，使密封可靠，同时又有一定的散热面积，要求结合面的宽度为1～3 mm。30°和60°锥角是用来修正工作锥面的宽度和上、下位置的（有些发动机是15°和75°），以使其达到规定的要求。在安装气门前，还应采用与气门配对研磨的方法，以保证贴合得更紧密、可靠。
某些发动机的气门锥角比气门座锥角小0.5°～1°，该角称为密封干涉角。这样做有利于走合期的磨合。走合期结束，干涉角逐渐消失，恢复全锥面接触。
图2-1-12 气门座锥角示意图
（6）气门弹簧及弹簧座
① 气门弹簧。气门弹簧的功用是克服在气门关闭过程中气门及传动件的惯性，防止各传动件之间的惯性的作用产生间隙。保证气门及时坐落并紧密接触，防止气门在发动机震动时发生跳动，破坏其密封性。为保证上述作用的发挥，气门弹簧的刚度一般都很大，而且在安装时进行了预紧压缩，因此预紧力很大。
气门弹簧多为圆柱形螺旋弹簧，其一端支承在气缸盖或气缸体上，而另一端则压靠在气门杆端的弹簧座上，弹簧座用锁片固定在气门杆的末端。图2-1-13所示为气门弹簧的三种类型。
为避免共振的发生，常采用以下结构措施：
提高弹簧刚度。提高气门弹簧的刚度，即提高气门弹簧的自然振动频率。如加粗弹簧的直径，减小弹簧的圈径。
采用变螺距弹簧。各圈之间的螺距不等，在弹簧压缩时，螺距较小的弹簧两端逐渐贴合，使有效圈数逐渐减少，因而固有振动频率不断变化（增加），避免共振发生，如图2-1-13（a）所示。
采用锥形气门弹簧。锥形气门弹簧的刚度和固有振动频率沿弹簧轴线方向是变化的，因此可以消除发生共振的可能性，如图2-1-13（b）所示。
采用双弹簧结构。每个气门同心安装两根直径不同、旋向相反的内外弹簧，如图2-1-13（c）所示，由于两弹簧的自振频率不同，当某一弹簧发生共振时，另一弹簧起减振作用。当一根弹簧折断时，另一根还能继续维持工作。
技术提示
安装双弹簧时两个弹簧旋向应相反，可以防止一根弹簧折断时卡入另一根弹簧内，以免好的弹簧被损坏。安装变螺距弹簧和锥形弹簧时，应使螺距小的一端和弹簧大端朝向不动的气缸盖顶面。
② 气门弹簧座。和气门杆尾部配合，用以固定气门弹簧座，固定方式常见有锥形锁片式和锁销式。图2-1-14为科鲁兹轿车发动机气门弹簧座实物图。
图2-1-15 科鲁兹轿车发动机气门锁片
锥形锁环式。将一完整圆锥剖分成两半而成，内孔有一环形凸起，弹簧座中心孔为圆锥形，与锁环的外圆锥面形成密切配合。
锁销式。将弹簧座连同弹簧一起压下后把锁销插入气门杆尾部的径向孔内，放松弹簧座后，锁销正好位于弹簧座的外侧面凹穴内防止了弹簧座的脱出。
（7）气门锁片
气门锁片与气门杆尾部和弹簧座共同配合安装后固定了气门弹簧，防止了气门的脱落。图2-1-15为科鲁兹发动机气门锁片实物图。
4.气门组主要机件的耗损
（1）气门的检修作业
① 气门的主要耗损
气门的常见耗损形式：气门杆部及尾端的磨损、气门工作锥面磨损与烧蚀、气门杆弯曲变形等。气门出现下列耗损之一时，应予以更换。
轿车气门杆磨损量大于0.05 mm，载货汽车气门杆磨损量大于0.10 mm，或杆身出现明显的台阶形磨损。
气门杆尾部端的磨损量大于0.5 mm或起槽。
气门头部圆柱部分的厚度小于1.0 mm。
气门杆直线度误差和工作锥面的径向圆跳动误差大于0.05 mm时。
② 气门的检验
外观检验。观察气门有无裂纹、破损或烧蚀、烧损。出现时应更换新件。
磨损检验。用外径千分尺测量气门杆的直径，用游标卡尺测气门总长度，根据测得的数值，对比更换条件，确定是否进行更换，如图2-1-16所示。
变形检验。用气门杆相对中心的径向圆跳动代替气门弯曲变形检验，具体参照曲轴的变形检验，如图2-1-17所示。
③ 气门的修理
气门由于价格比较便宜，配件供应充分，一般没有修复的价值，现代维修企业基本是直接选用新气门进行更换。
（2）气门导管的检修
① 气门导管耗损分析
在发动机工作过程中，由于气门杆在气门导管内滑动，导致气门导管内孔磨损，与气门之间的配合间隙变大，使得气门在工作过程中歪斜，影响气门的密封性。因此，当气门导管磨损严重或气门导管破裂时，应更换气门导管。例如，桑塔纳发动机进气门与导管配合间隙的使用极限为1 000 mm，排气门与导管配合间隙使用极限为1 300 mm。
② 气门导管更换的工艺
第1步：拆除旧导管。用外径略小于气门导管内孔的阶梯轴冲出旧导管。
第2步：选择新导管。选择外径尺寸符合要求的新导管。
第3步：安装新导管。用砂布打磨气门导管承孔口，往承孔内壁上及导管配合表面上涂少许机油，将导管放正，在导管上垫上铜质的阶梯轴，用压力机或手锤将导管装入承孔内。
第4步：气门导管的铰削。气门导管装入后应检查气门杆与导管内孔之间的间隙，看是否符合技术要求。如果在运动中有阻滞感，可用铰刀铰削导管内孔，但铰削量要小，且边铰削边试配。直到间隙合适为止。
③ 气门与气门导管之间的配合间隙检验
可用经验法进行判断。洗净涂油的气门放入导管，上下拉动数次，将气门提起一个高度后松开，如果气门能在自重的作用下徐徐下落，则表明配合间隙适当。
三、气门传动组
1.组成
气门传动组主要包括凸轮轴、正时齿轮、挺柱及其导杆、推杆、摇臂臂和摇臂轴等，其作用是使进排气门按配气相位规定的时刻进行开闭，并保证有足够的开度。
2.凸轮轴的驱动方式
凸轮轴由曲轴带动旋转，它们可以通过正时齿轮、正时链条或正时皮带来传动。如图2-1-18所示，四行程发动机每完成一个工作循环，曲轴旋转两圈，各缸的进、排气门各开启一次，即凸轮轴只转一圈，所以曲轴与凸轮轴的传动比为2∶1。为保证正确的配气正时和喷油正时，在传动齿轮上都会刻有正时记号，装配时必须对准。
图2-1-18 凸轮轴的驱动
（1）齿轮传动。对于凸轮轴下置配气机构的发动机大多采用正时齿轮传动。一般从曲轴到凸轮轴的传动只需一对正时齿轮，若齿轮直径过大，可在中间加装一个惰轮。为了啮合平稳，减小噪声，正时齿轮多用斜齿。在中、小功率发动机上，曲轴正时齿轮采用钢来制造，而凸轮轴正时齿轮则采用铸铁或夹布胶木制造，以减小噪声。由于齿轮传动比较平稳，配气正时控制精度高，又不需要张紧装置，摩擦损失小，使用中也不需要调整和保养，所以得到了广泛应用。其缺点是传力零件比较多，工作的平稳性较差，发动机损失功率多，振动和噪音较大。
（2）链传动。链条与链轮的传动特别适用于凸轮轴上置、中置的配气机构。为使其在工作时链条有一定的张力而不至脱链，通常装有导链板、张紧装置等，如图2-1-19所示。链条与链轮传动的主要问题是其工作可靠性和耐久性不如齿轮传动，其传动性能在很大程度上取决于链条的制造质量，所以应用很少。
（3）齿形带传动。近年来，在高速发动机上广泛采用齿形带来代替传动链，它不需要润滑，工作噪音低，结构质量轻，制造成本低。该齿形带用氯丁橡胶制成，中间夹有玻璃纤维和尼龙织物，目的是增加强度。为确保齿形传动的可靠性，齿形带传动也需要张紧装置，如图2-1-20所示，如齿形带过松，发动机工作过程中可能产生跳齿现象，使配气相位失准，严重影响发动机正常工作。
图2-1-19 链条张紧装置
1.链条减震器；2.止回球；3、6.弹簧；4.活塞；5.凸轮；7.机油；8.正时链条；9.链条拉紧器滑块；10.正时链条自动张紧器
3.气门传动组主要部件简介
（1）凸轮轴
雪佛兰科鲁兹LDE发动机凸轮轴，如图2-1-21所示。
① 凸轮轴类型
下置式凸轮轴。下置式凸轮轴主要由凸轮、轴颈、偏心轮和螺旋齿轮等组成，如图2-1-22所示。其中，偏心轮是带动膜片式汽油泵工作的；螺旋齿轮是带动机油泵和分电器工作的，主要用于凸轮轴下置的载货或大型汽车。
上置式凸轮轴。主要由凸轮、轴颈、轴向定位凸肩、凸轮轴位置传感器信号轮等组成，如图2-1-23所示。主要适用现代轿车。
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凸轮是凸轮轴上最重要的组成部分。凸轮的轮廓应能使气门的开启与关闭的时间符合配气相位的要求，使气门有尽量大的升程。气门的开启与关闭过程的运动规律也取决于凸轮的轮廓曲线。凸轮轮廓曲线如图2-1-24所示。
O点为凸轮的旋转中心，圆弧AE称为基圆。当挺柱与E点接触，凸轮按箭头方向旋转，基圆从E点起滑过挺柱一直到A点止，在这一转角范围内挺柱不动，气门处于关闭状态。对于普通挺柱来说，从A点起随着凸轮轴的转动，挺柱开始升起，但由于存在有气门间隙，气门不能打开。凸轮转到B点与挺柱接触时，气门间隙消除，气门开始打开。凸轮转到C点与挺柱接触时，气门开度最大。凸轮继续转动，挺柱开始下移，气门在气门弹簧的作用下开始关闭。当凸轮转到D点与挺柱接触时，气门完全关闭。凸轮E点与挺柱接触时，挺柱下移停止。凸轮转过一圈，气门打开一次。图中角φ为气门开启持续角，ρ1和ρ2是消除气门间隙和恢复气门间隙所需的凸轮转角。凸轮轮廓曲线BCD段的形状，决定了气门打开与关闭过程的运动规律。
凸轮轴的转动方向取决于凸轮轴的布置位置，下置式凸轮轴采用一对正时齿轮传动，凸轮轴逆时针转动；顶置凸轮轴采用链传动或同步齿形带传动，凸轮轴顺时针转动。
② 凸轮轴的轴颈
为减小凸轮轴的变形，发动机凸轮轴采用了全支承方式和每两个气缸设一个轴颈支承的方式。凸轮轴的轴承大多数采用衬套压入整体式座孔的方式。衬套的材料多用低碳合金钢，其钢背内圈浇轴承合金制成，也有采用粉末冶金衬套或铜套的。有些顶置凸轮轴式发动机，不采用衬套，轴颈直接与缸盖上镗出的座孔合。
③ 凸轮轴的润滑
凸轮轴轴颈的润滑采用压力润滑，缸体或缸盖上钻有油道与轴承相通。凸轮与挺柱间采用飞溅润滑。
（2）挺柱
挺柱有菌式（气门侧置式）、筒式（气门顶置式，减轻质量）和滚轮式（减小摩擦所造成的对挺柱的侧向力，多用于大缸径柴油机）。
挺柱的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。对于气门侧置式配气机构，其挺柱一般做成菌式，在挺柱的顶部装有调节螺钉，用来调节气门间隙。气门顶置式配气机构的挺柱一般制成筒式，以减轻重量。所示为滚轮式挺柱，其优点是可以减小摩擦所造成的对挺柱的侧向力。这种挺柱结构复杂，重量较大。一般多用于大缸径柴油机上。挺柱常用镍铬合金铸铁或冷激合金铸铁制造。其摩擦表面应经热处理后精磨。
有的发动机的挺柱直接装在气缸体上相应处钻出的导向孔中，也有的发动机的挺柱装在可拆式的挺柱导向体中。
① 普通挺柱
普通挺柱挺柱常见的形式有筒式、滚轮式和旋转式挺柱，如图2-1-25所示，大多数发动机采用筒式挺柱，有些柴油机采用滚轮式挺柱，可以显著减少摩擦力和侧向力，但结构复杂，质量较大。
筒式挺柱。筒式挺柱结构简单，被大多数发动机采用。
滚轮式挺柱。滚轮式挺柱具有摩擦力小、侧向力小；结构复杂，质量大等特点，主要适用于大型柴油机。
图2-1-25 普通挺柱
旋转式挺柱。凸轮在旋转中对挺柱的推力方向是不变的，如果挺柱不能旋转，就会造成挺柱与导向孔之间单面磨损。同时挺柱底面也与凸轮固定不变地在一处接触，也会造成磨损不均匀。为使挺柱在上下运动中能够旋转，常将挺柱底面做成一定的锥度形状。这样使得凸轮与挺柱的接触点偏离挺柱中心线，在挺柱被凸轮推起上升时，凸轮对挺柱的作用力产生绕挺柱中心线的力矩，使挺柱旋转起来，从而使挺柱和凸轮磨损均匀。
② 液力挺柱
预留气门间隙会造成气门开启关闭时的冲击，产生磨损和噪声。为解决这一矛盾，目前越来越多的发动机（尤其是轿车发动机）采用了长度随温度轻微变化的液力挺柱，而不采用预留气门间隙的方法。目前液力挺柱主要有直接式和间接式两种。
直接式液力挺柱。图2-1-26所示为直接式液力挺柱安装位置，挺柱体直接与凸轮轴上的凸轮接触，并提供它来实现气门开启与关闭。
如图2-1-27所示，气门关闭的过程中，挺柱上移，由于仍受到凸轮和气门弹簧两方面的顶压，高压油腔仍保持高压，球阀仍处于关闭状态，液力挺柱仍是一个刚性体，直至气门完全关闭为止。气门关闭以后，补偿弹簧将柱塞和挺柱体继续向上推动一个微小的行程（补偿由于油液泄漏而造成的柱塞与挺柱体的下降），同时高压油腔油压下降，此时球阀打开，低压油腔的油液进入高压油腔内补充泄漏掉的油液。当气门关闭时，挺柱体上的环形油槽与缸盖上的斜油孔对齐，润滑系统的油液进入挺柱低压油腔内。
气门受热膨胀伸长时，通过柱塞与油缸之间的间隙，高压油腔内的油向低压油腔泄漏一部分（由于狭缝的节流作用，气门缓慢伸长时泄漏的油比挺柱受压传力时泄漏的油多），而是柱塞与油缸产生相对运动，从而使挺柱自动“缩短”，保证气门关闭紧密。同时，通过减少气门关闭后的补油量，也保证了气门的关闭紧密。当气门冷却收缩时，补偿弹簧将柱塞与挺柱体向上推动，球阀打开，低压油腔油液进入高压油腔，挺柱自动“伸长”，可保证无气门间隙。
间接式液力挺柱。如图2-1-28所示，为摆臂与气门间隙自动补偿器，摆臂的功用与摇臂相同，两者的区别在于摆臂是单臂杠杆，其支点在摆臂的一端，为了减轻摩擦和磨损，可将凸轮与摆臂的接触方式由滑动改为滚动。
当摆臂以摆臂支座为支点时，在摆臂上需要装设气门间隙调整螺钉或气门间隙调整块。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，之所以不称之为液力挺柱，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。
（3）推杆
推杆的作用是将从凸轮轴经过挺柱传来的推力传给摇行，它是气门机构中最易弯曲的零件，要求有很高的刚度，在动载荷大的发动机中，推杆应尽量做得短些。对于缸体与缸盖部是铝合金制造的发动机，其推杆最好用硬铝制造。推杆可以是实心的，也可以是空心的。钢制实心推杆，一般是同球形支座锻成一个整体，然后进行热处理。图2-1-29所示为气门推杆。
图2-1-28 间接式液力挺柱示意图
1.摆臂；2.凸轮；3.气门
（4）摇臂与摇臂轴
实际上是一个双臂杠杆，用来将推杆传来的力改变方向，作用到气门杆端以推开气门。摇臂的两边臂长的比值（称为摇臂比）为1.2～1.8，其中长臂推动气门。端头的工作表面一般制成圆柱形，当摇臂摆动时可沿气门杆端面滚滑。这样可以使二者之间的力尽可能沿气门轴线作用。摇臂内还钻有润滑油道和油孔。摇臂的短臂端有用以调节气门间隙的调节螺钉，螺钉的球头与推杆顶端的凹球座相接触。
摇臂通过衬套空套在摇臂轴上，而后者又支承在支座上。摇臂轴为空心管状结构，机油从支座的油道经摇臂轴内腔和摇臂中的油道流向摇臂两端进行润滑。为了防止摇臂的窜动，在摇臂轴上每两摇臂之间都装有定位弹簧。图2-1-30为气门摇臂组件。
图2-1-30 气门摇臂组件
4.气门传动组主要部件的常见损伤及检测
（1）凸轮轴的耗损及检测
① 主要耗损形式。凸轮轴的弯曲变形、凸轮轮廓的磨损、凸轮轴支承轴颈的磨损、键槽的磨损以及齿轮、偏心轮、信号盘的损伤等。凸轮轴凸轮的磨损会使得气门的最大升程减少，从而使发动机的充气效率降低，还会使配气相位失准，改变气门运动规律，因此会影响发动机的动力性、经济性、增大发动机工作噪声。凸轮轴的变形会加剧各部的磨损，严重会影响润滑，会造成凸轮轴烧死，不能正常工作。凸轮轴信号盘的损伤会影响凸轮轴位置传感器的正常信号传递，从而影响电脑对发动机的控制，造成发动机性能下降。
② 凸轮轴的检测。凸轮磨损用千分尺或专门仪器测量高度，低于标准或表面严重损伤应更换，弯曲一般也进行更换。
③ 凸轮轴轴颈检修和轴承的更换。轴颈检查是用千分尺测量圆度和圆柱度误差，超过规定应更换，另外，凸轮轴轴颈与轴承的配合间隙过大，也应更换轴承；凸轮轴轴向间隙在用塞尺检查过大或过小后则应通过调换不同厚度的止推垫片等方式调整。
（2）液压挺柱
与导孔配合，间隙应符合原厂要求，过大应更换。另外，其密封性可在专用试验台上进行，低于标准应换新。
（3）推杆
易产生弯曲，应更换。
（4）摇臂
检查与摇臂轴的配合和与气门杆端接触面磨损情况，明显松旷和磨损应更换。
（5）链条与齿形带检修
测量链条长度，超长应更换，正时带检查是否老化、裂纹等，发现问题及时更换，检查链轮、正时齿轮磨损，若有应更换。
（6）涨紧器检查
松旷、磨损、异响等均应更换。
四、气门间隙
发动机工作时，气门等部件因温度升高而伸长，如果气门及其传动件之间在冷态时无间隙或间隙过小，则在热态下由于气门等部件的受热膨胀引起气门关闭不严，造成气缸漏气，使功率下降。为此，大多数发动机预留了气门间隙，以补偿气门等受热后的膨胀量，该间隙称为气门间隙，如不留气门间隙或气门间隙留得太小，会使发动机气门关闭不严，影响发动机的动力性、经济性；如气门间隙留得太大，会使气门升程减小，气门开启面积减小，同样影响动力性和经济性，而且使发动机有异响。
技术提示
气门间隙必须按厂家规定的数值调整，必须使用同一厂家同一发动机型号的挺柱，否则即使冷态下气门间隙符合要求，因为挺柱材料的不同，热态下膨胀量不同，从而影响发动机的性能。
1.气门间隙过大过小的危害
间隙过大。进、排气门开启滞后，缩短了进排气时间，降低了气门的开启高度，改变了正常的配气相位，使发动机因进气不足，排气不净而功率下降；此外，还使配气机构零件的撞击增加，磨损加快。
无间隙或间隙过小。发动机工作后，零件受热膨胀，将气门推开，使气门关闭不严，造成漏气，功率下降，并使气门的密封表面严重积碳或烧坏，甚至气门撞击活塞。
2.气门间隙的具体部位
凸轮轴下置式配气机构的气门间隙是指气门杆端与摇臂之间的间隙，用摇臂上的调整螺钉进行调整。
凸轮轴上置式配气机构的气门间隙的检查与调整部位随气门的驱动方式：
对摇臂驱动式，气门间隙是指凸轮基圆与摇臂之间的间隙（如夏利TJ376Q型发动机）或调整螺钉与气门杆端之间的间隙（如富康TU32K、462Q型发动机），用摇臂上的调整螺钉进行调整。
对直接驱动式，气门间隙是指凸轮与挺柱之间的间隙，用装在挺柱头部凹槽内的垫片来调整。
技能实训一 气门间隙检查与调整
气门间隙调整有逐缸调整和两次调整法2种，调整时挺柱或摇臂必须落在凸轮的基圆上。
（1）气门间隙值
一般地，冷态下的气门间隙值如下：
柴油机进气门间隙0.25～0.30 mm；排气门间隙0.30～0.35 mm。
汽油机进气门间隙0.25～0.30 mm；排气门间隙0.30～0.35 mm。
（2）气门间隙调整方法及步骤
①拆下气门室盖
拆下气门室盖的固定螺丝，小心取下气门室盖，注意不要损坏气门室盖衬垫。用抹布擦净气门及摇臂轴上的油污，以方便气门调整作业。
②确定一缸压缩上止点
用摇手柄转动曲轴或撬动飞轮，使一缸处于压缩上止点位置。从发动机前面看，曲轴皮带轮的正时标记对齐。打开气门室盖，从一缸的进排气凸轮看，进排气凸轮呈现“上八字”或“下八字”。
③检查与测量气门间隙
气门间隙冷车值和热车值之分，多在冷态时测量。
选出符合规格的塞规插入气门杆与气门摇臂（或凸轮）之间。稍微拉动塞规，如有轻微的阻力，表示间隙正确。
为了确定间隙是否在规定范围内，一般用范围极限值来测量（如间隙范围值为0.29～0.35 mm之间），先用0.29 mm的塞尺插入气门间隙，此时，塞规可以通过，则是正常；再用0.35 mm的塞尺插入气门间隙，塞规无法插入，这样才可以说明间隙在给定间隙范围内。如果0.29 mm塞规不能插入间隙，则说明间隙过小；如果0.35 mm塞规可以通过插入间隙，则说明间隙过大。
如果上述中任何一项不符合要求，表示气门间隙不正常，必须调整间隙。
④气门间隙调整及检查
A.逐缸调整法（此种方法工作效率低，只适合气缸数目少的发动机）
第一步：使一缸活塞处于压缩行程上止点。
第二步：调整一缸进排气门间隙，松开调整螺钉，一边用螺丝刀转动调整螺母，一边将塞尺插入气门杆与摇臂之间，调到轻轻拔出塞尺为宜，然后拧紧锁止螺母。然后再根据做功顺序和做功间隔角，调整其余各缸。最后转动曲轴进行检验。
B.两次调整法（以做功顺序为1、3、4、2的四缸八气门四冲程发动机为例，介绍双排不进两次气门调整法）
第一步：转动曲轴，使第一缸活塞处于压缩行程上止点。
第二步：调整第一缸的进排气门、第三缸排气门，第四缸不调、第二缸进气门。
第三步：再转动曲轴一周，调整其余的半数气门。
C.气门间隙的检验
转动曲轴，找到第一缸活塞压缩上止点，分别测量应该关闭的气门的间隙值，若正常，说明气门间隙调整正确。
技能实训二 气门座检修
气门座工作面磨损变宽、凹陷或烧蚀出现斑点时，应对气门进行铰销或磨销，严重时则应更换，然后再进行铰销或磨销，在配气机构修理过程中，气门一般都是更换新件，而气门座如果没有严重的松动、烧蚀、裂纹，基本都是不更换。旧气门座与新换的气门不能保证良好的密封，因此，要对气门座进行加工，使其恢复密封锥面的几何形状和表面状态，以保证与气门能有良好的配合，保证密封效果。气门座修理的方法一般采用手工铰削气门座法。所用的工具是成套的气门座铰刀。铰削方法如图2-1-31所示。
气门座铰销。应在气门导管修配后进行，通常手工进行。
（1）选择导杆，以气门导管定位
根据气门导管内径选择合适尺寸的导杆，一般以导杆能插入导管内转动自如又没有明显旷量为宜。
（2）去硬化层处理
对于使用过的旧气门座，要先去除硬化层，因为旧气门座锥面会产生较硬的一层硬化层，铰刀切削困难。方法是将砂布垫在铰刀下转动铰刀进行砂磨，或用专用的除硬化层铰刀进行铰削。
（3）粗铰
用与气门锥角相同的粗铰刀铰削工作面，方法是双手握扳杆向下适当施力，按顺时针方向连续转动铰削加工，直到凹陷、斑点等全部去除，并形成2.5 mm以上的完整锥面为止。
（4）试配
用相应的气门与刚铰削的气门座进行试配。方法是在气门座锥面上涂红丹等，将相配的气门表面擦拭干净，杆身涂少许润滑油，放到气门座上，转动气门，检查气门锥面拓上颜色的情况。气门接触环带应在气门锥面的中部靠里的位置，若过于靠外，要用75°锥角的铰刀铰削气门座上口，使接触面向里移；若过于靠里，应用15°锥角的铰刀铰削气门座下口，是接触面向外移。
接触环带的宽度应符合原厂的规定，一般进气门为1.0～2.0 mm，排气门为1.5～2.5 mm。
（5）精铰
用与工作锥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，以降低气门座口表面粗糙度，为下一个工序气门研磨节省时间。
图2-1-31 气门座的铰削
技能实训三 气门研磨
气门的研磨方法有机动研磨和手工研磨两种。
机动研磨法主要适用于内燃机生产厂和大的维修机械厂。其原因有二：一是气门研磨机价格较高，二是生产厂和大的维修机械厂研磨的气门数量多，用研磨机研磨气门，可提高生产效率。
手工研磨主要适用于小的维修和使用单位。所以对一般的使用维修者而言，主要是掌握手工研磨法。如图2-1-32所示。
手工研磨气门的步骤如下。
（1）清洁气门、气门座及气门导管。
（2）在气门斜面上涂一层薄薄的粗研磨砂（不宜过多，以免流入导管内），同时，在气门杆上涂上润滑油，将气门杆插入导管内。若气门与气门座均经过光磨，可直接用细砂。
（3）用橡胶碗吸住气门头，使气门往复旋转进行研磨，若没有橡胶碗门顶有凹槽的，可在气门杆上套一根软弹簧，用螺钉旋具进行研磨。研磨气门时应注意：
①在研磨中要使气门在气门座内朝一个方向转动，应不时提起和转动气门，变换气门与座的相对位置，以保证研磨均匀。
②研磨时不应过分用力，也不要提起气门用力在气门座上撞击敲打，否则会将气门工作面磨宽或磨成凹形槽痕。
（4）当气门工作面与气门座工作面磨出一条整齐而无斑痕、麻点的接触环带时，将粗研磨砂洗去，再换用细研磨砂研磨。
在研磨过程中，要注意检查气门的接触情况。若接触面太靠上，砂要点在接触面的上面，将接触面往中间赶；如果接触面太靠下，砂要点在下面，将接触面往中间赶；如果接触面在中间并基本适合要求时，可在接触面的下两处点砂，以便能迅速磨出接触面来；如果接触面宽度太窄，砂要点在中间，以增大接触面。
（5）当气门头部工作面磨出一条封闭的光环时，再洗去细研磨砂，涂上润滑油，继续研磨几分钟即可。
（6）气门工作面的宽度应按原厂规定，无原厂规定时，一般进气门为1.00～2.00 mm；排气门为1.50～2.50 mm。
气门经研磨后需进行密封性检查，气门密封性检验的目的是检验气门经研磨是否达到密封的要求，常用方法有：
①渗油法
将研磨过的气门及气门座清洗干净，把相应的气门放入气门座中，将煤油或汽油倒入气门对应气门座的凹坑中，保持一定时间，转动气门90°，再保持一定时间，观察有无渗漏现象。如无渗漏，表明其密封良好。注意，如果倒入的是水，微小的渗漏检查不出来，因水的张力较大。
②气泡法（也称气压法）
将研磨过的气门及气门座清洗干净，把相应的气门放入气门座中，在气门对应的气门座的凹坑中倒上水，然后用手按住气门，用橡皮气囊在对应的气道处加压，观察检验的气门头部周围有无气泡出现，转动气门90°，继续观察，如无气泡出现，说明气门密封良好。
另外，还可用专用仪器检验。
技能实训四 气门异响故障诊断与排除
step 1 故障现象
发动机在低转速时，上部发出有节奏的清晰均匀的“嗒嗒”声，且转速升高，声响也随之增大。该响声与温度的变化关系不大，也不随断缸而变化。
step 2 故障原因
（1）气门脚间隙调整不当或调整螺钉锁紧螺帽松动。
（2）气门间隙调整螺钉或摇臂磨损。
（3）凸轮等配气机构部件磨损量过大，工作时使挺杆产生跳动。
（4）气门推杆变形。
step 3 诊断与排除
（1）气门脚响声不随温度的变化而变化，但随转速的高低而改变响声频率。在气门室罩盖处和怠速时声音清晰。
（2）单缸断油试验也不会影响其响声变化。
（3）为了避开低速下着火敲击声的干扰，可采用提高转速后迅速收油门，趁发动机降速时听异响的方法诊断。
（4）打开气门室罩盖，用手捏住气门摇臂感觉振动相对较大的，即为该气门脚响。
（5）用塞尺插入间隙处，声响消失时为该气门脚响。
（6）用手压住气门摇臂随其上下移动，若声响减弱或消失，则说明气门杆与导管或摇臂与摇臂轴间隙过大。
（7）若已查明是气门间隙过大引起的响声，应调整间隙。
（8）若调整后仍有响声，应检查凸轮的磨损（即测量凸轮的顶高）和推杆有无变形。如有磨损或变形应予以更换。
学后测试
1.说出手工研磨气门的步骤。
2.气门研磨后如何检查密封性？
3.冷态下的气门间隙值是多少？
4.说出两次气门调整法的方法步骤。
5.什么是气门间隙？
6.为什么要有气门间隙？
7.气门间隙过大过小的危害有哪些？
8.怎样调整气门座接触面的位置？
9.说出气门座的铰销方法和步骤。
10.气门响的原因主要有哪些？
11.如何诊断和排除气门异响？