發(fā)動機機械正式上課-第3章配氣機構檢修

第三章配氣機構配氣機構的主要零部件

概述

配氣相位可變進氣系統(tǒng)§3.4影響充氣效率的主要因素

換氣過程常用的評價指標有：循環(huán)充量、充氣效率和單位時間充量。

充氣效率：

ηv=M/M0

M——進氣過程中，實際進入氣缸的新氣的質量；

Mo——在理想狀態(tài)下，充滿氣缸工作容積的新氣質量。影響充氣效率的主要因素

1.轉速和配氣相位在充氣效率最大值處的轉速是最佳轉速

2.負荷

汽油機轉速一定時，負荷（阻力矩）減小，則節(jié)氣門開度要相應減小，進氣流動的阻力增大，使充氣效率降低。

3.空氣濾清器

使用空氣濾清器是為了減小進入氣缸的灰塵，減小發(fā)動機氣缸的磨損，因而空氣濾清器應經常維護，使濾清效果好而不致進氣阻力過大；否則充氣性能會下降，使發(fā)動機的功率及轉矩下降，并使油耗增加。4.壓縮比

提高壓縮比，燃燒室的容積相對減小，則殘余廢氣量相對下降，吸氣開始時廢氣膨脹占有的體積小，廢氣對新氣的加熱相對減少，從而使充氣效率提高。

5.進氣管的影響

進氣管要有足夠的通道斷面，拐彎處應有較大的圓角，管內表面應光滑而無積碳，安裝時進、排氣接口墊應對準。

6.進氣加熱的影響

汽油機的進、排氣管常鑄成一體，以利用排氣管加熱進氣管，這對汽油的蒸發(fā)有利，但加熱過多會使空氣的密度下降較大，使充氣系數(shù)降低。有的汽油機在排氣管內裝有閥，用來調節(jié)對進氣管的加熱程度?！?.5可變配氣相位理想的配氣相位隨著發(fā)動機的轉速、負荷及其它工況而改變。

發(fā)動機低速和高速下對氣門升程，氣門開閉時刻，氣門重疊角的要求是矛盾的。難道我們要做一個能變形狀的凸輪？各大汽車巨頭是如何解決這問題的？可變配氣相位能在一定范圍內調整凸輪軸的轉角和升程，優(yōu)化控制配氣正時，提高發(fā)動機的動力性和經濟性；改善發(fā)動機高速及低速時的性能及穩(wěn)定性；降低發(fā)動機的排放?？勺兣錃庀辔粰C構有多種方案，目前實際應用的有：本田的可變氣門控制（VTEC）機構，三菱汽車的多模式可變氣門控制（MIVEC）機構，通用公司使用的無凸輪軸電子控制可變氣門控制機構，豐田和帕薩特B5的可變配氣正時控制（VVT-i）機構等。前三種機構既可以改變配氣相位，也可以同時改變氣門升程。第四種機構的實質是改變進氣門的開閉時刻，增大高速時的進氣遲閉角，以提高充氣效率。《江南時報》（2009年4月14日

第

10版）全鋁合金發(fā)動機和VVT技術作為先進發(fā)動機技術的代表，由于我國發(fā)動機研發(fā)水平的制約，自主品牌里仍無先例，而能夠保持合理的制造成本為大多數(shù)消費者所接受，更是難上加難。近日長城1.5VVT的出現(xiàn)徹底改變了目前自主品牌動力不足的短板，

5.99萬的震撼起步價也讓合資品牌顏面盡失。對于自主品牌，尤其是自主品牌的小排量車來說，炫麗1.5VVT的上市其劃時代的歷史意義不言而喻。

國產VVT汽車VTEC

“最貴的東西不一定是最賺錢的，最賺錢的東西不一定是最好的。”很容易就能在汽車行業(yè)內找到這一句話的例證，大家都說日系車廠精明，是因為他們都把最好的東西用在刀刃上。要論到最頂尖的發(fā)動機技術、最強勁的動力輸出，在超級跑車的圈子里面似乎不多見日系車的身影。但要論到年產量的大小，似乎排在前幾名都是我們熟識的日系廠商標。他們把最好的資源都投入到研發(fā)更能兼顧動力和油耗的機型，以更適應消費者需求的產品來爭奪市場。日系品牌眾多發(fā)動機在國內有著相當可觀的保有量，而要數(shù)最經典的4款莫過于本田i-VTEC系列、豐田VVT-i系列、日產VQ系列和三菱的4G系列發(fā)動機。下文我們先對本田的i-VTEC系列發(fā)動機作深入研究。i-VTEC技術不單只是本田的看家本領，更是各大廠家大同小異的“CVVT”可變氣門正時技術的鼻祖。自新一代飛度1.3L車型棄用i-DSI引擎轉投i-VTEC陣型后，本田正式對其在國內的所有車型普及i-VTEC發(fā)動機。小至1.3L的低排量，大到2.4L排量，無論是兩廂小車還是MPV或者SUV，只要掛的是本田商標，打開引擎蓋便能看到那銀色的一串英文字母。到底這簡單的5個英文字母背后到底包含了什么獨到技術呢？廣州本田雅閣轎車可變進氣VTEC工作原理

在中低轉速時，發(fā)動機需要的混合氣量并不高，以保持轉速的穩(wěn)定以及減少燃油消耗和污染物排放。但到達高轉速時便需要更大的進氣量來滿足高動力輸出的需求，而發(fā)動機進氣門的相位（開閉的時機）和升程（開度的大?。┍闶菦Q定汽缸進氣量的最直接因素。普通的發(fā)動機在制造出來后，配氣相位和氣門升程就固定不變了，無法適應不同轉速下發(fā)動機對進排氣的需求。因此，人們希望能夠有這樣一種發(fā)動機，其凸輪型線（凸輪的輪廓曲線）能夠適應任何轉速，不論在高速還是低速都能得到最佳的配氣相位。于是，可變配氣相位控制機構應運而生。本田公司在1989年推出了自行研制的“可變氣門正時和氣門升程電子控制系統(tǒng)”，英文全“VariableValveTimingandValveLifeElectronicControlSystem”，縮寫就是“VTEC”，是世界上第一個能同時控制氣門開閉時間及升程等兩種不同情況的氣門控制系統(tǒng)。與很多普通發(fā)動機一樣，VTEC發(fā)動機每缸有4氣門（2進2排）、凸輪軸和搖臂等，但與普通發(fā)動機不同的是凸輪與搖臂的數(shù)目及控制方法。中、低轉速用小角度凸輪，在中低轉速下兩氣門的配氣相位和升程不同，此時一個氣門升程很小，幾乎不參與進氣過程，進氣通道基本上相當于單進氣門發(fā)動機。而在高轉速時，通過VTEC電磁閥控制液壓油的走向，使得兩進氣搖臂連成一體并由開啟時間最長、升程最大的進氣凸輪來驅動氣門，此時兩進氣門按照大凸輪的輪廓同步進行。與低速運行相比，大大增加了進氣流通面積和開啟持續(xù)時間，從而提高了發(fā)動機高速時的動力性。這兩種完全不同性能表現(xiàn)的輸出曲線，本田的工程師使它們在同一個發(fā)動機上實現(xiàn)了。VTEC的構造

本田ACCORD發(fā)動機裝有VTEC機構，其結構如圖3-40所示。發(fā)動機每個氣缸和常規(guī)的高速發(fā)動機一樣，都配置有二個進氣門和兩個排氣門，不過，它的兩個進氣門有主、次之分，即主進氣門和次進氣門。每個氣門均由單獨的凸輪通過搖臂來驅動。驅動主、次進氣門的凸輪分別叫主、次凸輪。與主、次進氣門接觸的搖臂分別叫主、次搖臂。主、次搖臂之間有一個特殊的中間搖臂，它不與任何氣門直接接觸。三個搖臂并列在一起，均可在搖臂軸上轉動。在主、次搖臂和中間搖臂相對應的凸輪軸上鑄有三個不同升程的凸輪，分別為主凸輪、次凸輪和中間凸輪（見圖）。其中中間凸輪的升程最大，它是按照發(fā)動機雙進、雙排氣門工作最佳輸出功率的要求而設計的；主凸輪升程小于中間凸輪，它是按發(fā)動機低速工作時單進氣門開閉要求設計的；次凸輪的升程最小，最高處只是稍微高于基圓，其作用只是在發(fā)動機怠速運行時，通過次搖臂稍微打開次氣門，以免燃油集聚在次進氣門口。中間搖臂的一端和中間凸輪接觸，另一端在低速時可自由活動。三個搖臂在靠近氣門一端均有一個油缸孔。油缸孔中都安置有靠油壓控制的活塞，他們依次為正時活塞、主同步活塞、中間同步活塞和次同步活塞。VTEC發(fā)動機結構特點1單頂置凸輪軸，16氣閥式配氣機構2每缸5個凸輪，三進兩排。3三個進氣凸輪高度不一樣，其中中間凸輪最高。4發(fā)動機低速時按“單進雙排”工作5發(fā)動機高速時按“雙進雙排”工作中凸輪升程最大，次凸輪升程最小。主凸輪的形狀適合發(fā)動機低速時單氣門工作的配氣相位要求；中凸輪的形狀適合發(fā)動機高速時雙進氣門工作的配氣相位要求。VTEC工作原理四個活塞安裝處VTEC工作原理發(fā)動機低速時，電磁閥斷電，油道關閉。在彈簧作用下，各活塞均回到各自孔內，三個搖臂彼此分離。此時，主凸輪通過主搖臂驅動主進氣門，中間搖臂驅動中間搖臂空擺（不起作用），次凸輪升程非常小，通過次搖臂驅動次進氣門微量開閉，以防止進氣門附近積聚燃油。配氣機構處于單進、雙排氣門工作狀態(tài)。發(fā)動機高速運轉，且發(fā)動機轉速、負荷、冷卻液溫度及車速均達到設定值時，電磁閥通電，油道打開。在機油作用下，同步活塞A和同步活塞B分別將主搖臂與中間搖臂、次搖臂與中間搖臂插接成一體，成為一個同步工作的組合搖臂。此時，由于中凸輪升程最大，組合搖臂由中凸輪驅動，兩個進氣門同步工作，進氣門配氣相位和升程與發(fā)動機低速時相比，氣門的升程、提前開啟角度和遲后關閉角度均較大。此時配氣機構處于雙進、雙排氣門工作狀態(tài)。當發(fā)動機轉速下降到設定值，電腦切斷電磁閥電流，正時活塞一側油壓下降，各搖臂油缸孔內的活塞在回位彈簧作用下，三個搖臂彼此分離而獨立工作。VTEC的工作原理

VTEC機構是采用一根凸輪軸上設計兩種（高速型和低速型）不同配氣定時和氣門升程的凸輪，利用液壓進行切換的裝置。切換原理是根據(jù)傳感器提供的發(fā)動機轉速、負荷、水溫及車速信號，經ECU分析計算處理，向VTEC電磁閥輸出信號進而控制油路開閉進行切換。控制原理如圖3-41所示。

VTEC不工作時，正時活塞和主同步活塞位于主搖臂缸內，與中間搖臂等寬的中間同步活塞位于中間搖臂油缸內，次同步活塞和彈簧一起則位于次搖臂油缸內。正時活塞的一端和液壓油道相通，油道的開閉由ECU通過VTEC電磁閥來控制。發(fā)動機處于低速工況時（如圖3-42所示），ECU無指令，油道內無油壓，活塞位于各自的油缸內，各個搖臂均獨自做上下運動。主搖臂緊隨主凸輪開閉主進氣門，供給發(fā)動機在低速工況時所需的混合氣；次凸輪迫使次搖臂微微起伏，次進氣門微微開閉；中間搖臂雖然隨著中間凸輪大幅度運動，但它對任何氣門均不起作用。此時發(fā)動機處于單進、雙排氣門工作狀態(tài)，吸入的混合氣不到高速時的一半。因所有氣缸參與工作，發(fā)動機的運轉十分平順均衡。豐田VVT-i系統(tǒng)

VVT是英文縮寫，全稱是“VariableValveTiming”，中文意思是“可變氣門正時”，由于采用電子控制單元（ECU）控制，因此豐田起了一個好聽的中文名稱叫“智慧型可變氣門正時系統(tǒng)”。該系統(tǒng)主要控制進氣門凸輪軸，而其中“i”，就是英文“Intake”（進氣）的代號。

VVT-i是VariableValveTiming-intelligent“自由呼吸”之道寶馬VANOS技術“自由呼吸”之道——寶馬VANOS技術

對于四行程發(fā)動機（進氣，壓縮，做功，排氣），理論上當發(fā)動機處于進氣行程是，進氣門打開排氣門關閉；壓縮沖程時進氣門和排氣門都

關閉，做功沖程是進氣門

和排氣門也是同時關閉以

保證汽缸內能產生足夠的

壓力，排氣行程時進氣門

關閉排氣門打開。但事實上并不完全

是這樣的。發(fā)動機的實際進、排氣過程

發(fā)動機在低轉速時，進氣速度慢，所以氣門重疊角可以相對大一些，這樣才能充分進氣；在高轉速情況下，由于混合氣流速很快，那么氣門重疊角就應變小，讓氣門提前開啟和延時關閉的時間減短，這樣才不會造成進排氣干涉。發(fā)動機在各個工況都能得到充分的進氣，從而提高了發(fā)動機的工作效率，也讓發(fā)動機在低轉時能有充分的扭力輸出，高轉速時能有更強大的功率輸出，讓發(fā)動機扭力輸出得更平穩(wěn)，特性曲線更線性。保時捷可變配氣正時的控制系統(tǒng)

紅色圓圈內的就是用來改變配氣正時的控制機構了。實際上它是在凸輪軸的末端裝上了一個帶有液壓控制機構的殼體，而正時鏈條是直接驅動該殼體的，殼體與凸輪軸之間充滿了液壓油，殼體就是通過液壓油驅動凸輪軸運動的。保時捷可變配氣正時的控制系統(tǒng)雷諾的可變配氣正時控制機構雷諾的可變配氣正時控制機構

在凸輪軸與正時齒輪之間有兩個液壓室。一個為高壓油區(qū)一個為低壓油區(qū)。因此，只要調節(jié)兩個油區(qū)之間的壓力差，就能改變配氣正時角了。而兩個油區(qū)的油壓是通過上圖所標示的油壓控制閥調節(jié)的。油壓調節(jié)閥實質上就是一個電磁閥，通過電腦傳輸過來的脈沖電流來控制閥門的通斷。（圖中紅色的通道）寶馬VANOS技術

寶馬的控制機構是由電機驅動的，電機通過蝸桿傳動齒輪，然后由齒輪上的凸輪帶動搖臂運動來改變搖臂的控制角，然后在凸輪軸的驅動下由搖臂帶動氣門運動。所以通過改變搖臂的角度就可以改變氣門的行程了。

寶馬745i,530i,330i為代表的直列6缸發(fā)動機和V型8缸發(fā)動機都裝備了該系統(tǒng)。當發(fā)動機的吸氣頻率與進氣管中空氣的固有頻率相同時，進氣能量最大。

當發(fā)動機在2000轉左右時電腦控制進氣管長度控制閥關閉，讓空氣先流經螺旋形狀的長進氣管后再進入汽缸，此時為長進氣管狀態(tài)。寶馬VANOS技術長進氣管狀態(tài)寶馬VANOS技術當發(fā)動機轉速上升到5000轉時，進氣管長度控制閥打開，讓空氣不經螺旋管道而直接進入到汽缸，此時為短進氣管狀態(tài)。短進氣管狀態(tài)寶馬新7系的發(fā)動機進氣管設計寶馬VANOS技術

他不是采用控制閥來切換進氣管的長度，而是在進氣管中間設計了一個可以旋轉的轉子，當這個轉子旋轉一定角度后進氣管的長度就發(fā)生了改變，同樣達到了優(yōu)化進氣的目的。第二節(jié)配氣機構的維修與調整

更換座圈或氣門發(fā)生單邊磨損導致密封性變差，可用鉸刀鉸修環(huán)帶的寬度，修整其環(huán)帶的位置。如圖3-15所示。

圖3-15氣門座的錐角

一、氣門座的鉸削

１、根據(jù)氣門頭的直徑和環(huán)帶斜面的角度，選擇一組合適的鉸刀，并根據(jù)氣門桿的直徑選擇合適的鉸刀桿。鉸刀桿以插入氣門導管內應能靈活轉動而不松曠為宜。

２、發(fā)動機氣門頭部斜面角度一般是45°，每組氣門鉸刀有45°、15°和75°三種不同的角度，如圖3-16所示，鉸刀又分為精鉸刀和粗鉸刀兩種。根據(jù)進排氣門環(huán)帶斜面的不同角度選擇氣門座鉸刀，并將鉸刀固定在鉸刀桿上。

圖3-16氣門座鉸刀３、粗鉸45°斜面，直到消除燒蝕的痕跡為止。氣門座密封環(huán)帶有硬化層時，可先用粗砂布墊在鉸刀下面磨除硬化層，以防影響鉸削的質量。

４、鉸修氣門座斜面寬度。用15°鉸刀在氣門座斜面上方縮小其寬；用75°鉸刀在氣門座斜面下方縮小其寬度。

氣門座接觸環(huán)帶的位置應位于其斜面的中間并偏向于氣門桿部。如環(huán)帶偏向斜面上部，須加大15°斜面的鉸削量進行修整。如環(huán)帶偏向氣門桿部，則須加大75°斜面的鉸削量進行修理整。

氣門座斜面接觸環(huán)帶的寬度一般在：1.5mm～2.0mm之間。

５、精鉸45°斜面。氣門座銑削順序如圖3-17所示。

６、鉸削時注意，盡量減小鉸削量；在整個圓周上用力要均勻；鉸刀不能倒轉；磨損過大的氣門導管須更換。

圖3-17氣門座的鉸削順序

a）45°精鉸刀b）15°鉸刀

c）75°鉸刀d）45°粗鉸刀二、氣門下陷量的檢查

氣門座經多次鉸削和研磨直徑增大，而氣門修磨后直徑減小，氣門將下沉。這樣會使內燃機壓縮比下降。因此，在內燃機修理過程中，必須檢查氣門的下陷量如圖3-18所示。

圖3-18氣門下陷量的檢查1-深度尺2-氣缸蓋3-氣門當下陷量超出規(guī)定值時，CA6110A型柴油機進、排氣門超出2mm時，應重新?lián)Q座圈或鏜孔下座圈進行修復。鏜孔下座圈時應注意以下幾點：其

一要選用與母體金屬材料相近的金屬材料制做鑲圈；其二是過盈量要合適，過大會損傷座圈，過小會松動，冷態(tài)下一般采用0.05mm～0.15mm過盈量，熱態(tài)下一般采用0.20mm～0.25mm過盈量。

三、氣門的研磨

研磨氣門應將氣門、氣門座、導管清洗干凈。通過選配應使各缸氣門頭下陷量趨于一致，并在氣門頭部平面做好位置記號，以免錯亂。

１、在氣門斜面上涂上一層氣門砂，在氣門桿上涂潤滑油將氣門插入導管內，研磨要領是一鐓、二蹭、三旋轉。用粗砂研磨后用細砂精磨。

２、使用氣門捻子將氣門上下往復并旋轉進行研磨。研磨時不要過分用力，以免將斜面環(huán)帶變寬或磨出凹形槽痕。

３、當氣門斜面與氣門座斜面研出一條完整、烏潔的環(huán)帶時，將氣門砂洗凈，在涂上機油，研磨３min～５min即可。４、研磨好的接觸環(huán)帶應烏潔，

接觸寬度一般為1.5mm～2.0mm。

５、檢查氣門與氣門座的密封性

１）劃線法用鉛筆在氣門密封環(huán)帶上，沿圓周劃出均布的若干條與母線平行的鉛筆線。然后插入氣門座內，按緊氣門頭并旋轉1/4圈～1/2圈。取出氣門觀察鉛筆線被切斷情況。如圖3-19所示。

圖3-19鉛筆線被切斷情況

(a)密封不良(b)密封良好２）滲油法將研磨好的氣門洗凈，并安裝好，將氣缸蓋倒置，然后在氣門頂面上倒入煤油，若在５min內沒有滲漏，即為良好。若有滲漏，說明密封性不好，需要重新研磨。

發(fā)動機工作中，氣門及其傳動件將因溫度升高而膨脹。如果氣門及其傳動件之間，在冷態(tài)時無間隙或間隙過小，則在熱態(tài)下，氣門及其傳動件受熱膨脹勢必引起