更换正时皮带和水泵

任务6　检查、更换正时皮带和水泵

【学习目标】

通过本任务的学习，能够正确更换正时皮带，掌握操作注意事项，检查更换水泵。

【工作场景】

车辆停放在检修场地，拉起驻车制动器，打开发动机舱盖，在发动机舱两侧铺上防护垫。若环境亮度不够，准备好局部照明设备。若需举升车辆则按要求将车支起至比操作人员高10cm左右锁住（举升机自锁），然后把两个安全支架分别推至车辆的前后轴下以确保安全。

【基础知识】

一、正时皮带

正时皮带又称为齿形带，是发动机配气系统的重要组成部分，通过凸轮轴与曲轴的连接，并配合一定的传动比来保证进、排气时间的准确。正时皮带的作用就是当发动机运转时，活塞的行程、气门的开启和关闭、点火的顺序在正时皮带的连接作用下，时刻要保持同步运转，通过发动机的正时机构，恰好到上止点时、气门正好关闭、火花塞正好点火。

正时皮带为橡胶易耗损品部件。随着发动机工作时间的增加，正时皮带和正时皮带张紧轮、冷却液泵驱动轮等部件都会发生磨损或老化。如果正时齿形皮带发生断裂会造成发动机内部气门与活塞撞击而造成严重毁损。因此，凡是装有正时皮带的发动机，厂家都会有严格要求，在规定的周期内定期更换正时皮带及附件，更换周期则随着发动机的结构不同而有所不同，一般在车辆行驶到60 000～100 000km时应该更换，具体的更换周期应该以车辆的保养手册说明为准。

检查时，如果皮带有硬度降低、磨蚀、纤维断裂或者裂纹、裂缝的现象，就表明皮带已破损，不可以继续使用。接下来，检查链轮故障。损坏的链轮能“烧毁”皮带材料，并加剧皮带齿磨损。链轮故障还可能使气门机构对正时皮带产生更大的阻力。

二、水泵

水泵用来驱使冷却系统内的冷却水加速流动，保证带出足够的发动机热量。车用发动机多采用离心式水泵，离心式水泵具有结构简单、尺寸小、排水量大、维修方便等优点。

离心式水泵主要由泵体、叶轮和水泵轴组成，叶轮一般是径向或向后弯曲的，其数目一般为6～9片，如图4－12所示。

图4－12　离心式水泵

1—外壳；2—水泵轴；3—轴承；4—水封碗；5—挡水圈；6—叶轮；7—水泵外壳；8—节温器；9—节温器罩；10—紧固螺钉

离心式水泵工作原理：当叶轮旋转时，水泵中的水被叶轮带动一起旋转，在离心力作用下，水被甩向叶轮边缘，然后经外壳上与叶轮成切线方向的出水管压送到发动机水套内。与此同时，叶轮中心处的压力降低，散热器中的水便经进水管被吸进叶轮中心部分。如此连续的作用，使冷却水在水路中不断地循环。如果水泵因故停止工作时，冷却水仍然能从叶轮叶片之间流过，进行热流循环，避免很快产生过热。

水泵一般由发动机的曲轴通过V带驱动。传动带环绕在曲轴带轮和水泵带轮之间，曲轴一转水泵轴也就跟着运转，水泵轴又带动叶轮转动，从而将机械能转化为液压能。

叶轮是水泵工作的核心，叶轮本身的运动很简单，只是和轴一起旋转。但由于叶片的作用，叶轮中液体的运动是很复杂的：一方面随叶轮旋转作牵连运动，另一方面在叶片的驱使下不断地从旋转着的叶轮中甩出，即相对叶轮的运动。因此叶轮的外径大小，叶轮叶片的高低及角度，以及与水泵壳体的间隙，直接影响着水泵的性能。

水泵常见的损坏形式：水泵壳体、卡簧槽及叶轮破裂；带轮凸缘配合孔松动；水封形、老化及损坏；泵轴磨损、轴承磨损等。

【技能训练】

一、正时皮带的检查与更换

1．正时皮带的检查

（1）先断开蓄电池负极电缆，再断开其正极电缆。

（2）拆开交流发电机的电线插头，然后从汽缸盖上拆下发动机线束，拆下汽缸盖罩。

（3）拆下正时皮带上罩。

（4）逆时针转动曲轴皮带轮，检查皮带是否有裂纹或有机油、冷却液的污渍，如有应彻底清除；严重时，应更换正时皮带。检查正时皮带的齿形有无磨损，必要时予以更换。

2．张紧力的调整

（1）旋转曲轴5～6圈，以便调整预紧力。

（2）使第1缸活塞处于压缩行程上止点位置。

（3）旋松调整螺母2/3～1圈。

（4）逆时针方向转动曲轴，使凸轮轴带轮上的正时皮带转过3个齿。

（5）拧紧张紧轮调整螺母。

（6）检查完毕，重新将曲轴皮带轮螺栓以245N·m的拧紧力矩拧紧。

3．正时皮带与平衡轴皮带张紧力的调整注意事项

只能在发动机冷态时进行调整；只能逆时针方向转动曲轴（从曲轴皮带轮端看）；检查皮带是否粘有油污或冷却液；放松调节螺母不要超过一整圈；张紧装置是由弹簧加载的，调整后，张紧装置将自动地使皮带张紧力达到规定要求。

4．正时皮带的更换

（1）断开电池负极电缆。

（2）拆下附件传动带。

（3）抬高汽车，取下飞轮的盖板。

（4）松开曲轴皮带轮的螺栓，取下曲轴皮带轮，取下正时皮带的前盖。

（5）将正时皮带张紧滚轮向上推至张紧滚轮的支撑孔和底座孔对准，然后用钉扣固定，取下正时皮带。

（6）更换新的皮带，安装。

（7）将正时皮带装好，保证正对水泵的一面已扣紧。注意：将张紧滚轮向上推，取出定位的钉扣然后松开张紧滚轮，这样正时皮带就可自动拉紧了。将曲轴旋转两周，检查一下正时皮带的松紧程度是否合适，也就是说张紧滚轮的支撑应在V形底座的中心，如有必要，应加以调整。

（8）按以下说明调整正时皮带：松开水泵的固定螺栓，用专用工具转动水泵直至张紧滚轮支撑到达限位。在此情况下，将曲轴转动两圈。

（9）用工具转动水泵直至张紧滚轮的支撑回到V形底座的中心，最后上紧水泵的固定螺栓。

（10）装好正时皮带的前盖。安装附件驱动带滑轮和滑轮螺栓（必须用新螺栓）并拧紧。接上电池负极电缆。

5．更换正时皮带注意事项

（1）松开曲轴皮带轮的螺栓，此操作必须先用专用工具锁住飞轮。

（2）取下正时皮带的前盖时注意：1号汽缸点火时，凸轮轴正时皮带上的定时标志与其后盖边缘上的标志对准时方可给飞轮解锁。

安装新的正时皮带时注意：1号汽缸点火时，凸轮轴定时齿轮的标记与油泵箱边缘的标志必须对准；曲轴正时皮带齿上的标志与正时皮带后盖的标志对准。

二、水泵的检查与拆装

1．水泵的检修步骤

（1）首先检查泵壳和带轮有无损伤。泵裂纹可进行焊接或更换。壳与盖接合面变形大于0．05mm，应予以修平。

（2）检查水泵轴有无弯曲和轴颈的磨损程度，轴端螺纹有无损坏。水泵轴弯曲大于0．5mm，应冷压校直。轴承轴向隙大于0．50mm，径向间隙大于0．15mm，应予以更换。

（3）检查水泵叶轮的叶片有无破损，叶轮上的轴孔是否磨损过甚。叶片破损，应焊修或更换。轴孔磨损过甚可进行镶套修复。

（4）检查水封、胶木垫、弹簧等零件的磨损及损伤程度，如有损伤应予以更换。

（5）最后检查带轮与水泵轴的配合情况。水泵轴的孔磨损过甚，可镶套修复或更换。

2．水泵的性能检查

水泵是发动机冷却系统的重要部件，其工作性能的好坏直接影响到冷却水的循环速度。由于水泵的长期使用，容易造成水泵壳体破裂、水泵轴磨损与弯曲、水泵叶轮破损、水泵叶轮与水泵轴配合孔磨损、水封胶木垫圈与垫圈座磨损、水泵轴承松旷、轴承及座扎磨损等情况。若不及时维护和检修，会使水泵的泵水能力下降，冷却效果变差，将直接影响到发动机的正常工作，需要及时进行检修与维护。

水泵工作状态不正常或水泵叶轮打滑，使水泵的泵水量不能与发动机的转速成正比，或者水封泄漏。

打开散热器加水口盖，使发动机缓慢加速，查看加水口内冷却水的循环。若不断加快，则水泵工作正常，叶轮也不打滑；反之，水泵有问题。

当不易从加水口观察冷却水的循环情况时，可用另一方法：让发动机在水温高时熄火，并迅速拆下汽缸盖通往散热器上水室接头的胶管，再用布团将上水室接头塞住，从加水口向散热器内加注冷却水，再启动发动机，如汽缸水套内和散热器中的水，被水泵泵出胶管口外200mL左右，说明水泵工作正常，叶轮也不打滑；反之则异常。

水泵检修时，若发现胶木垫圈磨成凹陷，应更换新件；垫圈座若有斑点和沟槽，可削磨，橡胶水封老化、变形和破裂应更换；轴承的轴向间隙超过0．30mm，径向间隙超过0．15mm时应予以更换；水泵壳体裂损可焊修；水泵轴磨损可采用镀铬修复，水泵各零件经检修符合要求之后，应将彻底清洗干净方可按技术规范装复。发动机运转中，如发现水泵轴连同风扇旋转有摆动和异响，应立即停机检修，必要时更换新件。

3．水泵的拆装

（1）拆卸时，打开散热器和汽缸体堵塞放掉冷却液。

（2）拆除正时皮带室上盖、中盖，用定位杆固定发动机运动件的位置，拧松张紧轮的螺母，脱开正时皮带。

（3）将发动机支架、水泵软管、膨胀水箱依次拆除，最后拆除水泵的固定螺栓，取下水泵。安装时应把水封环、水封弹簧、水封及水封密封圈用螺栓压紧后，水泵轴应能灵活转动、无卡住现象。

（4）安装时先检查是否装有水泵定位环，更换新密封垫，将水泵定位，拧紧螺栓，上部螺栓的拧紧力矩为30N·m，下部螺栓的拧紧力矩为50N·m。

（5）连接水泵软管和膨胀水箱，装上正时皮带。安装发动机支架，螺栓的拧紧力矩为45N·m。

（6）加注冷却液，并对系统进行排气。水泵安装中应将泵壳上的泄水孔用铁丝疏通，便于观察水封的渗漏水泵安装好之后，预先进行试验，用手转动皮带轮、泵轴应无阻滞，叶轮与壳体无摩擦声，堵住泵壳进水口，工作室加水，转动泵轴，泄水孔内应无水漏出。水泵总成装配完毕后，通过黄油嘴加注润滑脂，然后进行泵水试用，若无卡阻、水泵检视孔不漏水，即可装车使用。

【相关拓展】

一、配气机构

1．配气机构的功用

配气机构的功用就是根据每一汽缸内所进行的工作循环和点火顺序的要求，定时打开和关闭各缸的进排气门，使新气及时进入汽缸和废气及时排出汽缸，使换气过程最佳。好的配气机构应使发动机在各种工况下工作时获得最佳的进气量，以保证发动机在各种工况下工作时发挥最好的性能。

发动机在全负荷下工作时，需获得最大功率和扭矩，这就要求在此工况下，配气机构应保证获得最大进气充量。吸入的进气越多，发动机发出的功率和扭矩越大。进气充满汽缸的程度，常用充气效率（也称充气系数）g表示，即

g＝M/M_o

式中：M——进气过程中，实际充入汽缸的进气量；

　　　M_o——在进气状态下充满汽缸工作容积的进气量。

2．齿形带传动式配气机构

发动机工作时，曲轴通过正时齿轮组驱动凸轮轴旋转。按曲轴和凸轮轴的传动方式不同，凸轮轴的驱动方式可分为齿轮传动式、链条传动式和齿形带传动式三种。

下面简单介绍齿形带传动式，如图4－13所示。它用于上置式凸轮轴的传动，与齿轮传动

图4－13　齿形带传动机构

1—凸轮轴正时齿形带轮；2—张紧轮；3—曲轴正时齿形带轮；4—中间轴齿形带轮

式和链条传动式相比具有噪声小、质量低、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，它被越来越多的汽车发动机特别是轿车发动机所采用。

二、配气相位

1．定义

用曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻和开启持续时间，称为配气相位。配气相位的各个角度可用配气相位图来表示，如图4－14所示。

图4－14　配气相位

在四冲程发动机的简单工作循环中，为了方便，曾把进、排气过程都看作是在活塞的一个行程内即曲轴转180°完成的，即气门开关时刻是在活塞的上、下止点处。但实际情况并非如此。由于发动机转速很高，一个行程的时间极短，如上海桑塔纳轿车发动机，在最大功率时的转速为5 600r/min，一个行程历时仅为60/（5 600×2）s＝0．005 4s。再加上用凸轮驱动气门开启需要一个过程，气门全开的时间就更短了，这样短的时间难以做到进气充分，排气干净。为了改善换气过程，提高发动机性能，实际发动机的气门开启和关闭并不恰好在活塞的上、下止点，而是适当地提前和滞后，以延长进、排气的时间。也就是说，气门开启过程中曲轴转角都大于180°。

2．进气门的配气相位

1）进气提前角

在排气行程接近终了，活塞到达上止点之前，进气门便开始开启。从进气门开始开启到上止点所对应的曲轴转角称为进气提前角（或早开角），用α表示，一般为10°～30°。进气门提前开启的目的，是为了保证进气行程开始时进气门已开大，新鲜气体能顺利地充入汽缸。

2）进气滞后角

在进气行程下止点过后，活塞重又上行一段，进气门才关闭。从下止点到进气门关闭所对应的曲轴转角称为进气滞后角（或晚关角），用β表示，β一般为4°～8°。进气门晚关，是因为活塞到达下止点时，由于进气阻力的影响，汽缸内的压力仍低于大气压，且气流还有相当大的惯性，仍能继续进气。下止点过后，随着活塞的上行，汽缸内压力逐渐增大，进气气流速度也逐渐减小，至流速等于0时，进气门便关闭的β角最适宜。若β过大便会将进入汽缸的气体重新又压回进气管。

由上可见，进气门开启持续时间内的曲轴转角，即进气持续角为α＋180°＋β。

3．排气门的配气相位

1）排气提前角

在做功行程的后期，活塞到达下止点前，排气门便开始开启。从排气门开始开启到下止点所对应的曲轴转角称为排气提前角（或早开角），用γ表示，γ一般为40°～80°。排气门恰当地早开，汽缸内还有0．3～0．5MPa的压力，做功作用已经不大，但利用此压力可使汽缸内的废气迅速地自由排出，待活塞到达下止点时，汽缸内只剩0．11～0．12MPa的压力，使排气行程所消耗的功率大为减小。此外，高温废气的早排，还可防止发动机过热。但γ角若过大，则将得不偿失。

2）排气滞后角

在活塞越过上止点后，排气门才关闭。从上止点到排气门关闭所对应的曲轴转角称为排气滞后角（或晚关角），用δ表示，δ一般为10°～30°。由于活塞到达上止点时，汽缸内的压力仍高于大气压，且废气气流有一定的惯性，所以排气门适当晚关可使废气排得较干净。

由上可见，排气门开启持续时间内的曲轴转角，即排气持续角为γ＋180°＋δ。

4．气门的叠开

由于进气门早开和排气门晚关，就出现了一段进、排气门同时开启的现象，称为气门叠开。同时开启的角度，即进气门早开角与排气门晚关角的和α＋δ，称为气门叠开角。

由于进气门关闭时，活塞距下止点已较远，其速度已相当大。因而晚关角的变化对汽缸内的容积及充量的影响较大。在配气相位的4个角中，进气滞后角的大小，对发动机性能的影响最大。因此，一般发动机当配气相位变滞后，影响发动机性能最大的进气滞后角变大，而这正是高速时所要求的，所以对高速稍有利但低速性能变坏；反之，配气相位变早时，进气滞后角变小，对低速稍有利而高速性能变坏。

对于不同发动机，由于结构形式、转速各不相同，因而配气相位也不相同。合理的配气相位应根据发动机性能要求，通过反复试验确定。

5．配气相位的调整

（1）将凸轮皮带轮上的标记对准齿形皮带防护罩上的标记；

（2）将齿轮皮带套在齿形皮带轮上和张紧轮上；

（3）按照顺时针方向转动张紧轮齿形皮带轮；

（4）转动曲轴检查调整记号是否正确；

（5）紧固张紧轮螺栓；

（6）转动两圈检查调整正时记号。

注意事项：进行皮带拆卸修理工作后，必须对皮带和配气相位进行调整；正时皮带安装后，必须保证各装配记号正确；必须保证皮带张紧度符合要求。

6．可变配气相位

尽管不同发动机配气相位是根据试验而取得的最佳配气相位，从而成为设计凸轮型线及确定各汽缸进、排气凸轮在凸轮轴上相对位置的依据。但实际上当配气凸轮轴设计已定，则发动机的配气相位也就确定下来了，在发动机运转过程中是不能改变的。然而，发动机转速的高低对进、排气流动以及汽缸内的燃烧过程是有影响的。转速高时，进气气流流速高，惯性能量大，所以希望进气门早些打开，晚些关闭，尽量多进一些混合气或空气；反之，在发动机转速低时，进气流速低，流动惯性能量小，如果进气门过早开启，由于此时活塞正在上行排气，很容易把新鲜气体挤出汽缸，使进气反而少了，发动机工作更趋不稳定。因此，在低转速时，希望发动机进气门稍晚些开启。另外，在发动机转速不同时，对配气相位的要求是不同的。如果凸轮型线所规定的配气相位适用于高速，那么在低转速时，性能就不会太好；反之亦然。为了取得平衡，一般凸轮型线设计时，配气相位既要照顾到高速，又要兼顾低速，所以是一个折中的配气方案，很难达到真正的最佳配气相位。

为了使高速和低速都能得到最佳的配气相位，20世纪80年代后，在轿车发动机上出现了一些可变配气相位的控制机构。

三、气门定时和升程可变的进气系统

20世纪90年代初，日本本田公司推出了一种既可改变配气定时，又能改变气门运动规律的可变配气定时——升程的控制机构（VTEC机构）。其配气凸轮轴上布置了高速和低速两种凸轮，采用了设计特殊的摇臂，根据发动机转速的高低，自动切换凸轮，使摇臂分别被高速或低速凸轮驱动。由于凸轮的更换，从而实现了配气定时和气门运动规律均可变化的目的，其工作原理如图4－15所示。这种机构在本田D18C型1．8L四缸直列式轿车汽油机上得到了应用。

图4－15　VTEC机构的工作原理

1—排气凸轮；2—主凸轮；3—中间凸轮；4—次凸轮；5—排气凸轮；6—柱塞；7—主摇臂；8—中间摇臂；9—次摇臂；10—摇臂轴；11—正时柱塞；12—同步柱塞；13—限位柱塞

【复习延伸】

1．正时皮带没有按照保养里程更换会造成哪些不良影响？

2．更换正时皮带时有哪些注意事项？

3．安装水泵时的注意事项有哪些？