气门传动组的组成与工作原理

五、气门传动组的组成与工作原理

气门传动组由凸轮轴、摇臂、摇臂轴、推杆、挺柱和凸轮轴正时齿轮组成，如图2.72所示。

图2.72　气门传动组

其功用是使进、排气门能按配气相位规定的时刻开启，并保证气门有足够的开度。

1.凸轮轴

如图2.73所示，凸轮轴的作用是控制气门的开启和关闭，每一个进、排气门分别有相应的进气凸轮和排气凸轮。它由进气凸轮、排气凸轮、凸轮轴颈、驱动汽油泵的偏心轮、驱动机油泵及分电器的斜齿轮等组成。凸轮轴轴向定位装置如图2.74所示。

图2.73　凸轮轴的构造

图2.74　凸轮轴轴向定位装置

1-正时齿轮；2-齿轮轮毂；3-固定螺母；4-止推凸缘；5-安装螺栓

2.凸轮

（1）凸轮的轮廓

凸轮的轮廓如图2.75所示。

图2.75　凸轮的轮廓

（2）凸轮的结构

凸轮的轮廓保证气门开启和关闭的持续时间符合配气相位的要求。图2.75中，O为凸轮的中心，EA为凸轮的基圆，AB和DA为凸轮的缓冲段，BCD为凸轮的工作段。

（3）凸轮的工作情况

当挺柱处于EA上时，气门处于关闭状态。当凸轮转至A点时，挺柱开始移动，在缓冲段AB内的某点M处消除气门间隙，气门开始开启，至C点时气门开度最大，而后逐渐关小，至缓冲段DE内的某点N时，气门完全关闭。此后，挺柱继续下落，出现气门间隙，至E点时挺柱又处于最低位置。

（4）同名凸轮的相对角位置（图2.76所示）

图2.76　同名凸轮轴的相对角位置

凸轮轴上各缸进气（排气）凸轮，即同名凸轮的相对角位置与凸轮轴的转动方向、各缸的工作顺序和做功间隔角有关。

直列四冲程发动机其同名凸轮间的夹角等于做功间隔角的一半，如四缸为90°，六四缸为120°。

3.凸轮轴轴颈

凸轮轴轴颈用来支承凸轮轴。有的凸轮轴各道轴颈的直径相等，但也有的凸轮轴轴颈是从前往后逐渐减小，以便于安装。有的凸轮轴轴颈上有油孔，如图2.77所示。下置式凸轮轴的最后一道轴颈上还钻有一个与轴平行的通孔。

有的凸轮轴轴颈上有油槽，以通过缸体上的油道输送润滑油润滑摇臂。

图2.77　凸轮轴轴颈上的油槽和油孔

1-凸轮轴；2-节油槽；3-缸体；4-油堵；5-空腔；6-浸油孔；7-油孔

4.挺柱（如图2.78所示）

图2.78　挺柱

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。近年来，液压挺柱被广泛地采用。

（1）普通挺柱的构造

1）形式

常见挺柱有菌形和筒形两种形式。

2）挺柱的旋转

①目的：使挺柱磨损均匀。挺柱工作时，由于受凸轮侧向推力的作用会引起挺柱与导管之间单面磨损，又因挺柱底面与凸轮始终在一处接触，也会造成磨损不均匀。

②措施：挺柱底部工作面多制成球面，并且把凸轮制成锥形。这样，在工作时，由于凸轮与挺柱的接触点偏离挺柱轴线，当挺柱挺起时，接触点的摩擦力使其绕本身轴线转动，以达到磨损均匀的目的。

（2）液力挺柱

1）作用

液力挺柱解决了因有气门间隙而产生的冲击及噪音问题。

2）结构

液力挺柱由挺柱体、柱塞、球座、柱塞弹簧、单向阀和单向阀弹簧等组成，如图2.79所示。挺柱体和柱塞上有油孔与发动机机体上相应的油孔相通。球座为推杆的支承座。单向阀有片式和球式两种。

图2.79　液力挺柱

1-挺柱体；2-卡簧；3-球座；4-柱塞；5-单向阀架；6-柱塞弹簧；7-单向阀；8-蝶形弹簧；A-柱塞腔；B-挺柱体腔

3）工作情况

发动机工作时，机油沿主油道供到气门挺柱。

①当气门关闭时，机油经挺柱体和柱塞上的油孔压进柱塞腔A内，推开单向阀充入挺柱体腔B内。柱塞在挺柱体腔油压及柱塞弹簧的作用下上行，与气门推杆压紧。但此压力远小于气门弹簧张力，气门不会被打开而只是消除了整个配气机构中的间隙。同时，B腔内油液已充满，单向阀关闭。

②气门的开启：当凸轮转到工作面使挺柱上推时，由于单向阀已关闭，柱塞便推压挺柱体腔B内油液使压力升高，而液体具有不可压缩性，挺柱便像一个整体一样推动气门开启。此过程中，由于挺柱体腔内油压较高，在柱塞与挺柱体的间隙处将有少数油液泄漏而使“挺柱缩短”。

③气门的关闭：当凸轮转到非工作面时，解除了对挺柱的推力，使挺柱体腔B内油压降低。于是，主油道的油压将再次推开单向阀，向挺柱体腔内充油，以补充工作时的泄漏，并且此油压又和柱塞弹簧一起上推柱塞，始终保持配气机构无间隙。

④若气门和推杆受热膨胀，挺柱回落后向挺柱体腔内补油时，便会减少补油量，从而使挺柱自动“缩短”。因此，不留气门间隙仍能保证气门关闭。

相反，若气门和推杆冷缩，则挺柱回落后向挺柱体腔内补油时，便会增加补油量，从而使挺柱自动“伸长”，仍保持配气机构无间隙。

⑤使用液力挺柱的发动机应注意以下问题：

a.对润滑油的压力和滤清质量要求较严格。当润滑油压力过低时，补油能力下降，气门间隙大。

b.液力挺柱拆洗后，装机前必须人工排气，否则启动困难。

c.冷机或停放时间长时，启动后有短暂气门响声，这是正常现象。

图2.80所示为奥迪轿车和桑塔纳轿车发动机液力挺柱。

图2.80　奥迪轿车和桑塔纳轿车发动机液力挺柱

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-柱塞焊缝；11-柱塞；12-套筒；13-弹簧；14-缸盖；15-气门杆

5.推杆（如图2.81所示）

图2.81　推杆

推杆的功用是将从凸轮轴传来的推力传给摇臂，它是配气机构中最容易弯曲的零件，要求有很高的刚度。在动载荷大的发动机中，推杆应尽量地做得短些。

6.摇臂和摇臂组（如图2.82所示）

图2.82　摇臂和摇臂组

1-垫圈；2、3、4-摇臂轴支座；5-摇臂轴；6、8、10-摇臂；7-弹簧；9-定位销；11-锁簧；12-堵头；A\C\D\E-油孔；B-油槽

摇臂是一个双臂杠杆，用来改变推杆传来的力的方向，使其作用到气门杆端而打开气门。摇臂装在摇臂轴上，摇臂轴通过摇臂轴支座装在汽缸盖上。摇臂是一个不等臂杠杆，其长臂一端驱动气门。