发动机气门机构作用和组成构造（图解）
发动机气门机构介绍
气门机构的作用是根据发动机各缸工作循环的要求，定时开启和关闭进、排气门，在进气行程使混合气或新鲜空气进入气缸，在排气行程将废气排出气缸。气门开闭的时刻和顺序由凸轮轴决定。采用正时链条传动的气门机构如图 5-1 所示。
气门机构的组成
气门机构通常由气门组和气门传动组两部分组成。
1） 气门组：由进气门、排气门、气门导管、气门座及气门弹簧等零件组成。
2） 气门传动组：由凸轮轴、摇臂轴、摇臂、推杆、挺柱和正时齿轮等组成。
气门机构工作原理：发动机工作时，气门由凸轮轴通过挺柱和推杆驱动，当凸轮的凸起部分顶起挺柱时，挺柱推动推杆一起上行，作用于摇臂上的推力使摇臂绕轴转动，摇臂的另一端压缩气门弹簧使气门下行，即打开。随着凸轮轴的继续转动，当凸轮轴的凸起部分离开挺柱时，气门在气门弹簧弹力的作用下上行，即关闭。图 5-2 所示为带气门摇臂的发动机，通过转动安装在摇臂上的调整螺钉来调整气门间隙。采用液压挺柱的凸轮轴底置气门机构如图 5-3 所示。
在滚子摇臂式发动机中，气门是通过一个带有液压支撑元件（液压挺柱） 的凸轮轴随动装置驱动的，这样可减少摩擦，减少驱动凸轮轴运动的功率损耗。液压支撑元件是滚柱式凸轮随动装置的支点，而摇臂相当于一个杠杆，凸轮接触凸轮滚柱并将摇臂下压的过程中就打开了气门。滚子摇臂式气门机构如图 5-4 所示。
采用双顶置凸轮轴（DOHC） 的气门机构如图 5-5 所示。发动机的进气门和排气门分别布置在两侧，各由一根凸轮轴驱动，易于实现可变气门正时功能。由于凸轮轴直接通过挺柱驱动气门，加之气门数较多，发动机的进气阻力减小，进气量增大，更容易实现高转速、高功率输出。
正时链条传动
正时链条传动机构（图 5-6） 位于发动机曲轴前端，正时链条由曲轴驱动，利用液压张紧器张紧。正时链条还受导轨导引，以减小振动和噪声 , 它通过链轮来驱动凸轮轴、机油泵和平衡轴模块。正时链条由金属材料制成，无需保养。正时链条的运行噪声很小，而且可使用很长时间。
如图 5-7 所示，曲轴链轮、凸轮轴链轮、平衡轴链轮和正时链条上通常有正时标记。在对链条驱动装置进行调整时，传动轮上的标记必须与两个链条上三个深色的链节对齐。首先将深色的链节放到链条的一侧，这样，就只存在唯一的安装位置了。
正时齿带传动
正时齿带传动机构（图 5-8）也位于发动机前端，在拆下正时室盖罩后可见。冷却液泵（水泵） 和凸轮轴由曲轴通过正时齿带驱动。在正时齿带传动系统中，有一个自动张紧轮和 1~2个导向轮（惰轮） 来张紧正时齿带，以减小正时齿带的振动。正时齿带具有结构简单、成本低、噪声小及更换方便等特点，一般在使用 4~6 万 km 后需更换。
可变气门正时系统（VVT）
可变气门正时系统（图 5-9） 的作用是通过调整凸轮轴的位置，提前打开进气门或推迟打开排气门，以提供适合发动机运转工况的最佳气门正时。该系统可提高发动机燃油经济性并减少废气排放。
如图 5-10 所示，正时调节器由正时链条驱动的外壳和与进气或排气凸轮轴相连的叶片组成。凸轮轴通过两个叶片式调节器来调整。两个凸轮轴在气门的“提前打开”和“滞后打开”方向都可以进行连续调节。
丰田 VVT-i 系统的工作原理如图 5-11 所示，系统根据发动机工况控制进气凸轮轴。机油控制阀利用来自发动机电控模块（ECM）的占空比信号来控制滑阀，这可使液压施加到正时调节器的提前侧或延迟侧。达到目标正时后，机油控制阀将保持在中间位置以保持气门正时。
来自进气和排气凸轮轴提前或延迟侧油道的机油压力使 VVT-i 控制器的叶片沿圆周方向旋转，以持续改变进气门和排气门正时。发动机停机时，锁销将进气凸轮轴锁止至最大延迟端，排气凸轮轴锁止至最大提前端，以确保发动机正常起动。
大众 1.8L TFSI 发动机的凸轮轴调节机构如图 5-12 所示。该调节机构的调节阀（机油控制阀） 安装在调节器前端的发动机壳体上。通过调节进气凸轮，可将其调整到相对曲轴30°~60°的角度。
发动机控制单元 （ECU） 根据空气流量传感器和发动机转速传感器的信号来计算所需调整的主信号。除此之外，还将冷却液温度传感器信号作为修正信号进行评价，霍尔传感器信号用来检测进气凸轮的实际位置。调节器的位置由用于调节凸轮轴的电磁阀来确定，并由 ECU 通过一个脉冲宽度的调制信号来控制。停车后，调节器就锁定在延后位置上，该功能是通过一个弹簧锁销实现的。该系统在机油压力达 0.5bar（50kPa） 时解锁。在发动机转速超过 1800r/min 和有负荷要求的情况下，ECU 会改变进气凸轮轴的位置，并提前开启气门，以优化喷油正时。
文章出自《汽车构造（配任务工单）》
作者：王勇 邓家彬 马良琳
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上市时间：2020年9月