氣門(mén)間隙液壓補(bǔ)償技術(shù)

氣門(mén)間隙液壓補(bǔ)償從五十年代開(kāi)始，發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)得到了不斷的改進(jìn)，同時(shí)引入了氣門(mén)間隙液壓補(bǔ)償組件?，F(xiàn)在，零部件供貨商和整車(chē)廠在制造成本和發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)耐久性方面提出的要求，推動(dòng)著氣門(mén)間隙液壓補(bǔ)償組件的發(fā)展。氣門(mén)間隙液壓補(bǔ)償技術(shù)的功用氣門(mén)間隙液壓補(bǔ)償技術(shù)的功用就是利用發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油調(diào)整液壓補(bǔ)償組件自身的長(zhǎng)度，以補(bǔ)償氣門(mén)傳動(dòng)鏈中由于熱膨脹、磨損和制造公差等因素引起的零部件長(zhǎng)度變化，達(dá)到將氣門(mén)間隙降低到最低限度的目的。如圖1，通常每個(gè)氣門(mén)的間隙都應(yīng)當(dāng)保持在0.25至0.75mm之間，公差*0.025mm。如果沒(méi)有自動(dòng)的間隙調(diào)整裝置，維護(hù)保養(yǎng)時(shí)就必須調(diào)整氣門(mén)傳動(dòng)鏈，以解決兩次維護(hù)保養(yǎng)之間的間隔中可能形成的凸輪徑向跳動(dòng)、氣門(mén)傳動(dòng)鏈和氣缸蓋氣缸體中零部件的熱膨脹、氣門(mén)落不到底以及氣門(mén)傳動(dòng)鏈的正常磨損帶來(lái)的噪聲增大等問(wèn)題。在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配在線也必須進(jìn)行類(lèi)似的調(diào)整，十分麻煩。特別是現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)普遍地采用了排氣后處理技術(shù)，為了使擔(dān)負(fù)排氣后處理的催化轉(zhuǎn)化器盡快地起燃，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和起動(dòng)后的暖機(jī)階段必須采取一些措施將排氣溫度提高到非正常的水平，這導(dǎo)致排氣門(mén)的氣門(mén)桿熱膨脹超常，因此必須采用液壓補(bǔ)償組件解決這一問(wèn)題。氣門(mén)傳動(dòng)鏈的分類(lèi)氣門(mén)間隙液壓補(bǔ)償組件因其所納入的氣門(mén)傳動(dòng)鏈系統(tǒng)不同而有區(qū)別。如圖2。1型氣門(mén)傳動(dòng)鏈用于上置式凸輪，凸輪直接作用于補(bǔ)償組件，沒(méi)有凸輪隨動(dòng)件，也沒(méi)有搖臂。這種類(lèi)型的氣門(mén)傳動(dòng)鏈有液壓式，也有機(jī)械式。如果是機(jī)械式的，就要用墊片調(diào)整杯狀挺桿和凸輪之間的距離，或者杯狀挺桿和氣門(mén)桿頂端之間的間隙。中國(guó)生產(chǎn)的轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)大多采用1型液壓氣門(mén)傳動(dòng)鏈，又稱(chēng)液壓杯狀挺桿，簡(jiǎn)稱(chēng)液壓挺桿。2型氣門(mén)傳動(dòng)鏈用于上置式凸輪，有指狀隨動(dòng)件。指狀隨動(dòng)件的回轉(zhuǎn)中心在其一端，故又稱(chēng)''回轉(zhuǎn)中心在一端的搖臂”，但因回轉(zhuǎn)中心會(huì)作微小的位移，所以不同于一般的搖臂。氣門(mén)和凸輪居于回轉(zhuǎn)中心的同一側(cè)。氣門(mén)間隙液壓補(bǔ)償組件固定在氣缸蓋中，用于從一端支承指狀隨動(dòng)件，故稱(chēng)支柱式氣門(mén)間隙液壓補(bǔ)償組件，又稱(chēng)間隙調(diào)整器。 3型氣門(mén)傳動(dòng)鏈用于上置式凸輪，有搖臂。搖臂繞中央的銷(xiāo)軸回轉(zhuǎn)，故又稱(chēng)''回轉(zhuǎn)中心在中央的搖臂”。氣門(mén)和凸輪分居于回轉(zhuǎn)中心的兩側(cè)。液壓補(bǔ)償組件插入搖臂中，故稱(chēng)插入式液壓補(bǔ)償組件，最終由它推動(dòng)氣門(mén)。現(xiàn)代汽車(chē)公司和本田汽車(chē)公司的發(fā)動(dòng)機(jī)，包括本田VTEC都采用插入式液壓補(bǔ)償組件，它直接跟氣門(mén)桿頂端接觸的部分時(shí)常采用''象腳"結(jié)構(gòu)。4型氣門(mén)傳動(dòng)鏈用于上置式凸輪，有搖臂。搖臂繞中央的銷(xiāo)軸回轉(zhuǎn)，故也稱(chēng)''回轉(zhuǎn)中心在中央的搖臂”。氣門(mén)和凸輪也分居于回轉(zhuǎn)中心的兩側(cè)。它是從3型的基礎(chǔ)上演變過(guò)來(lái)的，但是跟3型有兩點(diǎn)不同：第一，液壓補(bǔ)償組件和凸輪處在搖臂回轉(zhuǎn)中心的同一側(cè)；第二，凸輪并不直接接觸搖臂，而是在中間插入一個(gè)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的凸輪隨動(dòng)件。液壓補(bǔ)償組件轉(zhuǎn)移到了凸輪隨動(dòng)件中。這種液壓補(bǔ)償組件在美國(guó)叫做液壓舉升器，它還可能包含一個(gè)滾子。4型氣門(mén)傳動(dòng)鏈有一個(gè)變種，就是取消凸輪隨動(dòng)件，將液壓補(bǔ)償組件直接插入到搖臂中，其它都跟4型氣門(mén)傳動(dòng)鏈相同。5型氣門(mén)傳動(dòng)鏈用于下置式凸輪，有搖臂。搖臂的回轉(zhuǎn)中心也是放在中央，凸輪從一端推動(dòng)搖臂，氣門(mén)在回轉(zhuǎn)中心的另一端。它跟4型的差別在于，在凸輪隨動(dòng)件和搖臂之間插入了一根推桿。北美主要傾向于2型和5型，而且都是液壓的；西歐主要傾向于1型和2型。4型在兩地都很少采用，幾乎已被淘汰。無(wú)論是北美還是西歐，采用支柱式液壓補(bǔ)償組件的2型氣門(mén)傳動(dòng)鏈的市場(chǎng)份額都在增長(zhǎng)，正在接近或者超過(guò)原先在當(dāng)?shù)卣嫉谝晃坏念?lèi)型，但機(jī)械挺桿目前在世界上還有市場(chǎng)。 氣門(mén)間隙液壓補(bǔ)償組件液壓挺桿組成：液壓挺桿由導(dǎo)向部分和液壓部分組成。如圖3所示，導(dǎo)向部分包括一個(gè)形似杯狀、倒置的鋼質(zhì)外殼2和一個(gè)與外殼做成一體的內(nèi)殼5。液壓部分由油缸3、柱塞4和止回閥組成。圓3濯厘魁?。ㄙY料來(lái)源：I仲）1-凸輸，3糧厘梃梓外滿，3-油缸，小柱塞，5-內(nèi)般，&外油腔,7-止回瞰簧,8堀缸羞,9-回位建簧，山凜F辨簧，U-新皤F-高座睡，13-逵油槽，1卑油道，15-止回曜球，1凱止回^座，17-淺漏周隙，既內(nèi)油睡，19-遏油槽工作過(guò)程液壓挺桿的工作過(guò)程由補(bǔ)償階段和壓下階段組成。-補(bǔ)償階段：高壓腔補(bǔ)油和氣門(mén)間隙消除。這個(gè)階段的特征是，凸輪型線的基圓部分與液壓挺桿接觸，高壓腔從發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)得到機(jī)油補(bǔ)充。機(jī)油在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵的壓力下從氣缸蓋8中的油道14通過(guò)液壓挺桿的進(jìn)油槽13、外油腔6、過(guò)油槽19進(jìn)入內(nèi)油腔18。此時(shí)，內(nèi)油腔的壓力會(huì)超過(guò)高壓腔的壓力跟止回閥開(kāi)啟壓力（止回閥開(kāi)啟壓力就是剛好能夠克服止回閥彈簧力的油壓）之和，止回閥開(kāi)啟，機(jī)油流入高壓腔?；匚粡椈?的壓力將柱塞和油缸分別頂向上方和下方，使氣門(mén)間隙得到補(bǔ)償。最終當(dāng)高壓腔壓力升高到它跟止回閥開(kāi)啟壓力之和等于內(nèi)油腔壓力時(shí)，止回閥關(guān)閉。此時(shí)高壓腔的機(jī)油壓力和回位彈簧9的壓力還不足以克服氣門(mén)彈簧的力，所以氣門(mén)仍保持關(guān)閉。液壓挺桿所能補(bǔ)償?shù)臍忾T(mén)傳動(dòng)鏈長(zhǎng)度的變化量是有限度的，它取決于柱塞4底部圓環(huán)面跟油缸3底部的臺(tái)階之間的距離，即液壓行程。-壓下階段：高壓腔傳力。這個(gè)階段理想的工作過(guò)程是，凸輪型線的升程部分與液壓挺桿接觸，凸輪通過(guò)液壓挺桿的外殼將柱塞往下壓，迫使高壓腔壓力升高，止回閥關(guān)閉，高壓腔被封閉，得不到機(jī)油補(bǔ)充。在理想條件下，高壓腔里的機(jī)油可以看作剛體，因而凸輪的力得以通過(guò)液壓挺桿的外殼、柱塞、高壓腔里的機(jī)油和油缸傳遞到氣門(mén)桿，使得氣門(mén)開(kāi)啟。注意此時(shí)液壓挺桿的進(jìn)油槽跟氣缸蓋油道之間的聯(lián)系被切斷。但是由于機(jī)油的可壓縮性，凸輪壓下階段發(fā)生的實(shí)際工作過(guò)程跟理想條件下有很大差別，氣門(mén)升程曲線將會(huì)發(fā)生變異，造成氣門(mén)升程損失。如果氣門(mén)關(guān)閉升程損失超過(guò)了氣門(mén)關(guān)閉緩沖段高度，這就意味著氣門(mén)關(guān)閉過(guò)早，氣門(mén)關(guān)閉時(shí)液壓挺桿跟凸輪的接觸點(diǎn)尚未到達(dá)凸輪型在線的氣門(mén)關(guān)閉緩沖段，氣門(mén)對(duì)氣門(mén)座和氣缸蓋的沖擊明顯增強(qiáng)，由此引起的振動(dòng)和噪聲加劇。0.1毫米的氣門(mén)升程損失可以看作是發(fā)生噪聲的臨界值。高壓腔內(nèi)機(jī)油的含氣量愈大，則氣門(mén)升程損失愈大。影響氣門(mén)升程損失和液壓挺桿噪聲的因素相關(guān)因素包括：發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē)時(shí)氣缸蓋內(nèi)的機(jī)油是否能夠停留在氣缸蓋的機(jī)油油道內(nèi)；機(jī)油含氣量、機(jī)油壓力和機(jī)油溫度；高壓腔的液壓行程；油缸和柱塞之間的間隙；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；發(fā)動(dòng)機(jī)擱置時(shí)間；發(fā)動(dòng)機(jī)反復(fù)地起動(dòng)和停車(chē)的頻繁程度；發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē)時(shí)氣門(mén)的位置。為降低液壓挺桿噪聲和振動(dòng)，一方面要求優(yōu)化液壓挺桿的機(jī)油供油系統(tǒng)，在熱怠速時(shí)液壓挺桿的機(jī)油油壓不得低于0.5bar；發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē)后機(jī)油供油系統(tǒng)應(yīng)能將機(jī)油保持在油道中；采取除氣措

施。另一方面是設(shè)計(jì)低噪聲液壓挺桿。如：-防泄油液壓挺桿。跟基本型液壓挺桿相比，它在外油腔中加了一道固定在挺桿外殼圓周內(nèi)側(cè)面底部的外圍圈，可阻止空氣將機(jī)油從外油腔壓到氣缸蓋的油道中去；-低吸入液壓挺桿。跟基本型液壓挺桿相比，它在外油腔中加了一道固定在挺桿外殼頂部?jī)?nèi)側(cè)面的內(nèi)圍圈。進(jìn)入內(nèi)油腔的機(jī)油必須從內(nèi)圍圈的底部吸入，從而減少了空氣被吸入內(nèi)油腔的危險(xiǎn)；-迷宮式液壓挺桿。迷宮式液壓挺桿既有外圍圈，又有內(nèi)圍圈，將這兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)了，效果最佳?？招谐桃簤和U跟普通的液壓挺桿相比，空行程液壓挺桿多了一個(gè)差壓柱塞彈簧和一個(gè)差壓柱塞，而且將止回閥從主柱塞下面搬到了差壓柱塞下面。在調(diào)整階段，差壓柱塞的底面被差壓柱塞彈簧壓靠在主柱塞的臺(tái)階上，其頂面則比主柱塞低一些。在壓下階段之初，高壓腔壓力升高，首先將差壓柱塞從主柱塞的臺(tái)階頂起，直到差壓柱塞的頂面跟主柱塞的頂面齊平，一起頂?shù)酵U頂部?jī)?nèi)側(cè)面為止。頂起的這一段路程就叫做空行程，設(shè)計(jì)成大約0.2mm。凸輪軸軸心線在0.2mm以?xún)?nèi)的跳動(dòng)可以通過(guò)空行程挺桿得到補(bǔ)償。熱學(xué)影響、由于氣門(mén)桿彈性變形引起的氣門(mén)長(zhǎng)度改變，以及氣缸蓋和氣門(mén)座圈的彈性變形對(duì)氣門(mén)傳動(dòng)鏈造成的影響都可以得到補(bǔ)償。空行程功能還可避免在補(bǔ)償階段出現(xiàn)凸輪基圓接觸力的峰值，減少基圓摩擦。此外，空行程液壓挺桿具有使凸輪軸和氣門(mén)彈性變形之間脫耦的作用，這使得系統(tǒng)能夠抵御由于凸輪軸傳動(dòng)力的不均衡而引起的扭振。用于大眾汽車(chē)公司泵噴嘴TDI柴油機(jī)。苗誠(chéng)偵nr{-ftIMEL儲(chǔ).1?imaOiM赴汕孔苗誠(chéng)偵nr{-ftIMEL泄沛收染m制油仙隙斟7帶協(xié)被指狀隨訕件和涂f的支樸?式/訂血隙被JI冊(cè)償元件（資料來(lái)源:INAi左圖；Ik枷'布圖:補(bǔ)費(fèi)命稅支柱式氣門(mén)間隙液壓補(bǔ)償組件液壓挺桿本身參與運(yùn)動(dòng)，增加了氣門(mén)傳動(dòng)鏈的慣性力，所以某些場(chǎng)合下采用支柱式氣門(mén)間隙液壓補(bǔ)償組件。它必須跟指狀隨動(dòng)件配合使用。指狀隨動(dòng)件分成鑄鐵的和沖壓兩種。帶鑄鐵指狀隨動(dòng)件的支柱式氣門(mén)間隙液壓補(bǔ)償組件的構(gòu)造見(jiàn)圖7。帶薄鋼板沖壓指狀隨動(dòng)件的支柱式氣門(mén)間隙液壓補(bǔ)償組件的構(gòu)造見(jiàn)圖8。薄鋼板沖壓指狀隨動(dòng)件用厚度為2.5到3.5毫米的不銹鋼帶經(jīng)過(guò)二十多道工序沖壓而成。滾子里邊是一圈滾針，實(shí)際上滾子就是一個(gè)滾動(dòng)軸承。為了降低凸輪接觸面上的最大接觸應(yīng)力，與凸輪接觸的滾子回轉(zhuǎn)表面的母線優(yōu)化成了兩端漸縮的形狀。

止皿珠|■l-IHff止皿珠|■l-IHff禮d.機(jī)四HiM&g1旭隴間隙2迎油“3出m左鏈*壓Hft我，咨Bh樸IS你段Ktt.插入式氣門(mén)間隙液壓補(bǔ)償組件插入式液壓補(bǔ)償組件常見(jiàn)于四氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)和進(jìn)、排氣門(mén)分居于曲軸兩側(cè)的兩氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)，見(jiàn)圖9。發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)通過(guò)搖臂內(nèi)的油道供油，所以這種搖臂又稱(chēng)液壓搖臂。插入式氣門(mén)間隙液壓補(bǔ)償組件的工作原理跟液壓挺桿十分相似。搖臂是用鋁合金壓鑄而成的。出氣孔布置在液壓搖臂上液壓補(bǔ)償組件插入端的上部。這顯然是為了讓進(jìn)入液壓補(bǔ)償組件的空氣以最短的路線逸出到大氣之中。下置式凸輪軸氣門(mén)間隙液壓補(bǔ)償組件在兩氣門(mén)V形發(fā)動(dòng)機(jī)中，為了用一根凸輪軸推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)兩列氣缸的全部頂置式氣門(mén)，可以采用下置式單凸輪軸，此時(shí)氣門(mén)間隙液壓補(bǔ)償組件必須跟隨凸輪軸移到下方，安裝在氣缸體內(nèi)而不是在氣缸蓋內(nèi)，并且如圖2中的5型氣門(mén)傳動(dòng)鏈所示，用推桿解決氣門(mén)推動(dòng)力的傳遞距離較遠(yuǎn)的問(wèn)題，見(jiàn)圖10。跨國(guó)公司在中國(guó)生產(chǎn)的轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中也有這種布置。在這種方案中，發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)通過(guò)設(shè)在氣缸體內(nèi)的油道向氣門(mén)間隙液壓補(bǔ)償組件供油。特種功能的液壓補(bǔ)償組件一拖二液壓挺桿上置式雙凸輪軸四氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)中，采用一根凸輪軸推動(dòng)進(jìn)氣門(mén)，另一根凸輪軸推動(dòng)排氣門(mén)。同一個(gè)氣缸上的兩個(gè)進(jìn)氣門(mén)或兩個(gè)排氣門(mén)的液壓挺桿可以用一根水平銷(xiāo)連在一起，成為一拖二液壓挺桿，可以省去一半的凸輪。

AI1RMun事土映■AI1RMun事土映■Hl國(guó)9幅液11..揚(yáng)響卻誠(chéng)子怕貴晶式二門(mén)村RK強(qiáng)IHi唯元件僚辭來(lái)博=]NAJg服詼W孔成叩相通HLHK制5HftflH右罔；補(bǔ)蒞階靴SlKtfiF]J^.IJrri4HM—ii可切換液壓挺桿在城市行駛工況中，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷率很低，燃油經(jīng)