发动机气门传动组部件结构和零件分解图

气门传动系统由凸轮轴驱动的挺柱、推杆和摇臂构成，其工作机理是凸轮轴通过齿轮传动带动气门杆上下运动，使气门开启或关闭。当凸轮轴上的凸轮与气门杆接触时，气门杆被抬起，气门打开；当凸轮轴上的凸轮离开气门杆时，气门杆被弹簧压缩，气门关闭。气门的开启和关闭时间由凸轮轴上凸轮的形状和位置决定，这也是发动机的布置者根据不同的工作要素和要求来布置凸轮轴的重要依据。

      当凸轮轴转动时，为了防范凸轮凸尖顶动气门时的横向力直接作用在气门脚上，造成气门杆单向磨损，使气门关闭不严，因此在气门与凸轮轴间装有气门挺柱。气门挺柱也称作挺柱。用于跟随凸轮轴上凸轮的轮廓进行运动。气门挺柱直接由凸轮轴驱动，将凸轮轴的旋转运动转变为往复运动，以打开和关闭气门。发动机上的挺柱有多种规格，包括整体滑动式挺柱、凸轮随动杆（滚轮式挺柱）、滚轮臂式和液压式挺柱。

      整体式挺柱以一个整体零件的形式传递运动，它在小型发动机上易见，位置如图1所示。为减小推杆毛重和运动惯性，有些整体式挺柱规划成中空的管子，而有些却布置成实心的。整体式挺柱主要在较老的发动机或一些高性能发动机上使用。它的一个弊端是噪音大，具有一种特别的敲击声。

      为了预防挺柱的单向磨耗，在有些柴油发电机上，把挺柱的下端面制成球面与捎带锥形的凸轮相配合，或者把挺柱的中心线与凸轮的中心线相错开。在作业时由于中心线不相重合，在横向力的用途下便产生了扭转力矩，使挺柱在上升的同时还作旋转运动，从而达到磨耗均匀的目的。

      整体式挺柱的发动机都必须有调整气门间隙的途径。通常，调节是在气门系统的摇臂部分进行的。在摇臂的一端有一个小的调整螺钉和锁紧螺母，当转动调节螺钉时，将使得摇臂增加或减少气门和摇臂之间的间隙。用塞尺严查这个间隙，并要调整到制造厂的规定值范围内。一般进、排气门间隙在0.2～0.4mm之间。如图2所示。各种机器操作介绍上有明确规定。

      气门接触高温气体，温度很高，尤其是排烟门的温度更高。气门受热膨胀，沿气门杆伸长，气门杆越长，膨胀量越大。如果挺柱与气门脚或摇臂与气门脚之间，在传动流程中不留间隙，柴油发电机工作不久，气门就会关闭不严而漏气。因此，气门脚与挺柱间或气门脚与摇臂间要留适当的间隙，当气门受热膨胀时，使之有膨胀的余地，以免机温升高后气门关闭不严。

      若间隙因发动机操作久了或调节不当变大时会使气门升程减小，开启时间变短，造成进气不足或排气不充分，发动机输出无力。同时，气门脚冲击负载增加，加速磨耗。若间隙太小时，会出现气门关闭不严，发生漏气造成压缩不好的后果。所以，在柴油发电机作业一段时间后，要进行气门间隙的校准。

      滚轮式挺柱是在其下端安装一个小滚轮，如图3（a）所示。这样在凸轮顶到滚轮时，滚轮在凸尖的曲线上滚动，降低了挺柱或凸轮间的直接损伤。

      凸轮随动件或滚轮挺柱有时用来代替整体式挺柱，它们通过滚轮在凸轮轴上滚动凸轮随动件，有时用凸轮随动件代替挺柱。它与整体式挺柱很相似，唯一的区别是：凸轮随动件通过滚轮在凸轮轴上滚动，而不是通过金属滑动。凸轮随动件减少了摩擦力，而且载荷分配更均匀。它们详细用在高压缩比的发动机上，如柴油发动机和赛机发动机。

      凸轮随动件的一端装着滚轮，另一端是加工面，以便能够插入推杆。凸轮随动件的侧面还加工了一个小沟槽。一般，挺柱座孔内有一个小销子与这个沟槽配合。这种布置减轻了凸轮随动件在其座孔内转动的可能。这种挺柱有多种构造，一种较多发的如图3（b）示。在这种结构中，滚轮直接在凸轮轴上滚动，推杆装在凸轮随动件中。选用这种凸轮随动件的发动机也具有一个可调整的气门组间隙。

      在凸轮和挺柱之间用一带滚轮的摇臂代替挺柱，称为滚轮臂，其组成如图4所示。滚轮臂的一端套在与凸轮轴相平行的轴上，此轴称为滚轮轴。用滚轮臂代替挺柱可以降低凸轮轴对挺柱的侧向压力和挺柱的往复惯性力。

      液压挺柱（杆）可以减少噪声，并可控制气门的间隙。液压挺柱通过油压使气门间隙保持为零，其详细零件如图5所示。液压挺柱主要由挺柱壳体、油孔、柱塞弹簧、弹簧座、弹簧、单向球、柱塞、计量阀、挺柱座康明斯柴油发电机控制面板、锁环结构。液压挺柱的内部零件安装在挺柱壳体内，柱塞在壳体内上下移动。顶置凸轮轴发动机液压挺柱的工作流程，摇臂直接推动挺柱。一般在顶置凸轮轴的发动机上，挺柱直接装在凸轮轴的上方。

（1）凸轮凸部举升之前的情形如图6（a）所示。在凸轮凸部开始举升之前，柱塞被内部回位弹簧向上顶起。机油从挺柱腔流向凹进部位，称为泄油区。挺柱内的机油压力来自发动机的润滑装置。此时，高压腔内充满了机油，气门系统中的所有间隙都被机油压力解除。机油要通过单向球，此单向球只允许机油向一个方向通过。如果机油试图从高压进入柱塞，将被单向球截止。一些挺柱采用单向阀而不是单向球，但原理是相同的。

（2）当凸轮凸部开始举升挺柱时，如图6（b）所示，气门弹簧的压力（通过摇臂可以看得出来）试图阻止柱塞向上移动。但是，挺柱的壳体被凸轮凸部举起，这导致挺柱内高压腔内的油温升高。随着凸轮继续举升挺柱的壳体，高压将挺柱锁止成一个整体，从而迫使气门打开。随后，从柱塞和壳体之间的间隙中泄漏出少量的机油，从而使柱塞稍稍向下移动一点点，这就叫作“泄漏”（Leak down）。泄漏非常重要，它由柱塞和壳体间的间隙精确地控制，其目的是使气门弹簧的压力能够向下将柱塞推到壳体中。

（3）随着凸轮的继续转动，挺柱壳体上的压力减轻，这是因为凸轮的凸部已经转过挺柱。随着油压的减少，气门在气门弹簧的压力作用下关闭，挺柱的柱塞和壳体也回到初始的位置。装置中的所有间隙再次被油压清除。当挺柱到达图6（c）所示的位置时，就已准备好重复以上作业循环。

      推杆是气门挺柱和摇臂组之间的传动杆，推杆的净重要尽量地轻，推杆用铝合金（或钢）制成，构造如图7所示。为了降低运动惯性，多将推杆制成空心。铝合金推杆的两端用经太热排查的钢质材料镶入，以增加耐磨性。有些机器的推杆中间有射油孔，用以润滑摇臂。有些推杆的顶部还有小的凸球，这些凸球在挺柱和摇臂内滚动。

      只有凸轮轴内置于机体的发动机才使用推杆，顶置凸轮轴式发动机不需要推杆。

      推杆可能是实心的，也可能是空心的。在一些发动机上，推杆的中心有一个小孔康明斯发动机型号大全，使机油能够通过液压挺柱流到汽缸盖的上部。整体式挺柱的推杆两端没有凸球，而是采取凹面。这个凹面端与摇臂上的小球相配合，如图7所示，几种不一样规格的推杆端部形状。

      摇臂的用途有两个：一是改变凸轮举升力的方向；二是在气门举升过程中供应一定的机械效率。如图9所示，当挺柱和推杆向上运动时，摇臂绕着中心支点转动，这样致使气门一侧的运动方向产生改变。这种方向的改变使得气门向下打开。摇臂装在汽缸盖的摇臂轴上，用碳素钢或合金钢制成。它的一端制成长臂，另一端制成短臂。长臂端与气门脚接触，短臂端的上部有调整螺钉，下部和气门推杆相接，摇臂轴到摇臂两端的距离是不相等的。摇臂的一端制成长臂的优点是，可以降低凸轮的尺寸，而又不使气门的升程减小。

      对于一些发动机，很重要的一点是要求气门的打开程度要比凸轮凸部的实际升程大。通过改变支点到摇臂两端的距离即可实现这一点，即摇臂两端到支点的距离不相等，如图10（a）所示。从点A到支点的距离小于从点B到支点的距离，这两个距离的比就称作摇臂传动比。在这个例子中，传动比是1.5：1，这就是说，气门打开的距离是凸轮凸部的实际升程的1.5倍。

      摇臂的设计和装配有多种方法。有些装配在摇臂轴上，在这种安装形式中，要用到弹簧、垫圈、各个摇臂和螺栓等，如图11所示。另外一些摇臂用螺柱直接安装的缸盖上。

      一些顶置凸轮轴发动机的摇臂选取这样的程序：凸轮轴在摇臂的顶部直接驱动摇臂，如图10（b）所示。选用这种机械布局形式的凸轮轴，气门的打开距离要比凸轮轴的凸轮升程稍大一些。

      如图11所示，凸轮轴凸轮驱动摇臂，但在摇臂的右端加了一个液压间隙调节装备。在这种情形下，液压间隙调节装置的用途与通常的液压挺柱相同，就是解决气门和摇臂之间的所有间隙。一些顶置凸轮轴发动机完全取消了摇臂，对于这种凸轮轴布局形式，凸轮轴凸轮直接驱动气门的顶端康明斯发电机组。

      气门传动组的品质和性能对发动机的运行稳定性、动力性和经济性都有着重要的危害。因此，在发动机的布置和制造过程中，需要严格控制气门传动组的加工精度和装配质量，以确保气门传动组的可靠性和稳定性。同时，在发动机的操作程序中，也需要定期查看和保养气门传动组，以保证其正常作业。