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气缸盖与配气机构


一、气门罩及气缸盖

(一)化油器式发动机的气缸盖

材料采用ZL107铸造铝合金,牌号ZAlSi7Cu4。进气道与水平面夹角20°;排气道几乎呈水平方向布置,全部沉浸在水套里。气缸中心到进、排气门中心连线的距离为2mm。燃烧室容积70%强设置在气缸盖上。火花塞孔轴线与水平面的夹角为53°。

气缸盖长度约379mm;气缸盖高度的最小值定为132.60mm。

进气门座圈的材料,含钴9.8%、镍1.64%、钼1.5%、铅1.2%,是一种铁基粉末冶金件。排气门座圈的材料牌号为5Cr21Mn9Ni,锥面上用等离子喷镀技术喷镀一层铬镍钨钴合金材料,即斯太立特合金VFS。

进气管与排气管设置在气缸盖的同一侧,即人面对发动机前端看,进、排气管位于缸盖左侧面。(图2-4)

在进气管下面设置进气预热器,由热敏开关控制,用欧姆表检查进气管预热器热敏开关

时,通电情况的规定值是:

低于约60℃时,电阻为0Ω;

高于约70℃时,电阻为∞Ω。

(二)汽油喷射发动机气缸盖的主要改进

AFE型电喷发动机,压缩比由原ε=8.5提高到9.0。AJR型电喷发动机压缩比升高到ε=9.3。这里主要是通过减浅活塞顶上的燃烧室深度而实现的,因此气缸盖部分燃烧室没有大的变化。

化油器式发动机,为了在各种工况下都产生良好的燃油混合气,并具有灵敏的动态响应特性,化油器的喉管不能做得很大,限制了充气效率的提高。装备了电喷系统后,燃油由喷油阀直接喷在进气阀前,形成混合气的任务不再靠喉管完成。因此,改成电喷后,无论是AFE型,还是AJR型,都增大了主副腔节气门直径,由原来的26mm和30mm,分别增大到35mm和52mm,节气门处空气流通面积增加了149%。同时还将进气阀的直径增大了1.5mm,减少了整个进气系统的进气阻力,从而为提高发动机的功率和转矩创造了条件。

AJR型发动机,进、排气管分两侧布置,因此气缸盖必须重新设计。功率提高,热负荷加大,因此气缸盖在排气侧的冷却液流道加大。AJR型发动机,由于喷油、点火全部由CPU控制,因此完全取消了原有的进、排气预热机构。另外,由于采用了“轻型气门机构”,势必影响气缸盖的设计结构。

(三)气缸盖的装

气缸盖总成分解(图2-5)

顺序:

1)对于化油器式发动机,若在拆卸总成前未全部拆卸去附件,则应先拆去化油器、进气管上的各种连接管或电线,然后拆卸化油器总成。

2)拆卸节气门位置传感器接线、传感器;拆卸怠速旁通阀;拆卸空气在力、空气温度传感器接线及其传感器;拆卸油压调节器到集气管间的真空管;拆卸燃油进油管路。

3)拆卸油压调节器及燃油喷油嘴。

4)拆卸进气集气管及排气管总成,一般应更换密封衬垫。

因为AJR型发动机上使用了M3.8.2顺序多点汽油喷射系统,取消了中间轴及分电器,因此AJR型发动机的(上海桑塔纳2000型GSI轿车用)电喷系统,又与此稍有不同。

5)拆卸加油口盖。

6)拆卸气门罩盖。注意,应分批逐渐松开紧固螺母。

7)取下气门罩盖压条,取下气门罩盖密封条(更换)。

8)拆卸气门罩盖衬垫(更换)。

9)拆卸机油反射罩。

10)取下半圆塞。

11)拆卸凸轮轴前端齿形轮紧固螺栓及压紧垫片。

12)拆卸凸轮轴齿形轮及半月键,必要时采用小型拉具。

13)旋松凸轮轴支承轴承盖的紧固螺母,分批、逐渐拧松,取下轴承盖。

14)拆卸凸轮轴。

15)拆卸液压挺杆小总成,或者氟化处理的液压挺杆(后来改进的挺杆,采用氰化挺杆的首台发动机号:化油器式发动机JV737 644,电喷发动机为FE056 454)。

16)用专用压具压下气门弹簧(直接压气门锁夹座圈),取下气门锁夹(专用工具代号为2037)

17)拆卸下气门锁夹座圈、气门内外弹簧。1997年元月采用“轻气门机构”后,气门双弹簧改为单弹簧,同时取消了气门弹簧下座。原气缸盖(电喷式)号码为048 103 353D,同一类机改用“轻气门机构”后首件气缸盖号码为048 103 353Fe这里取消了气门内弹簧。


18)拆卸气门及气门油封。采用“轻气门机构”后,气门杆直径由8mm减小为7mm,气缸盖、气门导管、气门油封、气门锁片、气门弹簧上座均作了相应改动。更改后首台电喷发动机号为AFE 076 912。

维修注意,两种气门机构的有关零部件不能互换。

19)拆卸下火花塞和垫片。

安装的顺序基本上与分解顺序相反,但是安装时原则上应更换所有密封条或密封衬垫,并注意衬垫的位置。尤其是气缸盖衬垫(气缸床),应将刻有“OBEN TOP”字样的一面正对着气缸盖。

气缸盖螺栓,拧紧时应按图2-6所示的顺序,并且分4次拧紧。具体做法是第1次拧紧力矩为40N·m;第2次为60N·m;第3次为75N·m;第4次,用扳手连续拧转1/4圈(90°)。

(四)气缸盖的常见故障与维修

气缸盖上的进、排气管一般无大的故障。紧固螺栓拧紧不当会使壳体产生裂纹;集气管上的节气门长期使用会使轴支承孔磨损;燃烧不良,会使排气管中积炭严重;火花塞及喷油嘴会因拧紧力矩不当或热负荷过大而产生支承孔座裂纹;气门及气门座、气门导管等零件也会产生故障。

气缸盖本体常会出现下列故障:

1.燃烧室积炭

尽管使用了电子控制燃油喷射装置,发动机工作过程易于保持在最佳状态,不易产生不完全燃烧。然而,发动机工作过程处于最佳状态总是相对的,随着时间的推移,工作参数会逐步变化,性能衰减的过程是漫长的,但最终总会出现不正常燃烧。燃烧室积炭,又反过来恶化工作过程,使发动机性能逐渐降低。必须清除燃烧室的积炭,具体措施可采用溶解与刮削相结合的办法。

2.冷却水套产生水垢、锈蚀

水套产生水垢会使发动机冷却能力下降,冷却状况恶化,严重时使发动机过热,并由此产生一系列弊病。必须参照一般发动机修理方法,清除在水套中的水垢和锈斑。

清除冷却系内水垢的方法一般为化学法。对于铝合金气缸盖,清洗剂配方如下:水玻璃15g,液态肥皂2g,水1000g。配方比例1.5∶0.2∶100,工作温度80-90℃,保持时间60min,最后用水清洗干净。

3.气缸盖平面变形,局部产生裂纹

气缸盖平面变形,每次拆修后可以用磨床磨削修平,但最低高度值为132.60mm。如果气门座之间或气门座圈与火花塞孔头几牙螺纹之间有裂缝,但其宽度不超过0.5mm,气缸盖可继续使用,对寿命影响不大。但如果裂纹影响密封性能,或变形无法修磨到极限尺寸,则应报废。

4.气门座圈磨损

气门座容易产生磨损,磨损后可用专用铰刀修复。若不能修复时,需更换新件。拆卸旧件时应采用拉具,不得硬敲、硬撬。[TOP]

二、配气机构

(一)配气机构的结构特点

上海桑塔纳2000型轿车发动机的配气机构,采用顶置凸轮、液压挺柱、齿形带传动,具有良好的动力性、可靠性及耐久性,而且结构紧凑,噪声低。

化油器式及第一代电喷发动机为AFE型发动机,进、排气管位于气缸盖同一侧,虽然进、排气管仍迭放,但与JV型发动机相比,取消了热敏电阻预热控制。JV、AFE发动机的配气系统立体关系如图4-1所示,气盖上配气机构情况如图2-8所示。

第二代电喷型发动机AJR,几乎进行重新设计。进、排气门分置气缸盖两侧,凸轮升程、气门定时均有了改进。4根进气管长度增加,互相独立,增大了惯性充气效应。AJR发动机取消了中间轴,因此图2-7里传动系统中没有中间轴带轮了,但增加了机油泵驱动链轮。

(二)主要结构参数及其基本部件结构

气门定时 JV型机 AFE化油器机 AFE电喷机 AJR电喷机
进气门开,上止点前/(°) 1 2 2 后1.2
进气门开,下止点后/(°) 37 34 34 37.45
排气门开,下止点前/(°) 42 44 44 40.8
排气门开,上止点后/(°) 2 8 8 前4.55

①AJR发动机的配气定时参数,是在凸轮轴升程1mm时测得的数据。

进排气门结构如图2-9所示。

进气门

阀盘直径/mm

JV AFE化油器式 AFE电喷机 AJR机
φ38 φ38 φ39.5 φ39.5

气门杆直径/mm

1997年元月前 元月后 更改后首台发动机号JV 757 619;

AFE 076 912

φ7.97 φ7.0

气门总长度/mm : 98.70(修理98.20)


气门锥面角/(°):45

气门材料:4Cr9Si2(国产4Cr10Si2Mo马氏体钢)

排气门

阀盘直径/mm:φ33

气门杆直径/mm

原来 1997年元月后
φ7.97 φ7.0

气门总长度/mm:98.50(修理98.00)

气门锥面角/(°):45

气门杆材质:4Cr9Si2(国产4Cr10Si2Mo马氏体钢)

阀盘材质5Cr21Mn9Ni4N(国产21-4N堆焊一层司太立特6号合金)

气门锥面及杆端面(精前)淬硬到55-59HRC;淬硬层深度2.5-3.0mm。

凸轮轴结构如图2-10所示。

桑塔纳2000型轿车发动机的凸轮轴采用灰铸铁制造,通过四档剖分式轴承支承在气缸上平面上。凸轮的凸起部分在粗加工后采用氧气保护电弧重熔的工艺,经过空冷,在成品凸轮上形成深0.35mm以上的莱氏体组织,可提高凸轮工作面的耐磨性。

凸轮轴基圆直径/mm:φ34

凸轮宽度/mm:15

凸轮升程/mm

AFE发动机 JV发动机 AJR发动机
10.0 10.0 10.6

支承轴颈直径/mm:φ26(小于标准尺寸时为φ25.75)

凸轮轴材质灰铸铁: C=3.26%; Mn=0.76%;P=0.088%;Cr=0.07%;Ni=0.05%;Cu=0.71%; V、Mo<0.02%;Si=2.02%

凸轮表面硬度755HRC,淬硬层深0.8-1.0mm。原凸轮轴采用氮化处理,1997年元月后,采用氰化液压挺柱,凸轮轴取消氮化处理(光亮凸轮轴)。维修时注意,光亮凸轮轴只能与氰化挺柱配套使用,氮化凸轮轴可与两种液压挺柱配套使用。

气门弹簧:上海桑塔纳2000型发动机的气门弹簧,原先采用内外两个弹簧组合结构,1997年后改成单弹簧制。右旋,材质采用瑞典生产的OTV60弹簧钢丝。它按轧、拉、油淬火、回火工艺程序加工生产。表面缺陷不大于40μm,不允许存在会减低疲劳强度的坑、疤和缝。弹簧绕制以后经喷丸处理以提高其疲劳强度。表面涂油漆或涂防锈油防锈。

传动齿形带

  AFE型 AJR型
齿宽(mm) 18 2.3
齿厚(mm) 4.1 5.3
节距(in) 3/8

挺柱(图2-11)

液压挺柱中心线与凸轮的对称中心线错位1.5mm,同时凸轮在母线长度方向倾斜0.002-0.02mm,使挺柱在工作过程中能绕其轴线微微转动。

液压挺柱有自动补偿气门间隙的功能,省去了定期检查和调整气门间隙的工作,消除了因气门间隙存在而产生的冲击,从而减小了配气机构各接触面的磨损,降低了噪声。

其工作原理为:当凸轮的凸起部分与挺柱顶面接触时,即气门从开始开启到刚好关闭这段时间内,液压挺柱受凸轮力、气门弹簧力和气门组质量惯性力的作用,高压油腔内的机油被压缩,其油压大于贮油室Ⅱ中压力,止回阀在该压差和止回阀弹簧力的作用下关闭在柱塞的阀座上,切断了高压腔与贮油腔Ⅱ的通路。液体不可压缩,油柱和柱塞成为一个刚性整体推动气门。当凸轮转到基圆对着挺柱顶面时,气门关闭,液压挺柱不再受到凸轮力和气门弹簧力的作用,高压腔内的压力油和柱塞回位弹簧一起推动柱塞向上运动,高压腔内油压下降。当高压腔内油压低于贮油腔Ⅱ内油压某一值时,止回阀打开,油从Ⅱ腔下流进高压腔,直到达到新的平衡为止。此时,液压挺柱的顶面因受柱塞回位弹簧力的作用,仍和凸轮基因接触,从而达到补偿气门间隙的作用。

(三)配气机构的装拆

1.更换凸轮轴油封

拆卸下V形带和齿形带防护罩。将曲轴置于第一缸上止点位置。松开张紧轮,拆下齿形带,拆下凸轮轴正时带轮,取下凸轮轴半圆键,将凸轮轴带轮固定螺栓套上原有垫圈拧入凸轮轴。

将油封取出器(图2-12)内件(箭头A)从外件中旋转两圈(约3mm)并用滚花螺钉(箭头B)锁紧。在油封取出器的螺纹头部涂油后拧入油封,然后用力尽可能深地旋入密封圈。旋松滚花螺钉,将内件对着凸轮轴旋转直至取出油封。用台虎钳夹住取出器,用钳子取下密封圈。

安装时在油封唇边及外圈上涂一层薄油,将油封放入导套VW10-203,将油封平稳地压到适当的位置。

2.凸轮轴的拆装

拆下空气滤清器(JV,AFE型机),拆下齿形带上护罩,拆下气门罩盖。将曲轴置于第一缸上止点位置,放松并取下齿形带,拆卸凸轮轴齿形带轮,取出传动半月键。先拆第1、3、5轴承盖,然后对角交替松掉第2、4道轴承盖。

装配:安装凸轮轴时,第一缸凸轮必须朝上。凸轮轴转动时,曲轴(第一缸)不可置于上止点位置,否则会损坏气门及活塞顶部。先对角交替拧紧第2、4轴承盖,紧固力矩为20N·m。然后装上第1、3、5轴承盖,紧固力矩也是20N·m。装上凸轮轴齿形带轮,紧固力矩为80N·m。安装凸轮轴轴承盖时,必须注意上下对准位置。

3.拆卸气门弹簧

用大众汽车有限公司专用工具VW2037将气门弹簧座压下(见图2-13),取下气门锁夹,拆下气门弹簧。气门弹簧座锥孔下沿口非常锋利,可能会拉毛、损伤气门杆,应加以注意。损伤的气门座应予以更换,必要时在安装前就去除气门座毛边。

4.更换气门杆油封(在已装好的气缸盖上进行)

拆下凸轮轴和桶形挺柱,旋下火花塞,将排档挂入第4档,拉紧手制动。将气门座调整到直立螺栓的高度,通过火花塞孔注入≥0.6MPa气压。拆下气门弹簧,用锤子轻击装配夹具的手柄,松动压得很紧的气门锥盘头。所用专用工具为2036号、VW541/1、VW653/3。

安装气门杆油封(图2-14),油封外周及唇边涂油,用专用工具10-204顶棒小心地压入导管。因为1997年元月后气门杆直径减小为φ7mm,因此气门导管、油封及相应的安装专用工具均有改变,维修时应分别处理。

(四)配气机构的常见故障与修理

1.磨损的极限尺寸

进气门标准总长98.70mm,磨损到极限尺寸98.20mm时应修理。排气门标准总长为98.50mm,磨损到极限尺寸98.00mm时应修理。进气门密封锥面的母线长度,磨损后最长极限尺寸为3.5mm,气门头圆柱面高度磨损的最小值为0.5mm,超过这些极限值就得修理。AJR及AFE电喷发动机,进气门直径增大1.5mm,上述修理尺寸大致不变。

排气门不得采用机加工修复,只能靠手工研磨来修正密封锥面。

2.研磨气门

图2-15所示研磨气门,研磨时旋转方向与上下方向保持一致,不要一顺一倒地运动。然后小心地清除磨屑。如果气门座圈加工良好,气门又是新的,则不一定要研磨。

3.修复进、排气门座(图2-16图2-17)

4.检查气门导管及修理

先用精铰刀除去积炭。进气门导管的磨损极限为1mm,排气门导管磨损极限为1.3mm。1997年元月孔径减小后,上述数据仍可参考。

将磨损的气门导管从凸轮轴端压出,带肩的气门导管修理时可从燃烧室侧压出。

新的气门导管在外表面上涂上机油,用大众汽车有限公司10-206号专用工具将导管从凸轮轴端压入气缸盖,不用加热。带台肩的气门导管压入压力不得超过10000N,否则将会使台肩断裂。不带台肩的气门导管压入后,露出部分长度应等于带台肩气门导管台肩端的长度。

桑塔纳2000型轿车发动机气门与导管的配合间隙为0.02-0.04mm。磨损超过极限值时,一般应更换。

用铰刀修铰导管内孔时,应根据气门杆直径大小选择铰刀,吃刀量不能过大,铰刀持平,边铰边试配。铰削时应使用冷却液冷却。

5.检查凸轮轴的同心度及轴向间隙

测定凸轮轴的轴向间隙,应拆卸桶形挺柱,装好1号及5号轴承盖,轴向间隙的允许极限值0.15mm,测量方法如图2-18所示

用顶针支起凸轮轴,在平台上用百分表检查凸轮轴各轴颈的同心度,同心度的允许极限为0.O1mm。

6.气门定时及传动带的调整

齿形带轮的定位过去用半月键,现在改成在曲轴轴端开一斜切槽,在齿形带轮内孔一端设置斜凸块,配合时凸块嵌入斜切槽中,压紧螺栓为M14×1.5。

凸轮轴正时齿形带轮上的标记与左侧(向前看)气门罩盖平面对齐,使V形带盘上的上止点记号和中间轴齿形带上的记号对齐(适于AFE机型)。顺时针方向转动张紧轮,以张紧齿形带。

齿形带张紧程度必须适中,其张紧程度用如图2-19的方法进行检查,即用拇指和食指捏住凸轮轴齿形带轮和中间轴齿形带轮(AFE型机)之间齿形带的中间刚好可以转动90°为合适。拧紧张紧轮固定螺母,曲轴转动二次,检查调整是否合适、正确。[TOP]


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