发动机气门锁片柔性装配工具设计

斯铖宇 林杨和 马建强

摘要：基于汽车维修行业发动機气门锁片人工装配现状，从气门锁片结构、作用、弓式气门弹簧压缩器的缺点等方面进行分析，提出了发动机气门锁片柔性装配工具的设计方案，绘制了三维图，将弓式气门弹簧压缩器与发动机气门锁片柔性装配工具的应用流程进行了对比分析，为汽修行业发动机气门锁片人工装配提供了一种解决方案。

关键词：气门;锁片;装配

0  引言

发动机是汽车最为关键的部分，是决定汽车性能的最重要因素，它将燃料燃烧的热能转变成机械能，其质量优劣影响着汽车的性能、可靠程度和寿命[1，2]。气门锁片是发动机配气机构的组成部分，它与气门、气门弹簧座、气门弹簧、气门导管等零件构成气门组，确保气门能够可靠的按照设计轨迹运动，其装配影响配气机构的性能，进而影响发动机性能。目前，发动机批量生产制造中，气门锁片、气门弹簧上座已采用自动装配;但在汽车维修行业，需借助装配工具——弓式气门弹簧压缩器，由人工装配气门锁片。拆装时需要拆下进气歧管、排气歧管、气缸盖等，且气门组结构紧凑，装配气门锁片时，容易发生锁片脱落、翻转、安装不到位等失误，整个拆装过程耗时费力。

1  气门锁片结构及作用

汽车发动机配气机构气门锁片装配结构见图1，图1中显示了1气门锁片、2气门弹簧上座、3气门弹簧、4气门杆的装配状态。两片气门锁片对称分布，抱住气门杆的锁片槽部位，气门锁片的内表面设有凸起的环带，环带与气门杆的锁片槽相配合并留有间隙，两片气门锁片对合抱紧后，与气门弹簧座内孔的锥面配合，通过气门弹簧将弹簧上座与气门锁片夹紧。气门锁片的作用是使气门、气门弹簧上座、气门弹簧实现单向连接并锁止。气门锁片故障对发动机影响很大，锁片卡死会导致气门关闭不严，引起压缩比不足，从而造成发动机缺缸;严重的锁片脱落，会造成活塞与气门撞击，甚至导致发动机报废。

2  弓式气门弹簧压缩器简介

当前我国市场上存在着多种专用气门拆装工具，大体上可以分为杠杆式与弓式，较为常见的为弓式[3]。弓式气门弹簧压缩器结构如图2所示，由1螺杆、2套筒、3弓子梁组成，使用该工具必须拆卸进气歧管、排气歧管，将4汽缸盖与发动机缸体分离，维修效率较低，且套筒底部采用环状封闭结构，不便于气门锁片安装。拆卸桑塔纳、捷达等单缸两气门的发动机还能操作，对于帕萨特、迈腾等单缸五气门、四气门的发动机非常不便，装配气门费时费力，质量不能得到有效保证。

3  发动机气门锁片柔性装配工具设计

发动机气门锁片柔性装配工具如图3所示，主要由1套筒、2底座、3球铰支架组件、4纵架、5立杆、6螺杆组件、7垫块、8螺栓、9横架、10引气接头等组成，除2底座、9横架采用铝合金材料外，其余零组件采用钢质材料。该装置可安装在任意平台上使用，对于不同类型的发动机，通过各零件组装调节，改变间距、角度;对于不同大小气门可以选用相应规格套筒。然后转动螺杆组件，便可压缩气门弹簧，拆装气门锁片、气门弹簧、气门油封等。发动机气门锁片柔性装配工具主要零组件设计分析如下：①为满足在发动机气缸盖、缸体不分离的情况下进行拆装气门弹簧、气门锁片、气门油封等零件，且保证气门不掉入气缸，设计了引气接头10，拆卸时引入压缩空气，使气门牢牢压在气缸盖上;②底座2通过螺栓固定在气缸缸盖上，该底座有腰型孔和圆孔，腰型孔可实现底座与缸盖之间的柔性调整，圆形孔用于装配立杆5;③为实现工具一次安装，满足多个气门装配，设计了立杆5、纵架4、横架9。纵架、横架上面设计有腰型孔，立杆、纵架、横架三者组合实现垂向、纵向、横向的柔性调整，满足多种发动机的装配需求;④考虑各类发动机气门与缸盖平面的不同角度，设计了球铰支架组件3，该组件安装有球型铰链，可在一定范围内实现角度调整，满足发动机各种角度气门的装配需求;⑤螺杆组件6采用三段式组合而成，内部采用螺纹连接，上端顶住球铰支架组件，下端抵住套筒1，螺纹拧入即可压缩气门弹簧;⑥套筒1采用高强度钢，底部设计为半圆环支撑，增加镂空面积，增大了气门装配操作空间。

4  两种工具应用流程对比

以更换发动机气门锁片为例，两种工具应用流程分别见图4、图5。扣除两种工具应用流程的相同工序，使用弓式气门弹簧压缩器拆卸更换一台16气门发动机的锁片，合计用时约164min;使用发动机气门锁片柔性装配工具，拆卸更换一台16气门发动机的锁片，合计用时约98min。

5  总结

①发动机气门锁片柔性装配工具，使工作效率提升约40%，为汽修行业发动机气门锁片装配提供了一种高效经济的解决方案。②发动机气门锁片柔性装配工具适用与多种机型，可调式结构组装灵活，定位准确，操作方便，解决了人工装配气门锁片时脱落、安装不到位等问题，保证气门锁片的安装质量。③通过使用发动机气门锁片柔性装配工具可优化拆装工作流程，遵循了“能不拆则不拆，能少拆则少拆”的原则，省略了汽缸盖、排气歧管、进气歧管等零部件拆装，有利于保持气缸盖、排气歧管、气缸体的原厂装配质量。

参考文献：

[1]郑军.发动机原理与汽车理论[M].天津：天津科学技术出版社，2009.

[2]曹建国，廖林清.汽车概论[M].重庆：重庆大学出版社，2009.

[3]安雁秋，武长河.气门拆装工具的改进与设计[J].山东工业技术，2015，03：26.

基金项目：2018年浙江省大学生科技创新项目（项目编号2018R478005）。

作者简介：斯铖宇（1998-），男，浙江绍兴人，台州科技职业学院汽车检测与维修技术专业学生;马建强（1981-），男，山东青州人，台州科技职业学院，硕士，高级工程师，主要从事汽车检测与维修教学及液压工程技术研究。