V形發動機正時鏈條系統裝調技術研究與應用

谷傳磊，王樂，董樂，陳渤桐，左云盛

摘要：本技術方案基于V形發動機三層鏈條結構，將曲軸固定在一缸上止點，把凸輪軸固定初始位置；采用“分層裝配、旋轉調整、有效固定及順序擰緊”技術，用自主設計的框架式工裝固定VVT鏈輪，創新輪廓線測量法檢驗正時，從而降低鏈條裝配過程受力，避免鏈條拉伸變形，解決由于鏈輪轉動造成正時偏差，實現發動機配氣相位實際角度符合設計理論值。為V形發動機探索出一種有效三層鏈條系統裝調技術方案。

關鍵詞：發動機；配氣相位；鏈條系統；正時裝調

目前，由于國內V形高端發動機開發較少，現有鏈條系統多數是單層鏈條系統，一般采用鏈條標記、順序安裝方法，使用工藝模擬漲緊器先對鏈條漲緊限位，在固定凸輪軸后再擰緊鏈輪螺栓。該方法在裝配過程易產生旋轉慣量造成正時偏差較大，而且標記法裝配精度較低，無法滿足V形發動機三層鏈條系統技術要求。

框架式凸輪軸鏈輪固定工裝結構如圖1所示。

V形發動機曲軸通過鏈輪將作用力傳遞給曲軸鏈條，再由中間惰輪傳遞到凸輪軸驅動鏈條，從而帶動左、右兩側進、排氣凸輪軸轉動，實現進、排氣門開閉。由于曲軸沿著順時針方向旋轉，所以鏈條左側早于右側傳遞力矩，出現左側緊，右邊松現象。基于運轉方向、動力路徑、先后時刻以及鏈條結構而確定三層鏈條之間裝配關系，按照由左側鏈條組、曲軸鏈條組、右側鏈條組順序裝配，從而消除運動遲滯產生氣門開閉滯后現象。

有序分層裝配，消除遲滯實現運轉同步

全新V形發動機正時鏈條系統結構如圖2所示。鏈條有序分層裝配。先用工裝將曲軸和進、排氣凸輪軸固定初始位置，再安裝左側鏈條組，將左側進、排氣鏈輪分別安裝到對應凸輪軸，螺栓與鏈輪貼合暫不擰緊，將左側凸輪軸鏈條掛在鏈輪上，與齒輪緊密貼合。再安裝曲軸鏈條組，將曲軸鏈輪和機油泵鏈輪分別套裝到對應曲軸和機油泵軸，使限位面完全貼合，惰輪軸涂潤滑油后穿入惰輪，再將螺栓套入惰輪止推片和惰輪軸，惰輪外側套入左側凸輪軸鏈條，安裝到缸體前端軸孔內。

同理，將右側惰輪軸安裝到缸體前端。再將曲軸鏈條掛在曲軸鏈輪和左、右惰輪上，將曲軸惰輪套上鏈條安裝在缸體上。

最后安裝右側鏈條組，將右側進、排氣鏈輪分別安裝在右側進、排氣凸輪軸上，螺栓與鏈輪貼合暫不擰緊，將右側凸輪軸鏈條掛在鏈輪上，保證鏈條與齒輪緊密貼合。

在調整階段，將鏈條對應導軌、漲緊器安裝到位。按照鏈輪螺栓不擰緊，漲緊器不能漲緊原則。按照曲軸鏈條、左側凸輪軸鏈條、右側凸輪軸鏈條順序，依次漲緊導軌。用150N·m力矩擰緊曲軸皮帶輪，拆卸正時工裝，逆時針方向旋轉曲軸45°，曲軸帶動三層鏈條一起轉動，再反向旋轉曲軸45°，安裝正時工裝，沿順時針方向實現三層鏈條緊邊受力張緊和松邊在漲緊器作用下處于張緊狀態，消除鏈條竄動造成正時誤差。

有效固定鏈輪、順序擰緊，避免鏈條變形，消除竄動產生裝配誤差現代發動機安裝鏈輪時，只將凸輪軸固定，由于沒有固定凸輪軸鏈輪，在旋轉螺栓與凸輪軸鏈輪貼合后繼續擰緊鏈輪螺栓產生摩擦力，帶動鏈輪旋轉，從而帶動凸輪軸鏈條運動，導致漲緊器回彈失去作用，出現凸輪軸鏈條緊邊變松，松邊變緊問題，嚴重出現跳齒，以及鏈條拉伸變形，最終造成凸輪軸旋轉滯后曲軸。

在上一代V形發動機開發過程中，為了防止凸輪軸旋轉滯后曲軸，在漲緊器設置限位塊防止鏈條回彈，通過鏈條受力來抵消擰緊摩擦力（見圖3）。這種方法雖然解決鏈輪滯后旋轉問題，但未解決鏈條受力變形問題。

為解決鏈條受力變形，必須保證在擰緊螺栓時將凸輪軸鏈輪和凸輪軸直接固定，防止出現相對運動。在新一代V形發動機開發階段，提出采用框架式工裝固定凸輪軸鏈輪技術方案，直接設計鏈輪固定槽，工裝主要包括框架、插銷、插銷設置插頭與凸輪軸鏈輪連接，用螺栓將插銷固定在框架上（見圖4）。

具體方法：先將左列框架支撐面與缸體貼合，用螺栓固定，采用插銷工具（見圖5）將插銷分別插入左列進、排氣VVT鏈輪銷孔，施加10N·m力矩沿逆時針先后旋轉左列進氣VVT鏈輪、左列排氣VVT鏈輪使鏈條繃緊，在固定插銷后擰緊框架螺栓。同理，用工裝固定右列進、排氣VVT鏈輪，最后沿順時針先后固定擰緊鏈輪螺栓，完成三層鏈條裝配。

三層鏈條系統裝調與框架式工裝使用如圖6所示。

輪廓線測量法檢驗正時角度，實現同步運轉只有實現氣門開啟與關閉時刻所對應曲軸轉角符合設計值，才能使氣缸換氣更加充分，有利于提高燃燒熱效率。基于凸輪輪廓線軌跡而采用輪廓線測量法驗證配氣正時（見圖7），在凸輪兩側取對稱點，測量實際對應曲軸轉角而計算出中點所對應曲軸轉角，計算出氣門在開啟最大時刻所對應曲軸轉角。凸輪上升階段選取一個測量點，安裝百分表，旋轉曲軸，取曲軸轉角A，對應的凸輪升程H，繼續轉動曲軸，在凸輪下降段升程H對應曲軸轉角B，凸輪軸實測相位F計算公式

F=（A+B）/2 （1）

結合轉角儀在180°內循環實際分別測量左右進排氣凸輪軸，實測相位F計算公式

F左進= [（180－A）+B]/2 （2）

F左排= [（720－A）+（720－B）]/2 （3）

F右進= [A +（180－B）]/2 （4）

F右排= [（540－A）+（540－B）]/2 （5）

為了減少測量誤差，實際每組凸輪軸檢測一般選取3個點測量，所以該側凸輪軸相位測量均值

F平均值=（F1+F 2+F 3）/3 （6）

最終，凸輪軸相位偏差值

F偏差值=F平均值－F理論值 （7）

結語

通過對V形發動機正時鏈條裝調技術研究，有效控制凸輪軸相位偏差值F≤0.3°。實試驗數據表明，配氣正時精度提高近10倍，解決鏈條受力變形和凸輪軸滯后旋轉技術難題，目前已推廣應用到3款發動機新產品。

本技術方案有效降低鏈條力，避免鏈條因受力產生拉伸變形，防止鏈輪因轉動慣量出現凸輪軸與鏈輪相對運動而產生正時偏差，提高發動機配氣初始相位精度，極大提高裝配質量和效率，降低生產成本，促進汽車發動機開發驗證技術水平提高。