摘要： 配气相位是指控制柴油机进排气过程的气门开闭的时间，必须正确无误，否则对柴油机的性能影响很大，甚至可造成气门与活塞的撞击、挺杆弯曲和摇臂断裂等事故。因此，每当重装气缸盖或紧过气缸盖螺母后，都必须对气门间隙重新进行调整。对经过大修或整机解体后重新组装过的柴油发动机，还需对配气相位进行检查。本文阐述气门间隙的两次调整法和逐缸检查调整法，介绍配气相位的原理、进气提前角与延迟角、排气提前角与延迟角以及气门重叠角的定义，并说明配气相位的检查与调整方法。
一、气门间隙的调整
1. 两次调整法
（1）准备工作。柴油机应在冷车情况下进行气门间隙调整，如图1所示。气门间隙调整前，先卸下气缸盖罩壳，然后转动曲轴使飞轮壳检视窗的指针对准飞轮上的定时“0”度线。操作时，应防止指针变形，并保持指针位于飞轮壳上的两条限位线之间。此时，4缸柴油机的第1、4缸；6缸和12缸V型柴油机的第1、6缸均处于上止点。
（2）判断膨胀冲程始点。确定在上止点的气缸中哪一缸处在膨胀冲程的始点。可拆下喷油泵的侧盖板，观察喷油泵柱塞弹簧是否处于压缩状态（喷油泵安装正确时），或者微微转动曲轴，观察进、排气门是否均处于静止状态来确定。当喷油泵柱塞弹簧处于压缩状态，并且曲轴转动时，进、排气门均不动的那一缸就是处于膨胀冲程始点的位置。
（3）调整操作。柴油机在确定膨胀冲程始点后，用“两次调整法”进行气门间隙的调整。调整气门间隙时，先用扳手和螺钉旋具，松开摇臂上的锁紧螺母和调节螺钉，按规定间隙值选用厚薄规（又名塞尺）插入摇臂与气门之间，然后拧动调节螺钉进行调整。当摇臂和气门与厚薄规接触，拉动厚薄规时有一定阻力但尚能移动时为止，并拧紧螺母，最后重复移动厚薄规检查一次。
（4）两次调整法的适用范围与优势。两次调整法适用于多缸发动机（如4缸、6缸、12缸V型），只需转动曲轴两次即可完成全部气门间隙调整，操作效率高，是维修中最常用的方法。但此方法要求操作人员熟悉各缸做功顺序和曲轴转角对应关系，判断膨胀冲程始点时需仔细确认。
2. 逐缸检查调整
按做功间隔角和点火顺序逐缸进行。
（1）打开气门室盖。
（2）摇转曲轴，直至飞轮（或曲轴皮带轮）的正时记号与缸体上固定的正时记号对正，此时第一缸和第四缸活塞均处于上止点位置。
（3）判断第一缸是压缩上止点还是排气上止点。用手摇一缸的气门摇臂，如果进排气门的摇臂均可摇动，则表明此时一缸处于压缩上止点。如果进排气门的摇臂均摇不动，则表明此时一缸处于排气上止点，应再转动曲轴一周或用其他方法使一缸处于压缩上止点。
（4）气门间隙检查。用规定厚度的塞尺插入气门杆与摇臂之间，来回抽动塞尺，如果过紧或过松，都表明气门间隙不合适，需要进行调整。
（5）调整气门间隙。如图2所示，松开锁紧螺母，旋出调整螺钉，在气门杆与摇臂之间插入厚度与气门间隙相等的塞尺，一边拧紧调整螺钉，一边不停地来回抽动塞尺，直到抽动塞尺有阻力又能抽出时为止，锁紧螺母。在锁紧螺母时，不能让调整螺钉转动，最后再复查一遍。
（6）按做功顺序，分别摇转曲轴180°，依次使下一缸处于压缩上止点，用同样的方法，检查与调整各缸的气门间隙。如做功顺序为1-3-4-2，则摇转曲轴180°，检查调整3缸的气门间隙。用同样的方法再检查调整4缸和2缸的气门间隙。
（7）逐缸法的适用场景。逐缸检查调整法适用于对单缸精度要求较高的场合，如大修后的初次调整或对某一缸气门间隙有疑问时的复核。该方法操作直观、不易出错，但调整过程较为繁琐，适用于气缸数较少的发动机。
3. 气门间隙调整的注意事项
（1）冷态调整原则。气门间隙应在发动机冷态（停机4小时以上，水温低于40℃）下进行调整。热态时因气门杆热膨胀，冷态时预留的间隙会减小，若在热机时调整会使实际冷态间隙偏大。
（2）锁紧力矩的确认。调整完毕后，锁紧螺母应按厂家规定的力矩拧紧（通常为25～35N·m），拧紧后须再次用塞尺复查间隙，确保锁紧过程中间隙未发生变化。若锁紧后间隙变化，应重新调整直至合格。
（3）一字臂或丁字压板的特殊要求。对于采用一字臂或丁字压板的四气门发动机，调整时需确保一字臂调平——即一字臂两端与两个气门杆端部的接触应同步。若一字臂不平衡，会导致同一组两个气门开启不同步，影响进排气效率。
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图1 气门间隙两次调整法 |
图2 气门间隙逐缸调整步骤 |
二、配气相位的原理与检查
基本型柴油机的凸轮外形结构尺寸虽然相同，但是其配气相位有两种：为1500r/min自然吸气和改进型增压柴油机用；为1800r/min柴油机用，两种凸轮轴不能通用。柴油机在出厂前配气相位已经过检查，其误差均在公差范围内，不必再作检查。但当定时齿轮因齿面严重磨损而更换或因其他原因而重装后，应重新检查发动机的配气相位。
1. 配气相位原理
配气相位原理如图3、图4所示。
（1）进气相位。在排气终了，活塞到达上止点前，进气门就预先开启，从进气门开启到上止点间所对应的曲轴转角α称为进气提前角，α角一般为10°～30°。进气门提前开启，保证进气行程开始时，气门已经有较大的开度，有利于提高充气量。活塞越过进气下止点（压缩行程开始）一段后，从下止点延迟至进气门关闭所对应的曲轴转角β称为进气滞后角，β角一般为30°～60°。延迟进气门关闭时刻，能够充分地利用进气行程结束前气缸内存在的压力差和较大的气流惯性继续进气。下止点过后，随着活塞的上行，气缸内压力逐渐增大，进气气流速度逐渐减小，当气缸内外的压力差消失，流速接近为0时，应关闭进气门。若β角过大会引起进气倒流现象。这样进气门开启时间用曲轴转角来表示为(180+α+β)°。
（2）排气相位。在做功行程后期，活塞到达下止点前，排气门提前打开，从排气门打开到下止点所对应的曲轴转角γ称为排气提前角，一般为30°～60°。排气门适当提前打开，虽然消耗了一定的做功行程的功率，但可以利用较高缸内压力将大部分燃烧废气迅速排出，待活塞上行时缸内压力已大大下降，可以使排气行程所消耗功率减少，另外高温废气提前排出也可防止发动机过热。
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图3 配气相位原理图 |
图4 柴油机配气相位演示图 |
2. 配气相位的名词定义
（1）进气提前角。如图5所示，发生在排气行程末期，从进气门开始开启到活塞移到上止点所对应的曲轴转角，称为进气提前角。进气提前角用α表示，α一般为10°～30°。
（2）进气延迟角。如图5所示，发生在压缩行程初期，从下止点到进气门关闭所对应的曲轴转角称为进气延迟角，进气延迟角用β表示，β一般为40°～80°。
（3）排气提前角。如图6所示，发生在作功行程末期，从排气门开始开启到活塞移至下止点所对应的曲轴转角度称作排气提前角，记作γ，γ一般为40°～80°。目的是为了提前排气增加排气时间，减少发动机吸热，防止发动机过热，同时利用缸内压力自行排气降低功耗。
（4）排气延迟角。如图6所示，发生在进气行程初期，从上止点到排气门关闭所对应的曲轴转角称作排气迟后角，记作δ，一般为10°～30°，目的是排气门在排气行程结束后，延迟关闭，延长排气时间。
（5）气门重叠角。在某一时刻进排气门同时开启的现象。当我们在判断发动机某个气缸是否处于压缩上止点时，经常采用到气门重叠角的定义。假设我们转动曲轴，4缸排气门慢慢关闭，当出现4缸进气门也准备开启时，那么1缸所对应的便是压缩上止点。
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图5 柴油机进气提前角和延迟角 |
图6 柴油机排气提前角和延迟角 |
3. 检查与调整
（1）配气相位的检查。应在气门间隙调整后进行。检查时，先在曲轴前端装上有360°刻线的分度盘，在前盖板上安置一根可调节的指针，然后转动曲轴，使飞轮壳检视窗上的指针对准飞轮上的“0”刻度线，此时调整前盖板上的指针，使其对准分度盘上的“0”刻线，并将它固定，同时在气缸盖上安放一只千分表，使它的感应头与欲检查的进气门或排气门的弹簧上座接触，再按分度盘上的转向箭头和发火次序转动曲轴逐缸检查。分度盘仅适用于6缸和12缸V型左转柴油机，1，6；5，2；3，4等数字分别表示各缸的膨胀冲程始点位置，4缸和12缸V型右转机应根据其转向、发火次序和发火间隔角采用同样的方法另行确定。
对直列型柴油机只需检查第1缸；对12缸V型柴油机需检查第1、7两缸。其余各缸均由凸轮轴保证。检查时，当千分表指针开始摆动之瞬时（由手能转动推杆变为不能转动的瞬时），即表示气门开始开启，这时分度盘上被指针所指的角度即为气门开启始角；然后继续转动曲轴，千分表指针从零摆至某一最大值（此值即为气门升程）后开始返回，当千分表指针回到零之瞬时（由手不能转动推杆变为能转动之瞬时），表示气门关闭，这时分度盘上被指针所指的角度即为气门关闭角。从气门开始开启至气门关闭，曲轴所转过的角度称为气门开启持续角。配气相位检查结果应符合规定的数值，其允差为±6°。
（2）配气相位与规定不符时的处理。应确定定时齿轮的安装位置的正确性，因为凸轮轴和曲轴之间的相对位置是由定时齿轮保证的。检查齿面的啮合间隙是否符合规定的要求，齿面和凸轮轴的凸轮表面是否有严重磨损现象。如不符合规定，必须重新调整或换用新零件后，再重新检查配气相位。
（3）配气相位调整。配气相位不准，可在气门标准间隙内适当改变气门间隙以弥补配气相位，使发动机的动力性、经济性得以改善。对于某些发动机仅仅由于气门间隙过大，而造成配气相位减少，若将气门间隙调至标准值，一般就能恢复配气相位。如果因凸轮磨损而造成配气相位角减小，只能用更换配气机构凸轮轴等有关零件解决。
三、配气相位偏差的常见原因与故障诊断
1. 配气相位偏差的常见原因
（1）正时齿轮安装误差。凸轮轴正时齿轮与曲轴正时齿轮的安装标记未对准，导致凸轮轴相对曲轴的角度偏差。安装时若齿轮上的正时标记未对准，即使偏差一个齿，配气相位即改变10°～20°，严重影响发动机性能。
（2）正时链条或皮带跳齿。正时链条松弛或皮带磨损导致跳齿，使凸轮轴与曲轴的相位关系错乱。跳齿一个齿通常引起10°～15°的相位变化，导致气门与活塞干涉风险增大。
（3）凸轮轴磨损。凸轮桃尖磨损后，气门升程减小，配气相位角随之减小。凸轮磨损量超过0.10mm时，配气相位角约减少2°～3°。当凸轮最大升程减小值大于0.40mm时，应更换凸轮轴。
（4）气门间隙失准。气门间隙过大时，气门开启延迟、关闭提前，有效配气相位减小；间隙过小时，气门开启提前、关闭延迟，有效配气相位增大，且可能导致气门关闭不严。
（5）凸轮轴轴承磨损。轴承磨损导致凸轮轴径向窜动，影响凸轮与挺杆的正确接触位置，使配气相位不稳定，各缸配气相位出现差异。
2. 配气相位偏差的故障现象
（1）进气相位偏差。进气提前角过小，充气效率下降，发动机功率不足；进气延迟角过大，低速时进气倒流，怠速不稳。
（2）排气相位偏差。排气提前角过小，排气不净，残余废气多，燃烧恶化；排气提前角过大，有效做功行程缩短，功率损失增加。
（3）气门重叠角偏差。重叠角过小，废气不能充分利用惯性排出，排气不净；重叠角过大，新鲜充气随废气一同排出，造成“短路”损失。
3. 配气相位故障的诊断方法
（1）气缸压力测试。配气相位严重偏差时，各缸压缩压力明显低于标准值（通常下降15%以上）。通过测量各缸压缩压力，对比标准值可初步判断配气相位是否异常。
（2）排气温度检测。配气相位偏差导致排气温度异常升高（超过600℃时需警惕），使用红外测温仪测量各缸排气歧管温度，若某缸排气温度明显高于其他缸，可能为该缸配气相位偏差。
（3）曲轴箱窜气量测量。配气相位偏差导致气门重叠角不当，部分燃气窜入曲轴箱，窜气量增大。使用窜气流量计测量，若超过正常值20%以上，应检查配气相位。
4. 配气相位偏差的预防措施
（1）定期检查正时齿轮的啮合间隙（标准值0.10～0.40mm），发现超限应及时更换齿轮。
（2）更换正时皮带时应严格按照厂家规定的张紧力（通常用扭力扳手设定张紧轮至规定力矩）安装，不得过松或过紧。
（3）每次拆卸正时齿轮后，必须重新校对凸轮轴与曲轴的正时标记，确认无误后方可装配。
（4）定期检查气门间隙（每运行1000小时或按保养周期），保持标准间隙，避免因间隙失准引起的配气相位偏差。
总结： 为了保证柴油机工作过程的正常进行，在制造、检修和使用柴油机时必须对配气机构进行调整或校核。配气机构的调整通常包括冷态气门间隙调整、配气正时的检查与调整。所谓柴油机的配气正时，也就是凸轮相对于活塞在气缸中所处的位置而处于对应相位，以便准时地控制气门的启闭。凸轮轴通过正时齿轮传动装置与曲轴联系，要达到以上的要求，必须使凸轮轴与曲轴之间符合一定的相位关系，所以柴油机配气正时的调整和校验，归根到底就是准确调整凸轮轴相对于曲轴的相位。
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