液压气门间隙调节器的历史大概可以追溯到上世纪的30年代。在现代轿车发动机中，发动机的换气过程依靠气门完成，而气门通常是由凸轮轴推动的。如果按照凸轮轴所处的位置，大致可以分为底置凸轮轴和顶置凸轮轴2类。不过，无论该发动机是哪个结构类型，有一点是很明确的，那就是保证发动机的输出功率在整个工作寿命期间内保持稳定。尤其是系统中机械式的气门驱动、热膨胀和气门机构零部件的磨损，都会对气门间隙产生不利的影响。而液压气门间隙调节器就是为了满足以上的要求而设计生产的，它是将凸轮轴的旋转转化为往复运动，传达到气门顶端的装置。能够消除气门间隙，进而保证了气门机构噪声的减少，甚至发动机的损坏，精确的确保了发动机气门配气正时。
一．不同配气机构的分类
我们根据液压气门间隙调节器纳入的不同配气机构将其分为5类，如图1所示，即：
1. 杯状液压挺杆
凸轮轴直接作用于挺杆上，没有摇臂。这种类型产品有液压式，也有机械式。现在国内大部分的轿车发动机在采用这种产品。
2. 带液压支持件的滚子摇臂
凸轮轴作用于摇臂的滚针轴承上，附带的液压挺柱固定在气缸内盖中，进行间隙调节。
3. 回转中心在中央的摇臂
同样是用于顶置凸轮轴系统。气门和凸轮分局与回转中心的两侧，液压间隙调节起插入摇臂中，最终于它推动气门。
4. 回转中心在中央的摇臂
在3类的基础上发展演变过来。也是用于顶置凸轮轴系统，不同之处在于液压间隙调节器和凸轮轴处于摇臂的同一侧，而且凸轮不直接接触摇臂。
5. 应用于底置凸轮轴系统。特别之处在于在凸轮轴的随动件和摇臂之间插入了一根推杆。
图1不同的配气机构的分类
二．带液压支持件的滚子摇臂的构造
RRA
Hollow Camshaft
EXH. CVVT
HLA
INT. CVVT
Silent Chain
Chain Tensioner
图 2 带液压支持件的滚子摇臂在发动机内的组装位置
图3为滚子摇臂的构造图。滚子摇臂体一般由金属薄板冲压而成，也有一些采用铸铁制造。球槽上的夹子作用在于辅助固定液压间隙调节器。滚子里面是一圈滚针，实际上也就是一个滚针轴承。凸轮轴接触滚针轴承作用。滚子摇臂的惯性矩和刚度很大程度上取决于其结构。相对于市场上较为流行的杯状产品，较短的摇臂产生了更小的惯性矩，所以在设计时可以再气门一侧降低质量。而其与凸轮轴所形成的滚动摩擦配合，相对于杯状产品的滑动摩擦，可以降低动力损失，也可以起到降低噪音的作用。
23
5
1. 夹子 2. 滚子 3. 滚针 4. 摇臂体 5. 轴
图3 滚子摇臂的构造
4
图4为液压间隙调节器的构造图。如图所示，该产品的导向部分主要由3外壳构成，由一个2固定夹把外壳和球头柱塞两部分扣紧固定。外壳可以在汽缸盖的导向孔内上下滑动。内部的液压部分主要是由3外壳、4柱塞和止回阀组成，而止回阀主要是由7止回阀球、8止回阀弹簧，以及9止回阀座3部分构成。1球头柱塞可以沿着外壳上下滑动，4柱塞可以在3外壳内上下滑动。7止回阀球“坐”在4柱塞上，9止回阀座紧扣在4柱塞上，罩住7止回阀球，7止回阀球和9止回阀座通过8止回阀弹簧分开，而这4部分也紧密的构成一个整体，并且通过止回阀座下的10回位弹簧与外壳分开。1球头柱塞会与滚子摇臂的球槽相连接。1球头柱塞和4柱塞形成的空腔我们叫做5内油腔，4柱塞和3外壳形成的称之为11高压室。1球头柱塞和3外壳之间有泄漏的间隙。发动机的机油可以从3外壳上的油道及6充油孔进入到5内油腔，4柱塞的球座是一个小孔，机油只能通过这个孔从5内油腔流入到11高压室。
1. 球头柱塞 2. 固定夹 3. 外壳 4. 柱塞 5. 内油腔 6. 充油孔 7. 止回阀球 8. 止回阀弹簧 9. 止回阀座 10. 回位弹簧 11. 高压室 图 4 液压间隙调节器的构造
三、带液压支持件的滚子摇臂的工作原理
1． 凸轮基圆段的补油和间隙消除
在此阶段，凸轮基圆段部分与滚子摇臂接触。发动机油在压力的作用下从气缸盖中的油道通过充油孔进入内油腔。这时的内油腔的压力会高于高压室内的压力，因此，机油会通过柱塞球座流入高压室。此时，回位弹簧会把外壳和柱塞分别顶向上下两方。而球头柱塞在柱塞的向上力的作用下，向上运动与固定夹相接触。如果之前有间隙存在，则现在间隙会立即消除。最后，当高压室内充满油，内油腔和高压室间的压力达到平衡的时候，止回阀球就在止回阀弹簧的压力下重新关闭，高压室又成为一个封闭的油腔。这种方式，通过借助于机油压力的作用，消除了气门的间隙，而机油压力又不足以克服气门弹簧的力来使气门开启，所以，此时气门仍然保持关闭的状态。
2． 凸轮升程段的传力和机油排出
图5给出了凸轮升程段液压间隙调节器的工作原理示意图。凸轮升程部分与滚子摇臂接触，液压间隙调节器此时受到来自发动机的气门弹簧力和惯性力。力传导到球头柱塞，对柱塞产生一个向下的压力，高压室内的压力上升。此时由于止回阀球已经封闭，高压室内的机油无法通过止回阀逆向流出，整个液压间隙调节器刚体化，凸轮轴的力也得以传递到气门，使得气门开启。
随着高压室内的压力升高，机油通过外壳和球头柱塞的泄露间隙流出，也使得液压间隙调节器的长度缩短了。
当凸轮又旋转到基圆段与滚子摇臂接触时，高压室又重新吸入机油。机油从柱塞球座流入高压室。在回位弹簧的作用下，外壳和柱塞分别被顶向上下两方，此时产生的气门间隙会被补偿。
四、带液压支持件的滚子摇臂的重要设计参数
(一) 滚子摇臂
1． 气门垫的粗糙度：气门垫与气门直接接触，对其粗糙度的要求直接影响气门杆的运
动，若粗糙度不良，轻微的可能造成气门运动不畅，或者磨损过快。严重的可能造成气门折断，损坏发动机。
2． 滚子外圈：滚子外圈由于要与凸轮轴接触，其粗糙度要达到要求，并且外圈做成冠
状是很有必要的。如果没能达到要求，会加快凸轮轴的磨损，导致发动机异响，甚至造成发动机的损坏。
3． 滚子轴承与摇臂体的间隙：适当的间隙可以保证滚针轴承旋转顺畅，如果间隙过小，
可能会造成轴承卡住，加剧凸轮轴的磨损；而间隙过大的话，会造成凸轮轴偏磨。对于轴承，也要注意可靠安装，如果发生轴承掉落，也会损坏发动机。
4． 球槽部：由于球槽部要与液压间隙调节器接触，所以对球槽内的球形半径以及粗糙
度都有要求。如果不能达标，有可能会造成球头柱塞磨损过快，影响功效。
(二) 液压间隙调节器
1． 柱塞外径：由于柱塞要在外壳内上下运动，如果外径尺寸和粗糙度不符要求，则柱
塞在外壳内不能运动或卡住，整个液压间隙调节器失效。
2． 外壳内径：对于外壳内径，由于其要与柱塞配合，我们要关注外壳内径、外壳内径
的圆柱度。有些外壳在开口部位的尺寸良好，但是由于其圆柱度不良，造成越靠近底部，内径越小，使得柱塞在其内不能完成运动，卡住。
3． 回位弹簧：回位弹簧的弹力如果太小，则不能使柱塞和油缸迅速分开。
4． 止回阀球的行程：止回阀弹簧的设计以及止回阀座和柱塞形成的封闭空间的尺寸，
都可以影响到止回阀球的行程。如果设计不能达标，则液压间隙调节器的可压缩性增加，导致发动机的异响。
5． 漏油下降时间：漏油下降时间是液压间隙调节器的核心参数。测量过程首先是把柱
塞和止回阀以及外壳组装完成，形成内油腔和高压室。之后用机油注满高压室。给柱塞施加一个固定的载荷，柱塞被逐渐压下，靠近外壳底部。产生固定的行程后，所经历的时间即为漏油下降时间。该时间是一个用来表达通过柱塞和外壳间的泄露间隙排油速率大小的量。
五、带液压支持件的滚子摇臂的失效分析
当带液压支持件的滚子摇臂失效时，会导致发动机进气不足，排气不彻底。发动机表现为工作无力，功率严重下降，加速性能变差，工作不稳定，甚至有可能自动熄火。有时会发生异响，表现为出现有节奏的“嗒、嗒”声，这种异响声在发动机怠速时比较明显。引起失效的原因是多方面的，最主要的有以下2个方面：
1． 机油方面的原因
机油被誉为汽车的血液，能对发动机起到润滑、清洁、冷却、密封、减磨等作用。发动机是汽车的心脏，发动机内有许多相互摩擦运动的金属表面，这些部件运动速度快、环境差，工
作温度可达400°C 至600°C 。在这样恶劣的工况下面，只有合格的润滑油才可降低发动机零件的磨损，延长使用寿命。
机油牌号不合适：不同牌号的机油其粘度不同， 当机油粘度过大时，机油在润滑油道中流动的阻力增加，同时压力损失也增大，从而造成进入液压间隙调节器的机油量减少，液压间隙调节器因补油不足而出现气门间隙，使其工作失效；当机油粘度过小时，则会造成机油泄露过多和压力下降，同样也会使液压间隙调节器因“补不偿泄”而出现气门问隙，使其工作失效。同样，由于机油的粘度也会受到温度变化的影响，一些发动机在刚刚启动时，有异响的现象产生，但是经过一小段热车的时间，该异响消除，所以在选择机油牌号的时候一定要选择合适的产品。
机油被污染：机油被污染是指机油中有水分、空气、微小固体物、胶状物等杂质。机油被污染后，会对液压间隙调节器工作性能造成不良的影响。如果机油内含有一些微笑固体颗粒或者胶状物，则很有可能会造成油孔的阻塞，使得机油的进出不畅，从而造成液压间隙调节器因为充油不足而产生异响问题。同时，由于一些小的细微颗粒随着机油的流动，也会造成机油流动缝隙的阻塞，而造成液压间隙调节器的工作性能下降，甚至失效。而一些卡在缝隙间的颗粒，还会造成造成配合面间的擦伤，也会使得泄露加大。水分和空气的进入会降低机油的润滑性能，并且会加快零部件的氧化变质，产生气蚀，加快了液压间隙调节器的腐蚀，造成其生锈，进而影响性能。所以在加工过程中一定要注意各工程的清洗，避免有加工产生的碎屑或者其他环境污染物的进入。同时也要注意避免产品在生产过程中的磁化。
机油量不足：当液压间隙调节器内的机油量过少，机油液面降低，机油泵会将空气和机油(呈泡沫状) 一起压入油道，从而进入到液压间隙调节器内。由于泡沫状的机油是弹性体，而非刚体，所以会使液压间隙调节器工作失效，产生异响现象。
2． 液压间隙调节器自身的故障
液压间隙调节器自身的元件问题，也容易造成失效。比如回位弹簧的弹力不足或者长度不够等等，但是比较常见的是以下2种问题：
柱塞球座加工过大：柱塞球座与止回阀球接触，配合完成高压室。但是在加工过程中，如果对于球座的形状加工过大，就会造成高压室封闭不完全。在凸轮升程段，由于球座不能完全被止回阀球封住，机油会继续流出高压室，从而造成高压室内不能形成高压。液压间隙调节器的可压缩性增加，近而导致了发动机的异响。
柱塞和外壳间的间隙过大：当间隙过大时，机油从高压室内向外泄漏的速率显著增加，同样会造成发动机的异响问题。柱塞和外壳间隙过大，一是由于素材本身的加工没有达到标准，造成间隙过大。二是由于长期工作正常的磨损造成的。 三是由于污染物的混入， 产生磨损而造成的。
液压气门间隙调节器的历史大概可以追溯到上世纪的30年代。在现代轿车发动机中，发动机的换气过程依靠气门完成，而气门通常是由凸轮轴推动的。如果按照凸轮轴所处的位置，大致可以分为底置凸轮轴和顶置凸轮轴2类。不过，无论该发动机是哪个结构类型，有一点是很明确的，那就是保证发动机的输出功率在整个工作寿命期间内保持稳定。尤其是系统中机械式的气门驱动、热膨胀和气门机构零部件的磨损，都会对气门间隙产生不利的影响。而液压气门间隙调节器就是为了满足以上的要求而设计生产的，它是将凸轮轴的旋转转化为往复运动，传达到气门顶端的装置。能够消除气门间隙，进而保证了气门机构噪声的减少，甚至发动机的损坏，精确的确保了发动机气门配气正时。
一．不同配气机构的分类
我们根据液压气门间隙调节器纳入的不同配气机构将其分为5类，如图1所示，即：
1. 杯状液压挺杆
凸轮轴直接作用于挺杆上，没有摇臂。这种类型产品有液压式，也有机械式。现在国内大部分的轿车发动机在采用这种产品。
2. 带液压支持件的滚子摇臂
凸轮轴作用于摇臂的滚针轴承上，附带的液压挺柱固定在气缸内盖中，进行间隙调节。
3. 回转中心在中央的摇臂
同样是用于顶置凸轮轴系统。气门和凸轮分局与回转中心的两侧，液压间隙调节起插入摇臂中，最终于它推动气门。
4. 回转中心在中央的摇臂
在3类的基础上发展演变过来。也是用于顶置凸轮轴系统，不同之处在于液压间隙调节器和凸轮轴处于摇臂的同一侧，而且凸轮不直接接触摇臂。
5. 应用于底置凸轮轴系统。特别之处在于在凸轮轴的随动件和摇臂之间插入了一根推杆。
图1不同的配气机构的分类
二．带液压支持件的滚子摇臂的构造
RRA
Hollow Camshaft
EXH. CVVT
HLA
INT. CVVT
Silent Chain
Chain Tensioner
图 2 带液压支持件的滚子摇臂在发动机内的组装位置
图3为滚子摇臂的构造图。滚子摇臂体一般由金属薄板冲压而成，也有一些采用铸铁制造。球槽上的夹子作用在于辅助固定液压间隙调节器。滚子里面是一圈滚针，实际上也就是一个滚针轴承。凸轮轴接触滚针轴承作用。滚子摇臂的惯性矩和刚度很大程度上取决于其结构。相对于市场上较为流行的杯状产品，较短的摇臂产生了更小的惯性矩，所以在设计时可以再气门一侧降低质量。而其与凸轮轴所形成的滚动摩擦配合，相对于杯状产品的滑动摩擦，可以降低动力损失，也可以起到降低噪音的作用。
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5
1. 夹子 2. 滚子 3. 滚针 4. 摇臂体 5. 轴
图3 滚子摇臂的构造
4
图4为液压间隙调节器的构造图。如图所示，该产品的导向部分主要由3外壳构成，由一个2固定夹把外壳和球头柱塞两部分扣紧固定。外壳可以在汽缸盖的导向孔内上下滑动。内部的液压部分主要是由3外壳、4柱塞和止回阀组成，而止回阀主要是由7止回阀球、8止回阀弹簧，以及9止回阀座3部分构成。1球头柱塞可以沿着外壳上下滑动，4柱塞可以在3外壳内上下滑动。7止回阀球“坐”在4柱塞上，9止回阀座紧扣在4柱塞上，罩住7止回阀球，7止回阀球和9止回阀座通过8止回阀弹簧分开，而这4部分也紧密的构成一个整体，并且通过止回阀座下的10回位弹簧与外壳分开。1球头柱塞会与滚子摇臂的球槽相连接。1球头柱塞和4柱塞形成的空腔我们叫做5内油腔，4柱塞和3外壳形成的称之为11高压室。1球头柱塞和3外壳之间有泄漏的间隙。发动机的机油可以从3外壳上的油道及6充油孔进入到5内油腔，4柱塞的球座是一个小孔，机油只能通过这个孔从5内油腔流入到11高压室。
1. 球头柱塞 2. 固定夹 3. 外壳 4. 柱塞 5. 内油腔 6. 充油孔 7. 止回阀球 8. 止回阀弹簧 9. 止回阀座 10. 回位弹簧 11. 高压室 图 4 液压间隙调节器的构造
三、带液压支持件的滚子摇臂的工作原理
1． 凸轮基圆段的补油和间隙消除
在此阶段，凸轮基圆段部分与滚子摇臂接触。发动机油在压力的作用下从气缸盖中的油道通过充油孔进入内油腔。这时的内油腔的压力会高于高压室内的压力，因此，机油会通过柱塞球座流入高压室。此时，回位弹簧会把外壳和柱塞分别顶向上下两方。而球头柱塞在柱塞的向上力的作用下，向上运动与固定夹相接触。如果之前有间隙存在，则现在间隙会立即消除。最后，当高压室内充满油，内油腔和高压室间的压力达到平衡的时候，止回阀球就在止回阀弹簧的压力下重新关闭，高压室又成为一个封闭的油腔。这种方式，通过借助于机油压力的作用，消除了气门的间隙，而机油压力又不足以克服气门弹簧的力来使气门开启，所以，此时气门仍然保持关闭的状态。
2． 凸轮升程段的传力和机油排出
图5给出了凸轮升程段液压间隙调节器的工作原理示意图。凸轮升程部分与滚子摇臂接触，液压间隙调节器此时受到来自发动机的气门弹簧力和惯性力。力传导到球头柱塞，对柱塞产生一个向下的压力，高压室内的压力上升。此时由于止回阀球已经封闭，高压室内的机油无法通过止回阀逆向流出，整个液压间隙调节器刚体化，凸轮轴的力也得以传递到气门，使得气门开启。
随着高压室内的压力升高，机油通过外壳和球头柱塞的泄露间隙流出，也使得液压间隙调节器的长度缩短了。
当凸轮又旋转到基圆段与滚子摇臂接触时，高压室又重新吸入机油。机油从柱塞球座流入高压室。在回位弹簧的作用下，外壳和柱塞分别被顶向上下两方，此时产生的气门间隙会被补偿。
四、带液压支持件的滚子摇臂的重要设计参数
(一) 滚子摇臂
1． 气门垫的粗糙度：气门垫与气门直接接触，对其粗糙度的要求直接影响气门杆的运
动，若粗糙度不良，轻微的可能造成气门运动不畅，或者磨损过快。严重的可能造成气门折断，损坏发动机。
2． 滚子外圈：滚子外圈由于要与凸轮轴接触，其粗糙度要达到要求，并且外圈做成冠
状是很有必要的。如果没能达到要求，会加快凸轮轴的磨损，导致发动机异响，甚至造成发动机的损坏。
3． 滚子轴承与摇臂体的间隙：适当的间隙可以保证滚针轴承旋转顺畅，如果间隙过小，
可能会造成轴承卡住，加剧凸轮轴的磨损；而间隙过大的话，会造成凸轮轴偏磨。对于轴承，也要注意可靠安装，如果发生轴承掉落，也会损坏发动机。
4． 球槽部：由于球槽部要与液压间隙调节器接触，所以对球槽内的球形半径以及粗糙
度都有要求。如果不能达标，有可能会造成球头柱塞磨损过快，影响功效。
(二) 液压间隙调节器
1． 柱塞外径：由于柱塞要在外壳内上下运动，如果外径尺寸和粗糙度不符要求，则柱
塞在外壳内不能运动或卡住，整个液压间隙调节器失效。
2． 外壳内径：对于外壳内径，由于其要与柱塞配合，我们要关注外壳内径、外壳内径
的圆柱度。有些外壳在开口部位的尺寸良好，但是由于其圆柱度不良，造成越靠近底部，内径越小，使得柱塞在其内不能完成运动，卡住。
3． 回位弹簧：回位弹簧的弹力如果太小，则不能使柱塞和油缸迅速分开。
4． 止回阀球的行程：止回阀弹簧的设计以及止回阀座和柱塞形成的封闭空间的尺寸，
都可以影响到止回阀球的行程。如果设计不能达标，则液压间隙调节器的可压缩性增加，导致发动机的异响。
5． 漏油下降时间：漏油下降时间是液压间隙调节器的核心参数。测量过程首先是把柱
塞和止回阀以及外壳组装完成，形成内油腔和高压室。之后用机油注满高压室。给柱塞施加一个固定的载荷，柱塞被逐渐压下，靠近外壳底部。产生固定的行程后，所经历的时间即为漏油下降时间。该时间是一个用来表达通过柱塞和外壳间的泄露间隙排油速率大小的量。
五、带液压支持件的滚子摇臂的失效分析
当带液压支持件的滚子摇臂失效时，会导致发动机进气不足，排气不彻底。发动机表现为工作无力，功率严重下降，加速性能变差，工作不稳定，甚至有可能自动熄火。有时会发生异响，表现为出现有节奏的“嗒、嗒”声，这种异响声在发动机怠速时比较明显。引起失效的原因是多方面的，最主要的有以下2个方面：
1． 机油方面的原因
机油被誉为汽车的血液，能对发动机起到润滑、清洁、冷却、密封、减磨等作用。发动机是汽车的心脏，发动机内有许多相互摩擦运动的金属表面，这些部件运动速度快、环境差，工
作温度可达400°C 至600°C 。在这样恶劣的工况下面，只有合格的润滑油才可降低发动机零件的磨损，延长使用寿命。
机油牌号不合适：不同牌号的机油其粘度不同， 当机油粘度过大时，机油在润滑油道中流动的阻力增加，同时压力损失也增大，从而造成进入液压间隙调节器的机油量减少，液压间隙调节器因补油不足而出现气门间隙，使其工作失效；当机油粘度过小时，则会造成机油泄露过多和压力下降，同样也会使液压间隙调节器因“补不偿泄”而出现气门问隙，使其工作失效。同样，由于机油的粘度也会受到温度变化的影响，一些发动机在刚刚启动时，有异响的现象产生，但是经过一小段热车的时间，该异响消除，所以在选择机油牌号的时候一定要选择合适的产品。
机油被污染：机油被污染是指机油中有水分、空气、微小固体物、胶状物等杂质。机油被污染后，会对液压间隙调节器工作性能造成不良的影响。如果机油内含有一些微笑固体颗粒或者胶状物，则很有可能会造成油孔的阻塞，使得机油的进出不畅，从而造成液压间隙调节器因为充油不足而产生异响问题。同时，由于一些小的细微颗粒随着机油的流动，也会造成机油流动缝隙的阻塞，而造成液压间隙调节器的工作性能下降，甚至失效。而一些卡在缝隙间的颗粒，还会造成造成配合面间的擦伤，也会使得泄露加大。水分和空气的进入会降低机油的润滑性能，并且会加快零部件的氧化变质，产生气蚀，加快了液压间隙调节器的腐蚀，造成其生锈，进而影响性能。所以在加工过程中一定要注意各工程的清洗，避免有加工产生的碎屑或者其他环境污染物的进入。同时也要注意避免产品在生产过程中的磁化。
机油量不足：当液压间隙调节器内的机油量过少，机油液面降低，机油泵会将空气和机油(呈泡沫状) 一起压入油道，从而进入到液压间隙调节器内。由于泡沫状的机油是弹性体，而非刚体，所以会使液压间隙调节器工作失效，产生异响现象。
2． 液压间隙调节器自身的故障
液压间隙调节器自身的元件问题，也容易造成失效。比如回位弹簧的弹力不足或者长度不够等等，但是比较常见的是以下2种问题：
柱塞球座加工过大：柱塞球座与止回阀球接触，配合完成高压室。但是在加工过程中，如果对于球座的形状加工过大，就会造成高压室封闭不完全。在凸轮升程段，由于球座不能完全被止回阀球封住，机油会继续流出高压室，从而造成高压室内不能形成高压。液压间隙调节器的可压缩性增加，近而导致了发动机的异响。
柱塞和外壳间的间隙过大：当间隙过大时，机油从高压室内向外泄漏的速率显著增加，同样会造成发动机的异响问题。柱塞和外壳间隙过大，一是由于素材本身的加工没有达到标准，造成间隙过大。二是由于长期工作正常的磨损造成的。 三是由于污染物的混入， 产生磨损而造成的。