汽車發(fā)動機構(gòu)造與維修一體化教程教案 任務(wù)2配氣機構(gòu)的拆解講義

1、汽車發(fā)動機構(gòu)造與維修講義任務(wù)二 配氣機構(gòu)完成本學(xué)習(xí)任務(wù)后，你應(yīng)當(dāng)能：1. 解釋發(fā)動機配氣機構(gòu)的結(jié)構(gòu)；2. 解釋發(fā)動機配氣機構(gòu)的作用；3. 解釋發(fā)動機配氣機構(gòu)的工作原理。學(xué) 習(xí) 任 務(wù) 汽車通常由發(fā)動機、底盤、車身和電氣與電子設(shè)備四部分組成。發(fā)動機是汽車的心臟，為汽車提供動力，一般為汽油機或柴油機；底盤，包括傳動系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和安全系統(tǒng)等；車身，一般來說轎車和客車分別采用承載式車身和非承載式車身，載貨汽車車身包括駕駛室和車箱；電氣與電子設(shè)備，包括電源、照明與信號設(shè)備、儀表、電氣與電子系統(tǒng)、取暖及通風(fēng)和刮水器等。這4個部分相互關(guān)聯(lián)，組成統(tǒng)一的整體。一、配氣機構(gòu)的作用和類型 1、配

2、氣機構(gòu)的作用：發(fā)動機工作時，需要將氣門打開進(jìn)行換氣，此時由曲軸通過傳動機構(gòu)驅(qū)動凸輪軸旋轉(zhuǎn)，使凸輪軸上的凸輪凸起部分通過挺柱向下推開氣門，同時使彈簧進(jìn)一步壓縮。當(dāng)凸輪的凸起部分的頂點轉(zhuǎn)過挺柱以后，便逐漸減小了對挺柱的推力，氣門在彈簧張力的作用下開度逐漸減小，直至最后關(guān)閉。壓縮和做功行程中，氣門在彈簧張力的作用下嚴(yán)密關(guān)閉。各缸進(jìn)、排氣門開閉的時刻取決于各進(jìn)、排氣凸輪的相對維修及進(jìn)、排氣凸輪軸與曲軸的相對位置，前者由設(shè)計制造保證，后者則要通過正確安裝與調(diào)整配氣機構(gòu)達(dá)到。2.配氣機構(gòu)的分類：按凸輪位置分為凸輪軸下置式、凸輪軸中置式和凸輪軸頂置式(圖2-1)。現(xiàn)代高速車用發(fā)動機要求配氣機構(gòu)的質(zhì)量和慣性要

3、小，多采用頂置式凸輪軸，其運動件少，傳動鏈短，整個機構(gòu)的剛度大，往復(fù)慣性質(zhì)量小。 下置式 中置式 頂置式圖2-1 凸輪軸布置形式按傳動方式分為鏈條傳動、齒形帶傳動和齒輪傳動。鏈條傳動多用于凸輪軸頂置式配氣機構(gòu)，車用高速發(fā)動機廣泛采用齒形帶來代替鏈傳動，其噪聲小、成本低，但齒形帶存在一定的老化時間。齒輪傳動多用在凸輪軸下置或中置式配氣機構(gòu)，大功率柴油機驅(qū)動凸輪軸所需轉(zhuǎn)矩大，即使采用頂置式配氣機構(gòu)，也采用齒輪傳動。 鏈傳動 帶傳動圖2-2 凸輪軸的不同傳動方式按每缸氣門數(shù)目分為二氣門、三氣門、四氣門和五氣門(圖2-3)。為了改善換氣過程，需盡可能地增大氣門直徑，但受到燃燒室尺寸的限制，氣門直徑不能

4、過大。當(dāng)氣缸直徑較大、活塞平均速度較高時，傳統(tǒng)的每缸一進(jìn)一排的氣門結(jié)構(gòu)已無法保證良好的換氣質(zhì)量，在很多新型汽車發(fā)動機上采用多氣門結(jié)構(gòu)。三氣門結(jié)構(gòu)一般是兩個進(jìn)氣門、一個排氣門，四個氣門結(jié)構(gòu)有兩個進(jìn)氣門和兩個排氣門，五氣門結(jié)構(gòu)有三個進(jìn)氣門和兩個排氣門。圖2-3 不同氣門數(shù)結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)凸輪軸數(shù)目分為單凸輪軸式配氣機構(gòu)（SOHC）和雙凸輪軸式配氣機構(gòu)(DOHC)。傳統(tǒng)二氣門結(jié)構(gòu)均采用單個凸輪軸，隨著氣門數(shù)目的增加，凸輪軸數(shù)目也增加為兩個。因此，根據(jù)凸輪軸數(shù)目分為單凸輪軸式配氣機構(gòu)（SOHC）和雙凸輪軸式配氣機構(gòu)(DOHC)(圖2-4)。 單凸輪結(jié)構(gòu) 雙凸輪結(jié)構(gòu)圖2-4 兩種不同凸輪軸數(shù)配氣機構(gòu)根據(jù)氣

5、門驅(qū)動方式分為搖臂式、擺臂式、直接驅(qū)動等(圖2-5)。搖臂式一般為中間支點；擺臂式的支點在末端，也稱為末端支點搖臂；直接驅(qū)動式?jīng)]有搖臂，凸輪軸直接由挺柱推動氣門。 中間支點搖臂式頂置凸輪軸 末端支點搖臂式頂置凸輪軸 直接驅(qū)動式頂置凸輪軸圖2-5 氣門驅(qū)動類型二、配氣機構(gòu)的部件組成氣門式配氣機構(gòu)由氣門組和氣門傳動組（氣門驅(qū)動機構(gòu)和凸輪軸傳動機構(gòu)）兩部分組成(圖2-6)，每組的零件組成則與氣門的位置、凸輪軸的位置和氣門驅(qū)動形式等有關(guān)?，F(xiàn)代汽車發(fā)動機均采用頂置氣門，即進(jìn)、排氣門置于氣缸蓋內(nèi)，倒掛在氣缸頂上。1.氣門組氣門組包括氣門、氣門座、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧、鎖片、卡簧等零件(圖2-7)。圖2-6

6、配氣機構(gòu)的組成 圖2-7 氣門組（1）氣門工作條件及要求氣門的基本作用是控制進(jìn)、排氣管道的開啟和關(guān)閉。其工作條件相當(dāng)惡劣，承受高溫、高壓和沖擊，且潤滑困難。因此，氣門需要有足夠的強度、剛度，能夠耐磨損、耐高溫、耐腐蝕和耐沖擊，具有良好的導(dǎo)熱性能和氣密性，且氣門質(zhì)量要小，以減小往復(fù)運動的慣性力。（2）氣門的結(jié)構(gòu)汽車發(fā)動機的進(jìn)、排氣門均為菌形氣門，由頭部、桿身和尾部組成(圖2-7)。氣門頂面形狀有平頂、球面頂和喇叭形頂?shù)?圖2-8)，目前應(yīng)用最多的是平頂氣門，其結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，受熱面積小，進(jìn)、排氣門都可采用。為提高發(fā)動機的充氣效率，一般兩氣門發(fā)動機的進(jìn)氣門頭部直徑比排氣門大。 圖2-7 氣門

7、平頂 球面頂 喇叭形頂圖2-8 不同形狀的氣門頭部氣門頭部接受的熱量一部分經(jīng)氣門座圈傳給氣缸蓋；另一部分則通過氣門桿和氣門導(dǎo)管傳給氣缸蓋，最終都被氣缸蓋水套中的冷卻液帶走。為了增強傳熱，氣門與氣門座圈的密封錐面(2-90)必須嚴(yán)密貼合。為此，二者要配對研磨，研磨之后不能互換。桿身與頭部制成一體，裝在氣門導(dǎo)管內(nèi)起導(dǎo)向和散熱作用；桿身與頭部采用圓滑過渡連接，與氣門導(dǎo)管保持較小的配合間隙。一些強化發(fā)動機為降低氣門的質(zhì)量和慣性力，常采用中空的氣門桿。為了降低排氣門的溫度，增強排氣門的散熱能力，中空的氣門內(nèi)還填入部分鈉以加強冷卻 (圖2-10)。 圖2-9 氣門錐角 圖2-10 充鈉排氣門氣門尾部制有凹

8、槽(錐形槽或環(huán)形槽)，用以安裝氣門鎖夾，并固定上氣門彈簧座(圖2-11)。（3）氣門導(dǎo)管和氣門座(圈)的結(jié)構(gòu)氣門導(dǎo)管（圖2-12）保證氣門作直線往復(fù)運動，使氣門與氣門座(圈)能正確貼合。為了保證導(dǎo)向?qū)Ч軕?yīng)有一定的長度，氣門導(dǎo)管的工作溫度也較高，約500K，氣門導(dǎo)管還可以將氣門頭部傳給桿身的熱量傳給氣缸蓋。氣缸蓋上與氣門錐面相貼合起密封作用的部位稱為氣門座。該部位的溫度高，沖擊載荷大且頻率高，容易磨損。有些鑄鐵發(fā)動機直接在氣缸蓋上加工出氣門座，大部分發(fā)動機采用鑲嵌式結(jié)構(gòu)氣門座圈(圖2-13)，材料為合金鑄鐵、粉末冶金或奧氏體鋼等。 圖2-11 氣門尾端和氣門鎖夾 圖2-12 氣門導(dǎo)管 圖2-13

9、 氣門座圈（4）氣門彈簧和氣門彈簧座的結(jié)構(gòu)氣門彈簧一端支承在氣缸蓋上，另一端壓靠在氣門尾端的彈簧座上，彈簧座用鎖片固定在氣門尾端，如圖2-14所示。氣門彈簧在氣門開閉過程中，使氣門及其傳動件與凸輪保持接觸，按凸輪型面的規(guī)律運動。氣門彈簧應(yīng)具有足夠的剛度和預(yù)緊力，但剛度也不能太大，否則會增加彈性系數(shù)從而增加氣門打開時的負(fù)荷。氣門彈簧承受交變載荷，應(yīng)具有足夠的疲勞強度。一般采用高碳錳鋼、鉻釩鋼等冷拔鋼絲，加工后進(jìn)行熱處理。為了提高彈簧的疲勞強度并增強彈簧的工作可靠性，鋼絲表面應(yīng)經(jīng)磨光、拋光或噴丸處理。為避免彈簧的銹蝕，彈簧的表面要進(jìn)行鍍鋅、鍍銅、磷化或發(fā)藍(lán)處理。彈簧的兩個端面須進(jìn)行磨光，并與彈簧軸

10、線垂直。氣門彈簧可采用圓柱形螺旋彈簧，為了防止彈簧發(fā)生共振，采用變螺距彈簧、錐形彈簧或增加振動阻尼。一些高速發(fā)動機采用同心安裝的內(nèi)、外兩根氣門彈簧，可以提高氣門彈簧的工作可靠性，防止共振，當(dāng)一根彈簧折斷時，另一根還可繼續(xù)工作，且氣門彈簧的高度小。為防止兩個彈簧相咬，大小彈簧應(yīng)做成不同旋向，如圖2-15所示。 等螺距彈簧 變螺距彈簧 錐形彈簧 雙彈簧圖2-14 氣門彈簧 圖2-15 氣門彈簧類型（5）氣門油封的作用氣門油封是一個橡膠密封圈，既能密封氣門導(dǎo)管，防止機油泄漏到氣缸內(nèi)，又能夠讓極少量的機油流過橡膠密封圈，潤滑氣門桿和氣門導(dǎo)管。（6）氣門旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和工作原理為了使氣門頭部溫度均勻，防

11、止局部過熱引起的變形并清除氣門座積炭，可設(shè)法使氣門在工作中相對氣門座緩慢旋轉(zhuǎn)。氣門緩慢旋轉(zhuǎn)時，在密封錐面產(chǎn)生輕微的摩擦力，有阻止沉積物形成和自潔的作用。在氣門旋轉(zhuǎn)機構(gòu)殼體上有8個變深度的凹槽，凹槽內(nèi)部裝有鋼球和復(fù)位彈簧。碟形彈簧安裝在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)殼體與氣門彈簧座圈之間(圖2-16)。氣門關(guān)閉時，碟形彈簧沒有壓緊在鋼球上。鋼球在復(fù)位彈簧的作用下位于凹槽的最淺處。氣門開啟時，氣門桿尾端受到的壓力傳到碟形彈簧，使碟形彈簧變形并壓緊在鋼球上，鋼球沿凹槽斜面滾動，帶動旋轉(zhuǎn)機構(gòu)殼體和氣門一起旋轉(zhuǎn)一定的角度。圖2-16 氣門旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2.凸輪軸傳動機構(gòu)發(fā)動機凸輪軸傳動機構(gòu)是指驅(qū)動凸輪軸轉(zhuǎn)動的機構(gòu)，有齒輪傳動、鏈傳

12、動和齒形帶傳動。傳動機構(gòu)在安裝時應(yīng)特別注意曲軸正時齒輪（或鏈輪、帶輪）與凸輪軸正時齒輪（或鏈輪、帶輪）的相互位置關(guān)系。若安裝不當(dāng)，將嚴(yán)重影響發(fā)動機的動力和經(jīng)濟性能。一般制造廠出廠時都打有配對記號（圖2-17），應(yīng)嚴(yán)格按照要求安裝。3.氣門驅(qū)動機構(gòu)氣門驅(qū)動機構(gòu)要按照規(guī)定時刻(配氣定時)和次序(點火次序)開啟和關(guān)閉進(jìn)、排氣門，并保一定的開度和升程。氣門驅(qū)動機構(gòu)包括凸輪軸、挺柱、推桿、搖臂和氣門間隙調(diào)整螺釘?shù)?。?）凸輪軸的結(jié)構(gòu)凸輪軸（圖2-18）上配有不同輪廓的進(jìn)氣和排氣凸輪，使氣門按照一定的配氣相位和工作次序開啟與關(guān)閉，并保證氣門有足夠的升程。圖2-17 正時標(biāo)記圖2-18 凸輪軸凸輪輪廓應(yīng)保證

13、氣門開啟和關(guān)閉的持續(xù)時間符合配氣相位的要求，且氣門要有合適的升程、足夠大的氣門通道面積，以保證氣門的升降過程具有一定的運動規(guī)律。凸輪輪廓形狀包括以凸輪旋轉(zhuǎn)中心為中心的圓弧、凸輪上升段和凸輪下降段。為防止氣門開啟和關(guān)閉落座時強烈的沖擊，在上升段和下降段靠近圓弧段一側(cè)都設(shè)計緩沖段，如圖2-20所示。凸輪軸上各同名凸輪(各進(jìn)氣凸輪或各排氣凸輪)的相對角位置與凸輪軸旋轉(zhuǎn)方向、發(fā)動機工作順序及氣缸數(shù)或做功間隔角有關(guān)。如果從發(fā)動機前端看凸輪軸逆時針方向旋轉(zhuǎn)，則工作順序為1-3-4-2的四缸發(fā)動機其做功間隔角為180°曲軸轉(zhuǎn)角，那么各同名凸輪間的夾角為90°；對于工作順序為1-5-3-6

14、-2-4的六缸發(fā)動機，其同名凸輪間的夾角為60°。同一氣缸的進(jìn)、排氣凸輪的相對角位置即異名凸輪相對角位置，決定于配氣定時及凸輪軸旋轉(zhuǎn)方向，如圖2-21所示。圖2-20 凸輪輪廓 圖2-21 同名凸輪的相對位置（2）挺柱的結(jié)構(gòu)和分類挺柱將凸輪推力傳給推桿或氣門，同時將側(cè)向力經(jīng)過挺柱導(dǎo)管傳給氣缸體。挺柱一般用鋼或鑄鐵制成，可分為機械挺柱和液壓挺柱。機械挺柱。機械挺柱(圖2-21)的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，在中小型發(fā)動機中應(yīng)用比較廣泛。挺柱上的推桿球面支座的半徑比推桿球頭半徑略大，以便在兩者中間形成楔形油膜來潤滑推桿球頭和挺柱上的球面支座。圖2-21 各種機械挺柱圖2-22 液力挺柱 調(diào)節(jié)螺

15、釘在推桿一側(cè) 調(diào)節(jié)螺釘在氣門一側(cè)圖2-23 搖臂（3）搖臂的結(jié)構(gòu)和作用搖臂(圖2-23)的功用是將推桿和凸輪傳來的運動和作用力改變方向傳給氣門使其開啟。搖臂在擺動過程中承受很大的彎矩，因此應(yīng)有足夠的強度和剛度以及較小的質(zhì)量。搖臂由鍛鋼、可鍛鑄球、球墨鑄鐵或鋁合金制造。搖臂是一個雙臂杠桿，以搖臂軸為支點，兩臂不等長。短臂端加工有螺紋孔，用來擰入氣門間隙調(diào)整螺釘。長臂端加工成圓弧面，是推動氣門的工作面。搖臂孔內(nèi)鑲有襯套并通過空心的搖臂軸支撐在搖臂軸座上，搖臂軸座固定在氣缸蓋上面。搖臂內(nèi)鉆有潤滑油道和油孔，機油從支座的油道經(jīng)搖臂軸內(nèi)腔和搖臂中的油道流向搖臂兩端進(jìn)行潤滑。為了防止搖臂的竄動，在搖臂軸上每兩搖臂之間都裝有定位彈簧。搖臂的一端螺紋孔中安裝調(diào)節(jié)螺釘，螺釘?shù)那蝾^與推桿頂端的凹球座相接觸，用以調(diào)整氣門間隙。（4）擺臂的結(jié)構(gòu)和作用擺臂(圖2-24)是單臂杠桿，支點在擺臂的一端，又稱末端支點搖臂。擺臂的作用與搖臂相