單元配氣機(jī)構(gòu)構(gòu)造與維修

單元三配氣機(jī)構(gòu)構(gòu)造與維修

第一節(jié)：概述

第二節(jié)：氣門組的零件結(jié)構(gòu)

第三節(jié)：氣門組的檢修

第四節(jié)：氣門傳動(dòng)組的結(jié)構(gòu)第五節(jié)：氣門傳動(dòng)組的檢修第六節(jié)：配氣機(jī)構(gòu)的檢查與調(diào)整第七節(jié)：配氣機(jī)構(gòu)常見故障診斷與排除第八節(jié)：可變進(jìn)氣系統(tǒng)和配氣相位重點(diǎn)：配氣機(jī)構(gòu)的組成、結(jié)構(gòu)與工作原理、類型；配氣相位，氣門間隙；配氣相位與氣門間隙調(diào)整；發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過程。1第一節(jié)：概述1.1發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過程。1、發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過程是指發(fā)動(dòng)機(jī)排出廢氣和充入新鮮空氣或可燃混合氣的全過程。22、四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過程

2.1排氣過程1自由排氣階段靠缸內(nèi)壓力將氣體擠出氣缸。

A、超臨界排氣，B亞臨界排氣2強(qiáng)制排氣階段靠活塞上行將廢氣擠出氣缸。32.2進(jìn)氣過程

由于氣門節(jié)流作用,缸內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓。2.3氣門疊開排氣門晚關(guān)，進(jìn)氣門早開，引起進(jìn)、排氣門同時(shí)開啟。2.4配氣相位用曲軸轉(zhuǎn)來角表示進(jìn)排氣門實(shí)際開閉時(shí)刻和開啟持續(xù)時(shí)間。2.5配氣相位圖用來表示配氣相位的曲軸轉(zhuǎn)角環(huán)形圖。4理論上的配氣相位

理論上講進(jìn)、壓、功、排各占180°，也就是說進(jìn)、排氣門都是在上、下止點(diǎn)開閉，延續(xù)時(shí)間都是曲軸轉(zhuǎn)角180°。但實(shí)際表明，簡單配氣相位對(duì)實(shí)際工作是很不適應(yīng)的，它不能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)進(jìn)、排氣門的要求

51、氣門的開、閉有個(gè)過程開啟

總是

由小→大

關(guān)閉

總是

由大→小2、氣體慣性的影響同樣造成進(jìn)氣不足、排氣不凈3、發(fā)動(dòng)機(jī)速度的要求實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速很高，活塞每一行程歷時(shí)都很短，當(dāng)轉(zhuǎn)速為5600r/min時(shí)一個(gè)行程只有60/（5600×2）=0.0054s，就是轉(zhuǎn)速為1500r/min，一個(gè)行程也只有0.02s，這樣短的進(jìn)氣或排氣過程，使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣不足，排氣不凈。理論配氣的不足6實(shí)際的配氣相位為了使進(jìn)氣充足，排氣干凈，除了從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)外（如增大進(jìn)、排氣管道），還可以從配氣相位上想點(diǎn)辦法，即氣門能否早開晚閉，延長進(jìn)、排氣時(shí)間呢7配氣相位892.6進(jìn)氣提前角，進(jìn)氣遲閉角，排氣提前角，排氣遲閉角，氣門疊開角=進(jìn)氣提前角+排氣遲閉角。2.7從配氣相位圖看出實(shí)際發(fā)動(dòng)的氣門是早開晚關(guān)的，那么氣門早開晚關(guān)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作又有什么好處呢？

A、進(jìn)氣門早開：增大了進(jìn)氣行程開始時(shí)氣門的開啟高度，減小進(jìn)氣阻力，增加進(jìn)氣量。B、進(jìn)氣門晚關(guān)：延長了進(jìn)氣時(shí)間，在大氣壓和氣體慣性力的作用下，增加進(jìn)氣量。C、排氣門早開：借助氣缸內(nèi)的高壓自行排氣，大大減小了排氣阻力，使排氣干凈。D、排氣門晚關(guān)：延長了排氣時(shí)間，在廢氣壓力和廢氣慣性力的作用下，使排氣干凈。

102.8四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率1、充氣效率

為比較不同大小、不同類型發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣品質(zhì)和換氣過程的完善程度,不受氣缸工作容積Vh

的影響,引入充氣效率的概念。

由于有進(jìn)氣阻力等因素的影響,實(shí)際進(jìn)入氣缸中的新鮮充量必然小于理論上進(jìn)氣狀態(tài)下充滿工作容積的新鮮充量。二者之比稱為充氣效率。

112、影響充氣效率的各種因素

A、進(jìn)氣終了壓力。（小，進(jìn)氣阻力大，效率底）B、進(jìn)氣終了溫度。（高，密度低，效率低）C、殘余廢氣壓力和溫度。（高，效率低）D、壓縮比。（大，效率高）123提高充氣效率的措施1）減小進(jìn)氣系統(tǒng)阻力。

A、減小進(jìn)氣門處的流動(dòng)損失：增大氣門直徑，增加氣門數(shù)，增大氣門升程，減小錐角B、減小進(jìn)氣道和進(jìn)氣管的阻力：較大通道面積，減小彎道和截面突變，管道內(nèi)表面光滑。C、減小化油器的阻力：選用多重喉管化油器，采用多腔化油器，用直接噴射替代化油器。D、減小空濾器阻力。132）減小對(duì)新鮮充氣量的熱傳導(dǎo)：A、防止發(fā)動(dòng)機(jī)過熱，B、進(jìn)排氣管分置。3）減小排氣阻力：減小排氣門和排氣道的排氣阻力。4）合理選擇配氣正時(shí)：A、進(jìn)氣遲閉角，B、氣門疊開角，C、可變進(jìn)氣正時(shí)。5）利用進(jìn)、排氣管內(nèi)的動(dòng)態(tài)效應(yīng)。141.2配氣機(jī)構(gòu)的功用與分類1功用：配氣機(jī)構(gòu)是進(jìn)、排氣門的控制機(jī)構(gòu)，它按照各氣缸的工作順序和每一缸工作循環(huán)要求，準(zhǔn)時(shí)地開閉進(jìn)、排氣門、向氣缸供給可燃混合氣（汽油機(jī)）或新鮮空氣（柴油機(jī)）并及時(shí)排出廢氣。另外，當(dāng)進(jìn)、排氣門關(guān)閉時(shí),保證氣缸密封。進(jìn)氣充分、排氣徹底，四行程發(fā)動(dòng)機(jī)都采用氣門式配氣機(jī)構(gòu)。

152配氣機(jī)構(gòu)的分類分為凸輪軸上置式、凸輪軸中置式、凸輪軸下置3種式。現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛采用上（頂）置凸輪軸結(jié)構(gòu)。

161.3配氣機(jī)構(gòu)的工作過程氣門開啟是通過氣門傳動(dòng)組作用而完成，氣門的關(guān)閉則是由氣門彈簧來完成的，氣門的開閉時(shí)刻和規(guī)律完全取決于凸輪的輪廓曲線形狀。172氣門組的零件結(jié)構(gòu)氣門組組成：

18氣門組實(shí)物圖192.1氣門

功用：控制進(jìn)、排氣管的開閉工作條件：A、承受高溫進(jìn)氣門570K~670K，排氣門1050K~1200K。B、頭部承受氣體壓力、氣門彈簧力等，C、冷卻和潤滑條件差，D、被氣缸中燃燒生成物中的物質(zhì)所腐蝕。性能： 強(qiáng)度和剛度大、耐熱、耐腐蝕、耐磨構(gòu)造：氣門由頭部、桿身和尾部組成進(jìn)氣門570K~670K（鉻鋼或鉻鎳鋼）排氣門1050K~1200K（硅鉻鋼）20A、氣門頭部一個(gè)具有圓錐斜面的圓盤，氣門錐角一般為450，也有300，氣門頭邊緣應(yīng)保持一定厚度，一般為1-3mm，以防工作中沖擊損壞和被高溫?zé)g。氣門密封錐面與氣門座配對(duì)研磨。

錐面的作用？21氣門頭部的結(jié)構(gòu)形式平頂式結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，吸熱面積小，質(zhì)量也較小，進(jìn)、排氣門都可采用。凸頂式（球面頂）適用于排氣門，因?yàn)槠鋸?qiáng)度高，排氣阻力小，廢氣的清除效果好，但球形的受勢(shì)面積大，質(zhì)量和慣性力大加工較復(fù)雜。凹頂式（喇叭頂）凹頂頭部與桿部的過渡部分具有一定的流線形，可以減少進(jìn)氣阻力，但其頂部受熱面積大，故適用于進(jìn)氣門，而不宜用于排氣門。22錐形工作面的作用(1)提高密封性和導(dǎo)熱性；(2)氣門落座時(shí)有自動(dòng)定位作用；(3)避免使氣流拐彎過大而降低流速;(4)氣門落座時(shí)能擠掉接觸面的沉積物，即有自潔作用。進(jìn)氣門采用較小的錐角，多用30°，有利于提高充氣效率；排氣門則因熱負(fù)荷較大而用較大的錐角，通常為45°，以加強(qiáng)散熱和避免受熱變形。氣門頭部直徑越大，氣門口通道截面就越大，進(jìn)﹑排氣阻力就越小。23進(jìn)、排氣門不一樣大242.2氣門導(dǎo)管功用：①起導(dǎo)向作用，保證氣門作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

②起導(dǎo)熱作用，將氣門頭部傳給桿身的熱量，通過氣缸蓋傳出去。為了保證導(dǎo)向，導(dǎo)管應(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)管和氣門的潤滑是靠配氣機(jī)構(gòu)飛濺出來的機(jī)油進(jìn)行潤滑的，因此易磨損。為了改善潤滑性能，氣門導(dǎo)管常用灰鑄鐵或球墨鑄鐵或鐵基粉未治金制造。導(dǎo)管內(nèi)、外圓面加工后壓入氣缸蓋的氣門導(dǎo)管孔內(nèi)，然后再精鉸內(nèi)孔。為了防止氣門導(dǎo)管在使用過程中松脫，有的發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)氣門導(dǎo)管用卡環(huán)定位。25為了保證導(dǎo)向，導(dǎo)管應(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)管和氣門的潤滑是靠配氣機(jī)構(gòu)飛濺出來的機(jī)油進(jìn)行潤滑的，因此易磨損。為了改善潤滑性能，氣門導(dǎo)管常用灰鑄鐵或球墨鑄鐵或鐵基粉未治金制造氣門導(dǎo)管氣缸蓋過盈配合卡環(huán)：防止氣門導(dǎo)管在使用中脫落。伸入深度應(yīng)適量。錐度可減少氣流阻力。262.3氣門座

氣門座與氣門頭部密封錐面配合密封氣缸，氣門頭部的熱量亦經(jīng)過氣門座外傳。氣門座可以在缸蓋或缸體上直接鏜出，也可以采用鑲嵌式結(jié)構(gòu)。鑲嵌式結(jié)構(gòu)氣門座都采用較好的材料（合金鑄鐵、奧氏體鋼等）單獨(dú)制作。

氣門座鋁合金氣缸蓋為何氣門座都要鑲嵌氣門座圈272.4氣門彈簧功用：保證氣門的回位。材料：高錳碳鋼、鉻釩鋼

在氣門關(guān)閉時(shí)，保證氣門與氣門座之間的密封，在氣門開啟時(shí)，保證氣門不因運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力而脫離凸輪。為保證上述作用的發(fā)揮，氣門彈簧的剛度要很大，且安裝時(shí)進(jìn)行了預(yù)緊壓縮，因此預(yù)緊力大。

28彈簧共振及其防護(hù)措施當(dāng)氣門彈簧的工作頻率與其自然振動(dòng)頻率相等或成某一倍數(shù)時(shí)，將會(huì)發(fā)生共振，造成氣門反跳、落座沖擊，并可使彈簧折斷。為此，采取如下幾種結(jié)構(gòu)措施：

1.加大剛度以提高氣門彈簧的自然振動(dòng)頻率

2.采用雙氣門彈簧

3.采用不等螺距彈簧

2930314

氣門傳動(dòng)組的結(jié)構(gòu)功用：定時(shí)驅(qū)動(dòng)氣門開閉，并保證氣門有足夠的開度和適當(dāng)?shù)臍忾T間隙。組成:凸輪軸及其驅(qū)動(dòng)裝置，包括挺柱、推桿、搖臂及搖臂軸等。凸輪軸挺柱推桿搖臂凸輪軸正時(shí)齒輪搖臂軸32凸輪軸的功用：凸輪軸是氣門驅(qū)動(dòng)組中最主要的零件，用來驅(qū)動(dòng)和控制各缸氣門的開啟和關(guān)閉，使其符合發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序、配氣相位及氣門開度的變化規(guī)律等要求3334凸輪

工作條件：承受氣門彈簧的張力，間歇性的沖擊載荷。 凸輪性能：表面有良好的耐磨性，足夠的剛度。

凸輪與挺柱線接觸，接觸壓力大，磨損快。35凸輪的輪廓

凸輪輪廓保證氣門開啟和關(guān)閉的持續(xù)時(shí)間符合配氣相位要求,同時(shí)也決定了氣門的最大升程和升降過程的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。氣門開啟點(diǎn)消除氣門間隙階段氣門升程最大時(shí)刻氣門關(guān)閉點(diǎn)出現(xiàn)氣門間隙階段緩沖結(jié)束點(diǎn)36工作過程當(dāng)凸輪按圖中方向轉(zhuǎn)過EA時(shí)，挺柱處于最低位置不動(dòng)，氣門處于關(guān)閉狀態(tài)。凸輪轉(zhuǎn)至A點(diǎn)時(shí)，挺柱開始移動(dòng)。繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，在緩沖段AB內(nèi)的某點(diǎn)M處消除氣門間隙，氣門開始開啟，至C點(diǎn)時(shí)氣門開度最大，而后逐漸關(guān)小，至緩沖段DE內(nèi)某點(diǎn)N時(shí)，氣門完全關(guān)閉。挺柱繼續(xù)下落，出現(xiàn)氣門間隙，至E點(diǎn)時(shí)挺柱又處于最低位置。37同名凸輪的相對(duì)角位置凸輪軸為順時(shí)針方向（從前端看）轉(zhuǎn)動(dòng)，工作順序?yàn)?一2—4—3的四缸發(fā)動(dòng)機(jī)其作功間隔為720°／4=180°，由于凸輪軸轉(zhuǎn)速為曲軸轉(zhuǎn)速的1／2，所以表現(xiàn)在凸輪軸上同名凸輪間的夾角則為180°／2=90°，如圖。38異名凸輪的相對(duì)角位置異名凸輪的相對(duì)角位置：是由發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣相位和凸輪軸的轉(zhuǎn)向所決定的。由于氣門是早開晚關(guān)的，且早開角與晚關(guān)角不等，則兩凸輪的夾角不再是90°，而一般都大于90°。39補(bǔ)充：四沖程兩缸機(jī)凸輪相對(duì)位置40結(jié)構(gòu)凸輪、軸頸（有時(shí)有偏心輪或齒輪）41軸頸全支承、非全支承、軸頸尺寸、油槽4243凸輪軸的軸向限位隔圈44凸輪軸的傳動(dòng)方式

凸輪軸是由曲軸通過傳動(dòng)裝置來驅(qū)動(dòng)的，所用傳動(dòng)裝置有齒輪式、鏈條式和齒形皮帶式。凸輪軸下置，中置的配氣機(jī)構(gòu)大多采用圓柱形正時(shí)齒輪傳動(dòng)，一般從曲軸到凸輪軸只需一對(duì)正時(shí)齒輪傳動(dòng)，若齒輪直徑過大，可增加一個(gè)中間齒輪。為了嚙合平穩(wěn)，減小噪聲，正時(shí)齒輪多用斜齒。（注意正時(shí)記號(hào)）45鏈條傳動(dòng)和齒形皮帶傳動(dòng)

為了防止鏈條抖振，設(shè)有導(dǎo)鏈板和張緊裝置，張緊裝置有機(jī)械式和液壓式兩種，液壓式是用發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油進(jìn)入液壓腔，推動(dòng)其內(nèi)部的活塞向外移動(dòng)，使張緊鏈輪壓向鏈條，噪聲小。齒形皮帶傳動(dòng)噪聲小顯著減小。質(zhì)量輕、包角大、嚙合量大，齒向壓強(qiáng)小，工作可靠。46挺柱挺柱的功用是將凸輪的推力傳給推桿（或氣門桿），并承受凸輪軸旋轉(zhuǎn)時(shí)所施加的側(cè)向力，近年來，液壓挺柱被廣泛地采用。47液壓挺柱1-挺柱體2-卡簧3-球座4-柱塞5-單向閥架6-柱塞彈簧7-單向閥8-碟形彈簧A-柱塞腔B-工作腔48推桿推桿的作用是將從挺柱傳來的推力傳給搖臂，它是配氣機(jī)構(gòu)中最容易彎曲的零件。要求有很高的剛度，在動(dòng)載荷大的發(fā)動(dòng)機(jī)中，推桿應(yīng)盡量地做得短些。49搖臂和搖臂組

搖臂實(shí)際上是一個(gè)雙臂杠桿，將推桿傳來的力改變方向，作用到氣門桿端打開氣門。50搖臂組516氣門間隙的檢查與調(diào)整定義：氣門間隙是指氣門完全關(guān)閉時(shí)，氣門桿尾端與搖臂或挺柱之間的間隙。作用：給熱膨脹留有余地、保證氣門密封52氣門間隙對(duì)發(fā)動(dòng)性能的影響間隙過大：進(jìn)、排氣門開啟持續(xù)時(shí)間減短，縮短了進(jìn)排氣時(shí)間；使氣門升程不足，引起進(jìn)氣不充分，排氣不徹底，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降。此外，還使配氣機(jī)構(gòu)零件的撞擊增加，磨損加快。間隙過?。喊l(fā)動(dòng)機(jī)工作后，零件受熱膨脹，將氣門推開，使氣門關(guān)閉不嚴(yán)，造成漏氣，功率下降，并使氣門的密封表面嚴(yán)重積碳或燒壞，甚至氣門撞擊活塞。53氣門間隙大小不同機(jī)型，氣門間隙的大小不同，根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定，一般冷態(tài)時(shí)，排氣門間隙大于進(jìn)氣門間隙，進(jìn)氣門間隙約為0.25～0.3mm，排氣門間隙約為0.3～0.35mm。采用液壓挺柱的配氣機(jī)構(gòu)不需要留氣門間隙。54氣門間隙調(diào)整方法（1）逐缸調(diào)整法（2）兩次調(diào)整法（“雙排不進(jìn)”法）5556可變進(jìn)氣系統(tǒng)

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的多氣門化，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的高速動(dòng)力性，但又使中小負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性變差和低速扭矩的降低。為了解決此矛盾，近年來高性能轎車發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛采用了可變進(jìn)氣系統(tǒng)、可變排氣系統(tǒng)、可變?cè)鰤合到y(tǒng)、可變噴油系統(tǒng)等可變化技術(shù)，從而使從高速到低速整個(gè)使用范圍的性能都得到提高。在可變技術(shù)中，可變進(jìn)氣系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛。結(jié)構(gòu)簡單、效果顯著，被廣泛應(yīng)用在轎車汽油機(jī)中。在這里，我們只對(duì)可變進(jìn)氣系統(tǒng)做介紹。57可變進(jìn)氣系統(tǒng)一、多氣門分段參加工作的可變進(jìn)氣系統(tǒng)二、雙進(jìn)氣管分段參加工作的可變進(jìn)氣系統(tǒng)三、采用進(jìn)氣管長度和面積可變的可變進(jìn)氣系統(tǒng)四、配氣定時(shí)可變的可變進(jìn)氣系統(tǒng)五、氣門定時(shí)和升程可變的可變進(jìn)氣系統(tǒng)(VTEC)六、氣門升程、配氣相位可變，停止某缸氣門工作（三菱MIVEC)七、通用公司無凸輪軸EVA。八、凌志LS400智能可變配氣正時(shí)系統(tǒng)VVT-i58一、多氣門分段參加工作的可變進(jìn)氣系統(tǒng)豐田2E型1.3L頂置凸輪軸驅(qū)動(dòng)的汽油機(jī)采用的是3氣門(2進(jìn)、1排)分段參加工作的可變進(jìn)氣系統(tǒng)。

59二、雙進(jìn)氣管分段參加工作的可變進(jìn)氣系統(tǒng)

利用螺旋進(jìn)氣道和進(jìn)氣門通過面積的改變使氣門處空氣流速改變，并形成旋流來改善混合及燃燒。雙進(jìn)氣道是利用進(jìn)氣管通道面積的變化形成可變系統(tǒng)來改善混合和燃燒以及動(dòng)態(tài)效應(yīng)的利用。豐田汽車公司在4A—GEU型汽油機(jī)上，采用了雙進(jìn)氣管分段參加工作的4氣門可變進(jìn)氣系統(tǒng)。工作過程：高速大負(fù)荷；中小負(fù)荷。60三、采用進(jìn)氣管長度和面積可變的可變進(jìn)氣系統(tǒng)中小負(fù)荷低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，采用長而細(xì)的進(jìn)氣管以保證經(jīng)濟(jì)性和低速穩(wěn)定性。高速大負(fù)荷時(shí)采用短而粗的進(jìn)氣管以保證獲得高動(dòng)力性，其升功率達(dá)59kW／L。61四、配氣定時(shí)可變的可變進(jìn)氣系統(tǒng)

為了獲得高速高功率，要求進(jìn)、排氣門開啟角大，氣門升程也要大，特別是進(jìn)氣遲閉角要大，以充分利用高速慣性充氣。為了獲得低速大轉(zhuǎn)矩，進(jìn)氣遲閉角要小，以防止低速倒流。為了獲得中小負(fù)荷良好的經(jīng)濟(jì)性，氣門重疊角要小。要同時(shí)滿足上述全部要求，其結(jié)構(gòu)將十分復(fù)雜，價(jià)格昂貴，難于