單元配氣機構(gòu)構(gòu)造與維修

單元三配氣機構(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)：氣門傳動組的結(jié)構(gòu)第五節(jié)：氣門傳動組的檢修第六節(jié)：配氣機構(gòu)的檢查與調(diào)整第七節(jié)：配氣機構(gòu)常見故障診斷與排除第八節(jié)：可變進氣系統(tǒng)和配氣相位重點：配氣機構(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)動機換氣過程。1第一節(jié)：概述1.1發(fā)動機換氣過程。1、發(fā)動機換氣過程是指發(fā)動機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)動機的換氣過程

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強制排氣階段靠活塞上行將廢氣擠出氣缸。32.2進氣過程

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)，進氣門早開，引起進、排氣門同時開啟。2.4配氣相位用曲軸轉(zhuǎn)來角表示進排氣門實際開閉時刻和開啟持續(xù)時間。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、壓、功、排各占180°，也就是說進、排氣門都是在上、下止點開閉，延續(xù)時間都是曲軸轉(zhuǎn)角180°。但實際表明，簡單配氣相位對實際工作是很不適應(yīng)的，它不能滿足發(fā)動機對進、排氣門的要求

51、氣門的開、閉有個過程開啟

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氣不足、排氣不凈3、發(fā)動機速度的要求實際發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)速很高，活塞每一行程歷時都很短，當(dāng)轉(zhuǎn)速為5600r/min時一個行程只有60/（5600×2）=0.0054s，就是轉(zhuǎn)速為1500r/min，一個行程也只有0.02s，這樣短的進氣或排氣過程，使發(fā)動機進氣不足，排氣不凈。理論配氣的不足6實際的配氣相位為了使進氣充足，排氣干凈，除了從結(jié)構(gòu)上進行改進外（如增大進、排氣管道），還可以從配氣相位上想點辦法，即氣門能否早開晚閉，延長進、排氣時間呢7配氣相位892.6進氣提前角，進氣遲閉角，排氣提前角，排氣遲閉角，氣門疊開角=進氣提前角+排氣遲閉角。2.7從配氣相位圖看出實際發(fā)動的氣門是早開晚關(guān)的，那么氣門早開晚關(guān)對發(fā)動機實際工作又有什么好處呢？

A、進氣門早開：增大了進氣行程開始時氣門的開啟高度，減小進氣阻力，增加進氣量。B、進氣門晚關(guān)：延長了進氣時間，在大氣壓和氣體慣性力的作用下，增加進氣量。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)動機的充氣效率1、充氣效率

為比較不同大小、不同類型發(fā)動機的充氣品質(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。

由于有進氣阻力等因素的影響,實際進入氣缸中的新鮮充量必然小于理論上進氣狀態(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、進氣終了壓力。（小，進氣阻力大，效率底）B、進氣終了溫度。（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）減小進氣系統(tǒng)阻力。

A、減小進氣門處的流動損失：增大氣門直徑，增加氣門數(shù)，增大氣門升程，減小錐角B、減小進氣道和進氣管的阻力：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）減小對新鮮充氣量的熱傳導(dǎo)：A、防止發(fā)動機過熱，B、進排氣管分置。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：A、進氣遲閉角，B、氣門疊開角，C、可變進氣正時。5）利用進、排氣管內(nèi)的動態(tài)效應(yīng)。141.2配氣機構(gòu)的功用與分類1功用：配氣機構(gòu)是進、排氣門的控制機構(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)時地開閉進、排氣門、向氣缸供給可燃混合氣（汽油機）或新鮮空氣（柴油機）并及時排出廢氣。另外，當(dāng)進、排氣門關(guān)閉時,保證氣缸密封。進氣充分、排氣徹底，四行程發(fā)動機都采用氣門式配氣機構(gòu)。

152配氣機構(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?，F(xiàn)代汽車發(fā)動機廣泛采用上（頂）置凸輪軸結(jié)構(gòu)。

161.3配氣機構(gòu)的工作過程氣門開啟是通過氣門傳動組作用而完成，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氣門組實物圖192.1氣門

功用：控制進、排氣管的開閉工作條件：A、承受高溫進氣門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、排氣門都可采用。凸頂式（球面頂）適用于排氣門，因為其強度高，排氣阻力小，廢氣的清除效果好，但球形的受勢面積大，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，可以減少進氣阻力，但其頂部受熱面積大，故適用于進氣門，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)氣門落座時有自動定位作用；(3)避免使氣流拐彎過大而降低流速;(4)氣門落座時能擠掉接觸面的沉積物，即有自潔作用。進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﹑排氣阻力就越小。23進、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)運動。

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構(gòu)飛濺出來的機油進行潤滑的，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)動機對氣門導(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構(gòu)飛濺出來的機油進行潤滑的，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，保證氣門與氣門座之間的密封，在氣門開啟時，保證氣門不因運動時產(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，且安裝時進行了預(yù)緊壓縮，因此預(yù)緊力大。

28彈簧共振及其防護措施當(dāng)氣門彈簧的工作頻率與其自然振動頻率相等或成某一倍數(shù)時，將會發(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頻率

2.采用雙氣門彈簧

3.采用不等螺距彈簧

2930314

氣門傳動組的結(jié)構(gòu)功用：定時驅(qū)動氣門開閉，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齒輪搖臂軸32凸輪軸的功用：凸輪軸是氣門驅(qū)動組中最主要的零件，用來驅(qū)動和控制各缸氣門的開啟和關(guān)閉，使其符合發(fā)動機的工作順序、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)時間符合配氣相位要求,同時也決定了氣門的最大升程和升降過程的運動規(guī)律。氣門開啟點消除氣門間隙階段氣門升程最大時刻氣門關(guān)閉點出現(xiàn)氣門間隙階段緩沖結(jié)束點36工作過程當(dāng)凸輪按圖中方向轉(zhuǎn)過EA時，挺柱處于最低位置不動，氣門處于關(guān)閉狀態(tài)。凸輪轉(zhuǎn)至A點時，挺柱開始移動。繼續(xù)轉(zhuǎn)動，在緩沖段AB內(nèi)的某點M處消除氣門間隙，氣門開始開啟，至C點時氣門開度最大，而后逐漸關(guān)小，至緩沖段DE內(nèi)某點N時，氣門完全關(guān)閉。挺柱繼續(xù)下落，出現(xiàn)氣門間隙，至E點時挺柱又處于最低位置。37同名凸輪的相對角位置凸輪軸為順時針方向（從前端看）轉(zhuǎn)動，工作順序為1一2—4—3的四缸發(fā)動機其作功間隔為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異名凸輪的相對角位置異名凸輪的相對角位置：是由發(fā)動機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補充：四沖程兩缸機凸輪相對位置40結(jié)構(gòu)凸輪、軸頸（有時有偏心輪或齒輪）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凸輪軸的傳動方式

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

為了防止鏈條抖振，設(shè)有導(dǎo)鏈板和張緊裝置，張緊裝置有機械式和液壓式兩種，液壓式是用發(fā)動機的機油進入液壓腔，推動其內(nèi)部的活塞向外移動，使張緊鏈輪壓向鏈條，噪聲小。齒形皮帶傳動噪聲小顯著減小。質(zhì)量輕、包角大、嚙合量大，齒向壓強小，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，它是配氣機構(gòu)中最容易彎曲的零件。要求有很高的剛度，在動載荷大的發(fā)動機中，推桿應(yīng)盡量地做得短些。49搖臂和搖臂組

搖臂實際上是一個雙臂杠桿，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，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氣門間隙對發(fā)動性能的影響間隙過大：進、排氣門開啟持續(xù)時間減短，縮短了進排氣時間；使氣門升程不足，引起進氣不充分，排氣不徹底，使發(fā)動機功率下降。此外，還使配氣機構(gòu)零件的撞擊增加，磨損加快。間隙過?。喊l(fā)動機工作后，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型，氣門間隙的大小不同，根據(jù)實驗確定，一般冷態(tài)時，排氣門間隙大于進氣門間隙，進氣門間隙約為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”法）5556可變進氣系統(tǒng)

隨著發(fā)動機的多氣門化，提高了發(fā)動機的高速動力性，但又使中小負(fù)荷經(jīng)濟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)動機廣泛采用了可變進氣系統(tǒng)、可變排氣系統(tǒng)、可變增壓系統(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使用范圍的性能都得到提高。在可變技術(shù)中，可變進氣系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛。結(jié)構(gòu)簡單、效果顯著，被廣泛應(yīng)用在轎車汽油機中。在這里，我們只對可變進氣系統(tǒng)做介紹。57可變進氣系統(tǒng)一、多氣門分段參加工作的可變進氣系統(tǒng)二、雙進氣管分段參加工作的可變進氣系統(tǒng)三、采用進氣管長度和面積可變的可變進氣系統(tǒng)四、配氣定時可變的可變進氣系統(tǒng)五、氣門定時和升程可變的可變進氣系統(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智能可變配氣正時系統(tǒng)VVT-i58一、多氣門分段參加工作的可變進氣系統(tǒng)豐田2E型1.3L頂置凸輪軸驅(qū)動的汽油機采用的是3氣門(2進、1排)分段參加工作的可變進氣系統(tǒng)。

59二、雙進氣管分段參加工作的可變進氣系統(tǒng)

利用螺旋進氣道和進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。雙進氣道是利用進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態(tài)效應(yīng)的利用。豐田汽車公司在4A—GEU型汽油機上，采用了雙進氣管分段參加工作的4氣門可變進氣系統(tǒng)。工作過程：高速大負(fù)荷；中小負(fù)荷。60三、采用進氣管長度和面積可變的可變進氣系統(tǒng)中小負(fù)荷低速運轉(zhuǎn)時，采用長而細(xì)的進氣管以保證經(jīng)濟性和低速穩(wěn)定性。高速大負(fù)荷時采用短而粗的進氣管以保證獲得高動力性，其升功率達(dá)59kW／L。61四、配氣定時可變的可變進氣系統(tǒng)

為了獲得高速高功率，要求進、排氣門開啟角大，氣門升程也要大，特別是進氣遲閉角要大，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)濟性，氣門重疊角要小。要同時滿足上述全部要求，其結(jié)構(gòu)將十分復(fù)雜，價格昂貴，難于