配氣機(jī)構(gòu)總成的拆裝方法

PAGE17PAGE1第頁教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)：理解充氣效率及配氣相位的概念；理解配氣機(jī)構(gòu)的工作原理；掌握配氣機(jī)構(gòu)的組成、主要零部件的構(gòu)造；了解可變進(jìn)氣系統(tǒng)的工作特點(diǎn)；掌握配氣機(jī)構(gòu)總成的拆裝方法。能力目標(biāo)：能夠拆裝調(diào)整發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)素質(zhì)目標(biāo)：教學(xué)重點(diǎn)配氣機(jī)構(gòu)總成的拆裝方法教學(xué)難點(diǎn)配氣機(jī)構(gòu)的工作原理教學(xué)手段理實(shí)一體實(shí)物講解小組討論、協(xié)作教學(xué)學(xué)時教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)過程設(shè)計(jì)注釋單元三配氣機(jī)構(gòu)〖理論知識〗一、配氣機(jī)構(gòu)概述1.充氣效率純空氣或可燃混合氣充滿氣缸的程度常用充氣效率表示,也稱充氣系數(shù)。充氣效率指在進(jìn)氣過程中,實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量與在理想狀況下充滿氣缸工作容積的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量之比。2.配氣機(jī)構(gòu)的組成配氣機(jī)構(gòu)如圖3-1所示，主要由氣門組和氣門傳動組兩部分組成。圖3-13.配氣機(jī)構(gòu)的工作原理發(fā)動機(jī)工作時,驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動凸輪軸旋轉(zhuǎn),凸輪的凸起部分通過挺柱、推桿和繞搖臂軸擺動的搖臂壓縮氣門彈簧,使氣門離座,即氣門開啟。當(dāng)凸輪凸起部分離開后,氣門便在氣門彈簧力的作用下而落座,即氣門關(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。四沖程發(fā)動機(jī)每完成一個工作循環(huán),曲軸旋轉(zhuǎn)兩周,各缸的進(jìn)、排氣門各開啟一次,凸輪軸應(yīng)只旋轉(zhuǎn)一周。因此,曲軸與凸輪軸的轉(zhuǎn)速之比為2∶1。二、氣門的布置位置及排列方式1.氣門的布置位置氣門的布置位置有側(cè)置式和頂置式兩種類型。2.每缸氣門數(shù)及排列方式1）每缸兩個氣門方式2）每缸四個氣門方式三、凸輪軸的布置位置及傳動形式1.凸輪軸的布置位置凸輪軸的布置位置有凸輪軸下置、凸輪軸中置和凸輪軸上置三種類型,如圖3-4所示。圖3-42.凸輪軸的傳動形式凸輪軸由曲軸帶動旋轉(zhuǎn),它們之間的傳動方式有齒輪傳動、鏈傳動及齒形帶傳動等幾種傳動形式。如圖3-6所示。圖3-6四、配氣相位配氣相位就是用曲軸轉(zhuǎn)角表示進(jìn)、排氣門的實(shí)際開啟時刻和開啟持續(xù)時間。用曲軸轉(zhuǎn)角的環(huán)形圖來表示配氣相位,這種圖稱為配氣相位圖,如圖3-7所示。圖3-7五、氣門間隙發(fā)動機(jī)在冷態(tài)下,當(dāng)氣門處于完全關(guān)閉狀態(tài)時,氣門與傳動件之間的間隙稱為氣門間隙,如圖3-8所示。圖3-8為了能對氣門間隙進(jìn)行調(diào)整,在搖臂上裝有調(diào)整螺釘及其鎖緊螺母,如圖3-8（a）所示。直接驅(qū)動式配氣機(jī)構(gòu)則通過凸輪與挺柱之間的調(diào)整墊塊來調(diào)整氣門間隙。采用液壓挺柱的配氣機(jī)構(gòu),挺柱的長度能自動變化,隨時補(bǔ)償氣門的熱膨脹量,故不需要預(yù)留氣門間隙,如圖3-8（b）所示。六、四沖程氣門式配氣機(jī)構(gòu)的零件和組件四沖程氣門式配氣機(jī)構(gòu)一般都由氣門組和氣門傳動組兩部分組成。1.氣門組氣門組包括氣門、氣門座、氣門導(dǎo)管及氣門彈簧等零件,如圖3-9所示。為了保證氣門在關(guān)閉時的密封要求,要求氣門頭部與氣門座貼合嚴(yán)密、密封良好；氣門導(dǎo)管應(yīng)能對氣門桿運(yùn)動有良好導(dǎo)向；氣門彈簧兩端應(yīng)與彈簧中心線垂直,且其彈力能克服氣門及其傳動件的運(yùn)動慣性,即既能保證氣門壓緊于氣門座,又能保證氣門迅速開閉。圖3-9氣門組零件1）氣門汽車發(fā)動機(jī)的進(jìn)、排氣門一般是菌狀的,由頭部和桿部兩部分組成,如圖3-10所示。圖3-10氣門結(jié)構(gòu)2）氣門導(dǎo)管氣門導(dǎo)管的功用是對氣門的運(yùn)動導(dǎo)向,保證氣門直線運(yùn)動,使氣門與氣門座正確配合,并為氣門桿散熱。氣門導(dǎo)管的工作溫度較高,僅靠配氣機(jī)構(gòu)飛濺出來的機(jī)油潤滑,因此易磨損。氣門導(dǎo)管材料一般為灰鑄鐵或鐵基粉末冶金,它在不良潤滑條件下工作可靠、磨損很小,同時工藝性好、造價(jià)低。3）氣門座氣門座的形式有兩種,一種是在氣缸蓋上直接鏜出；另一種是單獨(dú)制成氣門座圈,以一定的過盈量鑲嵌在氣缸蓋的座孔中，鋁合金氣缸蓋由于材質(zhì)較軟,氣門座必須鑲嵌。4）氣門彈簧氣門彈簧如圖3-17所示，借其張力克服氣門關(guān)閉過程中氣門及傳動件因慣性力而產(chǎn)生的間隙,保證氣門及時落座并緊密貼合,同時也可防止氣門在發(fā)動機(jī)振動時因跳動而破壞密封。圖3-17氣門彈簧5）氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)如果氣門在工作中相對氣門座緩慢旋轉(zhuǎn),則二者之間的密合和使用壽命可大為提高。這是因?yàn)闅忾T旋轉(zhuǎn)時,一方面可以使頭部沿圓周方向溫度均勻,減少氣門頭部的熱變形。另一方面在密封錐面上產(chǎn)生輕微的摩擦力,有阻止沉積物形成的自潔作用,使氣門與氣門座保持良好的接觸,以便散熱和密封。為此有的發(fā)動機(jī)加裝有氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),如圖3-18所示。圖3-182.氣門傳動組1）凸輪軸（1）凸輪軸的功用及材料。（2）凸輪軸的構(gòu)造。凸輪軸主要由凸輪和軸頸等組成。凸輪分為進(jìn)氣凸輪和排氣凸輪兩種,軸頸對凸輪軸起支承作用。凸輪軸的前端通過鍵槽安裝有凸輪正時齒輪、鏈輪或齒形帶輪。單根凸輪軸的配氣機(jī)構(gòu)一般將進(jìn)氣凸輪和排氣凸輪布置在同一根凸輪軸上,如圖3-19（a）所示。雙頂置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)的兩根凸輪軸,一根是進(jìn)氣凸輪軸,另一根是排氣凸輪軸,如圖3-19（b）所示。圖3-19（3）凸輪輪廓。凸輪輪廓曲線決定了氣門的升程及其升降過程的運(yùn)動規(guī)律。（4）凸輪的相對位置。工作順序?yàn)?—3—4—2的直列四缸四沖程發(fā)動機(jī)、凸輪的相對位置如圖3-21所示,同名凸輪沿圓周方向的排列順序與發(fā)動機(jī)工作順序一致。各缸工作間隔為720°／4=180°曲軸轉(zhuǎn)角,相當(dāng)于90°的凸輪軸轉(zhuǎn)角,則凸輪軸上同名凸輪間的夾角為360°／4=90°。圖3-21直列四缸四沖程發(fā)動機(jī)凸輪的相對位置2）挺柱（1）機(jī)械挺柱。機(jī)械挺柱一般有菌式、球面式、平底式、滾輪式、薄壁杯形平面式,如圖3-23所示。圖3-23機(jī)械挺柱（2）液壓挺柱。如圖3-25（a）所示,液壓挺柱由液壓挺柱體、內(nèi)體（也稱油缸）、柱塞、單向閥、單向閥彈簧、柱塞回位彈簧等組成。圖3-25液壓挺柱的工作過程如下。當(dāng)凸輪沒有壓下液壓挺柱時,挺柱處于圖3-26（a）所示位置。發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)中帶有壓力的潤滑油經(jīng)氣缸蓋上的專門油道、挺柱體上的環(huán)形油槽、供油斜孔進(jìn)入儲油室,并通過上蓋上的溢油槽進(jìn)入儲油室,再克服單向閥彈簧的彈力頂開單向閥進(jìn)入高壓油腔。此時,兩個儲油室和高壓油腔都充滿潤滑油,并且它們的壓力都等于氣缸蓋油道內(nèi)的壓力。柱塞在柱塞回位彈簧的作用下頂在上蓋上。當(dāng)凸輪開始向下壓在液壓挺柱上時,挺柱體(連上蓋)和柱塞被壓下,內(nèi)體因氣門桿的反力作用而被推向上蓋,壓縮高壓油,如圖3-26（b）所示。油腔中的一部分潤滑油通過內(nèi)體與柱塞間的泄漏間隙被擠出,使高壓油腔容積減小。由于內(nèi)體的高速向上運(yùn)動會產(chǎn)生很強(qiáng)的節(jié)流作用,致使油腔內(nèi)的油壓仍然很快增高。單向閥在高壓油壓和單向閥彈簧的作用下關(guān)閉,切斷了高壓油腔與低壓儲油室的連接通道。與此同時,由于內(nèi)體向上運(yùn)動,占據(jù)了儲油室內(nèi)的相應(yīng)空間,使其容積減小,多余的潤滑油則通過內(nèi)體與挺柱體間的導(dǎo)向間隙或通過挺柱體上尚未完全關(guān)閉的進(jìn)油孔擠走。這時,由于高壓油腔內(nèi)的潤滑油的不可壓縮性使挺柱體、內(nèi)體與柱塞成為一個剛體,按凸輪的運(yùn)動規(guī)律,氣門逐漸開啟,再逐漸關(guān)閉。圖3-26液壓挺柱的工作示意圖當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)到基圓位置,不再壓液壓挺柱時,挺柱回到原始位置,挺柱體上的環(huán)形油槽又對準(zhǔn)氣缸蓋上的專門油道,內(nèi)體在高壓油腔的油壓與柱塞回位彈簧的作用下向下運(yùn)動,頂在氣門桿上,消除挺柱與氣門桿之間的間隙,挺柱回到原始位置。儲油室和高壓油腔由于容積增大,油壓下降,此時氣缸蓋上的專門油道正好與挺柱體上的環(huán)行油槽相通,具有一定壓力的潤滑油又重新進(jìn)入儲油室和高壓油腔。液壓挺柱減小了配氣機(jī)構(gòu)的撞擊噪聲,在轎車上得到廣泛應(yīng)用。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,加工精度高,是不可拆卸的組件,磨損后無法調(diào)整,只能整體更換。安裝前需將液壓挺柱中的空氣排除,以免工作時產(chǎn)生額外噪聲。3）推桿推桿是凸輪軸下置配氣機(jī)構(gòu)的一個零件,,它位于挺柱和搖臂之間,其功用是將凸輪軸經(jīng)過挺柱傳來的推力傳遞給搖臂。推桿是一細(xì)長件,加上傳遞的力很大,易產(chǎn)生彎曲變形。推桿要求有很高的剛度,應(yīng)盡量做得短些。4）搖臂搖臂的功用是將推桿和凸輪傳來的力改變方向,作用到氣門桿端以推開氣門。搖臂是一個中間帶有圓孔的不等長雙臂杠桿,如圖3-28所示。七、可變式配氣機(jī)構(gòu)1.無凸輪軸可變配氣相位機(jī)構(gòu)(電磁控制)無凸輪軸可變配氣相位機(jī)構(gòu)沒有凸輪軸,利用電磁鐵直接對氣門進(jìn)行控制,如圖3-30所示的德國FEV公司的電磁控制全可變氣門機(jī)構(gòu)。其氣門開啟（關(guān)閉）時間約為3ms,氣門的開啟持續(xù)時間可以自由選擇。這樣,氣門正時和落座速度可以根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷自由選擇。圖3-302.軸向移動凸輪軸可變配氣相位機(jī)構(gòu)軸向移動凸輪軸可變配氣相位機(jī)構(gòu)是一個三維凸輪機(jī)構(gòu)。凸輪軸的軸向移動使得凸輪的不同部分和挺柱相接觸,使得氣門升程和配氣相位發(fā)生變化?；鶊A半徑沿凸輪軸的軸向是不變的,但凸輪升程沿軸向改變,故墊鐵必須隨凸輪軸旋轉(zhuǎn)變化它的傾斜角。凸輪軸端部安裝一機(jī)械式調(diào)速器,當(dāng)凸輪軸轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時,調(diào)速器拖動凸輪軸向移動,使得氣門升程和配氣相位同時發(fā)生改變。3.徑向轉(zhuǎn)動凸輪軸可變配氣相位機(jī)構(gòu)4.可變氣門升程機(jī)構(gòu)可變氣門升程機(jī)構(gòu)主要是通過改變凸輪與氣門之間的連接機(jī)構(gòu),如挺柱、搖臂或推桿的結(jié)構(gòu),間接實(shí)現(xiàn)改變凸輪線型作用。（1）BMW的Valvetronic機(jī)構(gòu)。BMW的Valvetronic機(jī)構(gòu)在傳統(tǒng)的配氣相位機(jī)構(gòu)上增加了一根偏心軸,一個伺服電機(jī)和中間推桿等部件,如圖3-34（a）所示。當(dāng)電機(jī)工作時,蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)會首先驅(qū)動偏心軸發(fā)生旋轉(zhuǎn),然后中間推桿和搖臂會產(chǎn)生聯(lián)動,偏心軸旋轉(zhuǎn)的角度不同,最終凸輪軸通過中間推桿和搖臂頂動氣門產(chǎn)生的升程也會不同。在電機(jī)的驅(qū)動下,進(jìn)氣門的升程可以實(shí)現(xiàn)從0.18~9.9mm的無級變化,如圖3-34（b）所示。圖3-34（2）電控液壓挺柱式可變氣門升程機(jī)構(gòu)。電控液壓挺柱式可變氣門升程機(jī)構(gòu)的工作原理如圖3-35所示,當(dāng)電磁閥關(guān)閉時,凸輪推動第一挺柱,由于挺柱室內(nèi)的液壓油不能溢出,油壓推動第二挺柱,使氣門工作。圖3-355.可變氣門正時及升程電子控制機(jī)構(gòu)（VTEC）本田公司推出的VTEC（variablevalvetimingandliftelectroniccontrolsystem）由ECM電控組件控制,使發(fā)動機(jī)在高速時改變氣門正時和升程,以實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同工況提供發(fā)動機(jī)相應(yīng)的進(jìn)氣量,從而提高汽車的動力性和經(jīng)濟(jì)性。1）VTEC結(jié)構(gòu)組成本田F23A3發(fā)動機(jī)采用的VTEC可變氣門機(jī)構(gòu),其結(jié)構(gòu)如圖3-36所示。和常規(guī)的高速發(fā)動機(jī)不同的是,它的兩個進(jìn)氣門有主次之分,即主進(jìn)氣門和次進(jìn)氣門。每個進(jìn)氣門均由單獨(dú)的凸輪通過搖臂來驅(qū)動。主、次搖臂之間設(shè)有一個特殊的中間搖臂,它不與任何氣門直接接觸。三個搖臂并列在一起組成進(jìn)氣搖臂總成,如圖3-37所示,它們均可在搖臂軸上轉(zhuǎn)動。圖3-36圖3-372）VTEC工作原理VTEC機(jī)構(gòu)一根凸輪軸上設(shè)計(jì)不同配氣正時和氣門升程的高速凸輪與低速凸輪,根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、水溫及車速信號,由發(fā)動機(jī)控制ECM進(jìn)行計(jì)算處理后將信號輸出給電磁閥來控制油壓,進(jìn)而使不同配氣正時和氣門升程的凸輪工作。〖小結(jié)〗1.配氣機(jī)構(gòu)的功用是使發(fā)動機(jī)在各種工況下工作時獲得最佳的換氣過程。充氣效率越高,發(fā)動機(jī)發(fā)出的功率越大,動力性越好。2.氣門的布置位置有氣門側(cè)置式和氣門頂置式兩種形式。凸輪軸的布置位置有下置式、中置式和上置式。凸輪軸的傳動形式有齒輪傳動、鏈條傳動和齒形帶傳動三種。凸輪軸上置式配氣機(jī)構(gòu)的類型有搖臂驅(qū)動式、擺臂驅(qū)動式和直接驅(qū)動式三種。3.配氣相位就是用曲軸轉(zhuǎn)角表示的進(jìn)、排氣門開啟時刻和開啟持續(xù)時間。現(xiàn)代發(fā)動機(jī)都采用延長進(jìn)、排氣門時間,使氣門早開晚關(guān),從而改善進(jìn)、排氣狀況,提高發(fā)動機(jī)的動力性。4.發(fā)動機(jī)在冷態(tài)下,當(dāng)氣門處于完全關(guān)閉狀態(tài)時,氣門與傳動件之間的間隙稱為氣門間隙。氣門間隙過小,氣門關(guān)閉不嚴(yán)會漏氣；氣門間隙過大,會產(chǎn)生功率下降,磨損加快。有的發(fā)動機(jī)采用液壓挺柱,挺柱的長度能自動變化,隨時補(bǔ)償氣門的熱膨脹量,故不需要留氣門間隙。5.四沖程氣門式配氣機(jī)構(gòu)主要由氣門組和氣門傳動組兩部分組成。氣門組包括氣門、氣門座、氣門導(dǎo)管及氣門彈簧等零件；氣門傳動組包括凸輪軸正時齒輪、挺柱、推桿及導(dǎo)管、搖臂和搖臂軸等零件。6.氣門由頭部和桿部兩部分組成。氣門頭部有平頂、凸頂和凹頂?shù)刃螤睢忾T錐角一般為45°,有些發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣門錐角為30°。為了增強(qiáng)傳熱,氣門與氣門座圈的密封錐面必須嚴(yán)密貼合,為此,二者要配對研磨,研磨之后不能互換。7.氣門導(dǎo)管的功用是對氣門的運(yùn)動導(dǎo)向,保證氣門直線運(yùn)動，使氣門與氣門座正確配合，并為氣門桿散熱。有的發(fā)動機(jī)不裝氣門導(dǎo)管,直接在氣缸蓋上加工出氣門桿孔,作為氣門的導(dǎo)向孔。8.氣門座的形式有兩種:一種是在氣缸蓋上直接鏜出,另一種是單獨(dú)制成氣門座圈。一般氣門錐角比氣門座或氣門座圈錐角小0.5°～1°,以保持錐面良好的密封性。9.氣門彈簧在工作時,當(dāng)其工作頻率與其固有的振動頻率相等或成某一倍數(shù)關(guān)系時,將發(fā)生共振。共振將破壞氣門的正常工作。為避免共振的產(chǎn)生,常采取一定措施。10.凸輪軸主要由凸輪和軸頸等組成。凸輪軸用來驅(qū)動和控制各缸氣門的開啟和關(guān)閉,凸輪輪廓曲線決定了氣門的升程及其升降過程的運(yùn)動規(guī)律。凸輪軸有軸向定位裝置。11.挺柱可分為機(jī)械挺柱和液壓挺柱兩大類。采用液壓挺柱可消除配氣機(jī)構(gòu)中的間隙,減小各零件的沖擊載荷和噪聲。液壓挺柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜,加工精度高,磨損后無法調(diào)整,只能更換。12.可變配