配氣機構總成的拆裝方法

PAGE17PAGE1第頁教學目標知識目標：理解充氣效率及配氣相位的概念；理解配氣機構的工作原理；掌握配氣機構的組成、主要零部件的構造；了解可變進氣系統(tǒng)的工作特點；掌握配氣機構總成的拆裝方法。能力目標：能夠拆裝調(diào)整發(fā)動機配氣機構素質(zhì)目標：教學重點配氣機構總成的拆裝方法教學難點配氣機構的工作原理教學手段理實一體實物講解小組討論、協(xié)作教學學時教學內(nèi)容與教學過程設計注釋單元三配氣機構〖理論知識〗一、配氣機構概述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)。充氣效率指在進氣過程中,實際進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.配氣機構的組成配氣機構如圖3-1所示，主要由氣門組和氣門傳動組兩部分組成。圖3-13.配氣機構的工作原理發(fā)動機工作時,驅(qū)動機構驅(qū)動凸輪軸旋轉,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,即氣門關閉。壓縮和做功行程中,氣門在彈簧張力的作用下嚴密關閉。四沖程發(fā)動機每完成一個工作循環(huán),曲軸旋轉兩周,各缸的進、排氣門各開啟一次,凸輪軸應只旋轉一周。因此,曲軸與凸輪軸的轉速之比為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,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角表示進、排氣門的實際開啟時刻和開啟持續(xù)時間。用曲軸轉角的環(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)動機在冷態(tài)下,當氣門處于完全關閉狀態(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)動式配氣機構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構,挺柱的長度能自動變化,隨時補償氣門的熱膨脹量,故不需要預留氣門間隙,如圖3-8（b）所示。六、四沖程氣門式配氣機構的零件和組件四沖程氣門式配氣機構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、氣門導管及氣門彈簧等零件,如圖3-9所示。為了保證氣門在關閉時的密封要求,要求氣門頭部與氣門座貼合嚴密、密封良好；氣門導管應能對氣門桿運動有良好導向；氣門彈簧兩端應與彈簧中心線垂直,且其彈力能克服氣門及其傳動件的運動慣性,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)動機的進、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氣門結構2）氣門導管氣門導管的功用是對氣門的運動導向,保證氣門直線運動,使氣門與氣門座正確配合,并為氣門桿散熱。氣門導管的工作溫度較高,僅靠配氣機構飛濺出來的機油潤滑,因此易磨損。氣門導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)動機振動時因跳動而破壞密封。圖3-17氣門彈簧5）氣門旋轉機構如果氣門在工作中相對氣門座緩慢旋轉,則二者之間的密合和使用壽命可大為提高。這是因為氣門旋轉時,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)動機加裝有氣門旋轉機構,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）凸輪軸的構造。凸輪軸主要由凸輪和軸頸等組成。凸輪分為進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構一般將進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構的兩根凸輪軸,一根是進氣凸輪軸,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動規(guī)律。（4）凸輪的相對位置。工作順序為1—3—4—2的直列四缸四沖程發(fā)動機、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)動機工作順序一致。各缸工作間隔為720°／4=180°曲軸轉角,相當于90°的凸輪軸轉角,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)動機凸輪的相對位置2）挺柱（1）機械挺柱。機械挺柱一般有菌式、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、供油斜孔進入儲油室,并通過上蓋上的溢油槽進入儲油室,再克服單向閥彈簧的彈力頂開單向閥進入高壓油腔。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)體的高速向上運動會產(chǎn)生很強的節(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)體向上運動,占據(jù)了儲油室內(nèi)的相應空間,使其容積減小,多余的潤滑油則通過內(nèi)體與挺柱體間的導向間隙或通過挺柱體上尚未完全關閉的進油孔擠走。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,按凸輪的運動規(guī)律,氣門逐漸開啟,再逐漸關閉。圖3-26液壓挺柱的工作示意圖當凸輪轉到基圓位置,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入儲油室和高壓油腔。液壓挺柱減小了配氣機構的撞擊噪聲,在轎車上得到廣泛應用。但結構復雜,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構的一個零件,,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、可變式配氣機構1.無凸輪軸可變配氣相位機構(電磁控制)無凸輪軸可變配氣相位機構沒有凸輪軸,利用電磁鐵直接對氣門進行控制,如圖3-30所示的德國FEV公司的電磁控制全可變氣門機構。其氣門開啟（關閉）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)動機的轉速和負荷自由選擇。圖3-302.軸向移動凸輪軸可變配氣相位機構軸向移動凸輪軸可變配氣相位機構是一個三維凸輪機構。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變化它的傾斜角。凸輪軸端部安裝一機械式調(diào)速器,當凸輪軸轉速發(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.徑向轉動凸輪軸可變配氣相位機構4.可變氣門升程機構可變氣門升程機構主要是通過改變凸輪與氣門之間的連接機構,如挺柱、搖臂或推桿的結構,間接實現(xiàn)改變凸輪線型作用。（1）BMW的Valvetronic機構。BMW的Valvetronic機構在傳統(tǒng)的配氣相位機構上增加了一根偏心軸,一個伺服電機和中間推桿等部件,如圖3-34（a）所示。當電機工作時,蝸輪蝸桿機構會首先驅(qū)動偏心軸發(fā)生旋轉,然后中間推桿和搖臂會產(chǎn)生聯(lián)動,偏心軸旋轉的角度不同,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。在電機的驅(qū)動下,進氣門的升程可以實現(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構。電控液壓挺柱式可變氣門升程機構的工作原理如圖3-35所示,當電磁閥關閉時,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構（VTEC）本田公司推出的VTEC（variablevalvetimingandliftelectroniccontrolsystem）由ECM電控組件控制,使發(fā)動機在高速時改變氣門正時和升程,以實現(xiàn)根據(jù)不同工況提供發(fā)動機相應的進氣量,從而提高汽車的動力性和經(jīng)濟性。1）VTEC結構組成本田F23A3發(fā)動機采用的VTEC可變氣門機構,其結構如圖3-36所示。和常規(guī)的高速發(fā)動機不同的是,它的兩個進氣門有主次之分,即主進氣門和次進氣門。每個進氣門均由單獨的凸輪通過搖臂來驅(qū)動。主、次搖臂之間設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氣搖臂總成,如圖3-37所示,它們均可在搖臂軸上轉動。圖3-36圖3-372）VTEC工作原理VTEC機構一根凸輪軸上設計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)動機轉速、負荷、水溫及車速信號,由發(fā)動機控制ECM進行計算處理后將信號輸出給電磁閥來控制油壓,進而使不同配氣正時和氣門升程的凸輪工作?！夹〗Y〗1.配氣機構的功用是使發(fā)動機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構的類型有搖臂驅(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角表示的進、排氣門開啟時刻和開啟持續(xù)時間?，F(xiàn)代發(fā)動機都采用延長進、排氣門時間,使氣門早開晚關,從而改善進、排氣狀況,提高發(fā)動機的動力性。4.發(fā)動機在冷態(tài)下,當氣門處于完全關閉狀態(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,氣門關閉不嚴會漏氣；氣門間隙過大,會產(chǎn)生功率下降,磨損加快。有的發(fā)動機采用液壓挺柱,挺柱的長度能自動變化,隨時補償氣門的熱膨脹量,故不需要留氣門間隙。5.四沖程氣門式配氣機構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?。氣門錐角一般為45°,有些發(fā)動機的進氣門錐角為30°。為了增強傳熱,氣門與氣門座圈的密封錐面必須嚴密貼合,為此,二者要配對研磨,研磨之后不能互換。7.氣門導管的功用是對氣門的運動導向,保證氣門直線運動，使氣門與氣門座正確配合，并為氣門桿散熱。有的發(fā)動機不裝氣門導管,直接在氣缸蓋上加工出氣門桿孔,作為氣門的導向孔。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,當其工作頻率與其固有的振動頻率相等或成某一倍數(shù)關系時,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閉,凸輪輪廓曲線決定了氣門的升程及其升降過程的運動規(guī)律。凸輪軸有軸向定位裝置。11.挺柱可分為機械挺柱和液壓挺柱兩大類。采用液壓挺柱可消除配氣機構中的間隙,減小各零件的沖擊載荷和噪聲。液壓挺柱結構復雜,加工精度高,磨損后無法調(diào)整,只能更換。12.可變配