配气机构的构造及维修

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第3章 章 配气机构的构造与维修
学习目标
• 知识目标
• 1.能简单叙述换气过程、配气相位定义; • 2.能正确描述配气机构的分类、工作过程; • 3.能正确描述配气机构的组成、主要零部件的构造和装 配连接关系; • 4.能正确描述配气机构的装配要求和调整方法。
• 能力目标
• 1.会进行配气机构主要零部件的正确检修; • 2.会进行配气机构的装配和调整; • 3.能对配气机构常见故障进行分析、判断并能排除故障。
• 1.气门组
• • • • • • • 气门组的主要机件有 气门 气门座 气门导管 气门弹簧 弹簧座 气门锁片
• 气门油封等
气门
• 气门是由头部和杆部组成 的。
• 头部用来封闭气缸的进、 排气通道,杆部则主要为 气门的运动导向。
气门顶部 • 气门顶部的形状
• ①凸顶:凸顶的刚度大,受热面积也大,用于某些排气门; • ②平顶:平顶的结构简单、制造方便,受热面积小,应用多; • ③凹顶:也称漏斗形,其质量小、惯性小,头部与杆部有较 大的过渡圆弧,使气流阻力小,以及具有较大的弹性,对气 门座的适应性好(又称柔性气门),容易获得较好的磨合,但 受热面积大,易存废气,容易过热及受热易变形,所以仅用 作进气门。
弹簧座的固定
• 气门杆的尾部采用锁片式结构或锁销式固定弹簧座。
气门弹簧
• (1)保证气门自动回位关闭而密封。 • (2)保证气门与气门座的座合压力。 • (3)吸收气门在开启和关闭过程中传动零件所产生的惯性 力,以防止各种传动件彼此分离而破坏配气机构正常工作。 • • • • 其形式有: 等螺距弹簧 不等螺距弹簧 双弹簧
• 组成
• 其组成主要有气门驱动组和气门组两大部分。
• 气门驱动组:气门驱动组是从正时齿轮开始至推动气门
动作的所有零件;主要由正时齿轮、凸轮轴、气门挺柱、 推杆、调整螺钉和锁紧螺母、摇臂、摇臂轴、摇臂轴支架 等组成。其功用是定时驱动气门使其开闭。
• 气门组:主要由气门锁片、气门弹簧座、气门弹簧、气
门、气门导管、气门座等组成。其功用主要是维持气门的 关闭。
液力挺柱
• 采用液力挺柱,消除了配气机构中的间隙,减小了各零件 的冲击载荷和噪声,同时凸轮轮廓可设计得比较陡一些, 气门开启和关闭更快,以减小进排气阻力,改善发动机的 换气,提高发动机的性能,特别是高速性能。
摇臂和摇臂组
• 摇臂装在摇臂轴上,摇臂轴通过摇臂轴支座装在 气缸盖上。摇臂是一个不等臂杠杆,其长臂一端 驱动气门。
• 上置凸轮轴式配气机构的驱动方式有:
• 链条驱动和同步齿形带传动
同步齿形带传动
多气门结构
• 三气门配气机构
气门间隙
• 定义:气门在完全关闭时,气门杆尾端与气门传动组零
件之间的间隙。
• 必要性:发动机工作时,气门将因温度升高而膨胀,如
果气门及其传动件之间,在冷态时无间隙或间隙过小,则 在热态时,气门及其传动件的受热膨胀势必引起气门关闭 不严,造成发动机在压缩和作功行程中漏气,而使功率下 降,严重时甚至不易起动。 • 通常在发动机冷态装配时,留有气门间隙,以补偿气门 受热后的膨胀量。有的发动机采用液力挺柱,挺柱的长度 能自动变化,随时补偿气门的热膨胀量,故不需要预留气 门间隙。
中置凸轮轴式配气机构
• 其结构特点为:
• 1.凸轮轴位于气缸体的上部。 • 2.推杆较短,运动惯性小。 • 3.也可省去推杆,而由挺柱 直接驱动摇臂,当发动机转 速较高时,减小气门传动机 构的往复运动质量。
上置凸轮轴式配气机构
• 其结构特点为:
• 1.凸轮轴布置在气缸盖上。 • 2.凸轮轴直接通过摇臂来 驱动气门,没有挺柱和推 杆,使往复运动质量大大 减小,因此它适用于高速 发动机。
1.摇臂轴总成的拆装要点
• 在拆卸摇臂轴总成时,要把全部摇臂轴支座的固定螺 栓分几次逐渐拧松,使摇臂轴平行地远离气缸盖。 安装时亦然,以防拆装不当造成摇臂轴弯曲。

2.凸轮轴总成的拆装要点
• (1)确认配气正时记号
• • • • • 拆卸凸轮轴总成前应仔细观察曲轴和凸轮轴正时齿轮 的配气正时记号。 配气正时记号的一般规律是: 对于齿轮传动的配气机构,配气正时记号—般都打在 齿轮上。 对于同步带传动或链传动的配气机构,配气正时记号 通常分别制在正时同步带轮(或链轮)和其后侧静止不动的 壳体件上。 安装时,只要使曲轴和凸轮轴的正时同步带轮(或链 轮)上的正时记号分别和其后侧壳体上的记号对准,然后 再安装同步带(或链条),即可保证配气正时。
2.一缸压缩上止点的确定
• (1)分火头判断法:记下一缸分高压线的位置,打开分电
器盖,转动曲轴,当分火头与一缸分高压线位置相对时, 表示一缸在压缩上止点。 • (2)逆推法:转动曲轴,观察与一缸曲轴连杆轴颈同在一 个方位的最后缸(如直列六缸机的第六缸或四缸机的第四 缸)的排气门打开又逐渐关闭到进气门动作瞬间,为六(四) 缸在排气上止点,即一缸在压缩上止点。 • (3)按发动机上的第一缸上止点记号确定一缸压缩上止点。 很多发动机在曲轴的后端或前端制有确定第一缸上止点的 记号。 • 当两记号对齐时,第一缸活塞正好处于压缩或排气上止点 位置。
到达上止点之前,进气门便开始开 启。从进气门开始开启到上止点所 对应的曲轴转角称为进气提前角(或 早开角)。进气提前角用α表示,α 一般为10°~30°。 (2)目的:进气门早开,使得活塞到达 上止点开始向下运动时,因进气门 已有一定开度,所以可较快地获得 较大的进气通道截面,减少进气阻 力。
2.进气迟后角
2.气门传动组
凸轮轴
• 1.驱动和控制各缸 气门的开启和关闭, 使其符合发动机的 工作顺序、配气相 位及气门开度的变 化规律等要求。 • 2.有些汽油机还用 它来驱动汽油泵、 机油泵和分电器。
凸轮结构
• 凸轮轮廓中,O为凸轮轴的轴心,圆弧 EA为凸轮的基圆,AB和DE为凸轮的缓 冲段,BCD为凸轮的工作段,C点时升 程最大,它决定了气门的最大开度。 • 凸轮的工作过程如下:当凸轮按图中 方向转过EA时,挺柱处于最低位置不 动,气门处于关闭状态。凸轮转至A点 时,挺柱开始移动。继续转动,在缓 冲段AB内的某点M处消除气门间隙,气 门开始开启,至C点时气门开度最大, 而后逐渐关小,至缓冲段DE内某点N时, 气门完全关闭。此后,挺柱继续下落, 出现气门间隙,至E点时挺柱又处于最 低位置。
• • • •
第一缸压缩行程上止点的确定方法是: 先找到压缩行程,然后再确定压缩上止点。 找压缩行程常用的两种方法: 一种是把一缸火花塞(或喷油器)座孔用棉球堵住,摇转曲 轴,当棉球被气缸内的压缩气体弹出时,表明该缸已进入 压缩行程。 • 另一种是摇转曲轴,看一缸气门的动作,当进气门关闭时, 表明该缸已进入压缩行程。 • 按上述方法找到一缸压缩行程后,慢慢摇转曲轴,使一缸 上止点记号对齐,此时一缸活塞所处的上止点位置便是压 缩行程上止点。
(2)中、下置式凸轮轴的拆装 无论中、下置式还是上置式凸轮轴,在拆卸时都要首 先解除其轴向定位。 • 下置式凸轮轴与曲轴的定时齿轮是一对圆柱斜齿轮, 其相互啮合的斜齿与凸轮轴和曲轴的轴线不平行,只有一 边转动、一边沿轴向外撬凸轮轴齿轮,才能使其脱离啮合。 (安装时,对准记号后,亦应在转动的同时推压凸轮轴齿 轮,使其与曲轴齿轮进入全齿啮合状态为止。)然后,用 手边转动(防止凸轮和挺柱卡住)边向外抽出凸轮轴。 • • (3)上置式凸轮轴的拆装 • 同前述摇臂轴总成的拆装要点一样。
• •
3.气门组的拆装
• 通常用专用工具拆装气门弹簧。
二、进、排气门和一缸压缩行程 上止点确认
• 进、排气门的确认
• (1)根据气门与所对应的气道确定。进气歧管所对的是气缸 盖上的进气道和进气门;排气歧管所对的是排气道和排气 门。 • (2)用转动曲轴观察确定。方法是:转动曲轴,观察各缸的 两个气门,先动为排气门,随后动的为进气门,并在气门 上作记号。
结构特点
其进、排气门都倒装在气缸盖上。 (1)凸轮轴装在曲轴箱内,而摇臂轴装在气缸盖上,两者相距 较远,推杆较长。 (2)凸轮轴距曲轴较近,两者之间采用正时齿轮传动。
工作:
(1)气门打开:由曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴旋转,使凸轮 轴上的凸轮凸起部分通过挺柱、推杆、调整螺钉,推动摇臂摆 转,摇臂的另一端便向下推开气门,同时使弹簧进一步压缩。 (2)气门关闭:当凸轮凸起部分的顶点转过挺柱以后,气门在 其弹簧张力的作用下,开度逐渐减小,直至最后关闭,进气或 排气过程即告结束。压缩和作功行程中,气门在弹簧张力作用 下严密关闭,使气缸密闭。 曲轴与凸轮轴的传动比为2∶1。
下置式凸轮轴的轴向限位
• 在凸轮轴前轴颈与正时齿轮之间压装 有调节环,调节环外面松套一止推板, 止推板用螺钉固定于气缸体前端面, 调节环的厚度大于止推板的厚度,二 者之差称为凸轮轴的轴向间隙,其间 隙为0.08~0.20mm。 0.08~0.20mm
挺柱
• 功用:将凸轮的推力传给推杆或气门。 • 型式:常见挺柱主要有筒式和滚轮式两种。
气门锥角
• 定义:气门锥面与气门顶平 面的夹角称为气门锥角。常 用的气门锥角为30°和45°。 气门锥角的作用: • ①提高密封性和导热性; • ②气门落座有自动定位作用; • ③避免使气流拐弯过大而降 低流速。 • ④有了锥角,气门落座时能 挤掉接触面的沉积物,即有 自洁作用。
气门的杆部
• 气门杆部具有较高的加工精度和较低的粗糙度。
及气门和气门座之间产生撞击响声,并加速磨损。同时, 也会使气门开启的持续时间减少,气缸的充气以及排气情 况变坏。
配气相位
• 定义:
用曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻和开启持续时间, 称为配气相位。
配气相位的内容
1.进气提前角 2.进气迟后角 3.排气提前角 4.排气迟后角
进气门的配气相位
1.进气提前角 (1)定义:在排气冲程接近终了,活塞
排气门才关闭。从上止点到排气门 关闭所对应的曲轴转角称为排气迟 后角(或晚关角)。排气迟后角用δ 表示,δ一般为10°~30°。
• (2)目的:
• ①利用缸内外压力差继续排气; • ②利用惯性继续排气。 • 由此可见,气门开启持续时间内的 曲轴转角,即排气持续角为 γ+180°+δ。
配气机构的零件和组件
第一节 配气机构的构造与工作原理
• 功用
• 配气机构的功用是按照发动机各缸工作过程的需要,定时 地开启和关闭进、排气门,使新鲜可燃混合气(汽油机)或 空气(柴油机)得以及时进入气缸,废气得以及时排出气缸。
• 类型
• 配气机构多采用顶置式气门。根据凸轮轴的位置分为下置 式、中置式和上置式。
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凸轮轴下置式配气机构
(1)定义:在进气冲程下止点过
后,活塞重又上行一段,进气 门才关闭。从下止点到进气门 关闭所对应的曲轴转角称为进 气迟后角(或晚关角)。进气迟 后角用β表示,β一般为40° ~80°。
(2)目的:
①利用压力差继续进气 ②利用进气惯性继续进气
排气门的配气相位
• 1.排气提前角 • (1)定义:在作功行程的后期,活
塞到达下止点前,排气门便开始开 启。从排气门开始开启到下止点所 对应的曲轴转角称为排气提前角 (或早开角)。排气提前角用γ表示, γ一般为40°~80°。
• (2)目的:
• ①利用气缸内的废气压力提前自由 排气; • ②减少,排气消耗的功率; • ③高温废气的早排,还可以防止发 动机过热。
• 2.排气迟后角 • (1)定义:在活塞越过上止点后,
第二节 配气机构的维修
一、配气机构的拆装要点
首先从气缸盖上拆下摇臂轴总成; 其次拆下凸轮轴及其正时齿轮总成; 最后从缸盖上拆下气门组的零件。 配气机构的安装顺序与拆卸顺序正好相反,只是增加了一 道在零件的摩擦表面涂抹机油的程序。 • 气门与气门座是成对配研的,安装时不得错乱。另外,挺 柱与挺柱导向孔经过磨合,彼此已经相适,安装时最好也 不要错乱。 • • • •
气门间隙过大和过小的危害 •
气门间隙的大小由发动机制造厂根据试验确定。一般 在冷态时,进气门的间隙为0.25~0.35mm,排气门的间隙 为0.30~0.35mm。
• •
过小:如果气门间隙过小,发动机在热态下可能
因气门关闭不严而发生漏气,导致功率下降,甚至气门烧 坏。
过大:如果气门间隙过大,则使传动零件之间以
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