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1、项目三 柴油机配气机构的构造与检修,3.1配气机构的作用和组成、布置、传动 3.2气门组的组成与检修 3.3气门传动组的构造与检修 3.4配气机构主要故障的诊断,返回,3.1配气机构的作用和组成、布置、传动,3.1.1配气机构的作用 配气机构的功用是按照发动机各缸做功顺序和发动机每一缸工作循环的要求，定时将各缸进气门和排气门打开和关闭，使新鲜气体进入汽缸，而使燃烧后的废气排出汽缸。 配气机构布置要合理，配气相位要正确，气门关闭后密封性要好。这样，进、排气阻力就会小，汽缸内残留废气量也会少，发动机的进气量会增加，发动机输出功率就会增大。,下一页,返回,3.1配气机构的作用和组成、布置、传动,3.
2、 1. 2配气机构的组成 如图3-1所示，配气机构由气门组和气门传动组组成。气门组用来密封进、排气道口;气门传动组用来使气门打开与关闭，控制气门启闭时刻和启闭规律。气门组由气门、门导管、气门弹簧和弹簧座等组成;气门传动组主要包括凸轮轴、挺柱(挺杆)、推杆和摇臂等总成。,上一页,下一页,返回,3.1配气机构的作用和组成、布置、传动,3. 1. 3配气机构的布置 (1)气门组的结构 如图3 -2所示，气门导管固定在缸盖气门导管座孔内，为气门运动进行导向。气门穿过气门导管，气门头部与进、排气道口的气门座圈贴合，气门尾端通过锁片单向固定有弹簧座。气门弹簧套于气门杆外围，下端与缸盖接触，上端抵住弹簧座。
3、气门弹簧安装好后，弹簧受到压缩，产生预紧力，使气门将气道紧紧关闭。,上一页,下一页,返回,3.1配气机构的作用和组成、布置、传动,(2)气门传动组结构 摇臂轴通过摇臂轴支架支承于缸盖上端面上，摇臂套装于摇臂轴上，可绕摇臂轴摆动。摇臂为不等臂杠杆，长臂端与气门尾端接触，短臂端与推杆接触。 凸轮轴支承于缸体曲轴箱曲轴一侧，挺柱安装于缸体挺柱导管孔内，下端与凸轮接触。推杆为一细长杆，下端与挺柱接触，上端穿过缸盖与摇臂的短臂端接触。,上一页,下一页,返回,3.1配气机构的作用和组成、布置、传动,3. 1. 4配气机构的驱动 (1)凸轮轴的布置与齿轮驱动 配气机构由发动机曲轴通过正时齿轮进行驱动。正时齿
4、轮位于正时齿轮室内。凸轮轴根据在缸体上的安装位置，分成凸轮轴下置式和凸轮轴中置式两种凸轮轴布置方式，如图3-1所示。下置式布置的凸轮轴与曲轴位置较近，采用一对正时齿轮对凸轮轴进行驱动。下置式布置驱动方式简单，但推杆较长，容易在发动机运转中产生推杆弯曲的现象。中置式布置的凸轮轴位于缸体上部位置，离缸盖距离近，推杆较短;由于离曲轴距离远，故采用齿轮组进行驱动。,上一页,下一页,返回,3.1配气机构的作用和组成、布置、传动,(2)正时齿轮传动比 由于发动机每一工作循环中，气门只需打开一次，因此凸轮轴的转速为曲轴转速的一半，即传动比为2: 1。反映在正时齿轮传动上，凸轮轴正时齿轮直径是曲轴正时齿轮直径
5、的一倍。 由于发动机正时齿轮还需要驱动其他工作装置，故正时齿轮室的齿轮较多。柴油机正时齿轮室内的齿轮布置与传动如图3 -3所示。,上一页,下一页,返回,3.1配气机构的作用和组成、布置、传动,3. 1. 5配气机构的工作过程 (1)气门的打开 发动机在运转中，曲轴通过正时齿轮带动凸轮轴转动。凸轮轴上凸轮的基圆部分与挺柱接触时，挺柱不升高。当凸轮的突起部分与挺柱接触，推动挺柱升高时，通过推杆，使摇臂绕摇臂轴摆动，摇臂的长臂向下摆动，将气门推离气门座而打开。当凸轮轴转动到凸轮的最高点与挺柱接触时，气门达到最大开启程度。,上一页,下一页,返回,3.1配气机构的作用和组成、布置、传动,(2)气门的关闭
6、 在气门打开的同时，气门弹簧被压缩。当凸轮的最高点转过以后，凸轮对挺柱的推力消失，气门在气门弹簧的作用下，开始关小。当凸轮的突起部分离开挺柱时，气门完全关闭。 气门的打开依靠凸轮的推力，而气门的关闭依靠凸轮在打开气门过程中储存在气门弹簧中的弹力。气门打开与关闭过程的规律，完全取决于凸轮的轮廓曲线。 凸轮轴上的每一个凸轮驱动一个气门，因此凸轮轴上的凸轮数与发动机气门数相同。凸轮轴正时齿轮与发动机正时齿轮之间，设有啮合标记，凸轮轴各凸轮之间有一定的夹角，这样可以按时启闭气门，满足发动机做功顺序和发动机工作循环的需要。,上一页,下一页,返回,3.1配气机构的作用和组成、布置、传动,3.1.6气门间隙
7、 (1)气门间隙 气门顶部平面位于燃烧室内，燃烧室的高温会使气门受热膨胀而伸长。如果配气机构的零部件之间不留间隙，伸长的气门会使气门头部离开气门座圈而导致气门关闭不严。为防止上述情况发生，在气门组与气门传动组之间预留一个间隙，即气门间隙，以保证气门受热后有膨胀伸长的余地。在冷态时，发动机的气门间隙通常为:进气门为0. 25 -0. 30 mm，排气门为0. 30-0. 35 mm 。,上一页,下一页,返回,3.1配气机构的作用和组成、布置、传动,(2)气门间隙的调整 气门间隙会在使用中发生改变，导致出现气门响(气门间隙过大)或者气门漏气(气门间隙过小)等现象。气门间隙可以用塞尺在气门杆尾端和摇
8、臂长臂端之间测量出来。在摇臂短臂端设有调整螺钉，可以对气门间隙进行调整。,上一页,下一页,返回,3.1配气机构的作用和组成、布置、传动,3.1.7配气相位 对于高速发动机来说，每一行程的时间是很短的。在如此短的时间内，气门必须完成开启、开大、关闭的过程，且只有当气门开大后，才能进行有效的进、排气。因此，实际进、排气过程更短。为了更好地完成进气与排气动作，发动机采用了气门早开晚关措施，以增加气门的实际开启时间。 发动机进排气门实际的开启、关闭时刻与开启持续时间，称为配气相位。通常用气门开启与关闭时刻相对于上、下止点曲拐位置的曲轴转角来表示配气相位。,上一页,下一页,返回,3.1配气机构的作用和组
9、成、布置、传动,(1)进气门的配气相位 进气门提前打开，即进气门在上一个循环的排气过程结束时，就开始打开了。从进气门开始打开，到活塞运行到排气行程终了的上止点，在这一过程中曲轴转过的角度，被称为进气提前角，用表示。 进气门推迟关闭，即进气行程进行到活塞到达下止点时，进气门仍未关闭，一直到开始压缩行程后，进气门才完全关闭。从活塞到达进气形成终了的下止点，到进气门完全关闭，在这一段时间内曲轴转过的角度，称为进气滞后角，用表示。 进气门实际开启角度，即进气门实际开启对应的曲轴转角为 + 180 + 。,上一页,下一页,返回,3.1配气机构的作用和组成、布置、传动,(2)排气门的配气相位 排气门提前打
10、开，即在做功行程还未结束，排气门就开始打开了。从排气门开始打开，到活塞运行到做功行程终了的下止点，在这一段时间内曲轴转过的角度，被称为排气提前角，用表示。 排气门推迟关闭，即在排气行程已经结束，活塞已经到达上止点时，排气门仍未关闭，一直持续到下一个循环的进气行程开始后，排气门才完全关闭。从活塞到达排气行程终了的上止点，到排气门完全关闭时曲轴转过的角度，被称为排气迟后角，用表示。 排气门实际开启角度，即排气门实际开启角度对应的曲轴转角为 +180+ 。,上一页,下一页,返回,3.1配气机构的作用和组成、布置、传动,(3)气门重叠开放 进、排气门的重叠开放，即由于进气门的早开和排气门的晚关，在排气
11、接近终了与进气开始后，活塞处于上止点附近时，进、排气门处于同时开放状态，称之为气门叠开。气门重叠开放对应的曲轴转角，被称为气门叠开角。气门叠开角的大小为 + 。气门叠开角若选择恰当，则不但不会造成倒流现象，反而还会有助于利用进气将废气排出。 配气相位图，即将气门的实际启闭时刻和实际开启过程用相对于活塞上、下止点曲拐位置对应的曲轴转角的环形图来表示，称之为配气相位图，如图3 -4所示。,上一页,下一页,返回,3.1配气机构的作用和组成、布置、传动,(4)配气相位对发动机工作的影响 由于气门开启对应的曲轴转角增大，故使发动机进、排气时间增加。对于柴油机来说，进气门提前打开，可以利用进入汽缸内的新鲜
12、空气将废气排出汽缸。进气门适当晚关，可以利用进气流的惯性继续进气，增加进气量;但如果进气滞后角过大，将会导致进入汽缸的气体倒流回进气道，从而使进气量减少。 排气门提前打开不但可以利用气体压力自动排气，使排气行程的排气阻力减小，还可减少气体在汽缸内的停留时间，防止发动机过热。排气门推迟关闭，可以利用进气流继续排气，使汽缸内的残留废气量减少。,上一页,返回,3. 2气门组的组成与检修,3. 2. 1气门组的构造 气门组的作用是使新鲜气体通过进气门进入汽缸，将废气通过排气门排出汽并保证气门头部与气门座能紧密贴合。气门组一般由气门、气门座、气门导气门弹簧、气门弹簧座、气门锁片(锁销)等零件组成，如图3
13、 -5所示。 3. 2. 1.1气门 气门又称气阀，它是由圆形且带有锥面的头部和圆柱形的杆部组成。气门头部的锥面用来与气门座的内锥面配合，以保证密封效果;气门杆部同气门导管配合，为气门运动起导向作用。,下一页,返回,3. 2气门组的组成与检修,(1)气门的工作条件及材料 气门的构造虽然比较简单，但由于它是燃烧室的组成部分，又是气体进、出燃烧室通道的开关，因此它的工作环境非常复杂且恶劣，主要表现在: 气门头部的工作温度很高，进气门的温度可达570 - 670 K;排气门的更高，可达1 050-1 200 K。 气门头部要承受气体压力、气门弹簧及传动组零件惯性力的作用。 冷却和润滑条件差。 接触汽
14、缸内燃烧生成物中的腐蚀介质。,上一页,下一页,返回,3. 2气门组的组成与检修,(2)气门的结构 气门由头部和杆身两部分构成。 气门头部。气门头部的形状有平顶、凸顶和凹顶3种结构形式，如图3-6所示。平顶气门结构简单，制造方便，受热面积小，应用广泛;凸顶气门的受热面积和刚度较大，但其排气阻力小，只适用于做排气门;凹顶气门的头部与杆部有较大的过渡圆弧，气流阻力小，但其顶部受热面积大，所以仅用做进气门。,上一页,下一页,返回,3. 2气门组的组成与检修,为了保证气门头部与气门座紧密贴合和导热，气门头部与气门座接触的工作面有较高的加工精度和较小的表面粗糙度，并有与气门杆部同心的锥形斜面。这一锥面与气
15、门顶平面的夹角称为气门锥角，如图3-7所示。常见的气门锥角有30和45两种，一般做成45的。气门锥角的大小对气门工作及发动机性能有较直接的影响。若采用小锥角，气门开启时，则气体通过的截面增大，气流阻力小，进气充分，汽缸内残存废气量小，但气门头部边缘厚度减小，易变形;锥角大，则相反。 为了提高充气和排气效率，在结构允许的情况下，气门头部直径应尽可能做大些。一般情况下，进气门头部直径总是大于排气门。 气门头部到气门杆的过渡部分用圆弧连接，目的是为了增加强度，改善头部散热性，减少气流阻力。,上一页,下一页,返回,3. 2气门组的组成与检修,气门杆部。气门杆部的圆柱形表面须经磨光，并与气门导管保持正确
16、的配合间隙，以减少磨损和增强散热性。杆身末端的结构随气门弹簧座的固定方式不同而异，其末端开有槽(装锁片)和孔(装锁销)，如图3-8所示。 有的发动机为加强气门冷却，采用空心杆身，填入半截金属钠粉末而成为钠冷气门，结构如图3-9所示。当气门温度升高时，质量轻、比热容高、熔点低、沸点高的金属钠熔化成液态，并在杆身中剧烈晃动，有效地将气门头部的热量吸收并传到杆身，再从气门导管传到缸盖散热。钠冷气门冷却效果明显，但成本高，已在轿车发动机和一些风冷发动机上使用，如奔驰190、尼桑SR发动机等。,上一页,下一页,返回,3. 2气门组的组成与检修,(3)气门油封 因为气门杆和气门导管之间必须有间隙，为了防止机油从气门处进入汽缸，故在进气门杆部还加装了油封装置，如图3-10所示。 主动式油封是一些小油封，紧密地贴在气门杆的周围，通过小的弹簧或卡子保持在气门杆上。被动式油封包括0形圈和伞状气门杆油封。,上一页,下一页,返回,3. 2气门组的组成与检修,3. 2. 1.2气门座 气门座的作用是靠其内锥面与气门外锥面的紧密贴合密封汽缸。它的安装位置因气门布置形
