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1、第四章配气机构 第一节概述 1 功用 配气机构是进 排气管道的控制机构 它按照气缸的工作顺序和工作过程的要求 准时地开闭进 排气门 向气缸供给可燃混合气 汽油机 或新鲜空气 柴油机 并及时排出废气 另外 当进 排气门关闭时 保证气缸密封 进气充分 排气彻底 四行程发动机都采用气门式配气机构 2 充气效率新鲜空气或可燃混合气被吸入气缸愈多 则发动机可能发出的功率愈大 新鲜空气或可燃混合气充满气缸的程度 用充气效率表示 越高 表明进入气缸的新气越多 可燃混合气燃烧时可能放出的热量也就越大 发动机的功率越大 3 型式 1 气门布置方式气门顶置式配气机构 气门侧置式配气机构 气门位于气缸盖上称为气门顶
2、置式配气机构 由凸轮 挺柱 推杆 摇臂 气门和气门弹簧等组成 其特点 进气阻力小 燃烧室结构紧凑 气流搅动大 能达到较高的压缩比 目前国产的汽车发动机都采用气门顶置式配气机构 气门位于气缸体侧面称为气门侧置式配气机构 由凸轮 挺柱 气门和气门弹簧等组成 省去了推杆 摇臂等零件 简化了结构 因为它的进 排气门在气缸的一侧 压缩比受到限制 进排气门阻力较大 发动机的动力性和高速性均较差 逐渐被淘汰 2 凸轮轴布置方式 凸轮轴下置式 主要缺点是气门和凸轮轴相距较远 因而气门传动另件较多 结构较复杂 发动机高度也有所增加 凸轮轴中置 凸轮轴位于气缸体的中部由凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂 省去推杆 这种结
3、构称为凸轮轴中置配气机构 凸轮轴上置 凸轮轴上置 凸轮轴布置在气缸盖上 有两种结构 一是凸轮轴通过摇臂 摆臂来驱动气门 这样既无挺柱 又无推杆 往复运动质量大大减小 此结构适于高速发动机 另一种是凸轮轴直接驱动气门或带液力挺柱的气门 此种配气机构的往复运动质量更小 特别适应于高速发动机 3 凸轮轴传动方式 3 凸轮轴传动方式凸轮轴下置 中置的配气机构大多采用圆柱形正时齿轮传动 一般从曲轴到凸轮轴只需一对正时齿轮传动 若齿轮直径过大 可增加一个中间齿轮 为了啮合平稳 减小噪声 正时齿轮多用斜齿 链条与链轮的传动适用于凸轮轴上置的配气机构 但其工作可靠性和耐久性不如齿轮传动 近年来高速汽车发动机上
4、广泛采用齿形皮带来代替传动链 齿形带传动 噪声小 工作可靠 成本低 4 气门数目及气道布置一般发动机都采用每缸两个气门 即一个进气门和一个排气门的结构 为了改善换气 在可能的条件下 应尽量加大气门的直径 特别是进气门的直径 但是由于燃烧室尺寸的限制 气门直径最大一般不能超过气缸直径的一半 当气缸直径较大 活塞平均速度较高时 每缸一进一排的气门结构就不能保证良好的换气质量 因此 在很多新型汽车发动机上多采用每缸四个气门结构 即两个进气门和两个排气门 4 组成包括气门组和气门传动组 第二节配气机构的主要零部件 1 气门组构成 气门 气门座 气门导管 气门弹簧 锁片等 气门组实物图 1 气门功用 控
5、制进 排气管的开闭工作条件 承受高温 高压 冲击 润滑困难 要求 足够的强度 刚度 耐磨 耐高温 耐腐蚀 耐冲击 材料 进气门采用合金钢 铬钢或镍铬等 排气门采用耐热合金钢 硅铬钢等 构造 气门由头部 杆身和尾部组成 杆部 头部 尾部 气门头部是一个具有圆锥斜面的圆盘 气门锥角一般为45 也有30 气门头边缘应保持一定厚度 一般为1 3mm 以防工作中冲击损坏和被高温烧蚀 气门密封锥面与气门座配对研磨 气门头顶部形状有平顶 球面顶和喇叭形顶等 平顶 结构简单 制造方便 吸热面积小 质量小 进 排气门均可采用 球面顶 适用于排气门 强度高 排气阻力小 废气的清除效果好 但受热面积大 质量和惯性力
6、大 加工较复杂 喇叭形顶 适用于进气门 进气阻力小 但受热面积大 有的发动机进气门头部直径比排气门大 两气门一样大时 排气门有记号 杆身 杆身与头部制成一体 装在气门导管内起导向作用 杆身与头部采用圆滑过渡连接 尾部 制有凹槽 锥形槽或环形槽 用来安装锁紧件 2 气门导管功用 起导向作用 保证气门作直线往复运动 起导热作用 将气门头部传给杆身的热量 通过气缸盖传出去 气门导管常用灰铸铁或球墨铸铁或铁基粉未治金制造 3 气门座气门座 气缸盖的进 排气道与气门锥面相结合的部位 作用 靠其内锥面与气门锥面的紧密贴合密封气缸 接受气门传来的热量 气门座 合金铸铁 奥氏体钢 气门与气门座实物图 进气门
7、排气门 4 气门弹簧功用 保证气门回位气门弹簧的作用在于保证气门回位 在气门关闭时 保证气门与气门座之间的密封 在气门开启时 保证气门不因运动时产生的惯性力而脱离凸轮 气门弹簧多为圆柱形螺旋弹簧 它的一端支承在气缸盖上 另一端压靠在气门杆尾端的弹簧座上 弹簧座用锁片固定在气门杆的尾端 材料 高锰碳钢 铬钒钢 圆柱形螺旋弹簧 双弹簧布置 圆柱等螺距弹簧 不等距弹簧 旋向相反的两个弹簧 防止断裂的弹簧卡入另一弹簧 一根折断后另一根可继续工作 随着有效圈数的减少 自然频率提高 提高弹簧自身刚度 改变其自振频率 5 气门旋转机构为了使气门头部温度均匀 防止局部过热引起的变形和清除气门座积炭 可设法使气
8、门在工作中相对气门座缓慢旋转 气门缓慢旋转时在密封锥面上产生轻微的摩擦力 有阻止沉积物形成的自洁作用 6 锁片功用 是在气门弹簧力的作用下把弹簧座和气门杆锁住 使弹簧力作用到气门杆上 2 气门传动组功用 传递凸轮轴 气门之间的运动构成 凸轮轴 挺柱 推杆 摇臂气门间隙调整螺钉等 凸轮 挺柱 推杆 摇臂 凸轮轴正时齿轮 摇臂轴 1 凸轮轴 作用 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 配气相位和气门开度的变化规律等要求 工作条件 承受气门间歇性开启的冲击载荷 耐磨 抗冲击韧性 刚度 材料 优质钢 合金铸铁 球墨铸铁结构 凸轮 轴颈 偏心轮 螺旋齿轮 每2气缸一个轴颈 轴颈直径前
9、后依次减小 另有空心凸轮轴 如捷达EA113 凸轮 凸轮轴轴颈 驱动分电器的螺旋齿轮 凸轮 工作条件 承受气门弹簧的张力 间歇性的冲击载荷 凸轮性能 表面有良好的耐磨性 足够的刚度 韧性 凸轮与挺柱线接触 接触压力大 磨损快 凸轮轴的轴向定位 止推轴承 第一轴承止推片 正时齿轮与第一轴颈之间止推螺钉 正时齿轮盖上以上各结构中均应留有一定间隙 并可调整 止推片 凸轮轴的驱动 A 齿轮传动 应用在下置凸轮轴发动机 采用斜齿齿轮 B 链条和齿形皮带传动 链条传动噪声小 用于中置式或顶置式凸轮轴发动机 曲轴正时齿形带轮 中间轴齿形带轮 张紧轮 凸轮轴正时齿形带轮 2 挺柱功用 将凸轮的推力传给推杆 或
10、气门杆 并承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力 近年来 液压挺柱被广泛地采用 液压挺柱解决了气门受热膨胀后关闭不严需要预留气门间隙 而这个间隙在配气机构工作中产生冲击而发出响声的问题 奥迪轿车发动机的液压挺柱 挺柱 环形油槽 3 推杆 pushrod 作用 将挺柱传来的推力传给摇臂 工作情况 是气门机构中最容易弯曲的零件 强度要求高 尽量短 材料 硬铝或钢 4 摇臂 气门间隙调节螺钉 调节螺母 摇臂 摇臂轴套 易磨损部位堆焊耐磨合金 功用 将推杆或凸轮传来的力改变方向 作用到气门杆端以推开气门 摇臂结构示意图 摇臂比 1 2 1 8 润滑油道 油槽 润滑油道 装调整螺钉和紧固螺母处 摇臂组示意图 摇
11、臂轴 螺栓 摇臂轴支座 摇臂轴紧固螺钉 摇臂轴套 调整螺钉 摇臂 定位弹簧 桑塔纳发动机的配气机构 第三节气门间隙 1 定义 气门间隙是指气门完全关闭 凸轮的凸起部分不顶挺柱 时 气门杆尾端与摇臂或挺柱之间的间隙 2 作用 给热膨胀留有余地 保证气门密封不同机型 气门间隙的大小不同 根据实验确定 一般冷态时 排气门间隙大于进气门间隙 进气门间隙约为0 25 0 3mm 排气门间隙约为0 3 0 35mm 间隙过大 进 排气门开启迟后 缩短了进排气时间 降低了气门的开启高度 改变了正常的配气相位 使发动机因进气不足 排气不净而功率下降 此外 还使配气机构零件的撞击增加 磨损加快 间隙过小 发动机
12、工作后 零件受热膨胀 将气门推开 使气门关闭不严 造成漏气 功率下降 并使气门的密封表面严重积碳或烧坏 甚至气门撞击活塞 采用液压挺柱的配气机构不需要留气门间隙 发动机气门间隙的调整 1 只有当缸盖温度降到38度以下后 才能进行气门间隙调整 1 拆下缸盖罩和正时皮带上罩 2 设置1号气缸活塞在压缩上死点位置 凸轮轴皮带轮上的 UP 记号应位于顶部 皮带轮上的上死点槽口应与缸盖表面平齐 3 调节1号气缸进 排气门的间隙进气门 0 26mm 0 02mm 排气门 0 30mm 0 02mm 4 松开锁止螺母 转动调节螺钉 直到厚薄规前后移动时感觉到有一点拖滞为止 5 拧紧锁止螺母 再检查气门间隙 如有必要 重新进行调整 实物图 测量气门间隙 拧松紧定螺母 调正调节螺钉 6 逆时针方向旋转曲轴180度 凸轮轴皮带轮转动90度 UP 记号应在排气门侧 调节第3号气缸进 排气门的间隙 7 继续逆时针方向转动曲轴180 使第4号气缸活塞处于压缩上死点位置 调节第4号气缸进 排气门的间隙 8 再逆时针转动曲轴180 使第2号气缸活塞处于压缩上死点位置 UP 记号应在进气门侧 调节第2号气缸进 排气门的间隙
