3、配气机构.ppt

教学目标能描述配气机构的分类 工作过程能描述配气机构的组成 主要零部件结构和装配关系 装配要求和调整方法会进行配气机构主要零部件的正确检修会进行配气机构的装配与调整 单元三配气机构 主要内容概述气门组结构与检修气门传动组的结构与检修配气机构检查与调整可变配气系统与配气相位配气机构常见故障诊断排除 功用 按发动机每一气缸内所进行的工作循环或发火次序的要求 定时开启和关闭各气缸的进 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 废气得以及时从气缸排出 对配气机构的要求 减小进气和排气的阻力 使进气和排气都尽可能充分和完善 1配气机构概述 定义 用曲轴转角表示的进 排气门的实际开闭时刻和开启的持续时间称为配气相位 用曲轴转角的环形图来表示配气相位 配气相位图 配气相位 配气相位的必要性1 因发动机转速高 气门开启的理论持续时间极短 例如四冲程发动机转速3000r min时 一个行程时间只有0 01s 2 气门开启需要一个过程 气门全开时间就更短 在这样短的时间内 难以做到进气充分和排气干净 因此实际发动机的进 排气门都要早开和晚关 气门开启的持续角都大于1800 进气门的配气相位 上止点 下止点 排气门的配气相位 上止点 下止点 气门重叠 气门重叠角 同时开启角 气门重叠有利于换气 在换气过程中 气门开度较小 新鲜气体和废气流惯性很大 会保持原来的流动方向 不会产生废气吸入进气道或新鲜气体随废气排除的问题 排气过程 进气过程 气门重叠角 充气效率 v M M0M 进气过程中 实际进入气缸的新气的质量 Mo 在理想状态下 充满气缸工作容积的新气质量 在进气行程中 实际进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量与在进气状态下充满气缸工作容积的新鲜空气或可燃混合气的质量之比 影响充气效率的因素 1 进气终了压力的影响 2 进气终了温度的影响 3 残余废气压力和温度的影响 4 压缩比的影响提高充气效率的措施 1 减小进气系统流动损失减小进气门处的流动损失减小进气道和进气管的阻力减小化油器的阻力减小空气滤清器的阻力 2 减小对新鲜空气的热传导 3 减小排气系统对气流的阻力 4 合理选择配气正时 配气机构分类 配气机构布置形式分类 按气门布置的形式 气门顶置 气门侧置 配气机构由气门组和气门传动组组成 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 目前发动机基本都采用气门顶置式配气机构 按凸轮轴布置的形式 下置 中置 上置 凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门 没有挺柱和推杆 使往复运动惯量大大减小 因此它适用于高速发动机 推杆较短 运动惯性小 也可省去推杆 而由挺柱直接驱动摇臂 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 凸轮轴与曲轴采用正时齿轮传动 上置凸轮轴实物图 按凸轮轴传动的形式 齿轮传动 链传动 齿形带传动 按每缸气门数及其排列方式 二气门 三气门 四气门 五气门 同气门串联 影响进气门充气效率 排气门热负荷不均匀 同气门并联 提高进气门充气效率 排气门热负荷均匀 单缸5气门 为何排气门间隙大于进气门间隙 气门间隙 为保证气门关闭严密 通常发动机在冷态装配时 在气门杆尾端与气门驱动零件 摇臂 挺柱或凸轮 之间留有适当的间隙 进气门间隙 0 25 0 30mm排气门间隙 0 30 0 35mm 气门间隙过大与过小的危害间隙过大 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 无间隙或间隙过小 发动机工作后 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 2气门组构造与检修 气门组组成 气门 气门座 气门导管 气门弹簧 弹簧座及锁片等零件 要求 气门头部与气门座贴合严密 气门导管与气门杆上下运动有良好的导向 气门弹簧的两端面与气门杆的中心线相垂直 气门弹簧的弹力足以克服气门及其传动件的运动惯性 2 1气门组结构 气门组实物图 锁片 弹簧座 组成 头部和杆部 功用 头部是用来密封气缸的进 排气通道 杆部是用来为气门的运动导向 工作条件 受高温 气体压力 气门弹簧力以及传动零件惯性力的作用 头部 杆部 进气门 570K 670K 铬钢或铬镍钢 排气门 1050K 1200K 硅铬钢 气门 气门头部结构形式 气门头顶面形状 平顶 球面顶 喇叭顶 气门实物图 进气门 大 排气门 小 进排气气门 气门杆部 较高的加工精度 表面经过热处理和磨光 保证同气门导管的配合精度和耐磨性 气门杆尾部 环形槽 锁销孔 凹槽 易断裂处 气门杆尾部用以固定气门弹簧座 其结构取决于气门弹簧座的固定方式 气门锥角 气门锥角 气门头部与气门座圈接触的锥面与气门顶部平面的夹角 锥角作用 获得较大的气门座合压力 提高密封性和导热性 气门落座时有较好的对中 定位作用 避免气流拐弯过大而降低流速 装配前应将密封锥面研磨 气缸盖的进 排气道与气门锥面相结合的部位 功用 与气门头部共同对气缸起密封作用 并接受气门传来的热量 工作条件 高温 磨损严重 类型 直接镗出 进气门座 气门座圈 镶嵌 排气门和铝合金发动机的进 排气门座 气门密封干涉角 比气门锥角大0 5 1度的气门座圈锥角 气门座 气门座 汽油机 排气门采用镶嵌式气门座柴油机 进气门采用镶嵌式气门座 气门座圈 以较大过盈量镶嵌在气门座上的圆环 镶嵌式气门座特点 优点 提高气门座的使用寿命 便于更换 缺点 导热性差 加工精度高 脱落时易造成严重事故 气门座圈 气门座及气门锥角 功用 为气门的运动导向 保证气门直线运动兼起导热作用 工作条件 工作温度较高 约500K 润滑困难 易磨损 材料 灰铸铁 球墨铸铁或铁基粉末冶金材料 装配 气门导管内外圆柱面经加工后压入气缸盖的气门导管孔中 然后再精铰内孔 并用卡环定位 气门杆与气门导管间隙0 05 0 12mm 气门导管 气缸盖 过盈配合 卡环 防止气门导管在使用中脱落 伸入深度应适量 锥度可减少气流阻力 气门导管 气门导管 功用 克服在气门关闭过程中气门及传动件的惯性力 防止传动件分离破坏配齐机构 使气门自动回位关闭 保证气门及时落座并紧紧贴合 形状 圆柱形螺旋弹簧 材料 高碳锰钢 硌钒钢 防止共振 提高气门弹簧的刚度 采用不等螺距的圆柱弹簧 采用双气门弹簧 气门弹簧 气门弹簧 气门弹簧座 锁片 气门弹簧 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 2 2气门组检修 1 气门组的拆卸 采用气门弹簧拆卸器安全规范操作拆卸时采用弹簧拆卸器将弹簧座连同预紧的弹簧一起压下 取下锁销 然后放松弹簧弹簧 并取下弹簧座 弹簧和气门 2 气门与气门组的配合要求 1 气门与座圈的工作锥度应一致 磨削气门的工作锥面 其锥面角度比座圈小0 5 1度 2 气门与座圈的密封带位置在中部靠内侧 3 气门与座圈的密封带宽度应符合原设计规定 一般为1 2mm 2 5mm 4 气门工作锥面与杆部的同轴度误差不大于0 05mm 5 气门杆与导管配合间隙符合原厂规定 3 气门的检修 1 气门的耗损与检验气门常见损耗 气门杆部的磨损 气门工作表面磨损与烧蚀以及气门杆的弯曲变形 注意 相关情况下需要更换 气门杆的磨损量过大 载货汽车 0 10mm 轿车 0 05mm 或出现台阶型磨损 用千分尺测量 气门头部边缘厚度 1 0mm 气门尾部磨损 0 5mm 气门杆的直线度误差 0 05mm 用百分表测量 气门挺杆检测影片 2 气门工作锥面的修理检查气门的工作锥面 若有凹槽 烧蚀 斑痕等 应在气门光磨机上进行光磨 锥面角度为45 5 气门光磨后其头部边缘余量厚度会减小 进气门小于0 8mm 排气门小于1 0mm时应更换气门 光磨方法如下 光磨前应校直气门 保证气门杆与工作锥面圆跳动公差分别为3丝 5丝 固定气门杆在夹架上 气门头伸出长度约为30 40mm 按规定工作锥面角度调整夹架 试磨 光磨 4 气门座的修理 气门座磨损主要是磨料磨损和硬化层疲劳脱落 腐蚀和烧蚀 磨损后 工作面加宽 气门关闭不严 气门密封性降低 1 气门座镶嵌 拉出旧气门座圈 选择新气门座 测量座圈外径和内径 气门座圈更换 采取过盈配合 干冰或液态氮冷却后 压入轴孔内 气门座圈 2 气门座绞削绞削工艺过如下 选择刀杆 粗绞 试配 精绞 气门座绞削影片 3 气门及气门座的研磨 5 气门导管的更换 气门杆与导管间隙的经验检验方法 将气门杆和导管擦干净 气门杆上涂上一层薄机油 将气门放置在导管后 上下拉动数次 气门在自重下能徐徐下落 表示二者配合间隙适当 6 气门弹簧检验 采用弹簧检验仪进行 当弹力减小值大于原厂规定值得10 应更换 如果无原厂数据 一般采用测量弹簧的自由长度减少值判断 当自由长度减少超过2mm时 应更换 7 气门密封性检测 1 经验法 检验前清洗干净气门及气门座 气门锥面上做若干线条 再与气门座接触 压紧并转动气门45 90度 取出气门 看标记线条是否被切断 若有则密封性良好 气门与相配的气门座轻轻敲击几次 查看接触带 有明亮的连续接触环痕 即为合格 在气门工作面上涂抹一层轴承蓝和红丹 然后用橡皮捻子吸住气门在气门座上旋转1 4圈 再提起 若轴承蓝和红丹布满气门座工作表面而无间隔 且十分整齐 即密封性好 用煤油或汽油浇在气门顶面上 5min内视气门与座接处是否有渗漏 如无则合格 2 检验器检验 密封性检验 3气门传动组的结构与检修 功用 使进 排气门能按配气相位规定的时刻开闭 且保证有足够的开度 摇臂轴 摇臂 推杆 挺柱 凸轮轴正时齿轮 凸轮轴 功用 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 驱动汽油泵 机油泵和分电器等材料 优质钢 合金铸铁 球墨铸铁 驱动分电器的螺旋齿轮 凸轮轴 凸轮轴 组成 各缸的进 排气门凸轮及驱动汽油泵的偏心轮 驱动分电器 机油泵 的齿轮 凸轮轴影片 凸轮与挺柱线接触 接触压力大 磨损快 凸轮 工作条件 承受气门弹簧的张力 间歇性的冲击载荷 性能 表面有良好的耐磨性 足够的刚度 凸轮轮廓与气门的运动规律 气门开启点 消除气门间隙阶段 气门升程最大时刻 气门关闭点 出现气门间隙阶段 缓冲结束点 凸轮的轮廓 凸轮轴上各缸的进气凸轮 或排气凸轮 称为同名凸轮 各同名凸轮的相对位置按发动机作功顺序逆凸轮轴转动方向排列 各同名凸轮夹角为作功间隔角的一半 四缸为90度 六缸为60度 四缸发动机凸轮投影 点火顺序 1 2 4 3 同名凸轮的相对角位置 凸轮轴轴颈 作用 用来支承凸轮轴 凸轮轴各道轴颈的直径有的相等 但也有的从前往后逐渐减小 以便于安装 1 有的凸轮轴轴颈上有油孔 图为一下置式凸轮轴的最后一道轴颈上钻一与轴平行的通孔 2 有的凸轮轴轴颈上有油槽 摇臂的润滑是靠该油槽 通过缸体上的油道输送润滑油 凸轮轴的轴向定位 为了防止凸轮轴在工作中产生轴向窜动和承受斜齿轮产生的轴向力 凸轮轴轴向定位 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 0 08mm 0 20mm 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 凸轮轴是通过传动装置来驱动的 其传动装置有齿轮式 链条式和齿形皮带式 正时标记对准 保证正确的配气相位和点火时刻装配时必须使记号对齐 以保证配气正时 柴油机上凸轮轴与曲轴中心距较大 且需要同时驱动喷油泵 需加入中间惰轮传动 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 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 为了防止链条抖振 设有导链板和张紧装置 张紧装置有机械式和液压式两种 凸轮轴及驱动影片 凸轮轴的拆卸影片 凸轮轴的安装影片 功用 将凸轮的推力传给推杆或气门 并承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力 挺柱的分类 普通挺柱和液压挺柱 结构形式 筒式 滚轮式 材料 镍硌合金 合金铸铁 挺柱 挺柱的旋转 目的 使挺柱磨损均匀 因挺柱工作时 由于受凸轮侧向推力的作用会引起挺柱与导管之间单面磨损 又因挺柱底面与凸轮始终在一处接触 也会造成磨损不均匀 措施 挺柱底部工作面多制成球面 并且把凸轮制成锥形 这样 在工作时 由于凸轮与挺柱的接触点偏离挺柱轴线 当挺柱挺起时 接触点的摩擦力使其绕本身轴线转动 以达到磨损均匀的目的 液力挺柱 构造 挺柱体内装柱塞 柱塞上端压装球座 柱塞经常被柱塞弹簧推向上方 其最上的位置由卡簧限制 柱塞下的单向阀架内装碟形弹簧和单向阀 挺柱体 柱塞 球形支座 卡环 柱塞弹簧 单向阀 单向阀架 柱塞腔 挺柱体腔 进油口 进油通道 工作 气门关闭 柱塞弹簧 使柱塞连同球座紧靠推杆 配气机构无间隙 气门打开 推杆作用于支承座和柱塞的反力力图使柱塞克服柱塞弹簧的力相对于挺杆体向下移动 于是柱塞下部空腔内油压迅速升高 使单向阀关闭 由于液体的不可压缩性 整个挺杆便像一个刚体一样按凸轮的运动规律 使气门开 关闭 特点 可消除配气机构的间隙 减小零件的冲击载荷和噪声 提高发动机高速时的性能 气门关闭 气门打开 液压挺柱影片 使用液力挺柱的发动机应注意以下问题 1 对润滑油的压力和滤清质量要求较严格 当润滑油压力过低时 补油能力下降 气门间隙大 2 液力挺柱拆洗后 装机前必须人工排气 否则起动困难 3 冷机或停放时间长时 起动后有短暂气门响声 这是正常现象 功用 将从凸轮轴经过挺柱传来的推力传给摇臂 材料 硬铝 钢 结构 实心推杆 硬铝棒 钢管 推杆 功用 将推杆和凸轮传来的力改变方向 作用到气门杆以推开气门 工作过程 实际是一个双臂杠杆 易磨损部位堆焊耐磨合金 气门间隙调节螺钉 调节螺母 摇臂 摇臂轴套 润滑油道 摇臂及摇臂组 摇臂轴 螺栓 摇臂轴支座 摇臂轴紧固螺钉 摇臂称套 调整螺钉 摇臂 定位弹簧 摇臂组示意图 配气机构安装 3 2气门传动组检修 1 凸轮轴及轴承的检修 凸轮磨损的检修凸轮磨损会使气门的升程规律改变和最大升程减小 当最大升程减小值大于0 4mm时 需更换凸轮 凸轮轴轴颈的磨削凸轮轴轴颈的圆度误差不大于0 015mm 各轴颈的同轴度误差不大于0 05mm 凸轮轴轴颈的修理凸轮轴轴承的配合间隙超过使用极限 轿车为0 15mm 应更换新的轴承 轴承内孔的修理有拉削 绞削和镗削3种方式 凸轮轴轴向间隙的调整有 1 用增减固定在气缸体上的前端面位于凸轮轴第一道轴颈断面与正时齿轮之间的止推凸缘的厚度来调整 安装时 止推凸缘有止推凸台的一侧应面向正时齿轮 2 由轴承定位 检测凸轮轴轴向间隙 2 气门挺柱的检修 普通挺柱的检修注意以下要点 1 挺柱底部出现疲劳剥落 环形光环 说明磨损不均匀 出现擦伤划痕时 立即更换 2 挺柱圆柱面部分与导孔配合间隙一般为0 03mm 0 1mm 检测气门间隙时 应检查挺柱的转动阻力 检查时 十指与拇指捏住挺柱转动自如 液压挺柱的检修注意以下要点 1 液压挺柱与轴承孔的配合间隙为0 01mm 0 04mm 使用极限为0 1mm 2 发动机总成修理时 出现气门开启高度不够时应更换挺柱 3 摇臂和摇臂轴的检修 摇臂的损伤主要是摇臂头的磨损 摇臂头应光洁无损 修理后的凹陷应不大于0 5mm 摇臂检修注意 1 摇臂与摇臂轴的配合间隙超过规定值应更换衬套 并按相关尺寸进行磨削 绞削修理 2 摇臂上调整螺钉的螺纹孔损坏应更换 3 摇臂轴轴颈的磨损大于0 02mm或摇臂轴与摇臂轴承孔配合间隙超过规定 应更换 4 正时皮带的安装 1 曲轴带轮与正时皮带上标有 O 记号 装配时应将标记和气缸体上正时齿轮带轮室上的标记对齐 保证配气相位的正确性 注意 一般先通过保证一缸上止点使曲轴带轮处的正时标记对准 然后转动曲轴一定角度 在对准凸轮轴正时标记 以此避免活塞顶部被气门碰坏 2 装上正时带 拆卸正时皮带时 需要转动曲轴将所有正时标记对准 然后标记处的皮带对应位置做安装标记 并用箭头标明皮带转动方向 3 检查齿形皮带张紧度 正时皮带安装 正时皮带拆卸和检查 正时皮带安装 气门间隙为防止气门关闭不严漏气 导致发动机功率下降 燃油消耗率增加 发动机过热甚至不能起动等问题出现 在发动机冷态装配时 常在气门和气门传动组之间留有间隙 即气门间隙 4配气机构的检查与调整 1 气门间隙的调整 调整方法 1 二次调整法 双排不进 双 该缸的两个气门都可调 排 排气门间隙可调 不 两个气门间隙都不可调 进 进气门间隙可调 具体步骤 找上止点标记 调整1缸到上止点位置 按 双排不进 调整 同样方法曲轴转一圈 4缸或6缸位于压缩上止点 按 不进双排 调整 测量气门间隙 拧松紧定螺母 调整调节螺钉 实物图 2 逐缸调节法确定进排气门均关闭的缸位检查与调整该缸进排气气门间隙转动曲轴 同样方法检查其余各缸气门间隙 气门间隙 逐缸调节 2 配气相位检测与调整 5可变配气相位 本田 VTEC分级可变气门升程和可变配气正时i VTEC分级可变气门升程 连续可变配气正时丰田 vvt i连续可变配气正时 dualvvti连续可变配气正时 进排气门分别独立控制 vvtl i分级可变气门升程连续可变配气正时宝马 Valvetronic连续可变气门升程 DoubleVANOS连续可变配气正时 进排气门分别独立控制 VariablveTiming连续可变配气正时 进气门 三菱 MIVEC分级可变气门升程连续可变配气正时马自达 s vt分级可变气门升程连续可变配气正时日产 CVTC连续可变配气正时 高转速时 加大进气门迟闭角 充气效率hv增加有利于最大功率的提高 低速和中速时 应减小进气迟闭角 能防止气体被推回进气管 有利于提高最大扭矩 但降低了最大功率 因此 理想的气门正时应当是根据发动机的工作情况及时做出调整 应具有一定程度的灵活性 显然 对于传统配气相位来说 由于在工作中无法做出相应的调整 也就难于达到上述要求 因而限制了发动机性能的进一步提高