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配气机构 3 1 1配气机构的作用与组成 1 配气机构的作用在发动机工作过程中 配气机构按照发动机每一气缸内所进行的工作循环和点火次序的要求 开启和关闭各气缸的进 排气门 使新鲜混合气及时地进入气缸 废气得以及时地排出气缸 2 配气机构的组成气门组 气门组 气门座 气门弹簧和气门导管等气门传动组 正时齿轮 凸轮轴 挺杆 推杆 摇臂轴和摇臂等 3 1 2配气机构的分类和工作原理 配气机构的分类 1 按气门布置形式分类可分为气门侧置式和气门顶置式 气门的布置型式 特点 A 气门行程大 结构较复杂 燃烧室紧凑 B 曲轴与凸轮轴传动比为2 1 气门侧置式 进排气门都布置在气缸的一侧 结构简单 零件数目少 气门布置在同一侧导致燃烧室结构不紧凑 热量损失大 进气道曲折 进气阻力大 使发动机性能下降 已趋于淘汰 2 按凸轮轴布置形式和驱动方式分类凸轮轴下置式凸轮轴上置式凸轮轴中置式 3 按曲轴和凸轮轴的传动方式可分为齿轮传动式链条传动式同步齿形带传动式等 配气机构的工作原理 3 1 3配气相位 发动机在换气行程中 若能够做到排气彻底 进气充分 则可以提高充气数 增到发动机输出的功率 四冲程发动机的每一个工作行程曲轴要旋转180 由于现代发动机转速很高 一个行程经历的时间很短的 为了改善换气行程 提高发动机性能 实际发动机的气门开启和关闭并不在上 下止点 而是适当提前或滞后 即气门开启过程都大于180 曲轴转角 用曲轴转角表示气门开启与关闭时刻和开启的持续时间 称为配气相位 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 表示 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 进气迟闭角 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 表示 一般为40 80 2 目的 利用压力差继续进气 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 表示 一般为40 80 2 目的 利用气缸内的废气压力提前自由排气 减少 排气消耗的功率 高温废气的早排 还可以防止发动机过热 2 排气迟闭角 1 定义 在活塞越过上止点后 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 表示 一般为10 30 2 目的 利用缸内外压力差继续排气 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 180 配气相位演示 气门叠开 气门叠开 当进气门早开和排气门晚关时 出现的进排气门同时开启的现象 气门叠开角 气门同时开启的角度 排气过程 进气过程 3 2气门组的构造与维修 作用准时接通和切断进排气系统与气缸之间的通道 要求气门头部和气门座贴合严密气门导管与气门杆的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垂直 以保证气门头在气门座上不偏斜气门弹簧的弹力足以克服气门及其运动件的运动惯性力 使气门能迅速开闭 以保证气门紧压在气门座上 3 2 1气门 功用 燃烧室的组成部分 是气体进 出燃烧室通道的开关 承受冲击力 高温冲击 高速气流冲击 工作条件 A 进气门570K 670K 排气门1050K 1200K B 头部承受气体压力 气门弹簧力等 C 冷却和润滑条件差 D 被气缸中燃烧生成物中的物质所腐蚀 性能 强度和刚度大 耐热 耐腐蚀 耐磨 进气门570K 670K 铬钢或铬镍钢 排气门1050K 1200K 硅铬钢 头部 杆部 1 气门的结构 1 气门头部1 气门顶部 凸顶 凸顶的刚度大 受热面积也大 用于某些排气门 平顶 平顶的结构简单 制造方便 受热面积小 应用多 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 2 气门密封锥面定义 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 提高密封性和导热性 气门落座有自动定位作用 避免使气流拐弯过大而降低流速 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 2 气门杆部气门杆部具有较高的加工精度和较低的粗糙度 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 2 气门的检修 气门的磨损形式 气门工作面起槽 变宽 甚至烧蚀后出现斑点和凹陷 气门杆及尾端的磨损 气门杆弯曲变形等 1 气门的检测 检查气门的弯曲度图 气门杆的径向圆跳动误差不大于0 05mm 超出之后予以校正或更换 校正后的误差不得大于0 02mm 检查气门杆的磨损程度图 轿车气门杆磨损量 0 05mm 载货汽车气门磨损量 0 01mm 或有明显的台阶形磨损 测量气门头边缘厚度图 气门头边缘厚度的磨损量 0 5mm 2 气门的修理 气门的光磨工艺如下 a 光磨前应先将气门进行校直 b 将校直的气门杆紧固在夹架上 气门头的伸出长度约30 40 按规定的工作锥面角度调整夹架 c 试磨 开动车头和磨头电动机 观察砂轮工作面是否平整 气门工作锥面有无偏斜 然后进行试磨 d 光磨 光磨进刀时 要慢慢移动夹架先作横向进给 再作纵向进给 进刀量要小 冷却液要充足 以提高工作锥面的加工精度和降低表面粗糙度 直至磨损痕迹磨光为止 光磨后气门大端圆柱面的厚度不得低于l 3 2 2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 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 气门座检修 气门座磨损形式 硬化层脱落密封带变宽气门座检修的技术要求 气门座的铰修 1 气门座铰削工艺 选择刀杆 根据气门导管内径选择铰刀导杆 导杆以轻易插入气门导管内 无松旷为宜 磨去硬化层 把砂布垫在铰刀下 磨除座口硬化层 以防止铰刀打滑并延长铰刀使用寿命 粗铰工作锥面 用与气门锥角相同的粗铰刀铰削工作锥面 直到凹陷 斑点全部除去 并保证有2 5mm以上的完整锥面为止 试配 气门座和气门的选配 用相配的气门进行涂色试配 察看印迹 接触环带应在气门和斜面的中部靠里位置 若过上或过下 可用15 或75 锥角的铰刀铰削 精铰 用与工作面角度相同的细刃铰刀进行精铰 并在铰刀下垫细砂布磨修 以降低气门座工作表面粗糙度 使工作面符合要求 2 气门的研磨1 手工研磨 研磨前应先用汽油清洗气门 气门座和气门导管 将气门按顺序排列或在气门头部打上记号 以免错乱 在气门工作锥面上涂上一层薄薄的粗研磨砂 同时在气门杆上涂以机油 插入气门导管内 利用螺丝刀或橡皮捻子按图将气门作往复和旋转运动与气门座进行研磨 注意旋转角度不宜过大 并不时地提起和转动气门 变换气门与座相对位置 以保证研磨均匀 当气门工作面与气门座工作面磨出一条较完整且无斑痕的接触环带时 可以将粗研磨砂洗去 换用细研磨砂 继续研磨 当工作面出现一条整齐的灰色的环带时 再洗去细研磨砂 涂上润滑油 继续研磨几分钟即可 3 气门的密封性检查 划线法a 检查前将气门及气门座清洗干净 在气门工作面上用软铅笔沿径向均匀地划上若干条线 b 然后与相配气门座接触 略压紧并转动气门45 90 取出气门 察看铅笔线条 如铅笔线条均被切断 则表示密封良好 否则 应重新研磨 印痕法在气门工作面上涂抹上一层轴承蓝或红丹油 然后用橡皮捻子吸住气门在气门座上旋转1 4圈 再将气门提起 若轴承蓝或红丹布满气门座工作面一周而无间断 又十分整齐 即表示密封良好 渗油法气门头向上放平装好气门的缸盖 用煤油或汽油浇在气门顶面上 5min内视气门与座接触处是否有渗漏现象 如无渗漏即为合格 3 2 3气门导管 作用 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 用含石墨较多的铸铁 能提高自润滑作用 加工方法 外表面加工精度较高内表面精绞装配 气门杆与气门间隙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 倒角 伸入深度应适量 锥度可减少气流阻力 1 气门导管的检测将气门提起至距气缸盖平面15 20mm的高度 把百分表架固定于气缸盖上 百分表杆顶触在气门顶部边缘处 来回推动气门 百分表指针差值即为气门与导管的配合间隙 根据配合间隙可计算出气门导管的磨损量 2 气门导管的维修当气门导管磨损严重 会使气门杆与气门导管的配合间隙超过限度 当气门导管的配合间隙超过限度时 可换用新气门重新检测 根据检测结果确定更换气门或气门导管 必要时两者同时更换 3 更换气门导管 1 用外径略小于气门导管内孔的阶梯轴冲出或压出气门导管 带有台肩的导管可从燃烧室压出气门导管 2 选择外径尺寸符合要求的新气门导管 要求过盈量为 0 015 0 065 3 安装气门导管 用细砂布打磨气门导管承孔口 在承孔内壁与导管外表面上涂少许机油 并放正气门导管 垫上钢质的阶梯轴用压力机或手锤将导管装入承孔内 4 气门导管的铰削 采用成型专用气门导管铰刀铰削 进刀量不易过大 铰刀保持垂直 边铰边试 直至间隙合适 4 更换气门油封 1 要用专用工具安装 2 进 排气门油封不能装反 3 2 4气门弹簧构造与检查1 气门弹簧的功用与构造 1 气门弹簧的功用气门弹簧的功用是保证气门关闭时能紧密地与气门座或气门座圈贴合 并克服在气门开启时配气机构产生的惯性力 使传动件始终受凸轮控制而不相互脱离 2 气门弹簧的构造 气门弹簧的型式 气门弹簧为两端磨平的螺旋圆柱弹簧 一端支承在缸盖或缸体上 另一端压靠在气门弹簧座上 防止共振的结构措施 为了防止气门弹簧工作时产生共振 采用了多种设计 包括使用强化弹簧 不等螺距弹簧 双弹簧等 不等螺距弹簧螺距较小的一端靠近缸盖 双弹簧一根弹簧断裂后另一根有防止气门脱落的作用 等螺距弹簧 不等螺距弹簧 双弹簧 2 气门弹簧的检查 1 检查气门弹簧是否出现断裂或裂痕现象 如有应当更换 2 检查气门弹簧在自由状态下 支承面对弹簧中心线的垂直度 要求不大于1 5 2 3 测量气门弹簧的自由长度是否符合标准 若低于极限值应予以更换 4 检查气门弹簧最小安装弹力 若低于极限值应予以更换 气门弹簧不能修复 只能更换 垂直度检查 自由长度检查 弹力检查 3 3气门传动组的构造与维修 1 组成2 功用 定时驱动气门开闭 并保证气门有足够的开度和适当的气门间隙 凸轮轴 挺柱 推杆 摇臂 凸轮轴正时齿轮 摇臂轴 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 材料 优质钢 合金铸铁 球墨铸铁结构 凸轮 凸轮轴轴颈 驱动分电器的螺旋齿轮 凸轮的轮廓 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 四 气门传动组零件的检修 1 凸轮轴及轴承的检修凸轮轴的耗损与检修凸轮轴的主要耗损是凸轮 支承轴颈表面 正时齿轮轴颈键槽的磨损和凸轮轴的弯曲变形 凸轮磨损的检测测量凸轮的最大高度H与基圆直径D的差来衡量凸轮的磨损程度 凸轮磨损后 其升程减小0 40mm以上时 应更换新凸轮轴 凸轮轴弯曲变形的检修凸轮轴的弯曲变形 多因气门挺柱卡滞 凸轮轴受到过大的弯矩作用而发生的 通常用下图的方法检测凸轮轴的弯曲变形 若中间轴颈的径向圆跳动大于0 10mm 则应进行校正 钢质凸轮轴 凸轮轴校直后 中间各轴颈的径向圆跳动应不大于0 04mm 凸轮轴轴颈的检修 正时齿轮轴颈键槽的检修 汽油泵驱动偏心轮的直径极限磨损量为1mm 磨损逾限时 应更换新凸轮轴 2 正时链轮和链条的检查 1 正时链条的检查 测链条长度时 对链条施以一定的拉力 拉紧后测量其长度L 不符合要求则应更换新链条 2 正时链轮的检查 将链条分别包住凸轮轴正时链轮和曲轴正时链轮 用游标卡尺测量其直径 其直径不得小于允许值 例如丰田2Y 3Y发动机正时链轮直径允许的最小值 凸轮轴正时链轮为114mm 曲轴正时链轮为59mm 若小于此值时 应更换链条和链轮 3 同步带的定期更换同步带应定期更换 以防发动机工作中突然断裂时 气门撞坏活塞 缸盖等零件 造成严重损失 微型车发动机在正常使用情况下一般每行驶100 000km更换一次同步带 4 正时齿轮的检查正时齿轮啮合间隙逾限或轮齿磨出台阶 出现裂纹或断齿时 均应更换齿轮 相互啮合的钢制齿轮应成对更