汽车发动机构造与检修（第二版）课件：气门机构与正时检查

气门机构与正时检查

【任务描述】客户王先生的雪佛兰科鲁兹汽车已经行驶了60000Km，王先生开车来到雪佛兰4S店，服务顾问在询问和检查后将车辆交给维修技师，维修技师对此车正时皮带进行检查，根据保养手册要求进行发动机正时及正时皮带的检查。下面将学习发动机配气机构的相关知识并按流程检查发动机正时及正时皮带。【知识储备】一、配气机构的作用配气机构是按照发动机每一气缸内所进行的工作循环和点火顺序的要求，定时开启和关闭各气缸的进、排气门，使新鲜的可燃混合气或空气及时进入气缸，废气及时从气缸排出。在压缩与做功行程中，关闭气门保证燃烧室的密封，如图3-1所示。图3-1配气机构二、配气机构布置形式1.按气门位置分类（1）气门顶置式是应用最广泛的一种配气机构型式，进气门和排气门都倒挂在气缸盖上。（2）气门侧置式是进气门和排气门都装置在气缸体的一侧，目前已不常见。2.按凸轮轴布置形式分类，如图3-2所示。图3-2凸轮轴布置形式（1）凸轮轴下置式配气机构：凸轮轴安装在曲轴箱内，直接由凸轮轴正时齿轮与曲轴正时齿轮相啮合，并由曲轴带动旋转。（2）凸轮轴中置式配气机构：凸轮轴位于气缸体的上部。为了减小气门传动机构的往复运动的质量，对于高转速的发动机，可将凸轮轴的位置移到气缸体的上部，由凸轮轴经过挺柱直接驱动摇臂而省去推杆。该形式的配气机构因曲轴与凸轮轴的中心线距离较远，一般要在中间加入一个中间齿轮（惰轮）。（3）凸轮轴上置式配气机构：凸轮轴布置在气缸盖上。凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，没有挺柱和推杆，使往复运动的质量大为减小，对凸轮轴和气门弹簧的要求也最低，因此它适用于高速强化发动机。3.按凸轮轴传动方式分类曲轴驱动凸轮轴工作，它们通过正时齿轮、正时皮带或者正时链条来传动。四行程发动机每完成一个工作循环，曲轴旋转两圈，各缸的进、排气门各开启一次，即凸轮轴只转一圈，所以曲轴与凸轮轴的传动比为2：1。三、配气机构的组成气门式配气机构由气门组和气门传动组两部分组成，每组的零件组成则与气门的位置、凸轮轴的位置和气门驱动形式等有关。目前汽车发动机较多采用顶置气门，即进、排气门置于气缸盖内，如图3-3所示。图3-3配气机构组成四、气门组1.气门组的组成气门组由气门、气门导管、气门座、气门弹簧、气门弹簧座及气门锁片等组成，如图3-4所示。图3-4气门组图2.气门组的要求（1）气门头部与气门座贴合严密。（2）气门在气门导管中上下运动良好。（3）气门弹簧的两端面与气门杆中心线垂直，保证气门头部在气门座上不偏斜。（4）气门弹簧力足以克服气门运动惯性力，使气门能迅速开闭。3.气门（1）气门的组成及要求气门是由气门头部和杆部组成，如图3-5所示。气门头部温度很高（进气门570～670℃，排气门1050～1200℃），而且还承受气体的压力、气门弹簧的作用力和传动组件惯性力，其润滑、冷却条件差，要求气门必须有一定强度、刚度、耐热和耐磨等性能。进气门一般采用合金钢（铬钢、镍铬钢），排气门采用耐热合金（硅铬钢）。图3-5气门（2）气门头部类型气门头部的形状有平顶、球面顶和喇叭顶等。其中，平顶气门使用较多，因其头部结构简单、制造方便、吸热面积小、质量较小，进排气门都可以使用。球面顶气门适用于排气门，其强度高、排气阻力小、废气消除效果好，但其受热面积大，质量和惯性大、加工复杂。喇叭型有一定的流线型，可减少进气阻力，但其头部受热面积大，一般适用于进气门。（3）气门锥角气门锥角是气门密封面的角度一般是45°，有些气门锥角是30°是考虑升程相同的情况下，气门锥度小，气门通过端面大，进气阻力小，但由于锥度小的气门头部边缘较薄，刚度小，密封性与导热性差，一般用于进气门。气门边缘的厚度一般为1～3mm，以防止工作中与气门座冲击而损坏或被高温烧坏。为了减少进气阻力，提高气缸进气效率，多数发动机进气门比排气门大。（4）气门杆气门杆呈圆柱型，在气门导管中不断进行往复运动，其表面必经过热处理和磨光。气门杆端部的形状取决于气门弹簧的固定形式，常用的结构是两半锁片来固定弹簧座，气门杆的端部有环槽来安装锁片，有的是用锁销来固定，其端部有安装锁销用孔。4.气门导管气门导管起导向作用，保证气门做直线运动，并使气门与气门座能正确贴合。此外，气门导管还在气门杆与气缸体之间起导热作用，如图3-6所示。图3-6气门导管气门导管的工作温度较高，气门杆在其中运动，仅靠配气机构飞溅出来的机油进行润滑，易磨损，所以气门导管大多数适用灰铸铁、球墨铸铁等材料制造。气门导管外圆柱面经过机加工后压入气缸盖，为了防止气门导管在使用中松脱，有的发动机用卡环定位。气门杆与气门导管之间有0.05～0.12mm间隙，使气门杆能在导管中自由运动。5．气门座气门座可以在气缸盖上直接蹚出或用较好的材料单独制作气门座，然后镶嵌到气缸盖上。它们与气门的头部共同对气缸起密封作用，并接受气门传导出来的热量。进气门的温度较低，可以直接镗出，但排气门的温度较高，润滑条件较差，易磨损，多用镶嵌式。镶嵌式的缺点是导热性差、加工精度高、容易脱落。铝合金材质的气缸盖，由于铝合金材质软，进排气门均需镶嵌。6.气门弹簧气门弹簧的作用是克服在气门关闭过程中气门及传动件的惯性力，防止各传动件之间因惯性作用产生的间隙，保证气门及时关闭并紧密接触，防止气门在发动机震动时发生跳动，破坏其密封性。气门弹簧多为圆柱型螺旋弹簧，其材料为高碳锰钢冷拔钢丝，加工后进行热处理，钢丝表面要磨光、抛光或用喷丸处理。为了防止生锈，表面镀锌处理。气门弹簧的一端支承在气缸盖或气缸体上，而另一端则压靠在气门杆端的弹簧座上，弹簧座用锁片固定在气门杆的末端。五、气门传动组1.气门传动组的组成气门传动组主要由凸轮轴、正时齿轮、挺柱、推杆、摇臂和摇臂轴等组成。2.气门传动组的作用气门传动组是使进、排气门按配气相位规定的时刻进行开闭，并保证有足够的开度。3.凸轮轴凸轮轴是气门传动组的关建部件，由它控制气门的配气相位。凸轮轴主要由进、排气凸轮、正时齿轮轴等组成的，如图3-7所示。图3-7凸轮轴在发动机工作时，为了减少凸轮轴的变形以避免导致配气机构工作失常，凸轮轴的支承大多采用全支承方式。凸轮轴的材料一般用优质钢模锻而成，也可以采用合金铸铁或球墨铸铁铸造，凸轮和轴径的工作表面一般经过热处理后精磨，以改善耐磨性。4.气门挺柱气门挺柱是凸轮的从动件，其作用是将来自凸轮的运动和作用力传给推杆或气门，同时还承受凸轮所施加的侧向力，并将其传给机体或气缸盖。制造挺柱的材料有碳钢、合金钢、镍铬合金铸铁和冷激合金铸铁等。挺柱可分为机械挺柱和液力挺柱两大类。（1）机械挺柱机械挺柱的结构结构简单、质量轻，在中、小型发动机中应用比较广泛。挺柱上的推杆球面支座的半径比推杆球头半径略大，如图3-8所示，以便在两者中间形成楔形油膜来润滑推杆球头和挺柱上的球面支座。图3-8机械挺柱（2）液力挺柱在配气机构中预留气门间隙将使发动机工作时配气机构产生撞击和噪声。为了消除这一弊端，有些发动机尤其是轿车发动机采用液力挺柱，如图3-9所示，从而实现零气门间隙。气门及其传动件因温度升高而膨胀，或因磨损而缩短，都会由液力作用来自行调整或补偿。图3-9液力挺柱5.摇臂与摇臂轴摇臂实际上是一个双臂杠杆，用来将推杆传来的力改变方向，作用到气门杆端以推开气门。端头的工作表面一般制成圆柱形，当摇臂摆动时可沿气门杆端面滚滑。这样可以使二者之间的力尽可能沿气门轴线作用。摇臂内还有机油油道。在摇臂的短臂端螺纹孔中旋入用以调节气门间隙的调节螺钉，螺钉的球头与推杆顶端的凹球座相接触，如图3-10所示。图3-10摇臂摇臂轴为空心管状结构，机油从支座的油道经摇臂轴内腔和摇臂中的油道流向摇臂两端进行润滑。为了防止摇臂的窜动，在摇臂轴上每两摇臂之间都装有定位弹簧。六、发动机正时1.点火正时点火正时是发动机运行的重要保证。在发动机压缩行程终了，活塞到达上止点时，点火系统向火花塞提供高压火花以点燃气缸内的可燃混合气并做功，这个时刻叫作点火正时。2.点火提前角点火提前角是指从火花塞电极间跳火开始到活塞运行至上止点时的一段时间内曲轴所转过的角度。点火系统是按发动机气缸的工作顺序进行点火，最佳的点火时刻使发动机获得最大功率和最小的燃料消耗，在发动机气缸内，从开始点火到完全燃烧需要一定的时间(约千分之几秒)，为了使发动机发出最大的功率，点火时刻一般不在压缩行程终了，而应适当提前。如果点火过迟，在活塞到达上止点时才点火，则活塞下行时混合气才燃烧，即燃烧是在容积增大情况下进行，会导致气缸中压力降低，发动机功率下降，同时由于炽热的气体与气缸壁的接触面积增大，热损失增大，导致发动机过热，油耗增大。如果点火过早，则燃烧完全在压缩过程中进行，气缸内压力急剧上升，在活塞到达上止点前即达到最大压力，给正在上升的活塞一个很大的阻力，不仅使发动机功率下降，油耗增加，还会引起爆燃。七、正时皮带正时皮带是发动机配气系统的重要组成部分，通过与曲轴的连接并配合一定的传动比来保证进、排气时间的准确。使用皮带而不是齿轮来传动是因为皮带噪音小，自身变化量小而且易于补偿。皮带的寿命要比金属齿轮短，因此要定期更换皮带。1.正时皮带的作用正时皮带上部连接凸轮轴的正时齿轮，下部连接曲轴正时齿轮，从而驱动进、排气门的开关，保证发动机正常运行。2.正时皮带的更换正时皮带属于易损耗件，正时皮带一旦断裂，凸轮轴停止运转，导致气门与活塞撞击而造成发动机严重毁损，所以正时皮带要依据维修手册指定的里程或时间更换。汽车发动机工作过程中，进气、压缩、做功、排气四个工作循环，并且每个行程都要与活塞的运动状态和位置相配合，使进气与排气及活塞升降相互协调，正时皮带在发动机里面扮演了一个“桥梁”的作用，在曲轴的带动下将动力传递给配气机构。【总结及拓展训练】通过