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第三講配氣機構(gòu) 概述氣門間隙配氣相位配氣機構(gòu)的組成和零件 3 1概述 一 功用 按照發(fā)動機每個氣缸內(nèi)所進行的工作循環(huán)和發(fā)火次序的要求 定時開啟和關(guān)閉氣缸的進 排氣門 使新鮮可燃混合氣 汽油機 或空氣 柴油機 得以及時進入氣缸 廢氣得以及時從氣缸排出 二 充氣效率 在進氣行程中 實際進入氣缸內(nèi)的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量與在進氣系統(tǒng)進口狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量之比 v M M0M 進氣過程中 實際進入氣缸的新氣的質(zhì)量 Mo 在理想狀態(tài)下 充滿氣缸工作容積的新氣質(zhì)量 3 2配氣機構(gòu)的布置和工作情況 一 氣門的布置型式1 氣門頂置式組成 工作過程 特點 A 氣門行程大 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 燃燒室緊湊 B 曲軸與凸輪軸傳動比為2 1 2 氣門側(cè)置式 進排氣門都布置在氣缸的一側(cè) 結(jié)構(gòu)簡單 零件數(shù)目少 氣門布置在同一側(cè)導(dǎo)致燃燒室結(jié)構(gòu)不緊湊 熱量損失大 進氣道曲折 進氣阻力大 使發(fā)動機性能下降 已趨于淘汰 二 凸輪軸的布置型式 1 凸輪軸下置不利因素 凸輪軸與氣門相距較遠 動力傳遞路線較長 環(huán)節(jié)多 因此不適用于高速發(fā)動機 有利因素 簡化曲軸與凸輪軸之間傳動裝置 有利于發(fā)動機的布置 2 凸輪軸中置式 傳動方式 凸輪軸經(jīng)過挺柱直接驅(qū)動搖臂 省去了推桿 應(yīng)用 適用于發(fā)動機轉(zhuǎn)速較高時 可以減少氣門傳動機構(gòu)的往復(fù)運動質(zhì)量 凸輪軸 挺柱 活塞 搖臂 調(diào)整螺釘 3 凸輪軸上置式 應(yīng)用 高速發(fā)動機桑塔納轎車發(fā)動機 凸輪軸 凸輪軸 活塞 特點 凸輪軸與氣門距離近 不需要推桿 挺柱 使往復(fù)運動的慣量減少 雙凸輪軸上置式發(fā)動機 三 氣門間隙 1 概念 氣門間隙 為保證氣門關(guān)閉嚴密 通常發(fā)動機在冷態(tài)裝配時 在氣門桿尾端與氣門驅(qū)動零件 搖臂 挺柱或凸輪 之間留有適當(dāng)?shù)拈g隙 氣門桿 搖臂 氣門間隙 為何排氣門間隙大于進氣門間隙 四 配氣相位 1 氣門從開啟到關(guān)閉所經(jīng)歷的曲軸轉(zhuǎn)角 稱為配氣相位 上止點 下止點 配氣相位演示 3 氣門疊開 氣門疊開 當(dāng)進氣門早開和排氣門晚關(guān)時 出現(xiàn)的進排氣門同時開啟的現(xiàn)象 氣門疊開角 氣門同時開啟的角度 排氣過程 進氣過程 五 凸輪軸的傳動方式 傳動方式圖例 一汽audi轎車的齒形帶傳動裝置 凸輪軸 曲軸 3 3配氣機構(gòu)的組件和工作情況 一 氣門組 氣門組實物圖 1 氣門 功用 燃燒室的組成部分 是氣體進 出燃燒室通道的開關(guān) 承受沖擊力 高溫沖擊 高速氣流沖擊 工作條件 A 進氣門570K 670K 排氣門1050K 1200K B 頭部承受氣體壓力 氣門彈簧力等 C 冷卻和潤滑條件差 D 被氣缸中燃燒生成物中的物質(zhì)所腐蝕 性能 強度和剛度大 耐熱 耐腐蝕 耐磨 進氣門570K 670K 鉻鋼或鉻鎳鋼 排氣門1050K 1200K 硅鉻鋼 頭部 桿部 氣門頭部的結(jié)構(gòu)形式 氣門實物圖 進氣門 排氣門 氣門錐角 氣門錐角 氣門頭部與氣門座圈接觸的錐面與氣門頂部平面的夾角 錐角作用 A 獲得較大的氣門座合壓力 提高密封性和導(dǎo)熱性 B 氣門落座時有較好的對中 定位作用 C 避免氣流拐彎過大而降低流速 裝配前應(yīng)將密封錐面研磨 邊緣應(yīng)保持一定的厚度 1 3mm 氣門桿 較高的加工精度 表面經(jīng)過熱處理和磨光 保證同氣門導(dǎo)管的配合精度和耐磨性 氣門桿尾部 環(huán)形槽 鎖銷孔 凹槽 易斷裂處 2 氣門座 氣門座 氣缸蓋的進 排氣道與氣門錐面相結(jié)合的部位 作用 靠其內(nèi)錐面與氣門錐面的緊密貼合密封氣缸 接受氣門傳來的熱量 氣門座 氣門座圈 以較大過盈量鑲嵌在氣門座上的圓環(huán) 鑲嵌式氣門座特點 優(yōu)點 提高氣門座的使用壽命 便于更換 缺點 導(dǎo)熱性差 加工精度高 脫落時易造成嚴重事故 3 氣門導(dǎo)管 作用 為氣門的運動導(dǎo)向 保證氣門直線運動兼起導(dǎo)熱作用 工作條件 工作溫度較高 約500K 潤滑困難 易磨損 材料 用含石墨較多的鑄鐵 能提高自潤滑作用 加工方法 外表面加工精度較高內(nèi)表面精絞裝配 氣門桿與氣門間隙0 05 0 12mm 氣門導(dǎo)管 氣缸蓋 過盈配合 卡環(huán) 防止氣門導(dǎo)管在使用中脫落 倒角 伸入深度應(yīng)適量 錐度可減少氣流阻力 4 氣門彈簧 功用 保證氣門的回位 材料 高錳碳鋼 鉻釩鋼 氣門彈簧的裝配 氣門彈簧 氣門彈簧座 鎖片 氣門彈簧 圓柱形螺旋彈簧 圓柱等螺距彈簧 不等距彈簧應(yīng)用 CA7560 不等螺距彈簧安裝時應(yīng)注意什么問題 隨著有效圈數(shù)的減少 自然頻率提高 雙彈簧布置 旋向相反的兩個彈簧 防止斷裂的彈簧卡入另一彈簧 應(yīng)用車型 奧迪100 捷達 桑塔納 廣州標(biāo)致505 二 氣門驅(qū)動組 1 組成2 功用 定時驅(qū)動氣門開閉 并保證氣門有足夠的開度和適當(dāng)?shù)臍忾T間隙 凸輪軸 挺柱 推桿 搖臂 凸輪軸正時齒輪 搖臂軸 凸輪軸 作用 驅(qū)動和控制各缸氣門的開啟和關(guān)閉 使其符合發(fā)動機的工作順序 配氣相位和氣門開度的變化規(guī)律等要求 工作條件 承受氣門間歇性開啟的沖擊載荷 材料 優(yōu)質(zhì)鋼 合金鑄鐵 球墨鑄鐵結(jié)構(gòu) 凸輪 凸輪軸軸頸 驅(qū)動分電器的螺旋齒輪 凸輪 工作條件 承受氣門彈簧的張力 間歇性的沖擊載荷 凸輪性能 表面有良好的耐磨性 足夠的剛度 凸輪與挺柱線接觸 接觸壓力大 磨損快 凸輪的輪廓 凸輪輪廓與氣門的運動規(guī)律 氣門開啟點 消除氣門間隙階段 氣門升程最大時刻 氣門關(guān)閉點 出現(xiàn)氣門間隙階段 緩沖結(jié)束點 同名凸輪的相對角位置 同一氣缸的進 排氣凸輪的相對角位置是與相應(yīng)的配氣相位相對應(yīng)的 四缸發(fā)動機凸輪投影 點火順序 1 2 4 3 凸輪軸的軸向定位 作用 為了防止凸輪軸在工作中產(chǎn)生軸向竄動和承受斜齒輪產(chǎn)生的軸向力 正時齒輪 止推板 隔圈 調(diào)節(jié)環(huán) 凸輪軸頸 凸輪軸的軸向間隙 氣缸體 利用調(diào)節(jié)環(huán)控制軸向竄動 竄動量 凸輪軸的驅(qū)動 A 齒輪傳動 應(yīng)用在下置凸輪軸發(fā)動機 采用斜齒齒輪 B 鏈條和齒形皮帶傳動 鏈條傳動噪聲小 用于中置式或頂置式凸輪軸發(fā)動機 曲軸正時齒形帶輪 中間軸齒形帶輪 張緊輪 凸輪軸正時齒形帶輪 2 挺柱 1 作用 將凸輪的推力傳給推桿或氣門 2 挺柱的分類 挺柱端面與凸輪的關(guān)系 錐形凸輪 凸輪為何要成錐形 把凸輪制成錐形 這樣 在工作時 由于凸輪與挺柱的接觸點偏離挺柱軸線 當(dāng)挺柱被凸輪頂起上升時 接觸點的摩擦力使其繞本身軸線 液力挺柱 挺柱體 柱塞 球形支座 卡環(huán) 柱塞彈簧 單向閥 單向閥架 柱塞腔 挺柱體腔 進油口 進油通道 結(jié)構(gòu) 性能 消除了配氣機構(gòu)的間隙 減小了各零件的沖擊載荷和噪聲提高發(fā)動機高速時的性能 1 液壓挺柱的作用 自動補償氣門間隙 并具有以下優(yōu)點 取消了調(diào)整氣門間隙的零件 使結(jié)構(gòu)大為簡化 不用調(diào)整氣門間隙 極大地簡化了裝配 使用和維修過程 消除了由氣門間隙引起的沖擊和噪聲 減輕了氣門傳動組件之間的摩擦 挺柱體 是液壓挺柱的基礎(chǔ)件 外圓柱面上加工有環(huán)形油槽 頂部內(nèi)側(cè)加工有鍵形油槽 中部內(nèi)圓柱面用來安裝油缸 機油通過缸蓋上的主油道及專門設(shè)計的量孔 斜油孔進入挺柱體環(huán)形油槽 再經(jīng)鍵形油槽進入柱塞上部的低壓油腔 這樣缸蓋主油道與液壓挺柱的低壓油腔之間便形成了一個通路 油缸與柱塞 油缸 柱塞 單向球閥和單向閥彈簧裝配到一起 便構(gòu)成了氣門間隙補償偶件 球閥將油缸下部和柱塞上部分隔為兩個油腔 當(dāng)球閥關(guān)閉時 上部為低壓油腔 下部為高壓油腔 當(dāng)球閥打開時 上下油腔連通 液壓挺柱的工作原理 低壓油腔 高壓油腔 鍵形油槽 缸蓋油道 環(huán)形油槽 單向閥 桑塔納發(fā)動機液壓挺柱工作示意圖 氣門打開時 當(dāng)凸輪的升程段與挺柱頂面接觸時 挺柱受凸輪推動力和氣門彈簧力的作用 挺柱下移 高壓腔內(nèi)的機油被壓縮 單向球閥在壓力差和單向閥彈簧的作用下關(guān)閉 高 低壓油腔被分隔開 由于液體的不可壓縮性 油缸與柱塞成為一剛性整體推動氣門打開 氣門關(guān)閉時 隨著凸輪的轉(zhuǎn)動 當(dāng)凸輪升程段結(jié)束 挺柱與國輪基圓段接觸時 氣門落座 挺柱不再受凸輪推動力和氣門彈簧力的作用 高壓油腔中的壓力油與回位彈簧推動柱塞上行 高壓油腔的壓力下降 單向球閥打開 低壓油腔中的機油流入高壓油腔 使兩腔連通 這時 液壓挺柱的頂面仍然和凸輪基圓接觸 從而達到補償氣門間隙的作用 3 氣門推桿 作用 將挺柱傳來的推力傳給搖臂 工作情況 是氣門機構(gòu)中最容易彎曲的零件 材料 硬鋁或鋼 4 搖臂 功用 將推桿或凸輪傳來的力改變方向 作用到氣門桿端以推開氣門 搖臂結(jié)構(gòu)示意圖 氣門間隙調(diào)節(jié)螺釘 調(diào)節(jié)螺母 搖臂 搖臂軸套 易磨損部位堆焊耐磨合金 搖臂結(jié)構(gòu)示意圖 潤滑油道 油槽 潤滑油道 搖臂組示意圖 搖臂軸 螺栓 搖臂軸支座 搖臂軸緊固螺釘 搖臂稱套 調(diào)整螺釘 搖臂 定位彈簧 桑塔納發(fā)動機的配氣機構(gòu) 發(fā)火順序為1 5 3 6 2 4發(fā)動機工作循環(huán)表 發(fā)火順序為1 5 3 6 2 4發(fā)動機工作循環(huán)表 三 本田雅閣發(fā)動機氣門間隙的調(diào)整 1 只有當(dāng)缸蓋溫度降到38度以下后 才能進行氣門間隙調(diào)整 1 拆下缸蓋罩和正時皮帶上罩 2 設(shè)置1號氣缸活塞在壓縮上死點位置 凸輪軸皮帶輪上的 UP 記號應(yīng)位于頂部 皮帶輪上的上死點槽口應(yīng)與缸蓋表面平齊 3 調(diào)節(jié)1號氣缸進 排氣門的間隙進氣門 0 26mm 0 02mm 排氣門 0 30mm 0 02mm 4 松開鎖止螺母 轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺釘 直到厚薄規(guī)前后移動時感覺到有一點拖滯為止 5 擰緊鎖止螺母 再檢查氣門間隙 如有必要 重新進行調(diào)整 實物圖 測量氣門間隙 擰松緊定螺母 調(diào)正調(diào)節(jié)螺釘 6 逆時針方向旋轉(zhuǎn)曲軸180度 凸輪軸皮帶輪轉(zhuǎn)動90度 UP 記號應(yīng)在排氣門側(cè) 調(diào)節(jié)第3號氣缸進 排氣門的間隙 7 繼續(xù)逆時針方向轉(zhuǎn)動曲軸180 使第4號氣缸活塞處于壓縮上死點位置 調(diào)節(jié)第4號氣缸進 排氣門的間隙 8 再逆時針轉(zhuǎn)動曲軸180 使第2號氣缸活塞處于壓縮上死點位置 UP 記號應(yīng)在進氣門側(cè) 調(diào)節(jié)第2號氣缸進 排氣門的間隙 整個VTEC系統(tǒng)由發(fā)動機主電腦 ECU 控制 ECU接收發(fā)動機傳感器 包括轉(zhuǎn)速 進氣壓力 車速 水溫等 的參數(shù)并進行處理 輸出相應(yīng)的控制信號 通過電磁閥調(diào)節(jié)搖臂活塞液壓系統(tǒng) 從而使發(fā)動機在不同的轉(zhuǎn)速工況下由不同的凸輪控制 影響進氣門的開度和時間 多氣門 隨著技術(shù)的發(fā)展 汽車發(fā)動機的轉(zhuǎn)速已經(jīng)越來越高 現(xiàn)代轎車發(fā)動機的轉(zhuǎn)速一般可達每分鐘5500轉(zhuǎn)以上 完成四個工作過程只需0 005秒時間 傳統(tǒng)的兩氣門已經(jīng)不能勝任在這么短促的時間內(nèi)完成換氣工作 限制了發(fā)動機性能的提高 解決這個問題的方法只能是擴大氣體出入的空間 換句話就是用空間換取時間 多氣門技術(shù)是解決問題的最好方法 直至80年代推廣多氣門技術(shù)才使發(fā)動機的整體質(zhì)量有了一次質(zhì)的飛躍 多氣門發(fā)動機是指每一個氣缸的氣門數(shù)目超過兩個 即兩個進氣門和一個排氣門的三氣門式 兩個進氣門和兩個排氣門的四氣門式 三個進氣門和兩個排氣門的五氣門式 目前轎車上的多氣門發(fā)動機多是四氣門式的 四缸發(fā)動機有16個氣門 6氣缸發(fā)動機有24個氣門 8氣缸發(fā)動機就有32個氣門 例如日本凌志LS400型轎車的發(fā)動機就是8缸32個氣門 增加了氣門數(shù)目就要增加相應(yīng)的配氣機構(gòu)裝置 構(gòu)造比較復(fù)雜 一般由兩支頂置式凸輪軸來控制排列在氣缸燃燒室中心線兩側(cè)的氣門 氣門布置在氣缸燃燒室中心兩側(cè)傾斜的位置上 是為了盡量擴大氣門頭的直徑 加大氣流通過面積 改善換氣性能 形成一個火花塞位于中央的緊湊型燃燒室 有利于混合氣的迅速燃燒 可變配氣相位