汽车发动机维修配气机构的检修

学习任务四配气机构的检修理论知识任务要求1.知道配气机构的组成、结构和装配关系；2.明确拆装配气机构的步骤及装配要求；3.分析配气机构各零件损坏导致故障的现象；4.会拆装和检修配气机构。理论知识1.配气机构的功用2.充气效率3.配气机构的形式4.配气机构的组成5.配气相位6.气门间隙7.发动机进、排气装置8.发动机可变进气控制系统1.配气机构的功用配气机构是进、排气管道的控制机构，它按照汽缸的工作顺序和工作过程的要求，准时地开闭进、排气门，向汽缸供给可燃混合气或新鲜空气并及时排出废气。另外，当进、排气门关闭时，保证汽缸密封。2.充气效率新鲜空气或可燃混合气充满汽缸的程度，用充气效率ηv表示。ηv越高，表明进入汽缸的新气越多，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.配气机构的形式1）气门布置方式2）凸轮轴布置方式3）凸轮轴传动方式4）气门数目1）气门布置方式气门布置方式如图所示，气门位于汽缸盖上称为气门顶置式配气机构，由凸轮、挺柱、推杆、摇臂、气门和气门弹簧等组成。a）气门侧置式b）气门顶置式2）凸轮轴布置方式3）凸轮轴传动方式a）齿轮传动；b）链条传动；c）齿形带传动4）气门数目气门数目如图，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。四气门布置4.配气机构的组成（下图）1）气门组的功用与构造2）气门传动组的功用与构造点击看动画1-凸轮轴同步带轮；2-凸轮轴；3-摇臂轴；4-摇臂；5-摇臂轴弹簧；6、7-气门间隙调整螺钉及锁紧螺母；8-气门弹簧；9-排气门；10-进气门1）气门组的功用与构造（1）气门（2）气门座（3）气门导管（4）气门弹簧（1）气门。①类型：进、排气门。②组成：头部：与气门座配合，封闭汽缸的进、排气通道；杆身：与气门导管配合，为气门运动导向。③构造：头部形状：有平顶、喇叭形顶、球面顶三种。a）平顶；b）喇叭顶；c）球面顶平顶：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。气门锥角：一般有45°和30°两种，如下图。a）45°锥角；b）30°锥角气门杆身：如下图。a）锁环式固定；b）锁销式固定1-气门杆；2-气门弹簧；3-气门弹簧座；4-气门锁环；5-气门锁销（2）气门座。①位置：进、排气道口与气门工作面接触部位。②功用：与气门头部密封锥面配合密封汽缸。③类型：在缸盖或缸体上直接镗出，也可以采用镶嵌式结构。④气门座锥角：气门座的锥角是与气门锥角相适应的，以保证二者紧密座合，可靠地密封。气门座的组成如图所示。气门座锥角（3）气门导管。①功用：起导向作用，以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，通过汽缸盖传出去。②位置：在汽缸盖上的气门导管孔中。③结构特点：空心管状结构，伸入气道部分成锥形，后端装气门油封，有些带限位卡环，与座孔过盈配合，内孔与气门杆间隙配合，如下图所示。1-卡环；2-气门导管；3-汽缸盖；4-气门座（4）气门弹簧。①功用：保证气门复位，使气门与气门座压紧。②位置：安装在气门杆上。③结构特点：圆柱形螺旋弹簧。④类型：等螺距、变螺距、双弹簧三种，如下图。a）等螺距弹簧；b）变螺距弹簧；c）双弹簧2）气门传动组的功用与构造（1）凸轮轴（2）挺柱（3）推杆（4）摇臂凸轮轴下置气门传动组分布图（1）凸轮轴。①功用：控制气门的开启和关闭，每个进、排气门分别有相应的进气凸轮和排气凸轮。②组成：由进气凸轮、排气凸轮和支撑轴颈等组成。③形状与排列：凸轮的形状影响气门的开闭时刻及高度，凸轮的排列影响气门的开闭时刻和工作顺序。（2）挺柱。①功用：将凸轮的推力传给推杆，并承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力。②类型：液压挺柱（可以消除气门间隙）。（3）推杆。①功用：将从凸轮轴传来的推力传给摇臂。②要求：它是配气机构中最容易弯曲的零件，要求有很高的刚度，在动载荷大的发动机中，推杆应尽量地做得短些。（4）摇臂。①功用：将推杆或直接由凸轮传来的推力改变方向，作用在气门杆端部以推动气门。②特点：是一个不等臂的双臂杠杆。5.配气相位1）定义2）理论上的配气相位分析3）实际的配气相位分析1）定义配气相位是用曲轴转角表示的进、排气门的开启时刻和开启延续时间，通常用环形图表示配气相位图如下图所示。点击看动画2）理论上的配气相位分析理论上讲进气、压缩、作功、排气各占180°，也就是说进、排气门都是在上、下止点开闭，延续时间都是曲轴转角180°。但是简单配气相位对实际工作是很不适应的，它不能满足发动机对进、排气门的要求。原因：（1）气门的开、闭有个过程。开启总是由小→大；关闭总是由大→小。（2）气体惯性的影响。随着活塞的运动，同样造成进气不足、排气不净。（3）发动机速度的要求。实际发动机曲轴转速很高，活塞每一行程历时都很短，当转速为5600r/min时一个行程只有60/（5600×2）=0.0054s，就是转速为1500r/min，一个行程也只有0.02s，这样短的进气或排气过程，使发动机进气不足，排气不净。可见，理论上的配气相位不能满足发动机进饱排净的要求。3）实际的配气相位分析（1）气门早开晚闭的可能。从下面示功图中可以看出，活塞到达进气下止点时，汽缸内气体压力仍然低于大气压，在大气压的作用下仍能进气；另外，此时进气流有较大的惯性。因此，进气门晚关可以增加进气量。四冲程汽油机示功图a）进气行程；b）压缩行程；c）作功过程；d）排气过程气门早开晚关对发动机实际工作的好处有：进气门早开：增大了进气行程开始时气门的开启高度，减小进气阻力，增加进气量。进气门晚关：延长了进气时间，在大气压和气体惯性力的作用下，增加进气量。排气门早开：借助汽缸内的高压自行排气，大大减小了排气阻力，使排气干净。（2）气门重叠。由于进气门早开，排气门晚关，势必造成在同一时间内两个气门同时开启。把两个气门同时开启时间相当的曲轴转角叫作气门重叠角。想一想气门重叠角是否会使可燃混合气和废气乱窜呢？（3）进、排气门的实际开闭时刻和延续时间。①实际进气时刻和延续时间：在排气行程接近终了时，活塞到达上止点前，即曲轴转到离上止点还差一个角度α，进气门便开始开启，α称为进气提前角，α角一般为10°～30°。进气行程直到活塞越过下止点后β角度时，进气门才关闭。β称为进气延迟角，β角一般为40°～80°。整个进气过程延续时间相当于曲轴转角180°+α+β。所以进气过程曲轴转角为230°～290°。②实际排气时刻和延续时间：作功行程接近终了时，活塞在下止点前排气门便开始开启，提前开启的角度γ称为排气提前角，一般为40°～80°，活塞越过下止点后δ角度排气门关闭，δ称为排气延迟角，δ一般为10°～30°，整个排气过程相当曲轴转角180°+γ+δ。所以排气过程曲轴转角为230°～290°。气门重叠角α+δ=20°～60°。6.气门间隙气门间隙是指气门完全关闭时，气门杆尾端与摇臂或挺柱之间的间隙，其作用是给热膨胀留有余地，保证气门密封。7.发动机进、排气装置1）作用2）组成（1）空气滤清器（2）进气歧管与排气歧管（3）催化转换器1）作用发动机进、排气装置的作用是不断地将新鲜空气或可燃混合气送入燃烧室，又将燃烧后的废气排到大气中去，实现充气量的不断更迭，保证发动机连续运转。2）组成发动机进、排气装置包括空气滤清器、进气管、排气管及排气消声器等，如下图所示。（1）空气滤清器。①必要性：由于汽车行驶时速度快，引起道路两旁尘土飞扬，如果尘土沙粒被吸入汽缸，就会黏附在汽缸、活塞和气门座等零件的密封表面，加速它们的磨损，使发动机寿命大大下降。因此，在车用发动机上，必须安装空气滤清器。②作用与要求：空气滤清器的功用就是把空气中的尘土分离出来，保证供给汽缸足够量的清洁空气。③形式和工作原理：目前空气滤清器可分为下面几类：按滤清方式可以分为惯性式和过滤式；按是否用机油分干式和湿式。把它们组合起来就有干惯性式、干过滤式、湿惯性式、湿过滤式，综合两种以上的叫综合式。（2）进气歧管与排气歧管。①作用：进气歧管的功用是将可燃混合气引入汽缸，对多缸机还要保证各缸进气量均匀一致；排气歧管的功用是将燃烧后的废气引入大气。②要求：进气阻力小、充气量要大；排气阻力小、排气噪声小。进气阻力是影响充气量的主要因素，只有减小进气阻力，才能提高充气量，但进气阻力又和进气管道截面积的大小、弯曲程度以及管道内表面的形状有很大关系。③材料：进、排气歧管一般用铸铁制成。进气歧管也有用铝合金铸造的。二者可铸成一体，也可分别铸出。都固定在汽缸盖上，接合面处装有石棉衬垫，以防漏气。进气总管以凸缘连通节气门，排气歧管连通排气消声器。而进、排气歧管则分别与进、排气门的通道连通，如下图所示。a）进、排气歧管排列（1）b）进、排气歧管排列（2）c）进、排气歧管排列（3）（3）催化转换器。汽车排出的废气，含有有害成分，催化转换器（如下图）就是要降低这三种成分的含量。催化转换器内装有催化剂，促进空气与这些有害成分起化学反应，使CO氧化为CO2，HC氧化为CO2和H2O，NOX还原为N2。1-入口；2-外壳；3-石棉隔热垫；4-陶瓷蜂窝载体；5-出口8.发动机可变进气控制系统1）CVVT2）VVT-i3）VTEC1）CVVT（连续可变的气门正时系统）CVVT能根据发动机的实际工况随时控制气门的开闭，使燃料燃烧更充分，从而达到提升动力、降低油耗的目的。但是CVVT不会控制气门的升程，也就是说这种发动机只是改变了吸、排气的时间。CVVT2）VVT-i（智能可变配气正时系统）VVT-i系统如下图所示。该系统的最大特点是可根据发动机的状态控制进气凸轮轴，通过调整凸轮轴转角对配气时机进行优化，以获得最佳的配气正时，从而在所有速度范围内提高转矩，并能改善燃油经济性，从而有效提高了汽车性能。VVT-i控制系统VVT-i3）VTEC（可变气门配气相位和气门升程电子控制系统）VTEC现在已演变成i-VTEC，其控制电路如下图所示。i-VTEC发动机中低速和高速会用两组不同的气门驱动凸轮，并可通过电子系统自动转换。此外，发动机还可以根据行驶工况自动改变气门的开启时间和提升程度，即改变进气量和排气量，从而达到增大功率、降低油耗的目的。VTEC系统电路图VTEC本章结束