工程机械发动机构造与维修-杜运普高职高专

书名：工程机械发动机构造与维修ISBN：978-7-111-39169-2作者：杜运普出版社：机械工业出版社本书配有电子课件第3章换气系统3.1换气系统的组成3.2配气机构3.3换气系统的维修3.1换气系统的组成图3-1发动机换气系统组成1—空气滤清器2—进气管系3、4—配气机构5—排气管系6—消声器3.1.1空气滤清器3.1换气系统的组成工程机械在运行时，周围空气中含有灰尘，而灰尘中又含有大量的砂粒。如果砂粒被吸入气缸里，就会粘附在气缸、活塞和气门座等零件的密封表面，加速它们的磨损，缩短发动机的工作寿命。因此，工程机械发动机必须加装空气滤清器，确保洁净的空气进入气缸内。1.干式纸滤芯空气滤清器图3-2干式纸滤芯空气滤清器a)滤清器总成b)纸滤芯1—纸滤芯2—滤清器外壳3—滤清器盖4—金属网5—打褶滤纸6—滤芯下盖7—滤芯上盖3.1换气系统的组成图3-3油浴式空气滤清器1—滤清器外壳2—滤芯3—密封圈4—滤清器盖5—蝶形螺母3.1换气系统的组成2.油浴式空气滤清器图3-􀰊4双级复合式空气滤清器1—卡簧2—纸滤芯3—滤清器上盖4—蝶形螺母5—密封垫6、9、13—密封圈7—上体8—出气口10—进气口11—旋流管12—下体14—积灰盘15—卡箍16—旋流管内螺旋导向面3.1换气系统的组成3.离心式及复合式空气滤清器4.空气滤清器的检修1)检查空气滤清器的壳体、盖、密封圈有无损伤。2)检查空气导管有无损伤。3)检查滤芯有无阻塞、粘油或损伤。3.1.2进气管系进气管系由进气总管和进气歧管组成，如图3⁃5所示。进气管系的功用是将可燃混合气引入气缸，对多缸机还要保证各缸进气量均匀一致，要求进气阻力小，充气量要大。3.1换气系统的组成图3-5发动机进气管系1—空气滤清器2—空气流量计3—进气总管4—进气歧管3.1换气系统的组成1.进气管的结构及种类图3- 6整体式进、排气歧管3.1换气系统的组成图3- 8左右分置式进、排气歧管2.进气管系的检修1)进气管漏气或排气管漏气，对发动机性能有很大影响。3.1换气系统的组成2)检查进、排气歧管与气缸盖接合平面的平面度误差。图3-9进、排气歧管与气缸盖接合平面的检查3.1.3排气管系排气管系是由排气歧管和排气总管组成，其作用是以尽可能小的阻力汇集发动机各缸的废气，使之安全地排入大气中。3.1换气系统的组成图3-10单排气系统的组成1—排气支管2—前排气管3—催化转化器4—排气温度传感器5—副消声器6—后排气管7—主消声器8—排气尾管3.1换气系统的组成图3-11V型发动机排气系统示意图a)单排气系统b)双排气系统1—发动机2—排气支管3—叉形管4—催化转化器5—排气管6—消声器7—排气尾管8—连通管3.1换气系统的组成3.1.4消声器发动机的排气压力约为0．3～0．5MPa，温度约500～700℃，这表明排气有一定的能量。同时，由于排气的间歇性，在排气管内引起排气压力的脉动。如果将发动机排气直接排放到大气中，势必产生强烈的气流脉动和噪声。并且，高温气体排入大气，有时还带有未燃烧完全的火焰或火星，也会对环境造成危害。因此，必须在发动机上安装消声器，如图3⁃12所示。废气进入消声器后，膨胀冷却，不断改变流动方向，逐渐降低和衰减其压力和压力波动，消耗了能量，最终使排气噪声得到消减，消除废气中的火焰或火星，使废气安全地排入大气。3.1换气系统的组成图3-12消声器的结构1—进口管2—外隔板3—外壳4—内壳5—内隔板6—出口管3.2配气机构3.2.1配气机构的功用配气机构的功用是按照柴油机工作循环的需要，定时地开启或关闭进、排气门，使可燃混合气或新鲜空气及时进入燃烧室，并将燃烧后的废气及时排出气缸，控制进、排气门气流及密封气缸。图3-13发动机配气机构1—凸轮轴2—挺柱3—挺柱导向体4—推杆5—摇臂轴承座6—摇臂7—调整螺钉8—摇臂轴9—气门弹簧座10—气门锁环11—气门油封12—气门弹簧13—气门导管14—气门座圈15—气门16-曲轴3.2配气机构3.2.2配气机构的组成发动机配气机构的组成根据发动机类型不同有一些区别，但基本可以分为两部分，即气门组和气门传动组。气门组用于封闭进、排气道；气门传动组按发动机的工况要求，控制气门的开闭时刻与开闭规律。图3⁃13所示为典型发动机的配气机构图，其主要结构如下。1.气门组1)气门头部与气门座贴合严密。2)气门导管对气门杆的上下运动有良好的导向。3)气门弹簧的两端面与气门杆轴线相互垂直，以保证气门头在气门座上不偏斜。3.2配气机构4)气门弹簧的弹力足以克服气门及其传动件的运动惯性力，使气门能迅速闭合，并能保证气门关闭时紧压在气门座上。(1)气门1)气门的工作条件与材料。图3-14气门头部的结构形式a)平顶b)喇叭顶c)球顶3.2配气机构2)气门的构造。①气门头部。气门头部形状有平顶、喇叭顶、球顶。平顶结构气门制造简单、受热面小、工作可靠，为大多数发动机所采用，如图3-14所示。也有发动机将进气门制成漏斗形，即喇叭顶，这种结构的头部与杆部过渡圆滑，可减小进气阻力，但制造困难、受热面大，故不宜用作排气门，以免过热，仅在高速强化发动机的进气门上有所应用。图3-15气门锥角3.2配气机构②气门杆部。气门杆是圆柱形的，在气门导管中不断进行上、下往复运动。气门杆部应具有较高的尺寸精度和较小的表面粗糙度值，与气门导管保持正确的配合间隙，以减小磨损和起到良好的导向、散热作用。气门杆尾部结构取决于气门弹簧座的固定方式，如图3-16所示。常用的结构是用剖分或两半的锥形锁片4来固定气门弹簧座3，这时气门杆1的尾部可切出环形槽来安装锁片，也可以用锁销5来固定气门弹簧座3，对应的气门杆尾部应有一个用来安装锁销的径向孔。图3-16气门弹簧座的固定方式1—气门杆2—气门弹簧3—气门弹簧座4—锥形锁片5—锁销3.2配气机构(2)气门座气门座与气门共同实现密封功能，可以直接在气缸盖(气门顶置时)或气缸体(气门侧置时)上镗出，也可以用耐热钢、球墨铸铁或合金铸铁单独制成，然后压入气缸盖或气缸体的相应孔中，后者称为镶块式气门座。2.气门传动组(1)凸轮轴的构造凸轮轴是气门传动组的主要零件，其功用主要是利用凸轮控制气门的开启和关闭。图3-17凸轮轴的结构1—轴颈2—凸轮3—偏心轮4—螺旋齿轮3.2配气机构(2)正时传动装置凸轮轴靠曲轴来驱动，传动方式有齿轮传动、链传动和带传动三种。1)正时齿轮传动。2)正时链传动装置。图3-18正时齿轮传动装置及正时标记3.2配气机构图3-19正时链条传动装置的组成1—凸轮轴正时链轮2—导链板3—机油泵链轮4—曲轴正时链轮5—正时链张紧装置6—正时链3.2配气机构3)正时带传动装置。3.2.3配气机构的形式和分类发动机配气机构的形式多种多样，其主要区别是气门布置与数量、凸轮轴布置形式及凸轮轴的传递方式等。按气门的布置形式，主要有气门顶置式和气门侧置式；按曲轴和凸轮轴的传动形式，可分为齿轮传动式、链条传动式和同步带传动式；按凸轮轴的布置位置，可分为凸轮轴下置式、凸轮轴中置式和凸轮轴上置式；按每个气缸气门数目，有二气门式、四气门式等。1.按气门的布置形式分类3.2配气机构图3-20气门顶置式配气机构1—气缸盖2—气门导管3—气门4—气门主弹簧5—气门副弹簧6—气门弹簧座7—锁片8—气门室盖9—摇臂轴10—摇臂11—锁紧螺母12—调整螺钉13—推杆14—挺柱15—凸轮轴16—正时齿轮3.2配气机构2.按凸轮轴的布置形式分类图3-21凸轮轴的布置形式a)凸轮轴下置式b)凸轮轴中置式c)凸轮轴上置式3.2配气机构(1)凸轮轴下置式配气机构凸轮轴下置的配气机构中的凸轮轴位于曲轴箱底部靠近中部的位置，由曲轴正时齿轮驱动。(2)凸轮轴上置式配气机构凸轮轴上置式配气机构中的凸轮轴布置在气缸盖上，凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门。(3)凸轮轴中置式配气机构凸轮轴中置式配气机构把凸轮轴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。3.按曲轴和配气凸轮轴的传动方式分类(1)齿轮传动凸轮轴下置、中置的配气机构大多采用圆柱形正时齿轮传动。(2)链传动链条与链轮的传动特别适用于凸轮轴上置的配气机构。3.2配气机构图3-22齿轮传动(3)同步带传动近年来，3.2配气机构大部分高速发动机广泛采用同步带来代替传动链，以减少噪声、降低成本，如图3-24所示。4.按气门数目及布置形式分类图3-24凸轮轴的齿形带传动装置1—张紧轮2—正时同步带3—中间轴正时带轮4—曲轴正时带轮5—凸轮轴正时带轮3.2配气机构图3-25单缸四气门的布置示意图a)同名气门排成两列b)同名气门排成一列3.2配气机构3.2.4配气机构的工作原理图3-26配气机构的工作原理3.2配气机构3.2.5配气相位图3-27配气相位图3.2配气机构1.进气提前角2.进气延迟角3.排气提前角4.排气延迟角5.气门重叠3.3换气系统的维修3.3.1气门间隙的检查和调整1.气门间隙图3-28气门间隙示意图3.3换气系统的维修2.气门间隙的调整表3-1几种常见车型发动机的冷态气门间隙(1)逐缸调整法逐缸调整法就是一个缸一个缸地调整。1)将第一缸活塞摇至压缩行程上止点(看配气正时记号)，此时第一缸进、排气门同时完全关闭，可同时调整。2)第一缸调整好后，顺时针转动曲轴720°/i，(i为四冲程发动机的气缸数)，如四缸发动机再摇转曲轴720°/4=180°。3)进行复查，如气门间隙有变化，还须重新调整。3.3换气系统的维修(2)两次调整法两次调整法又称“双排不进”调整法，它是根据发动机的工作循环、点火顺序、曲轴配气相位角和气门实际开闭角度推算的。1)四缸发动机。2)当第四缸活塞处于压缩上止点时，调整第一次不可调的气缸气门，两次正好调完所有气门间隙。3.3.2配气机构的检修配气机构的各组成件，有些受到高温气体的冲击或冲击负荷，有些受润滑不良的影响。长期使用后，这些运动机件将会发生磨损、烧蚀或变形，其技术性能和配合关系将被破坏，从而导致故障的产生和机件的损坏。1.气门的检修3.3换气系统的维修(1)气门杆部的检修气门杆部是气门的导向部分，杆部与导管的配合间隙很小。图3-29气门杆直线度误差的检测3.3换气系统的维修(2)气门头部的检修气门工作面磨损会导致气门漏气，并改变气门间隙。1)手工研磨。2)机器研磨。3)气门与气门座的密封性试验。图3-30手工研磨气门3.3换气系统的维修图3-31铅笔画线法2.气门座圈的维修3.3换气系统的维修图3-32气门导管与气门座3.3换气系统的维修图3-33气门座锥角与密封干涉角3.气门座的修理3.3换气系统的维修(1)气门座的更换气门座圈长期使用经多次铰磨后，其工作锥面下陷，若出现断裂、松动、严重烧蚀等应更换。1)拆下旧气门座圈。2)使用气门座圈铰刀或在镗床上修整气门座圈安装孔。3)因为气门座热负荷大，温差变化大，又受气门落座时的冲击，为了保证散热和防止脱落，气门座与座孔之间应有较高的加工精度，较小的表面粗糙度值和较大的配合过盈，因而压入时应将气门座冷缩或将气门座孔部位加热。(2)气门座的铰削气门座的铰削，通常用气门座铰刀。1)选择铰刀、固定导杆。2)砂磨硬化层。3)粗铰。3.3换气系统的维修4)试配和修整工作面粗铰以后，用合格的气门进行试配。5)精铰。图3-34气门座的铰削方法4.凸轮轴的检修(1)凸轮轴轴向间隙的检查与调整3.3换气系统的维修图3-35凸轮轴轴向间隙的检查(2)凸轮轴弯曲与凸轮高度检查检查凸轮轴径向摆差时，3.3换气系统的维修将凸轮轴颈架在V形铁上，用百分表测量径向摆差，即径向圆跳动，如图3-36所示。图3-36凸轮轴弯曲检查3.3换气系统的维修(3)凸轮轴轴颈及轴承磨损的检查与修理凸轮轴轴颈及轴承的磨损情况可通过测量其配合间隙来检查，凸轮轴轴承间隙的检查可参照曲轴轴承间隙的检查方法。5.正时传动装置的维修(1)正时齿轮传动装置的检修为保证气门的开启和关闭时刻正确，装配时，必须对正两正时齿轮上的正时标记，如图3-18所示。图3-38正时齿轮磨损的检查a)用塞尺检查b)用百分表检查3.3换