第四章配气机构

汽车工程系教案200/200学年第二学期课程名称：汽车构造（一）授课教师：李佳星班级：第10讲题目：第四章配气机构第10讲配气机构主要零部件第周星期本讲教学目标：知识点：·气门组主要零件的结构特点·气门传动组主要零件的结构特点·可变配气正时及气门升程机构能力点：·正确理解气门组主要零件结构及特点·正确理解传动组主要零件结构及特点本讲主要内容：·配气机构的零件和组件·可变配气正时及气门升程机构本讲教学要求及适合专业：·汽车检测与维修专业（2课时）·车辆工程（2课时）·汽车服务工程（2课时）·汽车制造与维修专业（2课时）·重点讲解配气机构的零件和组件·启发分析可变配气正时及气门升程机构教学重点：·气门组结构及特点·传动组结构及特点教学难点：·可变配气正时及气门升程机构教学方法及手段：导入、重点分析、简介、重点介绍、归纳小结、多媒体作业或课外阅读资料：·同步学习《汽车构造课程建设》中的《汽车发动机网络教程》·具体书面作业从《汽车发动机网络教程》获取，由教师根据不同专业要求布置本讲教学内容：由配气机构组成导入一、配气机构的零件和组件重点讲解：（一）气门组简单介绍：·要求学生了解气门组组成及要求1．气门组组成及要求（1）组成（图4-7）·有的进气门还设有气门旋转机构（2）要求·气门头部与气门座贴合严密·气门导管与气门杆导向良好·气门弹簧两端与气门杆的中心垂直·气门弹簧的弹力足够图4-7：气门组组成重点介绍：2．气门·要求学生了解气门工作条件及材料（1）气门的工作条件及材料1）气门的工作条件·气门工作温度很高（进气门：300~400℃，排气门：600~800℃）·承受气缸压力、弹簧力、传动组零件惯性力·冷却和润滑条件差、易受腐蚀2）气门的材料·足够的强度刚度、耐热、耐磨能力·进气门：合金钢（铬钢或镍铬钢）·排气门：耐热合金钢（硅铬钢）。有的排气门头部用耐热合金钢；杆部用铬钢·要求学生理解掌握气门构造及其特点图4-8：气门构造（2）气门构造（图4-8）图4-9：气门顶面1）气门顶面（图4-9）·平顶：结构简单、制造方便、受热面积小、质量小；目前应用最多。进排气门均可用·凹顶：头部与杆部有较大的过渡圆弧，可以减小进气阻力；头部弹性较大，能较好适应气门座圈的变形。适用于进气门，不宜用于排气门·凸顶：头部刚度大，排气阻力小；但受热面积大，质量大，加工较复杂。适用于排气门图4-10：气门锥面2）气门锥面（图4-10）·气门锥角：气门锥面与气门顶面之间的夹角。一般为45°，少数进气门为30°。·较小气门锥角：气门通过断面较大，进气阻力较小，可以增加进气量。但气门头部边缘较薄，刚度较差，致使密封性变差·较大气门锥角：可提高气门头部边缘的刚度，气门落座时有较好的自动对中作用及较大的接触压力。有利于密封与传热及挤掉密封锥面上的积炭3）气门传热·气门密封锥面必须严密贴合：研磨气门与气门座圈·气门杆与气门导管配合间隙小：减少热阻4）特殊气门·中空气门杆气门：减轻气门质量，减小气门运动惯性力，应用某些高度强化发动机·充钠排气门：冷却效果明显，应用某些风冷和轿车发动机。钠熔点：97.8℃，沸点：880℃（3）每缸气门数1）两气门：进气门比排气门大，减小进气阻力，增大进气量2）多气门：现代高性能汽车发动机普遍采用每缸三、四、五个气门·3气门：2个进气门，1个排气门,排气门比进气门大，进气量有明显增加，火花塞很难布置在中央,对燃烧不利·4气门和5气门：其中尤以四气门发动机为数最多重点介绍：·要求学生理解掌握气门座圈功用及结构材料3．气门座与气门座圈（1）气门座的功用·与气门配合对气缸起密封作用·接受气门传来的热量进行散热（2）气门座的工作条件及材料·工作条件：工作温度很高，承受频率极高的冲击载荷，容易磨损·气门座圈材料（铝气缸盖和多数铸铁缸盖）：合金铸铁、粉末冶金、奥氏体钢。部分铸铁缸盖不镶气门座圈重点介绍：·要求学生理解掌握气门导管功用及结构材料4．气门导管（1）气门导管的功用·对气门的运动导向，保证气门作直线往复运动，使气门和气门座能正确贴合·将气门杆接受的热量部分传给气缸盖（2）气门导管的工作条件及材料·工作条件：工作温度较高，润滑条件较差（靠配气机构飞溅机油润滑），容易磨损·材料：灰铸铁，球墨铸铁，铁基粉末冶金（3）气门导管结构·与气缸盖承孔过盈配合，有的发动机不设气门导管·有的气门导管设有卡环槽：防松落·有的排气气门导管设有排渣槽：清除沉积物和积炭启发介绍：·要求学生了解气门油封功用及结构5．气门油封（1）气门油封的功用·气门杆与气门导管孔需要润滑，机油又不能太多，否则机油消耗量增加·为了控制和减少机油消耗量，现代汽车发动机装有气门油封（2）气门油封的结构简要介绍：·要求学生了解气门弹簧功用及结构材料6．气门弹簧（1）气门弹簧的功用·保证气门关闭时能紧密地与气门座贴合。·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）气门弹簧的工作条件及材料1）工作条件·承受交变载荷·为保证其可靠的工作，应具有合适的刚度和足够的抗疲劳强度·避免弹簧锈蚀·两端面必须磨光并与轴线垂直2）材料·优质冷拔弹簧钢丝如高碳锰钢、铬钒钢等并经热处理·钢丝表面抛光处理·表面镀锌、磷化（3）气门弹簧结构（图4-11）·等螺距圆柱形螺旋弹簧：会发生共振。防止共振发生。采取如下结构措施：·变螺距气门弹簧：螺距小端向缸盖顶面·锥形气门弹簧：弹簧大端向缸盖顶面·双气门弹簧：弹簧旋向相反·气门弹簧振动阻尼器图4-11：气门弹簧重点讲解：（二）气门传动组简要回顾：·要求学生了解气门传动组成1．气门传动组组成·凸轮轴下置式：凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂和摇臂轴等·凸轮轴顶置式：凸轮轴、挺柱、摇臂和摇臂轴等·凸轮轴顶置直接驱动气门式：凸轮轴、挺柱等重点介绍：2．凸轮轴·要求学生了解凸轮轴功用及要求（1）凸轮轴的功用·配置有各缸进、排气凸轮，使气门按一定的工作次序和配气相位及时开闭（2）凸轮轴的工作条件及材料1）工作条件·承受周期性的冲击载荷·表面磨损比较严重2）要求·要求表面耐磨，足够韧性刚度·由优质碳钢或合金钢锻造·用合金铸铁或球墨铸铁铸造·凸轮表面经热处理后磨光·要求学生理解掌握凸轮轴结构及特点图4-12：4缸发动机凸轮轴（3）凸轮轴结构·4缸发动机凸轮轴（图4-12）图4-13：凸轮轮廓1）凸轮轮廓（图4-13）·r0：实际基圆半径·r′0：理论基圆半径·AB/DE：缓冲段，气门运动速度小，防止强烈冲击·BCD：工作段·挺柱：A点开始升起，E点停止运动·气门：最迟在B点开始升起，最早在D点完全关闭·控制进排气门开闭时刻、持续时间及开闭的速度图4-14：同名凸轮的相对位置2）同名凸轮的相对位置（图4-14）·与凸轮轴的旋转方向、发动机点火顺序、气缸数、作功间隔角有关①四缸机:·发火顺序：1-3-4-2·作功间隔角：180°曲轴转角（90°凸轮轴转角）·同名凸轮夹角：90°②六缸机:·发火顺序：1-5-3-6-2-4·作功间隔角：120°曲轴转角（60°凸轮轴转角）·同名凸轮夹角：60°·要求学生理解凸轮轴传动机构定时记号与配气相位的关系图4-15：凸轮轴传动机构定时记号（4）凸轮轴传动机构定时记号（图4-15）重点介绍：3．挺柱·要求学生了解挺柱功用及要求（1）挺柱的功用·是凸轮的从动件，将来自凸轮的运动和作用力传给推杆或气门（2）挺柱的工作条件及材料1）工作条件·摩擦和磨损都相当严重·承受凸轮侧向力而偏磨2）材料·挺柱工作面应耐磨损并得到良好润滑·碳钢合金钢镍铬合金铸铁和冷激合金铸铁·要求学生理解掌握机械挺柱结构及特点图4-16：机械挺柱的结构形式（3）机械挺柱的结构形式（图4-16）·要求学生了解减轻挺柱底面磨损的结构措施图4-17：减轻挺柱底面磨损的结构措施（4）减轻挺柱底面磨损的结构措施（图4-17）·挺柱轴线偏离凸轮的对称轴线·凸轮工作面为锥角很小的锥面·要求学生理解掌握液压挺柱结构及特点图4-18：液压挺柱的结构形式（5）液压挺柱（图4-18）·零气门间隙·结构复杂·加工精度高·磨损后无法调整，只能更换重点介绍：4．摇臂·要求学生了解摇臂功用及要求（1）摇臂的功用·将推杆或凸轮传来的运动和作用力，改变方向传给气门使其开启（2）摇臂的工作条件及材料1）工作条件·承受很大弯矩、足够强度、足够刚度、较小质量2）材料·锻钢、铸铁、铝合金·要求学生理解掌握摇臂结构及特点图4-19：摇臂结构（3）摇臂结构（图4-19）·与其他零部件的连接关系启发分析：二、可变配气正时及气门升程机构（雅阁VTEC）·要求学生了解VTEC功用及组成图4-20：VTEC组成1．VTEC功用·VTEC使配气正时和气门升程根据发动机转速变化作出相应的实时调整，使气缸的充气量同时满足发动机低转速和高转速下的不同需要，从而提高了发动机的动力性和经济性2．VTEC组成（图4-20）·要求学生理解分析VTEC工作原理3．VTEC的工作原理图4-21：低转速下VTEC原理（1）低转速下VTEC原理（图4-21）·正时活塞无油压作用·同步活塞在图示位置·主、辅摇臂分别由主、辅进气凸轮驱动·主进气门按正常的时间和高度开启·辅助进气门由于辅助凸轮的高度小而稍稍打开，以防止燃油阻塞进气口·中间进气摇臂由中间凸轮驱动，但对进气门的开启无任何作用·进排气门重叠角和升程都较小，满足了低速工况的需要图4-22：高转速下VTEC原理归纳小结：·概括基本内容，归纳重点内容，布置下一讲主要教学内容（2）高转速下VTEC原理（图4-22）·ECM输出控制信号，使VTEC电磁阀打开·来自机油泵的油压作用于正时活塞，使正时活塞和同步活塞右移·同步活塞将3个摇臂连锁，成为一体·主、辅助进气摇臂均由中间凸轮驱动，从而改变了配气正时·增大了进排气门重叠角和升程，适应了高速工况的需要