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第3章配气机构的构造与维修学习目标•知识目标•1．能简单叙述换气过程、配气相位定义；•2．能正确描述配气机构的分类、工作过程；•3．能正确描述配气机构的组成、主要零部件的构造和装配连接关系；•4．能正确描述配气机构的装配要求和调整方法。•能力目标•1．会进行配气机构主要零部件的正确检修；•2．会进行配气机构的装配和调整；•3．能对配气机构常见故障进行分析、判断并能排除故障。第一节配气机构的构造与工作原理•功用•配气机构的功用是按照发动机各缸工作过程的需要，定时地开启和关闭进、排气门，使新鲜可燃混合气(汽油机)或空气(柴油机)得以及时进入气缸，废气得以及时排出气缸。•类型•配气机构多采用顶置式气门。根据凸轮轴的位置分为下置式、中置式和上置式。凸轮轴下置式配气机构•组成•其组成主要有气门驱动组和气门组两大部分。•气门驱动组：气门驱动组是从正时齿轮开始至推动气门动作的所有零件；主要由正时齿轮、凸轮轴、气门挺柱、推杆、调整螺钉和锁紧螺母、摇臂、摇臂轴、摇臂轴支架等组成。其功用是定时驱动气门使其开闭。•气门组：主要由气门锁片、气门弹簧座、气门弹簧、气门、气门导管、气门座等组成。其功用主要是维持气门的关闭。结构特点其进、排气门都倒装在气缸盖上。(1)凸轮轴装在曲轴箱内，而摇臂轴装在气缸盖上，两者相距较远，推杆较长。(2)凸轮轴距曲轴较近，两者之间采用正时齿轮传动。工作：(1)气门打开：由曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴旋转，使凸轮轴上的凸轮凸起部分通过挺柱、推杆、调整螺钉，推动摇臂摆转，摇臂的另一端便向下推开气门，同时使弹簧进一步压缩。(2)气门关闭：当凸轮凸起部分的顶点转过挺柱以后，气门在其弹簧张力的作用下，开度逐渐减小，直至最后关闭，进气或排气过程即告结束。压缩和作功行程中，气门在弹簧张力作用下严密关闭，使气缸密闭。曲轴与凸轮轴的传动比为2∶1。中置凸轮轴式配气机构•其结构特点为：•1.凸轮轴位于气缸体的上部。•2.推杆较短，运动惯性小。•3.也可省去推杆，而由挺柱直接驱动摇臂，当发动机转速较高时，减小气门传动机构的往复运动质量。上置凸轮轴式配气机构•其结构特点为：•1.凸轮轴布置在气缸盖上。•2.凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，没有挺柱和推杆，使往复运动质量大大减小，因此它适用于高速发动机。•上置凸轮轴式配气机构的驱动方式有：•链条驱动和同步齿形带传动同步齿形带传动多气门结构•三气门配气机构气门间隙•定义：气门在完全关闭时，气门杆尾端与气门传动组零件之间的间隙。•必要性：发动机工作时，气门将因温度升高而膨胀，如果气门及其传动件之间，在冷态时无间隙或间隙过小，则在热态时，气门及其传动件的受热膨胀势必引起气门关闭不严，造成发动机在压缩和作功行程中漏气，而使功率下降，严重时甚至不易起动。•通常在发动机冷态装配时，留有气门间隙，以补偿气门受热后的膨胀量。有的发动机采用液力挺柱，挺柱的长度能自动变化，随时补偿气门的热膨胀量，故不需要预留气门间隙。气门间隙过大和过小的危害•气门间隙的大小由发动机制造厂根据试验确定。一般在冷态时，进气门的间隙为0.25～0.35mm，排气门的间隙为0.30～0.35mm。•过小：如果气门间隙过小，发动机在热态下可能因气门关闭不严而发生漏气，导致功率下降，甚至气门烧坏。•过大：如果气门间隙过大，则使传动零件之间以及气门和气门座之间产生撞击响声，并加速磨损。同时，也会使气门开启的持续时间减少，气缸的充气以及排气情况变坏。配气相位•定义：用曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻和开启持续时间，称为配气相位。配气相位的内容1.进气提前角2.进气迟后角3.排气提前角4.排气迟后角进气门的配气相位1.进气提前角(1)定义：在排气冲程接近终了，活塞到达上止点之前，进气门便开始开启。从进气门开始开启到上止点所对应的曲轴转角称为进气提前角(或早开角)。进气提前角用α表示，α一般为10°～30°。(2)目的：进气门早开，使得活塞到达上止点开始向下运动时，因进气门已有一定开度，所以可较快地获得较大的进气通道截面，减少进气阻力。2.进气迟后角(1)定义：在进气冲程下止点过后，活塞重又上行一段，进气门才关闭。从下止点到进气门关闭所对应的曲轴转角称为进气迟后角(或晚关角)。进气迟后角用β表示，β一般为40°～80°。(2)目的：①利用压力差继续进气②利用进气惯性继续进气排气门的配气相位•1.排气提前角•(1)定义：在作功行程的后期，活塞到达下止点前，排气门便开始开启。从排气门开始开启到下止点所对应的曲轴转角称为排气提前角(或早开角)。排气提前角用γ表示，γ一般为40°～80°。•(2)目的：•①利用气缸内的废气压力提前自由排气；•②减少，排气消耗的功率；•③高温废气的早排，还可以防止发动机过热。•2.排气迟后角•(1)定义：在活塞越过上止点后，排气门才关闭。从上止点到排气门关闭所对应的曲轴转角称为排气迟后角(或晚关角)。排气迟后角用δ表示，δ一般为10°～30°。•(2)目的：•①利用缸内外压力差继续排气；•②利用惯性继续排气。•由此可见，气门开启持续时间内的曲轴转角，即排气持续角为γ+180°+δ。配气机构的零件和组件•1.气门组•气门组的主要机件有•气门•气门座•气门导管•气门弹簧•弹簧座•气门锁片•气门油封等气门•气门是由头部和杆部组成的。•头部用来封闭气缸的进、排气通道，杆部则主要为气门的运动导向。气门顶部•气门顶部的形状•①凸顶：凸顶的刚度大，受热面积也大，用于某些排气门；•②平顶：平顶的结构简单、制造方便，受热面积小，应用多；•③凹顶：也称漏斗形，其质量小、惯性小，头部与杆部有较大的过渡圆弧，使气流阻力小，以及具有较大的弹性，对气门座的适应性好(又称柔性气门)，容易获得较好的磨合，但受热面积大，易存废气，容易过热及受热易变形，所以仅用作进气门。气门锥角•定义：气门锥面与气门顶平面的夹角称为气门锥角。常用的气门锥角为30°和45°。气门锥角的作用：•①提高密封性和导热性；•②气门落座有自动定位作用；•③避免使气流拐弯过大而降低流速。•④有了锥角，气门落座时能挤掉接触面的沉积物，即有自洁作用。气门的杆部•气门杆部具有较高的加工精度和较低的粗糙度。弹簧座的固定•气门杆的尾部采用锁片式结构或锁销式固定弹簧座。气门弹簧•(1)保证气门自动回位关闭而密封。•(2)保证气门与气门座的座合压力。•(3)吸收气门在开启和关闭过程中传动零件所产生的惯性力，以防止各种传动件彼此分离而破坏配气机构正常工作。•其形式有：•等螺距弹簧•不等螺距弹簧•双弹簧2.气门传动组凸轮轴•1.驱动和控制各缸气门的开启和关闭，使其符合发动机的工作顺序、配气相位及气门开度的变化规律等要求。•2.有些汽油机还用它来驱动汽油泵、机油泵和分电器。凸轮结构•凸轮轮廓中，O为凸轮轴的轴心，圆弧EA为凸轮的基圆，AB和DE为凸轮的缓冲段，BCD为凸轮的工作段，C点时升程最大，它决定了气门的最大开度。•凸轮的工作过程如下：当凸轮按图中方向转过EA时，挺柱处于最低位置不动，气门处于关闭状态。凸轮转至A点时，挺柱开始移动。继续转动，在缓冲段AB内的某点M处消除气门间隙，气门开始开启，至C点时气门开度最大，而后逐渐关小，至缓冲段DE内某点N时，气门完全关闭。此后，挺柱继续下落，出现气门间隙，至E点时挺柱又处于最低位置。下置式凸轮轴的轴向限位•在凸轮轴前轴颈与正时齿轮之间压装有调节环，调节环外面松套一止推板，止推板用螺钉固定于气缸体前端面，调节环的厚度大于止推板的厚度，二者之差称为凸轮轴的轴向间隙，其间隙为0.08~0.20mm。挺柱•功用：将凸轮的推力传给推杆或气门。•型式：常见挺柱主要有筒式和滚轮式两种。液力挺柱•采用液力挺柱，消除了配气机构中的间隙，减小了各零件的冲击载荷和噪声，同时凸轮轮廓可设计得比较陡一些，气门开启和关闭更快，以减小进排气阻力，改善发动机的换气，提高发动机的性能，特别是高速性能。摇臂和摇臂组•摇臂装在摇臂轴上，摇臂轴通过摇臂轴支座装在气缸盖上。摇臂是一个不等臂杠杆，其长臂一端驱动气门。第二节配气机构的维修一、配气机构的拆装要点•首先从气缸盖上拆下摇臂轴总成；•其次拆下凸轮轴及其正时齿轮总成；•最后从缸盖上拆下气门组的零件。•配气机构的安装顺序与拆卸顺序正好相反，只是增加了一道在零件的摩擦表面涂抹机油的程序。•气门与气门座是成对配研的，安装时不得错乱。另外，挺柱与挺柱导向孔经过磨合，彼此已经相适，安装时最好也不要错乱。1．摇臂轴总成的拆装要点•在拆卸摇臂轴总成时，要把全部摇臂轴支座的固定螺栓分几次逐渐拧松，使摇臂轴平行地远离气缸盖。•安装时亦然，以防拆装不当造成摇臂轴弯曲。2．凸轮轴总成的拆装要点•(1)确认配气正时记号•拆卸凸轮轴总成前应仔细观察曲轴和凸轮轴正时齿轮的配气正时记号。•配气正时记号的一般规律是：•对于齿轮传动的配气机构，配气正时记号—般都打在齿轮上。•对于同步带传动或链传动的配气机构，配气正时记号通常分别制在正时同步带轮(或链轮)和其后侧静止不动的壳体件上。•安装时，只要使曲轴和凸轮轴的正时同步带轮(或链轮)上的正时记号分别和其后侧壳体上的记号对准，然后再安装同步带(或链条)，即可保证配气正时。•(2)中、下置式凸轮轴的拆装•无论中、下置式还是上置式凸轮轴，在拆卸时都要首先解除其轴向定位。•下置式凸轮轴与曲轴的定时齿轮是一对圆柱斜齿轮，其相互啮合的斜齿与凸轮轴和曲轴的轴线不平行，只有一边转动、一边沿轴向外撬凸轮轴齿轮，才能使其脱离啮合。(安装时，对准记号后，亦应在转动的同时推压凸轮轴齿轮，使其与曲轴齿轮进入全齿啮合状态为止。)然后，用手边转动(防止凸轮和挺柱卡住)边向外抽出凸轮轴。••(3)上置式凸轮轴的拆装•同前述摇臂轴总成的拆装要点一样。3．气门组的拆装•通常用专用工具拆装气门弹簧。二、进、排气门和一缸压缩行程上止点确认•进、排气门的确认•(1)根据气门与所对应的气道确定。进气歧管所对的是气缸盖上的进气道和进气门；排气歧管所对的是排气道和排气门。•(2)用转动曲轴观察确定。方法是：转动曲轴，观察各缸的两个气门，先动为排气门，随后动的为进气门，并在气门上作记号。2．一缸压缩上止点的确定•(1)分火头判断法：记下一缸分高压线的位置，打开分电器盖，转动曲轴，当分火头与一缸分高压线位置相对时，表示一缸在压缩上止点。•(2)逆推法：转动曲轴，观察与一缸曲轴连杆轴颈同在一个方位的最后缸(如直列六缸机的第六缸或四缸机的第四缸)的排气门打开又逐渐关闭到进气门动作瞬间，为六(四)缸在排气上止点，即一缸在压缩上止点。•(3)按发动机上的第一缸上止点记号确定一缸压缩上止点。很多发动机在曲轴的后端或前端制有确定第一缸上止点的记号。•当两记号对齐时，第一缸活塞正好处于压缩或排气上止点位置。•第一缸压缩行程上止点的确定方法是：•先找到压缩行程，然后再确定压缩上止点。•找压缩行程常用的两种方法：•一种是把一缸火花塞(或喷油器)座孔用棉球堵住，摇转曲轴，当棉球被气缸内的压缩气体弹出时，表明该缸已进入压缩行程。•另一种是摇转曲轴，看一缸气门的动作，当进气门关闭时，表明该缸已进入压缩行程。•按上述方法找到一缸压缩行程后，慢慢摇转曲轴，使一缸上止点记号对齐，此时一缸活塞所处的上止点位置便是压缩行程上止点。三、气门组零件的检修•1．气门与气门座的配合要求•①气门与气门座密封锥面角度应一致。•②气门与气门座的密封带位置在中部靠里。•③气门与气门座的密封带宽度一般为1~2.5mm。•④气门密封锥面与杆部的同轴度误差和气门座与导管的同轴度误差应不大于0.05mm。•⑤气门杆与导管的配合间隙应符合原厂规定。2．气门的检修•下列情况需要进行检修•①载货汽车气门杆的磨损量大于0.10mm，轿车气门杆的磨损大于0.05mm，或出现明显的台阶形磨损。•②气门头圆柱面的厚度小于1.0mm。•③气门尾端的磨损大于0.5mm。•④气门杆的直线度按图示方法检查。当气门杆的直线度误差大于0.05mm时，应予更换或校直，校直后的直线度误差不得大于0.02mm。四、气门传动组零件的检修•1．凸轮轴及轴承的检修•凸轮