10 气门组结构与检修.docx

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10气门组结构与检修

一体化教学教案首页

课程

汽车发动机构造与检修

授课

教师

课题

项目四配气机构的检修

分课题

任务2、气门组的构造和维修

授课班级

15高汽班

授课

日期

课时

8

教学

目的

专业

理论

知识

1.掌握气门组零部件的组成

2.掌握气门组零部件的构造和原理

实际

操作

技能

气门组零部件拆装和维修

重点

1.气门组零部件的构造

2.气门组零部件的维修

难点

2.气门组零部件的维修

教学场地与教具

高训基地工业楼二楼发动机实训室、丰田发动机拆装台架、发动机常用拆装工量具

教学回顾

本次课采用现场教学、理论与实操一体化教学方式，使学生熟悉并掌握

气门组零部件的构造与工作原理以及装配和检修方法。

说明

审阅签名：

年月日

教学过程（代号A—4）

第1页

项目四配气机构的检修

★教学组织（5分钟）

一、点名检查学生出勤情况，检查学生穿工作服、工作鞋、带校卡情况。

二、分好小组，安排好学生实习岗位。

三、检查学生所带工具情况，实习器材准备情况，不得带有安全方面的缺陷。

★入门指导（270分钟）

一、教学回顾：

配气机构的组成和工作原理

二、引入新课

气门组在配气机构中相当于一个阀门，作用是准时接通和切断进排气系统与气缸之间的通道。

三、新课讲解

（一）课题分析

本章主要内容气门组的构造和维修，气门组的组成包括气门、气门座、气门导管以及气门弹簧。

（二）.相关理论知识

一、气门组的组成

气门组包括气门、气门座、气门导管、气门弹簧、弹簧座及锁片等零件，气门由头部和杆部两部分组成，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。

气门头部的工作温度很高，而且还要承受气体压力、气门弹簧力以及传动组零件惯性力的作用，其冷却和润滑条件又较差。

因此，要求气门必须具有足够的强度、刚度、耐热和耐磨能力。

进气门的材料通常采用中碳合金钢（如铬钢、镍铬钢、铬钼钢等）热负荷较大的进气门也采用耐热合金钢，如硅铬钢。

由于热负荷大，一般排气门采用耐热合金钢如硅铬钢、硅铬钼钢、硅铬锰钢等。

为了节省耐热合金钢，有的发动机的排气门头部由耐热合金钢制造，而杆部的则用铬钢制造，然后将二者焊在一起，尾部再加装一个耐磨合金钢帽（如CA6102发动机）。

1.气门

1）气门的结构

气门头顶面的形状有平顶、球面顶和喇叭形顶等，平顶气门头结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也较小，进、排气门均可采用，喇叭形顶头部与杆部的过渡部分具有一定的流线形，可以减少进气阻力，但其顶部受热面积大，故适用于进气门；球面顶气门头，因其强度高，排气阻力小，废气的清除效果好，适用于排气门。

但球形的受热面积大，质量和惯性力大，加工较复杂。

2）气门密封锥面

气门头部与气门座接触的工作面，是与杆部同心的锥角。

通常将这一锥面与气门顶平面的夹角称为气门锥角，一般做成45º。

有的发动机进气门的锥角做成30º，如图3-14所示。

这是考虑到在气门升程相同的情况下，气门锥角较小时，气流通过断面较大，进气阻力较小。

锥角较小的气门头部边缘较薄，刚度较小，致使气门头部与气门座的密封性及导热性均较差。

排气门因热负荷较大而用较大的锥角。

气门头部的边缘应保持一定厚度，一般为l~3mm，以防止工作中由于气门与气门座之间的冲击而损坏或被高温气体烧蚀，为了减少进气阻力，提高充气效率，多数发动机进气门的头部直径比排气门的大。

为保证良好密合，装配前应将气门头与气门座二者的密封锥面互相研磨，研磨好的零件不能互换。

为了改善气门头部的耐磨性和耐腐蚀性，有的发动机在排气门密封锥面上堆焊一层含有大量的镍、铬、钻等金属元素的特种合金，以提高硬度。

3）气门杆与气门弹簧座的固定

气门杆呈圆柱形，在气门导管中不断进行往复运动。

其表面应具有较高的加工精度和较低的粗糙度，并经热处理以保证同气门导管的配合精度和耐磨性，并起到良好的导向、散热作用。

气门杆端的形状决定于气门弹簧座的固定方式如图13-15所示。

常用的结构是用剖分或两半的锥形锁片4来固定弹簧座3（图13—15a）。

这时，气门杆1的端部可切出环槽来安装锁片。

有的发动机的气门弹簧座用锁销5来固定（图3－15b），气门杆端有一个用来安装锁销的径向孔。

由于排气门热负荷特别高，为了改善其导热性能，有些发动机采用了的充钠排气门如图3-16所示，如捷达EAll3发动机五气门用排气门。

其原理是：

在排气门封闭内腔充注钠，钠在约为1243K时变为液态，具有良好的热传导能力，通过液态钠的来回运动，热量很快从气门头部传到根部，从而可使温度降低约100°C，排气门的这种内部冷却方式也同时降低了混合气自燃的危险，从而提高了气门的使用寿命。

使用中值得注意的是：

为了保护环境，不允许将排气门直接作为废品扔掉，必须在排气门中部用铁锯锯开一个缺口，在此期间不用水接触气门。

将这样处理过的排气门扔入一个充满水的桶中，排气门一旦与水接触，就会立即发生化学反应，充注在其内部的钠发生燃烧，经过上述处理后的排气门才能作为普通废品处理。

有的发动机高速化后，进气管中的真空度显著提高，气门室的机油会通过气门杆与导管之间的间隙被吸人气缸内。

为此，在发动机的气门杆上安装气门油封，以减少机油的消耗和燃烧室积炭的产生。

2．气门座

气门座与气门头部共同对气缸起密封作用，并接受气门传来的热量。

气门座在高温条件下工作，磨损严重，故有不少发动机的气门座用较好的材料（合金铸铁、奥氏体钢等）单独制作，然后镶嵌到气缸盖上（图3-18a）。

采用铝合金气缸盖的发动机，由于铝合金材质较软，气门座必须镶嵌。

3．气门导管

气门导管是气门在其中作直线运动的导套，以保证气门与气门座正确贴合。

此外，气门导管还在气门杆与气缸盖之间起导热作用。

气门导管—般用耐磨的合金铸铁或粉末冶金材料制造，然后以一定的过盈压入气缸盖的导管孔内。

为了防止轴向运动，保证气门导管伸人进、排气歧管的合适深度，有的发动机对气门导管用卡环定位（图3-18），它与卡环配合可防止工作时导套移动而落入气缸中，如图3－18a）。

为了防止排气门与气门导管因积碳而卡住，在排气门导管内孔下部将孔径加大一些（图3－18b）。

气门导管的工作温度也较高，约500K。

气门杆在导管中运动时，仅靠配气机构—飞溅出来的机油进行润滑，因此易磨损。

气门导管大多数用灰铸铁、球墨铸铁或铁基粉末冶金制造；导管内、外圆柱面经加工后压入气缸盖的气门导管孔中，然后再精铰内孔。

气门杆与气门导管之间一般留有0.05~0.12mm间隙，使气门杆能在导管中自由运动。

4.气门弹簧

气门弹簧的功用是保证气门关闭时能紧密地与气门座或气门座圈贴合，并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。

气门弹簧一般为等螺距圆柱形螺旋弹簧。

当气门弹簧的工作频率与其固有的振动频率相等或为整数倍时，气门弹簧就会发生共振。

共振时将使配气定时遭到破坏，使气门发生反跳和冲击，甚至使弹簧折断。

为防止共振的发生，可采取下列结构措施：

1）采用双气门弹簧在柴油机和高性能汽油机上广泛采用每个气门安装两个直径不同，旋向相反的内、外弹簧。

由于两个弹簧的固有频率不同，当一个弹簧发生共振时，另一个弹簧能起到阻尼减振作用。

采用双气门弹簧可以减小气门弹簧的高度，而且当一个弹簧折断时，另一个弹簧仍可维持气门工作。

弹簧旋向相反，可以防止折断的弹簧圈卡入另一个弹簧圈内使其不能工作或损坏。

2）采用变螺距气门弹簧某些高性能汽油机采用变螺距单气门弹簧。

变螺距弹簧的固有频率不是定值，从而可以避开共振。

3）采用锥形气门弹簧锥形气门弹簧的刚度和固有振动频率沿弹簧轴线方向是变化的，因此可以消除发生共振的可能性。

为了改善气门和气门座密封面的工作条件，可设法使气门在工作中能相对气门座缓慢旋转。

这样可使气门头沿圆周温度均匀，减小气门头部热变形。

气门缓慢旋转时在密封锥面上产生轻微的摩擦力，有阻止沉积物形成的自洁作用。

气门旋转机构的如图3-20所示。

在图3-20a）所示的自由旋转机构中，气门锁片并不直接与弹簧座接触，而是装在一个锥形套筒中，后者的下端支承在弹簧座平面上，套筒端部与弹簧座接触面上的摩擦力不大，而且在发动机运转振动力作用下，在某一短时间内可能为零，这就使气门有可能自由地作不规则的转动。

有的发动机采用图3-20b所示的强制旋转机构，使气门每开一次便转过一定角度。

在壳体4中，有六个变深度的槽，槽中装有带回位弹簧5的钢球6。

当气门关闭时，气门弹簧的力通过支承板2与碟形弹簧3直接传到壳体4上。

当气门升起时，不断增大的气门弹簧力将碟形弹簧压平而迫使钢球沿着凹槽的斜面滚动，带着碟形弹簧、支承板、气门弹簧和气门一起转过一个角度。

在气门关闭过程中，碟形弹簧的载荷减小而恢复原来的碟形。

钢球即在回位弹簧5作用下回到原来位置。

二.气门组的检修

（一）气门的检修

（1）通常用如图3-30所示的专用工具拆装气门和气门弹簧。

（2）清除气门头上的积炭。

检视气门锥形工作面及气门杆的磨损、烧蚀及变形情况，视情更换气门。

（3）检查气门头圆柱面的厚度H，如图3－31所示。

轿车一般进气门应大于0.60mm，排气门应大于1mm。

（4）检查气门尾部端面。

该端面在工作时经常与气门摇臂碰擦，需检视此端面的磨损情况，有无凹陷现象。

不严重时，可用油石修磨。

如果修磨量超过0.5mm，则需更换气门。

（5）检查气门工作锥面的斜向圆跳动。

使用百分表，V形铁和平板，如图3－32所示检查每个气门工作锥面的斜向圆跳动值。

测量时，将V形铁1置于平板上，使百分表3的触头垂直于气门2的工作锥面，轻轻转动气门一周，百分表读数的差值即为气门工作锥面的斜向圆跳动。

为使检测准确，需测量若干个斜面，取其中的最大差值作为气门工作锥面的斜向圆跳动值。

其极限值为0.08mm，如果测量值超过极限值，则需更换气门。

（6）检查气门杆的弯曲变形。

气门杆的弯曲变形常用气门杆圆柱面的素线直线度表示，如图3－33所示将气门2支承在V形铁1上并用百分表3将其两端校成等高，然后检测气门杆外圆素线的最高点。

当素线是中凸中凹时，各测量部位的读数中，最大与最小读数差值之半即为该轴向截面的素线直线度误差。

当素线不是中凸中凹时，转动气门杆，按上述方法测量若干条素线，取其中的最大误差值之半，作为气门素线的直线度误差。

直线度误差值应不大于0.02mm，否则应用手压机校正或更换气门。

（二）气门导管的检修

（1）清洗气门导管。

（2）检查气门杆与气门导管的间隙（在气门的弯曲检验合格后进行）。

用外径千分尺1测量气门杆的直径，用内径百分表2测量气门导管的直径，如图3－34所示。

为使测量准确，需在气门杆和气门导管长度方向测得多个测量值，并注意气门和气门导管的对应性，不得装错。

气门杆与气门导管直径及其配合间隙应符合原厂要求。

该间隙的大小亦可通过百分表测量气门杆尾部的偏摆量间接地判断。

如图3－35所示，按原装车要求装好气门，用百分表触头顶住气门杆尾部，按1←→2的方向推动气门4的尾部，观察百分表3指针的摆差。

气门杆尾部偏摆使用极限：

进气门为0.12mm，排气门为0.16mm。

如气门杆与气门导管配合间隙或气门杆尾部偏摆超限，则应根据测量的气门杆直径和气门导

管内径情况，更换气门或气门导管。

（3）气门导管的更换。

如经上述检测需更换气门导管，应先选用与气门导管尺寸相适应的铳头，将旧导管在压床上压出或用气门导管拆卸器和锤子拆下，把导管拆下后，使用气门导管座铰刀铰大导管座孔，除去毛边。

因新导管的外径与气缸盖上的导管孔有一定的过盈量，为便于导管压入和防止气缸盖产生变形，在新导管外壁上应涂以发动机机油，并均匀地把气缸盖加热至80-100℃，再在压床上将气门导管压入或利用气门导管安装工具及锤子将气门导管轻轻敲入气门导管座孔内，如图3－36所示。

上述操作应迅速进行，以便所有气门导管在较均衡的温度下被压进气缸盖内。

此时气门导管的伸出量H为15mm。

（三）气门座的检修

1.气门座外观的检查

（1）外观检视气门座，气门座如松动、下沉则需更换，新座圈与座孔一般有0.075-0.125mm的过盈量，将气门座圈镶入座圈孔内，通常采用冷缩和加热法，冷缩法是将选好的气门座圈放入液氮中冷却片刻，使座圈冷缩；加热法是将气缸盖加热100℃左右，迅速将座圈压入座孔内。

气门座表面如有斑痕、麻点，则需用专用铰刀或砂轮进行铰削或磨削。

（2）气门与气门座密封性的检查。

外观检视如良好，则应检查气门与气门座的密封性。

常用的检查方法如下：

①用软铅笔在气门密封锥面上，顺轴向均匀地画上直线，如图3-36（a）,然后将气门对号入座插入导管中，用气门捻子（橡皮制）吸住气门顶面，将气门上下拍击数次取出，观察铅笔线是否全部被切断，如图3-36（b）。

如发现有未被切断的线条，可将气门再插入原座，转动1－2圈后取出，若线条仍未被切断，说明气门有缺陷，若线条被切断，则说明气门座有缺陷。

应找出缺陷加以修理。

②可用红丹着色检查，将红丹涂在气门密封锥面（薄薄一层），再将气门插入原座，用上述同样方法拍打、研转后取出，观察气门座上密封锥面上红丹印痕是否全部被擦除，判断基密封性是否合格。

③把气缸盖平面水平朝上放置，将汽油或煤油倒入装有气门的燃烧室，5min内如密封环带处无渗漏，即为合格。

要求进、排气门接触环带宽度W一般为1－2.5mm，如图3－37所示，排气门大于进气门宽度，柴油机的宽度大于汽油机宽度。

如气门与气门座不能产生均匀的接触环带，或接触环带宽度不在规定的范围内，如密封带宽度过小，将使气门磨损加剧；宽度过大，容易烧蚀。

这时必须铰削或磨削气门座，并最后研磨,方法如下：

①气门座的铰削：

气门座用手工铰削时，因铰刀的尺寸和形状不同，导杆的尺寸也不同。

气门座的铰削工艺过程如下：

a.选择刀杆 利用气门导管作定位基准，根据气门导管的内径选择相适应的定心杆直径。

定心杆插入气门导管内，调整定心杆使它与气门导管内孔密切配合，以保证铰削的气门座与气门导管中心线重合。

b.粗铰 对于旧气门座，由于受工作面硬化层的影响，铰刀会出现打滑现象，此时可用砂布垫于铰刀下砂磨气门座，而后再进行铰削。

先选用与气门工作面角度相同的粗铰刀，置于导杆上，进行铰削，如图4－33（a）所示；然后，用75°铰刀铰削15°气门座上口，如图3－38（b）；再用15°的铰刀铰削75°气门座下口,如图3－38（c）；最后再用45°铰刀铰削45°角的接触面，如图3－38（d）所示。

铰削时，双手用力要均衡，转速要一致，用力不要过大，以防起棱。

c.试配。

粗铰后，应用同一组气门进行试配，查看接触环带所处的位置。

接触环带应在气门座的中下部，以保证进、排气门的密封性和排气门的散热。

若接触环带偏于气门座上部，应用75°铰刀再铰气门座上口。

若接触面偏于气门座下部，则应用15°铰刀铰削气门座下口。

即接触环带偏上铰上口，偏下铰下口。

若接触环带宽度达不到要求，则应铰削45°角的工作面。

d.精铰：

选用45°角的细刃铰刀进行精铰或在铰刀下面垫以细砂布进行砂磨。

②气门座的光磨：

气门座的光磨主要是利用砂轮代替铰刀，以小型电机代替手动进行磨削。

使用光磨机修磨气门座的速度快、质量好。

特别是当气门座硬度较高时，其修磨效果更好。

气门座的磨削工艺过程如下：

a.选择砂轮。

根据气门工作面的角度，选择合适的砂轮。

b.安装气门导杆。

在气门导管内安装合适的导杆，再将选择好的砂轮装在光磨机上。

c.光磨。

开动电机，保持电机中心线处于垂直位置，施以轻轻的压力进行光磨。

光磨时间不宜太长，要边光磨边检查。

注意有些车的气门不允许光磨，如上海帕萨特气门中有钠，就不允许光磨，修理中只允许研磨。

③气门的研磨：

为进一步提高气门座的密封性，气门与气门座必须进行研磨。

气门的研磨有手工研磨法和机动研磨法两种。

a.手工研磨法工艺过程：

清洗气门、气门座和气门导管。

在气门工作面上涂一层薄的研磨膏，用带橡皮碗的木柄捻子吸住气门头进行研磨。

研磨时手腕着力，不要用力太大，并注意防止研磨膏进入气门导管内。

在研磨中应不时地提起和转动气门，变换气门对气门座的相对位置，以保证研磨均匀。

边研磨边进行检查，当气门座和气门工作面出现一条整齐、连续、无斑点的接触环带，同时环带位置和宽度满足要求后，洗净气门和气门座，换用细研磨膏，磨到接触环带整齐且呈无光泽的灰色状时，洗去气门及气门座上的研磨膏。

将气门工作面涂上发动机机油，再研磨几分钟，洗去机油，进行密封性检查。

气门研磨后应打上顺序号，以免装错。

b.机动研磨法：

将气缸盖清洗干净，置于研磨机工作台上。

在已配好的气门工作面上涂一层研磨膏，将气门杆部涂以发动机机油装入导管内。

使各气门的座孔对正转轴的垂直位置，连接好研磨手柄，调节气门升程，即可进行研磨。

研磨至与手工研磨相同的要求为止。

（四）气门弹簧的检查

（1）检查气门弹簧的自由长度L。

用游标卡尺1测量气门弹簧2的自由长度（如图3－39所示）。

其检查亦可用新旧弹簧对比的经验方法进行。

自由长度小于使用限度1.3-2mm时，应更换新件。

（2）检查气门弹簧的弹力。

气门弹簧的弹力可用弹簧弹力试验器进行检查（如图3－40所示），将弹簧压缩至规定长度，如果弹簧弹力的减小值大于原厂规定弹力的10%，则应更换新件。

（3）检查气门弹簧端面与其中心轴线的垂直度。

将气门弹簧2直立置于平板1上（如图3－41所示），用直角尺3检查每根弹簧的垂直度。

气门弹簧上端和直角尺之间的间隙L即为垂直度的大小。

其极限值为2.0mm，如该间隙超限，则必须更换气门弹簧。

★巡回指导（250分钟）

一、检查与指导内容

检查学生是否按操作规范进行气门组零部件拆装和维修，对表现好的学生给予表扬，对操作错误者给予纠正。

二、巡回指导注意点

1、根据实习操作进度，在不同的阶段确定不同的检查和指导重点；

2、注意共性问题和个性问题从而注意个别指导和集中指导相结合。

3、注意培养典型，树立学生中操作技能好的榜样，以点带面鼓励带动全班同学

★结束指导（12分钟）

1、针对出现的错误予以纠正认真对待学生在学习过程中遇到的问题，及时纠正。

2、授课质量分析

要求学生熟练掌握气门组零部件拆装，掌握气门组零部件维修的方法。

★布置作业（3分钟）

1.气门组的组成和其工作原理是什么？