项目四配气机构.docx

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项目四配气机构

项目四配气机构的检修

【学习目标】

完成本任务学习后，你应当能够：

1、叙述发动机配气机构组成、作用，各零件的安装位置和检测项目；

2、陈述发动机配气机构各零件损坏的原因；

3、拆装凸轮轴、汽缸盖和气门弹簧等配气机构的零件；

4、按技术要求对配气机构各零件进行检测并根据检测结果制订修复计划；5、根据发动机动力下降的现象，查找配气机构方面的原因。

【学习内容】

1、配气机构的组成和作用；

2、气门组件和的构造认识、检修和装配；

3、气门传动组的构造认识、检修和装配；

4、气门间隙的调整;

5、凸轮轴的驱动方式，配气正时。

【学习任务描述】

本项目讲解了发动机配气机构的组成、功用以及主要零部件的构造及装配关系。

要求学生掌握配气机构的组成、功用及装配方法；弄懂发动机换气过程和配气相位的定义、气门间隙的调整方法以及配气机构各部件的检修方法；能排除配气机构常见故障。

一、资讯部分

1、配气机构的功用：

发动机配气机构

2、配气机构的总体组成：

发动机的配气机构由和组成。

功用是封闭进、排气道。

的作用是使进、排气门按规定的时刻开闭，且保证有足够的开度，满足发动机的工况要求。

3、配气机构的工作过程：

配气机构工作原理图

a）气门（开启/关闭）b）气门（开启/关闭）

123456

工作原理：

发动机工作时曲轴通过正时齿轮驱动（）转动，当凸轮的突起部分顶起（）时，挺柱推动（）一起上行，作用于（）上的推动力驱使摇臂绕轴转动，摇臂的另一端压缩（）使（）下行。

气门开启。

当凸轮突起部分离开挺柱时，气门便在弹簧弹力的作用下上行，气门关闭。

知识拓展

四冲程发动机完成一个工作循环，曲轴和凸轮轴各转了多少圈？

4、充气效率

（1）定义：

公式：

解释式中的字母

（2）发动机充气效率的大致范围为：

a.

b.c.

（3）、分析发动机充气效率影响因素 

1）.进气终了压力 

汽车发动机的使用特点是转速与负荷都在宽广的范围内不断变化。

在汽油机上，进入气缸的是空气与燃料的混合气，调节负荷是通过改变节气门开度来调节进入气缸混合气量的多少。

当节气门开度一定时转速增加进气终了压力下降。

节气门开度逐渐减小，不但进气终了压力下降，且随着转速的增加，进气终了压力下降的更大。

 2）.进气终了的温度 

  进气终了温度越高，冲入气缸的工质密度越低，会使充气效率下降。

当负荷不变而转速增加时，由于新鲜工质与气壁接触的时间短，传热少，进气终了温度会稍有下降。

当转速不变而增加发动机负荷时，缸壁等器件温度升高，进气终了温度上升。

3）.残余废气系数 

气缸中残余废气系数增多，不但会使充气效率下降而且会使发动机燃烧恶化。

特别是在汽油机低负荷运转时，因为节气门关小，新鲜充其量减少，残余废气增多，稀释可燃气体，使得燃烧过程缓慢，从而造成汽油机低负荷时工作不稳定，经济性和排放性能变差。

4）.压缩比 

  压缩比增加，压缩容积减小，残余废气量随之减小，因此充气效率提高

知识拓展

请分析可以采用哪些措施来提高发动机充气效率呢？

5、配气机构的形式

（1）按气门的布置型式

特点

优点

缺点

应用

顶置式

侧置式

（2）按凸轮轴的布置型式

（3）按凸轮轴的传动方式

传动方式

传动路线

应用

 特点

材料

齿轮传动

链条传动

齿形带传动

知识拓展

齿轮传动中齿轮上的小孔有什么作用？

（4）根据顶置凸轮轴的数量不同分

（5）按每缸气门数分

1）.两气门

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，在可能的条件下，应尽量加大气门的直径，特别是进气门的直径。

排列：

驱动：

进排气道的分布

汽油机：

置于机体一侧，进气预热，提高汽油挥发性

柴油机：

置于机体两侧，防止进气预热，提高充气效率

该方式的同名气门可用一个气道，使气道简化并得到较大的气道通过截面

每缸单独的气道有助于缸盖冷却均匀

2）.四气门

某些大排量、高转速、高功率的发动机，由于气门尺寸的限制，每缸两个气门不能满足换气的需要，而采用三气门（两进一排）或四气门（两进两排），因此必须有使两同名气门同步开闭的驱动装置。

目前还有五气门、八气门等。

每缸采用四个气门时，其气门排列的方案有二种：

1）.同名气门排成两列

由一个凸轮通过T形驱动杆同时驱动，

并且所有气门都可以由一根凸轮轴驱动。

2）.同名气门排成一列

进排气门分别位于曲轴中心线的两侧，

分别采用两凸轮轴驱动，每缸两同名

气门采用两个形状和位置相同的凸轮驱动

知识拓展

气门数的增加对发动机有什么好处？

6、气门间隙

（1）、定义：

（2）、气门杆尾端与挺柱之间为什么要留有气门间隙？

如果没有气门间隙对发动机会有什么影响呢？

知识拓展

是不是所用的发动机都必须要有气门间隙呢？

请说明。

（3）、气门间隙过大或者过小又有什么影响呢？

7、配气相位

（1）、定义：

（2）理论上的配气相位分析

理论上讲进、压、功、排各占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°。

但实际表明，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）、进气门的配气相位

1）.进气提前角

定义：

进气提前角用α表示，α一般为。

目的：

2）.进气迟后角

定义：

进气迟后角用β表示，β一般为.

目的：

①

②

分析：

下止点过后，随着活塞的上行，气缸内压力逐渐增大，进气气流速度也逐渐减小，至流速等于零时，进气门便关闭的β角最适宜。

若β过大便会将进入气缸内的气体重新又压回进气管。

由上可见，进气门开启持续时间内的曲轴转角，即进气持续角为：

（4）、排气门的配气相位

1）.排气提前角

定义：

排气提前角用γ表示，γ一般为。

目的：

①

②

③

2）.排气迟后角

定义：

排气迟后角用δ表示，δ一般为。

目的：

①

②

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。

（5）气门叠开

1）.定义：

2）.废气倒排回进气管和新鲜气体随废气排出的问题：

由于叠开时气门的开度较小，且新鲜气体和废气流的惯性要保持原来的流动方向，所以只要叠开角适当，就不会产生废气倒排回进气管和新鲜气体随废气排出的问题。

发动机的结构不同、转速不同，配气相位也就不同。

从上面的分析，可以看出实际配气相位和理论上的配气相位相差很大，实际配气相位，气门要早开晚关，主要是为了满足进气充足，排气干净的要求。

但实际中，究竟气门什么时候开？

什么时候关最好呢？

这主要根据各种车型，经过实验的方法确定，由凸轮轴的形状、位置及配气机构来保证。

气门叠开角过大:

小负荷运转时，由于进气管压力很低，易出现废气倒流

增压柴油机气门叠开角一般很大，因进气压力大，扫气，甚至有一部分新鲜空气从排气门排出。

8、配气机构的主要零部件

（1）气门组

16

2

7

3

8

4

9

5

1）气门组的功用：

2）为保证实现气门对气缸的可靠密封，气门组应符合如下要求：

a.

b.

c.

d.

3）气门：

a.功用

b.气门可分为和。

1-

c.气门由与两部分构成。

2-

d.工作条件：

3-

4-

e.气门的材料的要求：

进气门一般多采用制造，排气门多采用制造。

f.气门顶部的形状

气门顶部的形状

1.

2.

3.

4.

5.

特点

应用

2）气门锥角：

定义：

气门锥角有和两种，排气门一般采用以保证受高温的排气门头部有足够的刚度；进气门可采用或，采用30°时气门开启时通道断面较大，而采用45°时维修方便。

3）气门密封锥面

气门密封锥面是与杆身间，心的圆锥面，用来与气门座接触，起到密封气道的作用。

采用密封锥面有以下好处:

①②

③④

4）气门头部直径

通常进气门头部直径大于排气门头部直径。

有时为了加工简单，进、排气门直径做成一样大。

由于进、排气门工作条件不同，所用材料不同，为了避免搞错，进、排气门上刻有记号。

气门顶部边缘与气门密封锥面之间应有一定的厚度，一般为1~3mm，以防止在工作中受冲击损坏或被高温气体烧坏。

为什么进气门比排气门大，这样有什么好处？

5）气门杆部

作用:

气门弹簧座的固定

气门杆的尾部用来固定气门弹簧座，其结构随气门弹簧座的固定方式不同而异。

常用的固定方式有和两种。

锥形锁片式在气门杆尾部开有不同形状的尾槽，将分成两半的锥形锁片卡住锥形内的弹簧座。

锁销式则

在气门杆尾部制有径向孔用来安装锁销。

6）气门座与气门座圈

a.气门座的定义:

b.气门座的功用：

c.气门座的形式有两种：

d.镶嵌式气门座特点：

优点：

缺点:

e.气门座圈的材料用：

或制成。

f.气门座圈的特性：

7）气门座的锥角

气门座的锥角由三个部分组成，其中45°（或30°）的锥面与气门密封锥面贴合。

为保证密封可靠，同时又有一定的散热面积，要求结合面的宽度b为1~3mm；l5°和75°锥角是用来修正工作锥面的宽度和密封不带的上、下位置的，以使其达到规定的要求。

在安装气门前，还应采用与气门配对研磨的方法，以保证贴合得更紧密、可靠。

某些发动机的气门锥角比气门座锥角小0.5°~l°，该角称为密封干涉角。

这样做有利于走合期的磨合。

走合期结束，干涉角逐渐消失，恢复全锥面接触。

8）气门导管和油封：

气门导管的功用：

气门导管的结构：

气门导管外圆与气缸盖导管承孔为过盈配合，导管内孔与气门杆为过渡配合。

为了防止气门导管在使用过程中松脱，有的发动机对气门导管用卡环定位。

气门杆与气门导管孔的配合间隙必须适当，一般为0.05~0.12mm。

间隙过大，导向不好，散热不良;而间隙过小，热状态下可能卡死。

气门油封的作用：

现代的汽车发动机几乎全是顶置气门。

在对气门杆和气门导管润滑的同时，一部分机油也随之进入气缸内（进气门）或排气管（排气门）燃烧掉。

造成机油消耗过多；排放严重的后果。

在导管上部安装气门油封那是必不可小的。

气门油封要做到既要保证气门杆的润滑，又要保证机油在此消耗的少。

9）气门弹簧：

作用：

气门弹簧的分类：

（a）（b）（c）（d）

对气门弹簧的要求气门弹簧应具备以下要求：

（1）

（2）

（3）

（4）

知识拓展

随着发动机转速的提高,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，配气相位将遭到破坏，使气门发生反跳和冲击，甚至使弹簧折断。

为防止共振的发生而折断弹簧，可以采用哪些措施来预防？

（2）气门传动组

作用：

组成：

1）凸轮轴

功用：

工作要求：

工作条件：

材料：

结构:

2）凸轮

作用：

工作条件：

凸轮表面性能：

结构：

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，缓冲

段中凸轮的升程变化速度较慢，BCD为凸

轮的工作段，此段升程较快，C点时升程

最大，它决定了气门的最大开度。

工作过程：

同名凸轮:

异名凸轮:

凸轮的相对角位置

同一气缸的进排气凸轮的相对角位置要符合配气相位的要求。

而发动机不同气缸的同名凸轮的相对角位置应符合发动机各气缸的点火次序和点火间隔时间的要求。

因此，根据凸轮轴的旋转方向以及各进气（或排气）凸轮的排列，就可以判断出发动机的点火顺序。

所以同一气缸的进、排气凸轮的相对角位置是与点火顺序相对应的。

四缸发动机同名凸轮投影六缸发动机同名凸轮投影

如何通过同名凸轮的相对角位置判定发动机的工作顺序？

从上图是否可以确定发动机的工作顺序，可以请分别写出发动机的工作顺序。

3）凸轮轴轴颈

一般发动机凸轮轴是每隔两个气缸设置一个轴颈。

为了安装方便，凸轮轴各轴颈直径是做成从前向后依次减小

4）凸轮轴轴承

一般做成衬套压装在缸体上的凸轮轴座孔内

凸轮轴的驱动形式有：

5）凸轮轴的轴向定位

作用：

常用的轴向定位方法有：

6）挺柱

作用：

分类：

种类

属于那种类型

应用

图片

采用液力挺柱有什么好处？

使用液力挺柱的发动机应注意哪些问题呢？

7）推杆

作用：

结构：

推杆通常采用冷拔无缝钢管制成。

杆的两端焊接或压配有不同形状的端头，下端头通常是圆球形，以便与棋柱的凹球形支座相适应；上端头一般采用凹球形，主要是为了与摇臂上的气门间隙调整螺钉的球形头部相适应。

另外还可以积存少量润滑油以减小磨损。

推杆的上、下端头均经热处理并磨光，以提高其耐磨性。

工作要求：

材料：

应用：

8）摇臂

作用：

工作要求：

材料：

工作过程：

二、计划与实施

（一）根据5A发动机实训台架，认识和掌握配气机构零部件的名称和作用.

（二）请仔细观察发动机配气机构（类型）特点，完成下列表格的内容。

配气机构的（类型）特点记录表

汽车或发动机型号

气门布置形式

侧置□顶置□

侧置□顶置□

凸轮轴布置形式

下置□中置□上置□

下置□中置□上置□

凸轮轴传动方式

齿轮□链条□

齿形皮带□

齿轮□链条□

齿形皮带□

凸轮轴数目

单凸轮轴□双凸轮轴□

单凸轮轴□双凸轮轴□

每缸气门数目

双气门□三气门□

四气门□五气门□

双气门□三气门□

四气门□五气门□

信息收集

1）桑塔纳2000GSI型AJR发动机的气门数是进气门：

（）排气门：

（）。

2）丰田卡罗拉1ZR-FE发动机的气门数是进气门：

（）排气门：

（）。

（三）请仔细观察教师提供的配气机构气门组零部件的结构特点，完成下列表格的内容。

汽车或发动机型号

气门材料

气门头部形状

平顶□凸顶□凹顶□

气门锥角

45°□30°□

气门杆尾端形式

锁销□锁片□

气门座结构形式

镶嵌式结构□在缸盖或缸体上直接镗出□

气门座锥角

45°□30°□

气门弹簧形式

等螺距圆柱弹簧□变螺距圆柱弹簧□

双气门弹簧□

（四）请仔细观察教师提供的配气机构气门传动组零件的结构特点，完成下列表格的内容。

汽车或发动机型号

凸轮轴材料

凸轮轴上的结构

凸轮□螺旋齿轮□偏心轮□其他□

凸轮轴支承形式

全支承□非全支承□

凸轮轴轴向定位方式

止推片□止推套□止推螺钉□其他□

是否液力挺柱

是□否□

挺柱结构形式

囷式□筒式□滚轮式□

挺柱与推杆接触形式

凹坑□球头□

推杆杆身结构

空心□实心□

推杆端部形式

凹坑□球头□

信息收集

1）桑塔纳2000GSI型AJR发动机配气机构凸轮轴的驱动属于那种形式。

2）丰田皇冠3CR-GE发动机配气机构凸轮轴的驱动属于那种形式。

（五）仔细观察5A发动机的气门传动组，完成下列内容。

该发动机为______________传动方式，凸轮轴正时齿轮的正时标记为_____________,曲轴正时齿轮的正时标记为_____________,正时传动带上是否有标记？

________（有、没有）。

其张紧装置为________________，位于___________。

哪一根凸轮轴为主动凸轮轴？

__________________________（带剪切齿轮的凸轮轴/不带剪切齿轮的凸轮轴）。

知识拓展

思考一下剪切齿轮有何作用？

为何采用剪切齿轮？

其拆装有何要注意？

（六）、检查和调整气门间隙。

1、气门间隙调整的原则：

2、请说出怎样确认1缸压缩上止点。

3、气门间隙的调整方法

1）、拆下气门室罩；

2）、转动凸轮轴，使凸轮桃尖向上，检查和调整气门间隙，进气门在冷态时的气门间隙为；排气门在冷态时的气门间隙为。

知识拓展

为什么排气门的气门间隙比进气门的气门间隙大呢？

3）、气门间隙的调整方法分别有：

。

4）、请叙述逐缸调整法的步骤。

适用于什么类型的发动机？

5）、请叙述两次调整法的步骤，以5A发动机为例。

此方法适用于什么类型的发动机呢？

6）请解说什么叫做“双排不进”，并完成下表。

用“双排不进”法调整六缸发动机的规律

第一遍时气缸调整顺序

1缸在压缩上止点

第一遍时气缸调整顺序

6缸在压缩上止点

用“双排不进”法调整四缸发动机的规律

第一遍时气缸调整顺序

1缸在压缩上止点

第一遍时气缸调整顺序

4缸在压缩上止点

7）、测量5A发动机的气门间隙

缸上止点

单位：

缸上止点

单位：

缸数

进/排气门

测量值

结果

缸数

进/排气门

测量值

结果

A、新气门垫片厚度的计算：

进气门

新垫片的厚度=

排气门

新垫片的厚度=

B、哪些气门需要更换？

并算出需要更换的气门垫片厚度。

8）、装复检查

是不是所有的发动机都要进行气门间隙的调整，而采用摇臂式配气机构的发动机怎样调整间隙呢？

（七）、配气机构的拆装与检修工艺。

（A）拆卸

1、气门传动组的拆卸

（1）拆卸正时皮带

拧松正时皮带张紧轮螺栓，拆下正时皮带。

（2）拆卸凸轮轴

1）转动进气凸轮轴至拆卸位置（如：

维修螺栓孔），

以减小凸轮轴和轴承的受力。

2）用扭力扳手按拆卸顺序拧松并拆下凸轮轴

轴承盖，拆下进气凸轮轴。

注意：

切勿用工具或其它物体强撬凸轮轴。

知识拓展

拆下凸轮轴轴承盖时应该怎么拆？

（3）拆卸气缸盖

1）按顺序，用扭力扳手对称拧松，然后拆下气缸

盖的所有螺栓。

注意：

如拆卸气缸盖螺栓顺序有错误，可能会

使气缸盖翘曲变形。

2）从气缸体取下气缸盖，放置在工作台木块上。

如果气缸盖取下有困难，可用一字起子（螺丝刀）在气缸盖与气缸体之间撬动。

注意：

务必小心，切勿损坏气缸盖及气缸体表面。

（4）拆卸气门挺柱并按次序放妥。

为什么要按次序放好，如果打乱后会怎么样？

知识拓展

凸轮轴和气缸盖的拆卸方法不对会造成哪些问题？

为避免这些问题的发生应注意哪些问题？

2、气门组的拆卸

（1）拆卸气门

1）使用气门拆装钳，压缩气门弹簧，取出气门锁片。

2）松开气门拆装钳，拆卸气门弹簧、气门和弹簧座。

3）以拆卸次序排列气门、气门弹簧和弹簧座等。

知识拓展

进排气门大小相同吗？

为什么？

拆下的气门为什么要依次放好呢？

（B）检修

1、气门组的检修

（1）检查气门

1）用外径千分尺测量气门杆直径，气门杆尺寸应符合原厂标准。

原厂标准尺寸为：

请各小组中的每位成员任意拆下一个进气门一个排气门，进行测量气门杆直径并填表。

气门位置

进气门

排气门

结果

措施

2）清理气门上的积碳，

3）检查气门头边缘厚度，应不小于1.0mm。

注意：

（3）气门座的检修

1）根据气门工作面的角度和直径，选择合适的砂轮或硬合金铣刀，对气门座工作面进行少量加工，削去少量金属以使气门座工作面清洁。

2）在气门锥面上涂一薄层红印（或普鲁士蓝），将气门按向气门座并转动；取出气门，检查气门与座接触面的宽度和位置。

配合要求：

接触面应处于气门工作面的中部偏杆部；接触宽度一般为1.0mm～2.5mm之间，排气门略大于进气门。

3）如果气门锥面上的接触印痕太高（偏气门头部），则使用75°铰刀加工上部辅助锥面，再用45°（或60°）铰刀修正工作锥面，直至正确位置；或按原厂规定选用原厂专用刀具。

4）如果气门锥面上的接触印痕太低（偏气门杆部），则使用15°铰刀加工下部辅助锥面，再用45°（或60°）铰刀修正工作锥面，直至正确位置；或按原厂规定选用原厂专用刀具。

5）使用气门研磨剂，手工或用气门研磨机对气门和气门座进行研磨，研磨后清洁气门与气门座。

注意：

请各组成员对气门与座必须进行密封性试验，并完成下列表格。

采用的方法：

一缸

二缸

三缸

四缸

结论

进气门

密封效果

排气门

密封效果

知识拓展

某发动机动力下降，经检测，气缸压缩压力不符合要求，说明气缸密封性不良。

进行故障排查，证实活塞