配氣機構拆裝與調整.ppt

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配氣機構拆裝與調整,學習情境四配氣機構拆裝與調整,1.配氣機構的結構形式2.配氣正時3.配氣機構的零部件結構認識4.配氣機構拆裝與調整,配氣機構概述,1、配氣機構的功用按照發(fā)動機工作循環(huán)的需要，定時開啟、關閉進、排氣門。（1）在進氣過程中，向氣缸內供給可燃混合氣或新鮮空氣。（2）在壓縮和作功過程中，保證氣缸的密封。（3）在排氣過程中，及時排出廢氣。氣門開閉要求：不遲不早，不多不少，開得快，關得嚴，噪聲小。,2、充量系數φc,充量系數φc——指發(fā)動機在每一工作循環(huán)進入氣缸的實際充量（新鮮可燃混合氣或新鮮空氣）與進氣狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的理論充量的比值。也稱充氣效率或容積效率。Φc=M/M0M——進氣過程中，進入氣缸的實際充量。M0——進氣狀態(tài)下，充滿氣缸工作容積的理論充量。,充量系數對發(fā)動機性能的影響,Φc↑→進氣量↑→熱量↑→P↑。Φc一般為0.8~0.9。,第一部分配氣機構的布置及傳動,一、配氣機構的組成,二、配氣機構的分類,,,,,,按每缸氣門數目分,,,三、氣門的布置形式,頂置氣門式配氣機構1、結構特點——氣門位于活塞頂上方。,2、工作特點,四行程發(fā)動機每完成一個工作循環(huán)，曲軸旋轉兩周，各缸的進、排氣門各開啟一次，凸輪軸旋轉一周。,,,四、凸輪軸的布置形式,1、凸輪軸下置式優(yōu)點：曲軸與凸輪軸之間采用齒輪傳動，傳動簡單可靠，有利于發(fā)動機的布置。缺點：動力傳遞路線較長，不適用于高速發(fā)動機。,2、凸輪軸中置式,特點：曲軸與凸輪軸之間采用齒輪傳動或鏈輪傳動，可減少氣門傳動機構的往復運動質量。,3、凸輪軸上置式,特點：曲軸與凸輪軸之間傳動路線長，氣缸蓋拆卸困難，往復運動慣性力小，適用于高速發(fā)動機。,五、凸輪軸的傳動方式,,,1、齒輪傳動,,2、鏈傳動,,3、帶傳動,,三種傳動方式比較,,單缸2氣門配氣機構,,單缸3氣門配氣機構,,單缸4氣門配氣機構,,單缸5氣門配氣機構,,七、氣門驅動形式,,,,,,,,第二部分配氣正時,,1、氣門開閉時刻的選擇,理論上：四行程發(fā)動機的進氣門在上止點時開啟，在下止點時關閉；排氣門在下止點時開啟，在上止點時關閉。實際工作時：發(fā)動機曲軸轉速很高，活塞每一行程歷時極短，使發(fā)動機充氣不足或排氣不凈，從而使發(fā)動機功率下降。措施：使進、排氣門都提前打開、延遲關閉，以改善進、排氣狀況，從而提高發(fā)動機的動力性。,2、什么叫配氣相位？,配氣相位指用曲軸轉角表示進、排氣門開、閉時刻和開啟持續(xù)時間。,3、配氣相位的選擇,進、排氣門都早開晚關目的：進氣充分，排氣徹底。,,進氣門配氣相位的選擇,進氣門早開：減少進氣開始時的進氣阻力，使得進氣充分。進氣門晚關：利用進氣氣流的流動慣性和壓差，繼續(xù)進氣。,排氣門配氣相位的選擇,排氣門早開：利用缸內外較大壓差，有利于排氣。排氣門晚關：用進氣氣流的流動慣性和壓差，繼續(xù)排氣，使得排氣徹底。,進氣門配氣相位,α——進氣門提前角α=10~30β——進氣門延遲角β=40~80α+180+β——進氣過程持續(xù)角進氣過程＞進氣行程,排氣門配氣相位,γ——排氣門提前角γ=40~80δ——排氣門延遲角δ=10~30γ+180+δ——排氣過程持續(xù)角排氣過程＞排氣行程,4、四行程發(fā)動機配氣相位圖,,,進氣過程,排氣過程,5、氣門疊開,氣門疊開——當進氣門早開和排氣門晚關時，出現(xiàn)的進排氣門同時開啟的現(xiàn)象。,氣門疊開角的選擇氣門疊開角α+δ——進、排氣門同時開啟過程中的曲軸轉角。,由于新鮮氣流和廢氣流的流動慣性都比較大，在氣門疊開時不會改變流向。只要氣門重疊角選擇適當，就不會有廢氣倒流入進氣管和新鮮氣體隨同廢氣排出的可能性，有利于換氣。,部分汽車配氣相位值,,配氣正時錯誤所造成的后果,,第三部分配氣機構的零部件結構認識,,,,氣門傳動組,氣門組,氣門組零件的基本組成,,（一）氣門,,1、氣門的工作條件,（1）受熱嚴重，散熱困難。（2）承受慣性沖擊力。（3）在腐蝕介質中工作。（4）潤滑條件差。2、性能要求足夠的強度和剛度，耐高溫、耐沖擊、耐腐蝕、耐磨損。,3、氣門的材料,進氣門：合金鋼。排氣門：耐熱合金鋼。,4、氣門頭部的構造,氣門頭部的功用——與氣門座配合，氣流通道，起密封、傳熱作用。,氣門頭部的結構特點,（1）氣門頭部形狀有平頂、凸頂和凹頂。（2）氣門頭部與桿身連接處有較大的圓角過渡，以減小氣流阻力。（3）氣門頭部與氣門座互配。（4）進氣門頭部直徑大于排氣門，以增大進氣量，提高動力性。,氣門頭部的形狀,,氣門頭部各種結構形式比較,,充鈉排氣門,在一些熱負荷嚴重的柴油機上，排氣門頭部制成空心，內充金屬鈉。充鈉冷卻可使排氣門頭部溫度下降150~200℃，但氣門桿溫度下降不多。,氣門與氣門座的配合,（1）氣門與氣門座的工作面呈錐形，錐角一般做成45，有的做成30。（2）氣門工作錐面經精加工后與氣門座互研，錐面中部形成1~3mm的密封環(huán)帶，起密封和傳熱作用。（3）對于多缸發(fā)動機氣門不能互換。（4）氣門落座時氣門座對氣門有定位作用。（5）氣門落座時有一定的自潔作用。,氣門密封面錐角,,5、氣門桿身的結構,功用——導向、傳熱。結構特點——表面加工精度高，耐磨性好。,6、氣門尾部,功用——連接氣門彈簧座，承受驅動力。結構特點：（1）與氣門彈簧座采用鎖片或鎖銷固定。（2）氣門尾部有環(huán)槽作為防脫裝置。,不同類型的氣門桿環(huán)槽,,氣門與氣門彈簧座的固定方式,,（四）氣門導管,,1、氣門導管的功用——導向、傳熱,,2、氣門導管的工作條件,工作溫度較高，潤滑不良，易磨損。3、氣門導管的材料含石墨較多的灰鑄鐵或鐵基粉末冶金,氣門油封的安裝,為防止機油通過氣門與氣門導管的縫隙中漏入燃燒室，有的發(fā)動機氣門導管上安裝氣門油封。,（二）氣門座,1、氣門座的功用——密封、傳熱。,2、氣門座的結構形式,,,氣門座的結構特點,（1）氣門座錐角與氣門錐角相適應。（2）氣門密封錐面寬度為1~3mm。,氣門座結構形式的選擇,（1）汽油機排氣門采用鑲嵌式氣門座。（2）柴油機進氣門采用鑲嵌式氣門座。（3）有的發(fā)動機進、排氣門都采用鑲嵌式氣門座。（4）采用鋁合金氣缸蓋的發(fā)動機，進、排氣門都采用鑲嵌式氣門座。（5）當在氣缸蓋上直接加工出來的氣門座能滿足工作性能要求時，最好不用鑲嵌式氣門座。,3、氣門座圈的材料,一般選用耐熱鋼或合金鑄鐵。,4、氣門座圈與氣門座圈孔的配合,氣門座圈與氣門座圈孔采用較大的過盈配合，可采用熱裝法或冷裝法裝配。,（三）氣門彈簧,1、氣門彈簧的功用（1）使氣門自動回位，保證氣門的密封。（2）吸收沖擊振動的能量。,2、氣門彈簧的結構特點——圓柱螺旋彈簧,,3、氣門彈簧的材料——合金彈簧鋼,,4、減小或消除彈簧共振的措施,（1）提高氣門彈簧的自然振動頻率。（2）采用不等螺距彈簧。（3）采用雙氣門彈簧。（4）采用加阻尼摩擦片的等螺距單彈簧。,5、氣門彈簧座,,二、氣門傳動組,功用——定時驅動氣門開閉，并保證氣門有足夠的開度。,氣門傳動組的組成,,齒輪傳動氣門傳動組的組成,,同步齒形帶傳動氣門傳動組的組成,,鏈條傳動氣門傳動組的組成,,（一）凸輪軸,,1、凸輪軸的功用,（1）驅動和控制各缸進、排氣門的開、閉，保證氣門有足夠的升程。（2）驅動其它部件的工作。,2、凸輪軸的工作條件,承受氣門間歇性開啟的周期性沖擊載荷。3、對凸輪軸的要求足夠的韌性和剛度，足夠的耐磨性。,4、凸輪軸的材料,（1）優(yōu)質碳鋼或合金鋼——多數采用。（2）合金鑄鐵或球墨鑄鐵——近年來廣泛采用。,5、凸輪軸的基本組成,,6、凸輪軸的結構特點,（1）凸輪與軸制成一體。（2）多缸發(fā)動機相鄰工作的兩缸同名凸輪之間的夾角φ=360/i。（3）同一氣缸進、排氣凸輪之間的夾角取決于配氣相位。,四缸四行程汽油機凸輪軸,,四缸發(fā)動機同名凸輪夾角（1-2-4-3）,,六缸四行程汽油機凸輪軸,,六缸發(fā)動機同名凸輪夾角（1-5-3-6-2-4）,,7、凸輪軸的支承——凸輪軸軸承,,8、凸輪軸的驅動,驅動型式——由曲軸通過傳動裝置驅動。傳動裝置類型：傳動比,,配氣正時,為了保證曲軸與凸輪軸之間正確的相對位置，保證裝配時的配氣正時，傳動裝置上都有正時記號，裝配時必須式記號對齊。,9、凸輪軸的軸向定位,目的——防止凸輪軸在工作中產生軸向竄動。定位方法——止推板式。,（二）挺柱,,1、挺柱的功用,將凸輪的推力傳給推桿或氣門，并承受凸輪軸旋轉時鎖施加的側向力。,2、挺柱的結構形式,,各種形式挺柱的應用,,3、挺柱的材料,鎳鉻合金鑄鐵或冷激合金鑄鐵,4、挺柱的旋轉,為避免挺柱與凸輪、挺柱與氣門導管磨損均勻，挺柱在工作中應有適當的旋轉。,挺柱偏置,錐面凸輪球面挺柱,（三）推桿,1、推桿的功用——將從凸輪軸經過挺柱傳來的推力傳給搖臂。,2、推桿的結構及材料,（1）結構特點——細長桿件，一般制成下端圓球形，上端凹球形。（2）材料——硬鋁或合金鋼，兩端耐磨。,（四）搖臂,1、搖臂的功用——將推桿或凸輪傳來的力改變方向，作用到氣門桿端以推開氣門。,2、搖臂驅動形式,,,3、搖臂的結構,,,4、搖臂總成結構,,搖臂總成實物,,搖臂總成零件圖,,第四部分氣門間隙的檢查與調整,,一、氣門間隙基本知識,1、氣門間隙——當氣門處于完全關閉狀態(tài)時，氣門桿與搖臂接觸面（或凸輪）之間的間隙。,2、氣門間隙的作用,給氣門桿受熱留有膨脹伸長的余地，保證氣門的密封。,3、氣門間隙的大小,由廠家根據試驗確定，一般為0.15~0.45mm左右。氣門間隙過小→氣門關閉不嚴而漏氣→發(fā)動機功率下降，燒壞氣門。氣門間隙過大→氣門開度減小，氣門開啟延續(xù)時間縮短，增加了零件之間的撞擊→發(fā)動機功率下降，磨損加劇。,注意點：,（1）一般來說，排氣門的氣門間隙比進氣門的氣門間隙大。（2）為便于調整，許多發(fā)動機進、排氣門氣門間隙大小一樣，將氣門選擇不同的材料。（3）氣門間隙有冷態(tài)間隙和熱態(tài)間隙之分，冷態(tài)間隙比熱態(tài)間隙大。（4）當傳動機構磨損后，氣門的開度減小。（5）裝有液力挺柱的配氣機構無氣門間隙。,部分發(fā)動機氣門間隙,,二、氣門間隙的檢查與調整,,1、調整前提,氣門處于完全關閉狀態(tài)。（挺柱或搖臂落在凸輪的基圓上）,2、調整要求,松開鎖緊螺母，將標準厚薄規(guī)插入搖臂與氣門桿之間，一邊用起子旋動調整螺釘，一邊來回拉動厚薄規(guī)，感到稍有阻力即可，擰緊鎖緊螺母，復查間隙。擰入調整螺釘，氣門間隙減小；反之，氣門間隙變大。,3、調整方法,（1）逐缸調整法——適用于結構復雜、磨損嚴重的發(fā)動機。（2）兩次調整法——普遍采用。,“兩次調整法”的原理,,用“逐缸調整法”調整495柴油機（1-3-4-2）的氣門間隙,（1）找到第1缸的壓縮上止點。具體方法是：拆下氣門罩蓋，轉動飛輪，觀察第1缸氣門的動作，當排氣門關閉、進氣門打開又完全關閉后，使飛輪上的上止點記號與飛輪殼上的刻線對齊。此時，第1缸進、排氣門處于完全關閉狀態(tài)，第4缸進、排氣門處于打開狀態(tài)。（2）選擇0.20~0.25mm厚度的厚薄規(guī)分別插入第1缸進、排氣門搖臂與氣門桿之間，檢查氣門間隙是否符合技術要求。（3）分別調整第1缸進、排氣門氣門間隙。具體做法是：松開鎖緊螺母，將標準厚薄規(guī)插入搖臂與氣門桿之間，一邊用“一”字起子旋動氣門間隙調整螺釘，一邊來回拉動厚薄規(guī)，直至感到稍有阻力即可，擰緊鎖緊螺母，復查間隙。擰入氣門間隙調整螺釘，氣門間隙變大；反之，氣門間隙減小。（4）按照作功順序，將曲軸每轉180，依次檢查調整3、4、2缸進、排氣門的氣門間隙。,用“兩次調整法”調整495柴油機（1-3-4-2）的氣門間隙,（1）找到第1缸的壓縮上止點。（2）按照“雙排不進”的原則，調整一半氣門的氣門間隙。即調整第1缸的進、排氣門，第3缸的排氣門，第4缸不調整，第2缸的進氣門。（3）將曲軸轉動1周，調整余下所有氣門的氣門間隙。即第1缸不調整，第3缸的進氣門，第4缸的進、排氣門，第2缸的排氣門。,6缸發(fā)動機的兩次調整法（1-5-3-6-2-4）,,4、找第1缸壓縮上止點的方法,（1）觀察第1缸進、排氣門的動作，對正缸1缸上止點記號。（2）在第1缸火花塞孔中或噴油器孔中塞棉球或用手指堵住火花塞孔或噴油器孔，對正1缸上止點記號。（3）觀察分火頭或噴油泵。（4）根據配氣相位，結合進、排氣門的動作找準第1缸壓縮上止點。,5、檢查、調整氣門間隙時的注意點,（1）必須擰緊搖臂軸支座的螺母。（2）識別第一缸（正確區(qū)分發(fā)動機的前后端）。（3）搞清氣門的排列。（4）知道發(fā)動機的作功順序。（5）知道氣門間隙的大小。（6）正確找準第1缸的壓縮上止點。（7）正確觀察氣門的工作狀態(tài)（搖轉曲軸，看1缸，先排后進）。（8）調整過程中，當厚薄規(guī)來回拉動時，應感到稍有阻力即可。（9）當擰緊鎖緊螺母后，必須復查氣門間隙。,第五部分配氣機構新結構,,一、液力挺柱,,1、有氣門間隙配氣機構的優(yōu)缺點,（1）解決了熱膨脹對氣門工作的影響。（2）在發(fā)動機工作時產生撞擊噪聲。（3）氣門間隙變化對發(fā)動機工作性能影響大。（3）氣門間隙檢查調整復雜。,2、液力挺柱的功用,（1）能自動消除氣門及傳動機構的間隙，減小了各零件的沖擊載荷和噪聲。（2）凸輪輪廓可設計得比較陡些，氣門開啟和關閉更快，進、排氣阻力小，延長氣門與氣門座的接觸時間，提高發(fā)動機的高速性能。（3）改善氣門的冷卻，延長氣門的使用壽命。（4）不需要調整氣門間隙，使用維護方便。,3、液力挺柱的結構,,液力挺柱的結構示意圖,,液力挺柱的結構特點：,（1）外體與上蓋焊接在一起。（2）內體（油缸）的內、外表面分別與柱塞外表面、外體內表面良好地配合，接觸面間都有泄露間隙。（3）柱塞與油缸是一對精密偶件。（4）整個挺柱體形成兩個低壓油腔和一個高壓油腔。（5）柱塞回位補償彈簧的作用使柱塞壓靠在上蓋上，使挺柱頂面與凸輪輪廓保持接觸。當凸輪基圓與挺柱頂面接觸時，可消除并補償氣門間隙。,4、液力挺柱的工作過程,（1）當凸輪沒有壓下液力挺柱時機油→缸蓋專用油道→挺柱體環(huán)形油槽→供油斜孔→低壓油腔Ⅰ→低壓油腔Ⅱ→高壓油腔。低壓油腔Ⅰ、低壓油腔Ⅱ、高壓油腔充滿機油，柱塞頂在上蓋上。,,（2）當凸輪壓下液力挺柱時,挺柱體和柱塞被壓下→油缸被推向上蓋→壓縮高壓油腔→單向球閥關閉→高壓油腔被密封→挺柱外體、油缸、柱塞成為一個剛體→按凸輪的運動規(guī)律，使氣門逐漸打開，再逐漸關閉。,,,（3）當凸輪轉到基圓位置時,環(huán)形油槽與專用油道對準→氣門在氣門彈簧作用下關閉→柱塞向上運動，挺柱回到原始位置→高壓油腔油壓下降→單向球閥打開→高壓油腔機油得到補充→油缸下行，壓靠在氣門桿上→氣門間隙得到補償。,氣門間隙的自動補償原理,液力挺柱靠油缸的相對位移來補償氣門間隙。氣門膨脹時：從低壓油腔向高壓油腔的補償油量減少→油缸相對于挺柱體上行→挺柱自動“縮短”。氣門收縮時：從低壓油腔向高壓油腔的補償油量增加→油缸相對于挺柱體下行→挺柱自動“伸長”。,5、液力挺柱使用時的注意點,（1）對機油的壓力和濾清質量要求嚴格。（2）液力挺柱安裝前必須人工排氣充油，以免工作時產生額外噪聲。（3）液力挺柱是不可拆卸的組件，磨損后無法調整，只能更換。（4）若通往氣缸體-氣缸蓋油道中的單向閥損壞，則發(fā)動機無法起動。,二、VTEC機構,,1、傳統(tǒng)配氣機構的不足之處,發(fā)動機在各種工況下，配氣正時和氣門升程固定不變。（1）低速時氣流速度慢，真空度大，廢氣倒流，造成怠速不穩(wěn)，動力下降，經濟性差。（2）高速時進、排氣時間短，造成進氣不足，排氣不凈，功率下降。,2、VTEC控制技術,1989年，本田公司推出世界上第一個能同時控制氣門開閉時間和氣門升程在兩種不同情況下工作的氣門控制系統(tǒng)——可變配氣正時和氣門升程電子控制系統(tǒng)。VTEC——VariableValveTiming&ValveLiftElectronicControlSystem,本田VTEC系統(tǒng),,3、VTEC的基本組成,,,4、VTEC的機械構造,,VTEC的結構原理圖,,VTEC的結構特點,（1）配置有兩個進氣門和兩個排氣門。（2）VTEC一般只應用在進氣門。（3）主凸輪、中間凸輪、次凸輪3個凸輪對應主搖臂、中間搖臂、次搖臂3個搖臂。（4）主搖臂、次搖臂分別驅動主進氣門、次進氣門，中間搖臂另一端在低速時自由轉動。（5）主搖臂、中間搖臂、次搖臂的油缸孔中一次分別安裝正時活塞及主同步活塞、中間同步活塞、次同步活塞（阻擋活塞）。,3個凸輪的結構設計,（1）中間凸輪的升程最大，按發(fā)動機雙進、雙排氣門工作最佳輸出功率的要求設計，（2）主凸輪升程小于中間凸輪升程，按發(fā)動機低速工作時單氣門開閉的要求設計。（3）次凸輪的升程最小，最高處稍微高于基圓，在發(fā)動機怠速運行時，通過次搖臂稍微打開次氣門，以免燃油集聚在次進氣門口。,5、VTEC的工作原理,,VTEC控制原理,根據發(fā)動機轉速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、車速傳感器、水溫傳感器等信號，經ECM分析、計算、處理后，將電壓信號傳給VTEC電磁閥，通過控制油壓來控制搖臂一端活塞的動作。,（1）發(fā)動機在低速運轉時,,發(fā)動機在低速運轉時的工作過程：,電磁閥斷電→油道內無油壓→各活塞位于各自得油缸內→3個搖臂彼此分離→主搖臂驅動主進氣門，中間搖臂空擺，次搖臂驅動次進氣門微量開閉。配氣機構氣門處于“單進雙排”工作狀態(tài)。,（2）發(fā)動機在高速運轉時,,發(fā)動機在高速運轉時的工作過程：,電磁閥通電→開啟工作油道→各活塞位于各自得油缸內→正時活塞推動3個同步活塞移動→主同步活塞、中間同步活塞將3個搖臂連接成一體，成為一個同步工作的組合搖臂→中間凸輪驅動組合搖臂→主進氣門、次進氣門提前開啟，開度增大→進氣量增大。配氣機構氣門處于“雙進雙排”工作狀態(tài)。,6、VTEC的功用,（1）發(fā)動機在低速運轉時，VTEC不工作，發(fā)動機的燃燒效率較高，燃油消耗較低。（2）發(fā)動機在高速運轉時，發(fā)動機ECM控制VTEC同時改變進氣門的配氣正時和氣門升程，增加進氣量，使發(fā)動機動力性和經濟性大大提高。,