《汽車構(gòu)造》全書教案配氣機(jī)構(gòu)

1、汽車構(gòu)造教案課程名 稱汽布構(gòu)造課時2授課班級教學(xué)方式講授課題任課教師教學(xué)目的與要求了解配氣機(jī)構(gòu)的功用及組成；掌握配氣機(jī)構(gòu)的三種傳動方式及特點(diǎn)；掌握液壓挺柱的結(jié)構(gòu)及工作原理；理解充氣效率的含義；熟知配氣相位的基本內(nèi)容；了解可變式配氣機(jī)構(gòu)的工作特點(diǎn)。重、難點(diǎn)配氣相位液壓挺柱的結(jié)構(gòu)及工作原理；1教學(xué)內(nèi)容第3章配氣機(jī)構(gòu)3.1概述.1配氣機(jī)構(gòu)的功用據(jù)發(fā)動機(jī)每一氣缸內(nèi)所進(jìn)行的工作循環(huán)或發(fā)火次序的要 求，定時打開和關(guān)閉各氣缸的進(jìn)、排氣門，使新鮮可燃混合氣(汽 油機(jī))或空氣(柴油機(jī))得以及時進(jìn)入氣缸，廢氣得以及時從氣缸 排出，使換氣過程最佳，以保證發(fā)動機(jī)在各種工況下工作時發(fā)出 最好的性能。2.四沖程內(nèi)燃機(jī)采用

2、氣門式配氣機(jī)構(gòu)是由氣門組、傳動組 和驅(qū)動組二部分組成，氣門組包括：氣門、氣門座、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧、氣 門彈簧座及鎖緊裝置等零件；傳動組包括：挺柱、推桿、搖臂、搖臂軸等零件；驅(qū)動組包括：凸輪軸，凸輪軸軸承和止推裝置等。3.2配氣機(jī)構(gòu)的構(gòu)造1氣門式配氣機(jī)構(gòu)的布置形式一、分類配氣機(jī)構(gòu)的分類可以從以卜方面來進(jìn)行：(1)按氣門的布置型式，主要有氣門頂置式和氣門側(cè)置式； (2)按凸輪軸的布置位置，可分為凸輪軸下置式、凸輪軸1.氣門 的布置 形式凸輪軸 的布置 形式凸輪軸 的傳動 方式氣門間 隙一、進(jìn) 氣門的 配氣相 位 進(jìn)氣提 前角進(jìn)氣遲中置式和凸輪軸上置式；（3）按曲軸和凸輪軸的傳動方式，可分為齒輪傳

3、動式、鏈 條傳動式和齒帶傳動式；（4）按每缸氣門數(shù)目，有二氣門式、三氣門式、四氣門式 和五氣門式。二、氣門的不同機(jī)構(gòu)特點(diǎn)頂置氣門、下置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)（OHV）,如圖31所示。頂置氣門、下置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)的凸輪軸 或位于氣缸體側(cè)部，或位于氣缸體上部，或位于 v型內(nèi)燃機(jī)氣 缸體的v型夾角內(nèi)。結(jié)構(gòu)簡單，安裝、調(diào)整容易，氣門所受側(cè) 向力很小，工作可靠。頂置氣門、上置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)（OHV/OHC）如圖32所示。頂置氣門、上置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)的凸輪軸 安裝在氣缸蓋上.它可以直接驅(qū)動沿氣缸體縱向排成一列的二 個氣門.也可以通過搖貿(mào)或擺桿驅(qū)動氣門，如圖 3 2a所示。為 了減小氣門的側(cè)向力.凸輪軸與氣門桿頂部

4、間沒有氣門導(dǎo)筒或 擺桿，如圖3 2b所示。頂置氣門、雙搖臂、上置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu) （OHV/OHC）, 如圖33所示。頂置氣門、雙搖臂、上置凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)是用 一個凸輪軸通過進(jìn)、排氣凸輪和兩個搖臂分別控制進(jìn)、排氣門。四氣門比二氣門能增大功率和扭矩 15%,油耗可降低5%。 由于氣門的相位角和重疊角減小，有害廢氣排放可減少。如奧 迪1.8L四缸汽油機(jī)，每缸從二個氣門增加為四個氣門 （二進(jìn)二 排），進(jìn)氣面積增加30%,排氣面積增加50%,功率增大25%。頂置氣門、上置雙凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)（OHV/DOHC）如圖3-4所示。頂置氣門、上置雙凸輪軸配氣機(jī)構(gòu)是放在 氣缸蓋上的兩根凸輪軸通過氣門導(dǎo)筒或氣門調(diào)整盤

5、，分別控制 氣缸蓋上兩列進(jìn)氣門和排氣門（即同名氣門是沿氣缸體縱向排 列）。這種配氣機(jī)構(gòu)沒有傳動環(huán)節(jié)，具高速性最佳。對于每缸采用三氣門（二個進(jìn)氣門，一個排氣門）和五氣門 （三個進(jìn)氣門和二個排氣門）的內(nèi)燃機(jī)，其氣門的驅(qū)動方式與四 氣門驅(qū)動方式類似后角排氣門 的配氣 相位排氣提 前角排氣遲 后角門組氣門.構(gòu) 造.氣 門的工 作條件 與材料 氣門座 氣門導(dǎo) 管3.2.2配氣機(jī)構(gòu)的傳動.齒輪驅(qū)動形式就是采用齒輪副來驅(qū)動凸輪軸。曲軸與凸輪軸的傳動比為2: 1。即曲軸旋轉(zhuǎn)720o,完成一個工作循環(huán)，發(fā)動各缸工作一 本次課 次，對應(yīng)的凸輪軸旋轉(zhuǎn)3600給各缸近、排氣一次。所以凸輪軸 的 講正時齒輪的齒數(shù)為曲軸

6、正時齒輪齒數(shù)的二倍。凸輪軸下置時， 一般都采用齒輪副驅(qū)動，正時齒輪多用斜齒。.鏈驅(qū)動形式鏈?zhǔn)津?qū)動，就是指曲軸通過鏈條來驅(qū)動凸輪軸如圖 3 6所 示。這種驅(qū)動形式一般多用于凸輪軸上置的遠(yuǎn)距離傳動。奔馳 轎車發(fā)動機(jī)就采用這種驅(qū)動方式。但鏈傳動的可靠性和耐久性 不如齒輪傳動，且噪聲較大、造價高，其傳動性能的好壞直接 取決于鏈條的制造質(zhì)量。為使在工作時鏈條具有一定的張力而 不致脫鏈，通常裝有導(dǎo)鏈板14,張緊輪裝置2、11等。.齒形皮帶驅(qū)動這種驅(qū)動方式與鏈驅(qū)動的原理相同。只是鏈輪改為齒輪， 鏈條改成齒形皮帶，如圖37所示。這種齒形皮帶用氯丁橡膠 制成，中間夾有玻璃纖維和尼龍織物，以增加強(qiáng)度。齒形皮帶 驅(qū)

7、動彌補(bǔ)了鏈驅(qū)動的缺陷，并降低了成本。氣門頂置式配氣機(jī)構(gòu)，目前在汽車上應(yīng)用最廣泛。發(fā)動機(jī) 具有較高的動力性。但氣門頂置式與側(cè)置式相比也有其缺點(diǎn)： 凸輪軸與曲軸相距較遠(yuǎn)，使傳動機(jī)構(gòu)復(fù)雜，氣缸蓋結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 發(fā)動機(jī)高度增加。.2.3每缸氣門數(shù)及其排列方式.每缸兩個氣門方式一般發(fā)動機(jī)較多的采用每缸兩個氣門，即一個進(jìn)氣門和一 個排氣門。這種結(jié)構(gòu)在可能的條件下應(yīng)盡量加大氣門的直徑， 特別是進(jìn)氣門的直徑，以改善氣缸的換氣。但是，由于燃燒室 尺寸的限制，從理論上講，最大氣門直徑一般不超過氣缸直徑 的一半。當(dāng)氣缸直徑較大，活塞平均速度較高時，每缸一進(jìn)一 排的氣門結(jié)構(gòu)就不能滿足發(fā)動機(jī)對換氣的要求。2.每缸四個氣門方

8、式3.每缸五個氣門方式現(xiàn)代轎車發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)面臨的主要任務(wù)是進(jìn)一步降低燃油消述，使 學(xué)生了 解氣門 傳動組 的 組 成，掌 握其構(gòu) 造特 點(diǎn)。 理解并 掌握凸 輪軸的 構(gòu)造特 r 八、, 理解并 掌握液 力挺柱 的 原 理； 了解推 桿及搖 臂的構(gòu) 造特耗和排放污染；提高動力性和改善噪聲特性；另外還要降低成本。新型奧迪轎車的 V型六缸五氣門發(fā)動機(jī)和捷達(dá) EA113型四 缸五氣門發(fā)動機(jī)就采用五氣門技術(shù)，如圖 3-9所示。與四氣門 相比，采用每缸五氣門的發(fā)動機(jī)具氣門流通截面更大，充氣效 率更高。在四氣門發(fā)動機(jī)缸蓋和五氣門發(fā)動機(jī)缸蓋上，氣門可 能的最大直徑是不相同的。對于四氣門缸蓋，氣門的最大可能 直徑

9、受火花塞和氣門之間棱寬的限制，而對于五氣門缸蓋則主 要受氣門自身間棱寬的限制。由于氣門和火花塞的間距增大，就有可能在鑄件設(shè)計(jì)時把火花塞座和排氣道分開，從而使整個 區(qū)域的冷卻得到顯著改善，這就確保五氣門發(fā)動機(jī)盡管氣缸充 氣效率高，而爆燃敏感性卻極小。因此每缸米用五個氣門，為 滿足高性能指標(biāo)要求提供了機(jī)會，即可以實(shí)現(xiàn)燃油消耗低、扭 矩大及排污少，比目前使用的四氣門發(fā)動機(jī)達(dá)到的性能指標(biāo)更 好。止匕外，如果將五氣門技術(shù)與增壓技術(shù)相結(jié)合，其性能指標(biāo) 的優(yōu)勢將更加明顯。當(dāng)每缸采用五氣門時，氣門排列的方案通常是同名氣門排 成一列，分別用進(jìn)氣凸輪軸和排氣凸輪軸驅(qū)動。捷達(dá) EA113型 發(fā)動機(jī)的五氣門是采用鋁合

10、金材料鑄造而成的整體式缸蓋；燃 燒室采用了緊湊浴盆式，火花塞位于燃燒室中心，如圖 3-9所 示。3.2.4配氣相位配氣相位就是用曲軸轉(zhuǎn)角表示的進(jìn)、排氣門的實(shí)瞅開閉時 刻和開啟的持續(xù)時間。用曲軸轉(zhuǎn)角的環(huán)形圖來表示配氣相位， 這種圖稱為配氣相位圖（如圖3-10）。理論上四沖程發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣門應(yīng)當(dāng)在活塞處在上止點(diǎn)時開 啟，當(dāng)活塞運(yùn)動到下止點(diǎn)時關(guān)閉；排氣門則應(yīng)當(dāng)在活塞處H 止點(diǎn)時開啟，在上止點(diǎn)時關(guān)閉。進(jìn)氣時間和排氣時間各占1800曲軸轉(zhuǎn)角。但是實(shí)際發(fā)動機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)速都很高，活塞每一行程 歷時都很短。例如上海桑塔納轎車發(fā)動機(jī)，在最大功率時的轉(zhuǎn) 速為5600r/rain, 一個行程歷時僅為0.0054so這樣

11、短時間的進(jìn) 氣和排氣過程，往往會使發(fā)動機(jī)充氣不足或排氣不干凈，從而 使發(fā)動機(jī)功在下降。因此，現(xiàn)代發(fā)動機(jī)都采取延長進(jìn)、排氣時 問的方法，即：氣門的開啟和關(guān)閉的時刻并/、止好是活塞處于 上止點(diǎn)和下止點(diǎn)的時刻，而是分別提前或延遲f曲軸轉(zhuǎn)角， 以改善進(jìn)、排氣狀況，從而提高發(fā)動機(jī)的動力性。1.進(jìn)氣門的配氣相位如圖3-10所示，在排氣行程接近終了，活塞到達(dá)上止點(diǎn)之 前，進(jìn)氣門便開始開啟，即曲軸轉(zhuǎn)到活塞處于上止點(diǎn)位置還差 一個角度a稱為進(jìn)氣提前角。直到活塞過了下止點(diǎn)重又上行， 即曲軸轉(zhuǎn)到超過活塞下止點(diǎn)位置以后一個角度B時，進(jìn)氣門才 關(guān)閉，稱為進(jìn)氣遲后角。進(jìn)氣提前角，一般為10o30o,進(jìn)氣遲后角，一般為40

12、o80o。這樣，整個進(jìn)氣過程中，進(jìn)氣門開 啟持續(xù)時間的曲軸轉(zhuǎn)角，即進(jìn)氣持續(xù)角為 180o+a + B。進(jìn)氣門早開晚關(guān)的目的，是為了保證進(jìn)氣行程開始時進(jìn)氣 門已有一定開度，在進(jìn)氣行程中獲得較大進(jìn)氣通道截面，使新1鮮氣體能順利地充人氣缸。當(dāng)活塞到達(dá)下止點(diǎn)時，氣缸內(nèi)壓力 仍低于大氣壓力，在壓縮行程開始階段，活塞上移速度較慢的 情況下，仍可以利用氣流較大的慣性和壓力差繼續(xù)進(jìn)氣，因此 進(jìn)氣門晚關(guān)是利于充氣的。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速越高，氣流慣性越大， 遲閉角應(yīng)取大值，以充分利用進(jìn)氣慣性充氣。2排氣門的配氣相位在作功行程接近終了，活塞到達(dá)下止點(diǎn)前，排氣門便開始 開啟，提前開啟的角度丫時，稱為排氣提前角，一般約為40o

13、 800。經(jīng)過整個排氣行程，在活塞越過上止點(diǎn)后，排氣門才關(guān)閉， 排氣門關(guān)閉的延遲角6稱為排氣遲后角，一般約為10o30o。這樣，整個排氣過程中，排氣門開啟持續(xù)時間的曲軸轉(zhuǎn)角，即 排氣持續(xù)角為1800+T + 6。排氣門早開晚關(guān)的目的是：它主要是利用排氣過程后期， 當(dāng)作功行程接近下止點(diǎn)時，氣缸內(nèi)的氣體仍有300500kPa的壓 力，但就活塞作功而言，作用不大，這時若稍開啟排氣門，大 部分廢氣在此壓力作用下可高速從缸內(nèi)排出；以減小排氣行程 消耗的功。排氣遲后關(guān)閉角主要是利用排氣氣流慣性排出更多 的廢氣。當(dāng)活塞到下止點(diǎn)時，氣缸內(nèi)壓力大大下降（約為1l0120kPa）,這時排氣門的開度進(jìn)一步增加，從而

14、減少了活塞 上行時的排氣阻力。高溫廢氣的迅速排出，還可以防止發(fā)動機(jī) 過熱。當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)時，燃燒室內(nèi)的廢氣壓力仍高于大氣 壓力，加之排氣時氣流有f慣性，所以排氣門遲關(guān)，可以使 廢氣排放得較干凈。13.氣門的疊開同一氣缸的工作行程順序是排氣行程后，接著便是進(jìn)氣行 程。因此，在實(shí)際發(fā)動機(jī)中，在進(jìn)排氣行程的上止點(diǎn)前后，由 圖3-10可見，由于進(jìn)氣門在上止點(diǎn)前即開啟，而排氣門在上止 點(diǎn)后才關(guān)閉，這就出現(xiàn)了在一段時間內(nèi)用卜氣門與進(jìn)氣門同時開 啟的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為氣門重宣，重登的曲軸轉(zhuǎn)角a +6稱為 氣門重疊角。由于新鮮氣流和廢氣流的流動慣性比較大，在短 時間內(nèi)是保持原來的流動方向。因此只要?dú)忾T重疊角

15、選擇適當(dāng)， 就不會產(chǎn)生廢氣倒流人進(jìn)氣管或新鮮氣體隨同廢氣排出的可能 性，這將有利于換氣。但應(yīng)注意，如氣門重疊角過大，當(dāng)汽油 機(jī)小負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)氣管內(nèi)壓力很低時，就可能出現(xiàn)廢氣倒流， 進(jìn)氣量減少。對于不同發(fā)動機(jī)，由于結(jié)構(gòu)形式，轉(zhuǎn)速各不相同， 因而配氣相位也不相同。合理的配氣相位應(yīng)根據(jù)發(fā)動機(jī)性能要 求，通過反復(fù)試驗(yàn)確定。氣門間隙所謂氣門間隙就是指：發(fā)動機(jī)在冷狀態(tài)時，在氣門傳動機(jī) 構(gòu)中，留啟f的間隙。以補(bǔ)償氣門及傳動機(jī)構(gòu)受熱后的膨脹 量。發(fā)動機(jī)，作時，氣門將因溫度升高而膨脹。如果氣門及其 傳動件之間，在冷態(tài)時無間隙或間隙過小，則在熱態(tài)下，氣門 及其傳動件的受熱膨脹勢會將氣門自動頂開引起氣門關(guān)閉不 嚴(yán)，

16、造成發(fā)動機(jī)在壓縮和作功行程中的漏氣，而使功在下降， 嚴(yán)重時使發(fā)動機(jī)甚至不易起動。為消除上述現(xiàn)象，通常在發(fā)動 機(jī)冷態(tài)裝配時，在氣門與其傳動機(jī)構(gòu)中，留有適當(dāng)?shù)拈g隙，以 補(bǔ)償氣門受熱后的膨脹量。氣門間隙視配氣機(jī)構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)形式而定，同時這一間隙 也可進(jìn)行調(diào)整。氣門間隙的大小一般由發(fā)動機(jī)制造廠根據(jù)試驗(yàn) 確定。通常在冷態(tài)時，進(jìn)氣門的間隙為 0.250.30mm,排氣門 的間隙為0.30.35mm。如果間隙過小，發(fā)動機(jī)在熱態(tài)E能發(fā) 生漏氣，導(dǎo)致功軍下降嚴(yán)重時，將使氣門燒壞。如間隙過大， 則使傳動零件之間以及氣門和氣門座之間將產(chǎn)生撞擊、響聲， 而加速磨損，同時也使氣門開啟的持續(xù)時間減短，采用液力挺柱的發(fā)動機(jī)

17、，挺柱的長度能自動變化，隨時補(bǔ) 償氣門的熱膨脹量，故不需要預(yù)留氣門間隙。如一汽奧迪、桑 塔納轎車無須預(yù)留氣門間隙。r j-j配氣機(jī)構(gòu)的零件和組件1.氣門組氣門組包括氣門、氣門座、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧、弓單簧座 及鎖片等零件，氣門由頭部和桿部兩部分組成，頭部用來封閉氣缸的進(jìn)、排氣通道，桿部則主要為氣門的 運(yùn)動導(dǎo)向。氣門頭部的工作溫度很高，而且還要承受氣體壓力、 氣門彈簧力以及傳動組零件慣性力的作用，其冷卻和潤滑條件 又較差。因此，要求氣門必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度、耐熱和 耐磨能力。進(jìn)氣門的材料通常采用中碳合金鋼（如銘鋼、鍥銘鋼、銘鑰 鋼等）熱負(fù)荷較大的進(jìn)氣門也采用耐熱合金鋼，如硅銘鋼。由于 熱負(fù)荷

18、大，一般排氣門采用耐熱合金鋼如硅銘鋼、硅銘鋁鋼、 硅銘鉆鋼等。為了節(jié)省耐熱合金鋼，有的發(fā)動機(jī)的排氣門頭部 由耐熱合金鋼制造，而桿部的則用銘鋼制造，然后將二者焊在1一起，尾部再加裝一個耐磨合金鋼帽（如CA6102發(fā)動機(jī)）。氣門頭頂面的形狀有平頂、球面頂和喇叭形頂?shù)?，平頂?門頭結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，吸熱面積小，質(zhì)量也較小，進(jìn)、排 氣門均可采用，喇叭形頂頭部與桿部的過渡部分具有f的流線形，可以 減少進(jìn)氣阻力，但其頂部受熱面積大，故適用于進(jìn)氣門；球面頂氣門頭，因其強(qiáng)度高，排氣阻力小，廢氣的消除效 果好，適用于排氣門。但球形的受熱面積大，質(zhì)量和慣性力大， 加工較復(fù)雜。氣門頭部與氣門座接觸的工作而，是與桿

19、部同心的錐角。通常 將這一錐面與氣門”面的夾角稱為氣門錐角，一般做成45o。有的發(fā)動機(jī)進(jìn)氣門的錐角做成 30o,如圖3-14所示。這是考慮 到在氣門升程相同的情況卜，氣門錐角較小時，氣流通過斷面 較大，進(jìn)氣阻力較小。錐角較小的氣門頭部邊緣較薄，剛度較 小，致使氣門頭部與氣門座的密封性及導(dǎo)熱性均較差。排氣門 因熱負(fù)荷較大而用較大的錐角。氣門頭部的邊緣應(yīng)保持一定厚 度，一般為l3mm,以防止工作中由于氣門與氣門座之間的沖 擊而損壞或被高溫氣體燒蝕，為了減少進(jìn)氣阻力，提高充氣效 率，多數(shù)發(fā)動機(jī)進(jìn)氣門的頭部直徑比排氣門的大。為保證良好 密合，裝配前應(yīng)將氣門頭與氣門座二者的密封錐面互相研磨， 研磨好的零

20、件不能互換。為了改善氣門頭部的耐磨性和耐腐蝕 性，有的發(fā)動機(jī)在排氣門密封錐面上堆焊一層含有大量的鍥、 銘、鉆等金屬元素的特種合金，以提高硬度。氣門桿呈圓柱形，在氣門導(dǎo)管中不斷進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動。具表 面應(yīng)具啟較高的加工精度和較低的粗糙度，并經(jīng)熱處理以保證 同氣門導(dǎo)管的配合精度和耐磨性，并起到良好的導(dǎo)向、散熱作 用。氣門桿端的形狀決定于氣門彈簧座的固定方式如圖13-15所示。常用的結(jié)構(gòu)是用剖分或兩半的錐形鎖片4來固定彈簧座3（圖1315a）。這時，氣門桿1的端部可切出環(huán)槽來安裝鎖片。 有的發(fā)動機(jī)的氣門彈簧座用鎖銷 5來固定（圖315b）,氣門 桿端有一個用來安裝鎖銷的徑向孔。由于排氣門熱負(fù)荷特別高，為

21、了改善其導(dǎo)熱性能，有些發(fā) 動機(jī)采用了的充鈉排氣門如圖3-16所示，如捷達(dá)EA113發(fā)動機(jī) 五氣門用排氣門。其原理是：在排氣門封閉內(nèi)腔充注鈉，鈉在 約為1243K時變?yōu)橐簯B(tài)，具有良好的熱傳導(dǎo)能力，通過液態(tài)鈉 的來回運(yùn)動，熱量很快從氣門頭部傳到根部，從而可使溫度降 低約100C,排氣門的這種內(nèi)部冷卻方式也同時降低了混合氣自燃的危險，從而提高了氣門的使用壽命。使用中值得注意的 是：為了保護(hù)環(huán)境，不允許將排氣門直接作為廢品扔掉，必須 在排氣門中部用鐵鋸鋸開一個缺口，在此期間不用水接觸氣門。 將這樣處理過的排氣門扔入一個充滿水的桶中，排氣門一旦與 水接觸，就會立即發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，充注在其內(nèi)部的鈉發(fā)生燃燒，

22、 經(jīng)過上述處理后的排氣門才方旨作為普通廢品處理。有的發(fā)動機(jī)高速化后，進(jìn)氣管中的真空度顯著提高，氣門 室的機(jī)油會通過氣門桿與導(dǎo)管之間的間隙被吸人氣缸內(nèi)。為此，在發(fā)動機(jī)的氣門桿上安裝氣門油封，以減少機(jī)油的消耗和燃燒 室積炭的產(chǎn)生。氣門導(dǎo)管是氣門在其中作直線運(yùn)動的導(dǎo)套，以保證氣門與 氣門座止確貼合。止匕外，氣門導(dǎo)管還在氣門桿與氣缸蓋之間起 氣熱作用。氣門導(dǎo)管一般用耐磨的合金鑄鐵或粉末冶金材料制 造，然后以f的過盈壓入氣缸蓋的導(dǎo)管孔內(nèi)。為了防止軸向 運(yùn)動，保證氣門導(dǎo)管伸人進(jìn)、排氣歧管的合適深度，有的發(fā)動 機(jī)對氣門導(dǎo)管用卡環(huán)定位（圖3-18）,它與卡劃、配合可防止工作 時導(dǎo)套移動而落入氣缸中，如圖318

23、a）。為了防止排氣門與氣 門導(dǎo)管因積碳而卡住，在#氣門導(dǎo)管內(nèi)孔下音B將孔徑加大一些 （圖 318b）。氣門導(dǎo)管的工作溫度也較高，約500K。氣門桿在導(dǎo)管中運(yùn) 動時，僅靠酉己氣機(jī)構(gòu)一飛濺出來的機(jī)油進(jìn)行潤滑，因此易磨損。氣門導(dǎo)管大多數(shù)用灰鑄鐵、球墨鑄鐵或鐵基粉末冶金制造；導(dǎo) 管內(nèi)、外圓柱面經(jīng)加工后壓入氣缸蓋的氣門導(dǎo)管孔中，然后再 精校內(nèi)孔。氣門桿與氣門導(dǎo)管之間一般留有 0.050.12mm間隙， 使氣門桿能在導(dǎo)管中自由運(yùn)動。氣門座與氣門頭部共同對氣缸起密封作用，并接受氣門傳 來的熱量。氣門座在局溫條件卜工作，磨損嚴(yán)重，故有/、少發(fā) 動機(jī)的氣門座用較好的材料（合金鑄鐵、奧氏體鋼等）單獨(dú)制作， 然后鑲

24、嵌到氣缸蓋上（圖3-18a）。采用鋁合金氣缸蓋的發(fā)動機(jī)， 由于鋁合金材質(zhì)較軟，氣門座必須鑲嵌。氣門彈簧的作用是使氣門自動回位，防止氣門傳動機(jī)構(gòu)中 產(chǎn)生間隙，克服在氣門關(guān)閉過程中氣門及傳動件的慣性力，防 止各傳動件之間因慣性力的作用而產(chǎn)生間隙，保證氣門與氣門 座緊密貼合，防止氣門在發(fā)動機(jī)振動時發(fā)生跳動，破壞其密封 性。為此，氣門彈簧應(yīng)具有足夠的剛度和安裝預(yù)緊力。氣門彈端支承在缸蓋或缸體上，另一端壓靠在氣門彈 簧座上。為防止彈簧拆斷，有些發(fā)動機(jī)采用同心安裝的內(nèi)、外兩根彈簧，如圖319所示。氣門彈簧在工作時，當(dāng)其工作頻 率與自然振動頻率相等或成某一倍數(shù)時，將會發(fā)生共振，為了 防止這一現(xiàn)象的發(fā)生，在安

25、裝彈簧時，應(yīng)使兩根彈簧的旃向相 反。而且根彈簧折斷時，另一根還可維持工作，還可防止 折斷的彈簧圈卡人另一個彈簧圈內(nèi)，還能使氣門彈簧的高度減 小?？刹扇√岣邭忾T彈簧的自然振動頻率，即提高氣門彈簧自 身剛度；或采用不等螺距的圓柱彈簧，這種彈簧在工作時，螺 距小的一端逐漸疊合，有效圈數(shù)逐漸減小，自然頻率逐漸提高， 避免共振現(xiàn)象發(fā)生。氣門彈簧多為圓柱形螺旋彈簧，其材料為高碳鉆鋼、銘銳 鋼等冷拔鋼絲。加工后要進(jìn)行熱處理。鋼絲表面要磨光、拋光 或噴丸處理，以提高疲勞強(qiáng)度，增強(qiáng)彈簧的工作可靠性。止匕外， 為了避免彈簧的銹蝕或彈簧的表面應(yīng)進(jìn)行鍍鋅、鍍銅、磷化或 發(fā)藍(lán)處理。為了改善氣門和氣門座密封面的工作條件，

26、可設(shè)法使氣門 在工作中能相對氣門座緩慢旋轉(zhuǎn)。這樣可使氣門頭沿圓周溫度 均勻，減小氣門頭部熱變形。氣門緩慢旋轉(zhuǎn)時在密封錐面上產(chǎn) 生輕微的摩擦力，有阻止沉積物形成的自潔作用。氣門旋轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu)的如圖3-20所示。在圖3-20a）所示的自由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，氣門 鎖片并不直接與彈簧座接觸，而是裝在一個錐形套筒中，后者 的下端支承在彈簧座平面上，套筒端部與彈簧座接觸面上的摩 擦力不大，而且在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)振動力作用卜;在某一短時間內(nèi) 可能為零，這就使氣門有可能自由地作不規(guī)則的轉(zhuǎn)動。有的發(fā) 動機(jī)采用圖3-20b所示的強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，使氣門每開一次便轉(zhuǎn) 過f角度。在殼體4中，肩六個變深度的槽，槽中裝有帶回 位彈簧5的鋼球

27、6。當(dāng)氣門關(guān)閉時，氣門彈簧的力通過支承板2 與碟形彈簧3直接傳到殼體4上。當(dāng)氣門升坦時，不斷增大的 氣門彈簧力將碟形彈簧壓平而迫使鋼球沿著凹槽的斜面滾動， 帶著碟形彈簧、支承板、氣門彈簧和氣門T轉(zhuǎn)過一個角度。 在氣門關(guān)閉過程中，碟形彈簧的載荷減小而恢復(fù)原來的碟形。 鋼球即在回位彈簧5作m下回到原來位置。2氣門傳動組氣門傳動組主要包括凸輪軸及正時齒輪、挺柱、導(dǎo)管、推 桿、搖臂和搖臂軸等。氣門傳動組的作用是使進(jìn)、排氣門能按 配氣相位規(guī)定的時刻開閉，且保證后足夠的開度。（1）凸輪軸（圖3 21）上主要配置有各缸進(jìn)、排氣凸輪 1,可以使氣門按一定的工作次序和配氣相位及時開閉，并保證1氣門有足夠的升程。

28、凸輪受到氣門間歇性開啟的周期性沖擊載 何，因此對凸輪表向要求耐磨，對凸輪軸要求后足夠的韌性和 剛度。發(fā)動機(jī)工作時，凸輪軸的變形會影響配氣相位，因此有的 發(fā)動機(jī)凸輪軸采用全支承以減小其變形， 如圖3-21所示的凸輪 軸后五個*由頸2。支承數(shù)多，加工工藝較復(fù)雜。所以一般發(fā)動 機(jī)的凸輪軸是每隔兩個氣缸設(shè)置一個軸頸，如圖3-21所示。為了安裝方便，凸輪軸各軸頸直徑是做成從前向后依次減小的。凸輪軸的材料一般用優(yōu)質(zhì)鋼模鍛而成，也可采用合金鑄鐵 或球墨鑄鐵鑄造。凸輪和軸頸的工作表面一般經(jīng)熱處理后精磨， 以改善其耐磨性。同一氣缸的進(jìn)、排氣凸輪的相對角位置是與既定的配氣相 位相適應(yīng)的。發(fā)動機(jī)各個氣缸的進(jìn)氣 （或

29、力卜氣）凸輪的相對角位 置應(yīng)符合發(fā)動機(jī)各氣缸的發(fā)火次序和發(fā)火間隔時間的要求。因 止匕，根據(jù)凸輪軸的旋轉(zhuǎn)方向以及各進(jìn)氣（或力卜氣）凸輪的工作次 序，就可以判定發(fā)動機(jī)的發(fā)火次序。.一二.二 ； ,六缸四沖程發(fā)動機(jī)每完成一個工作循環(huán)，曲軸須旋轉(zhuǎn)兩周 而凸輪軸只旋X周，在這一期間內(nèi)，每個氣缸都要進(jìn)一次 進(jìn)氣（或排氣），且各缸進(jìn)氣（或排氣）的時間間隔相等，即各缸進(jìn) （或排）氣門的凸輪彼此間的夾角均為60。圖3-21著火次序?yàn)? 5 3 6 2 4的八缸四沖程發(fā)動機(jī)的凸輪軸，從前端向后 看凸輪軸旋轉(zhuǎn)方向，任何兩個相繼發(fā)火的氣缸進(jìn)（或排）氣凸輪間的夾角為360。/6=60。凸輪的輪廓應(yīng)保證氣門開啟和關(guān)閉的持

30、續(xù)時間符合配氣相 位的要求，且使氣門后合適的升程及其升降過程的運(yùn)動規(guī)律。 凸輪輪廓形狀如圖3-24所示。點(diǎn)為凸輪旋轉(zhuǎn)中心。EA為以O(shè) 為中心的圓弧。當(dāng)凸輪按圖中箭頭方向轉(zhuǎn)過弧EA時，挺柱不動，氣門關(guān)閉。凸輪轉(zhuǎn)過 A點(diǎn)后，挺柱（液力挺柱除外）開始上 移。至B點(diǎn)，氣門間隙消除，氣門開始開啟。凸輪轉(zhuǎn)到 C點(diǎn)， 氣門開度達(dá)最大。到D點(diǎn)，氣門閉合終了。小對應(yīng)著氣門開啟 持續(xù)角，P 1和p 2則分別對應(yīng)著消除和恢復(fù)氣門間隙所需的轉(zhuǎn) 角。凸輪輪廓BCD段的形狀，決定r氣門的升程及其升降過程 的運(yùn)動規(guī)律。有些汽油機(jī)的凸輪軸布置在氣缸的側(cè)卸卜方時，凸輪軸上 還具有用以驅(qū)動機(jī)油泵及配電盤的齒輪 4和用以驅(qū)動汽油泵

31、的 偏心輪3（圖3-21）。凸輪軸通常用曲軸通過一對正時齒輪驅(qū)動， 圖3-25所示為解放CAI091型汽車的CA6102型發(fā)動機(jī)的正時齒輪副。小齒輪和大齒輪分別用鍵裝在曲軸與凸輪軸的前端， 其傳動比為2: 1。在裝配曲軸與凸輪軸時，必須將正時記號對 準(zhǔn)，以保證正確的配氣相位和發(fā)火時刻。為防止凸輪軸軸向竄動，凸輪軸必須有軸向定位裝置。常用的軸向定位方法有：止推軸承定位，采用凸輪軸的第一軸承為止推軸承圖326a。即控制凸輪軸的第一軸頸2上的兩端凸肩與凸輪軸承座之 問的間隙A.以限制凸輪軸的軸向移動。止推片軸向定位，止推片4圖326b安裝在正時齒輪3與 凸輪第一軸頸5之間，且留有一定的間隙，從而限止

32、了凸輪軸 的軸向移動量。止推螺釘軸向定位，止推螺釘7圖326c擰在正時齒輪室 蓋6上，并用鎖緊螺母鎖緊，調(diào)整止推螺釘擰入的程度就可以 調(diào)整凸輪軸的軸向移動量。車用內(nèi)燃機(jī)凸輪軸的軸向間隙一般 為 0.100.20mm。(2)挺柱挺柱的功用是將凸輪的推力傳給推桿或氣門，并承受凸輪 軸旋轉(zhuǎn)時所施加的側(cè)向力。氣門頂置式配氣機(jī)構(gòu)的挺柱一般制 成筒式(圖3-27a),以減輕質(zhì)量。滾輪式挺柱，具優(yōu)點(diǎn)是可以減小摩擦所造成的對挺柱的側(cè) 向力。這種挺柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量較大。一般多用于大缸徑柴油 機(jī)上。挺柱常用鍥銘合金鑄鐵或冷激合金鑄鐵制造。其摩擦表面 應(yīng)經(jīng)熱處理后精磨。有在挺柱工作時，由于受凸輪側(cè)向推力的作用，會稍

33、有傾 斜，并且由于側(cè)向推力方向是一定的，這樣就會引起挺柱與導(dǎo) 管之間單面磨損，同時挺柱與凸輪固定不變地在一處接觸，也 會造成磨損不均勻。為了避免這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，有些汽車發(fā)動 機(jī)挺柱底部工作面都制成球面(圖3-27),而且把凸輪面制成帶 錐度形狀。這樣在工作時，由于凸輪與挺柱的接觸點(diǎn)偏離挺柱 軸線，當(dāng)挺柱被凸輪頂起上升時，接觸點(diǎn)的摩擦力使其繞本身 軸線轉(zhuǎn)動，以達(dá)到磨損均勻之目的。(3)液力挺柱其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是采用倒置的液力挺柱，直接推動氣門的開 啟；挺柱體是由上蓋和圓筒，經(jīng)加工后再用激光焊接成一體的 薄壁零件；單向閥采用鋼球、彈簧式結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)：液壓挺桿的工作原理：當(dāng)凸輪由基圓部分與挺桿接觸逐漸慚轉(zhuǎn)到

34、凸輪尖與梃桿接觸時，機(jī)油通過缸蓋上油道2（圖3-30）、 量油孔3、斜油孔4進(jìn)入挺桿的環(huán)形油槽，再由環(huán)形油槽中的 一個油孔進(jìn)入挺桿低壓油腔，挺桿向下移動，柱塞隨之下移， 高壓油腔的油壓升高，使球閥緊壓在柱塞座上，低壓油腔與高 壓油腔完全隔離。由于機(jī)油的不可壓縮性，油缸和柱塞就形如 一個剛性整體。隨著凸輪軸的轉(zhuǎn)動，氣門便逐漸被打開。在凸 輪的回程，在氣門彈簧和凸輪的共同作用下，高壓油腔依然關(guān) 閉直至凸輪回程結(jié)束，當(dāng)凸輪基圓再次與挺稈頂端相遇時，缸 蓋主油道中的壓力油經(jīng)量油孔、斜油孔，挺桿環(huán)形槽中的進(jìn)油 孔進(jìn)入挺桿低壓油腔。氣門在氣門彈簧的作用下將氣門關(guān)閉。 這時在高壓油和柱塞回位補(bǔ)償彈簧的作用下

35、，柱塞向上移動， 高壓油腔的壓力下降，球閥打開，高、低壓腔相通，高壓油腔 的油得到了補(bǔ)充，即起到了補(bǔ)償氣門間隙的作用。液壓挺桿的工作過程：氣門開始開啟，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)到圖3-31所示位置時，凸輪開始壓下液壓挺桿，單向閥（球閥）封閉， 高壓油腔內(nèi)形成高壓。此時，液壓挺桿猶如一剛性部件推動氣 門運(yùn)動。當(dāng)氣門開啟時，由于凸輪直接將力作用于液壓挺桿上， 會使高壓油腔少量高壓油沿配合間隙泄漏，由于這一原因，挺 桿在升起時會被壓縮0.1mm。這是專門設(shè)計(jì)的，以使液壓挺桿 能自身調(diào)節(jié)凸輪軸與氣門間的尺寸大小，這一過程一直持續(xù)到 圖3-32所示的凸輪位置。氣門間隙的平衡：氣門關(guān)閉后（圖333的凸輪位置）氣門間隙的平

36、衡開始，凸 輪不再給液壓挺桿作用力，高壓油腔的油壓隨之下降。補(bǔ)償彈 簧13（見圖330）迫使挺桿上移，直到凸輪與挺桿間無間隙存在。單向閥開啟后，液壓油從儲油室 進(jìn)入高壓油腔，具流入量取決于氣門間隙的大小。當(dāng)發(fā)動機(jī)達(dá) 到正常工作溫度時，在氣門開啟周期內(nèi)，挺桿與凸輪完全保持 平衡狀態(tài)。為防止發(fā)動機(jī)在停機(jī)狀態(tài)下氣缸蓋油道中出現(xiàn)空油的現(xiàn)象， 在氣缸蓋上設(shè)有一回油道，以確保發(fā)動機(jī)重新起動時挺桿內(nèi)立 即充油。由此可知，若氣門、推桿受熱膨脹，挺柱回落后向挺柱體 腔內(nèi)的補(bǔ)油過程便會減少補(bǔ)油量（工作過程中）或使挺柱體腔內(nèi) 的油液從柱塞與挺柱體間隙中泄漏一部分（停車時）。從而使挺 柱自動“縮短”；因此可不留氣門間

37、隙而仍能保證氣門關(guān)閉。 相 反，若氣門、推桿冷縮，則向挺柱體腔內(nèi)的補(bǔ)油過程，便會增 加補(bǔ)油量（工作過程中）或在柱塞彈簧作用下將柱塞上推，吸開 單向閥向挺柱體腔內(nèi)補(bǔ)油（停車時），從而使挺柱自動“伸長”， 因此仍能保持配氣機(jī)構(gòu)無間隙傳動。采用液力挺柱，可消除配氣機(jī)構(gòu)中的間隙，減小各零件的 沖擊載荷和噪聲，同時凸輪輪廓可設(shè)計(jì)得比較陡些，氣門開啟 和關(guān)閉更快，以減小進(jìn)排氣阻力，改善發(fā)動機(jī)的換氣，提高發(fā) 動機(jī)的性能，特別是高速性能。推桿推桿的作用是將從凸輪軸經(jīng)過挺柱傳來的推力傳給搖臂， 它是氣門機(jī)構(gòu)中最易彎曲的零件。要求有很高的剛度，在動載 荷大的發(fā)動機(jī)中，推桿應(yīng)盡量地做得短些。對于缸體與缸蓋都是鋁合金

38、制造的發(fā)動機(jī)，其推桿最好用 硬鋁制造。推桿的兩端焊接成壓配有不同形狀的端頭，下端頭 通常是圓球形，以使與挺柱的凹球形支座相適應(yīng)；上端頭一般 制成凹球形，以便與搖臂上的氣門間隙調(diào)整螺釘?shù)那蛐晤^部相 適應(yīng)。推桿可以是實(shí)心或空心的。鋼制實(shí)心推桿 （圖3-34a）, 一 般是同球形支座鍛成一個整體，然后進(jìn)行熱處理。圖 3-34b表 示硬鋁棒制成的推桿，推桿兩端配以鋼制的支承。圖3-34c、d都是鋼管制成的推桿。前者的球頭是直接鍛成，然后經(jīng)過精磨 加工的。后者的球支承則是壓配的，并經(jīng)淬火和磨光，以提高 具耐磨性。搖臂功用是將推桿和凸輪傳來的力改變方向，作用到氣門桿端 以推開氣門。搖臂實(shí)際上是一個雙臂杠桿

39、，如圖3-35所示。搖臂6的兩邊 臂長的比值（稱為搖臂比）約為1.21.8,其中長端是推動氣 門的。端頭的工作表面一般制成圓柱形，當(dāng)搖臂擺動時可沿氣 門桿端面滾滑，這樣可使兩者之間的力盡可能沿氣門軸線作用。 搖臂內(nèi)還鉆有潤滑油道和油孔。在搖臂的短端裝有用以調(diào) 節(jié)氣門間隙的調(diào)節(jié)螺釘1及鎖緊螺母2（圖3-37b）,螺釘?shù)那蝾^ 與推桿頂端的凹球座相接觸。搖臂多是用45號鋼鍛壓而成，也有用鑄鐵或鑄鋼精鑄而 成。3.2.7可變式配氣機(jī)構(gòu)作用：隨著發(fā)動機(jī)各缸采用多氣門化，發(fā)動機(jī)的高速動力性有了 很大的提高，同時卻帶來了中小負(fù)荷經(jīng)濟(jì)性變差和低速扭矩的 降低。從而使從高速到低速整個使用范圍性能都得到提高。本田

40、汽布汽布采用一種可變配氣相位與氣門升程電子控制 （VTEC）機(jī)構(gòu)，如圖3-36所示，來控制進(jìn)氣時間與進(jìn)氣量，從而 使發(fā)動機(jī)產(chǎn)生不同的輸出功率。.氣門定時和升程可變的可變進(jìn)氣系統(tǒng)（VTEC）裝有VTEC機(jī)構(gòu)的發(fā)動機(jī)每個氣缸和常規(guī)的高速發(fā)動機(jī)一 樣都配置有二個進(jìn)氣門和排氣門。不過，它的兩個進(jìn)氣門宿主次之分，即主進(jìn)氣門和次進(jìn)氣門。每個進(jìn)氣門均由單獨(dú)的凸輪通過 搖臂來驅(qū)動。驅(qū)動主、次進(jìn)氣門的凸輪分別叫主、次凸輪。與主、 次進(jìn)氣門接觸的搖臂分別叫主、次搖臂。主、次搖臂之間設(shè)有一 個特殊的中間搖臂，它不與任何氣門宜接接觸。三個搖臂并列在 一起，均可在搖臂軸上轉(zhuǎn)動。在上搖臂、次搖臂和中間搖臂相對 應(yīng)的凸輪軸

41、上鑄有三個不同升程的凸輪，分別稱為主凸輪、次凸 輪和中間凸輪（圖3-37）。其中，中間凸輪的升程最大，它是按發(fā) 動機(jī)雙進(jìn)雙排氣門工作最佳輸出功率的要求而設(shè)計(jì)的，主凸輪升 程小于中間凸輪，它是按發(fā)動機(jī)低速工作時單氣門開閉要求設(shè)計(jì) 的，次凸輪的升程最小，最高處只是稍微高于基圓，其作用只是 在發(fā)動機(jī)怠速運(yùn)行時，通過次搖臂稍微打開次氣門，以免燃油集 聚在次進(jìn)氣門口。中間搖臂的一端和中間凸輪接觸，另一端在低 速時可自由活動。三個搖臂在靠近氣門一端均有一個油缸孔。油 缸孔中都安置有靠油壓控制的活塞，它們依次為正時活塞、主同 步活塞、中間同步活塞和次同步活塞。.2工作原理：，一.:：,VTEC機(jī)構(gòu)是采用一根

42、凸輪軸上設(shè)計(jì)兩種（高速型和低速 型）不同配氣定時和氣門升程的凸輪，根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、 水溫及車速信號，由ECM進(jìn)行計(jì)算處理后將信號輸出給電磁 閥來控制油壓，進(jìn)而使/、同配氣定時和氣門升程的凸輪工作。VTEC /、，作時，正時活塞和主同步活塞位于主搖臂缸內(nèi)， 和中間搖臂等寬的中間同步活塞位于中間搖臂油缸內(nèi)，次同步 活塞和彈H起則位于次搖臂油缸內(nèi)。正時活塞的一端和液壓 油道相通，液壓油來自工作油泵，油道的開啟由ECM通過VTEC電磁閥控制。VTEC電磁閥控制原理如圖3-38所示。在 發(fā)動機(jī)低速運(yùn)行時（如圖3-37）, ECM無指令，油道內(nèi)無油壓， 活塞位于各自的油缸內(nèi)，因此各個搖臂均獨(dú)自上下運(yùn)動。于是 主搖臂緊隨主凸輪開閉主進(jìn)氣門，以供給低速運(yùn)行時發(fā)動機(jī)所 需混合氣，次凸輪則迫使次搖臂微微起伏，