第三章配气机构的构造与维修.ppt

第三章 配气机构的构造与维修,3.1 概述3.2 配气相位及其影响因素3.3 发动机的换气过程3.4 气门组的构造和检修3.5 气门传动组的构造和检修3.6 配气机构的检查与调整3.7 配气机构常见故障的诊断与排除小结,3.1 概述,一、配气机构的作用配气机构的作用是按照发动机每一气缸内所进行的工作循环或发火次序的要求，定时开启和关闭各气缸的进、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，废气得以及时从气缸排出，以便发动机进行进气、压缩、做功和排气等工作过程。新鲜空气或可燃混合气被吸进气缸愈多，发动机可能发出的功率愈大。,下一页,返回,3.1 概述,充气效率愈高，表明进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量愈多，可燃混合气燃烧时可能放出的热量愈大，所以发动机发出的功率也愈大。对于一定工作容积的发动机而言，充气效率与进气终了时气缸内的压力和温度有关。进气终了压力愈高，温度愈低，则一定容积的气体质量就愈大，表明充气效率愈高。,上一页,下一页,返回,3.1 概述,由于充气时间短促，进气系统对气流的阻力之故，造成进气终了时缸内气体压力降低，又由于上一循环中残留在气缸内的高温废气，以及燃烧室、活塞顶、气门等高温零件对进入气缸的新气加热，使进气终了时气体温度升高，实际充人气缸的新鲜气体的质量总是小于在进口状态下充满气缸工作容积的新鲜气体的质量。也就是说，充气效率总是小于1，一般为0.80-0.900影响发动机充气效率的因索很多，故提高充气效率可以从多方面人手。就配气机构而言，主要是要求其结构有利于减小进气和排气的阻力，而且进、排气门的开启时刻和持续开启的时间要适当，使进气和排气都尽可能充分和完善。,上一页,下一页,返回,3.1 概述,二、配气机构的组成发动机的配气机构由气门传动组和气门组组成。(1)气门传动组:气门传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。,上一页,下一页,返回,3.1 概述,(2)气门组:主要由气门锁环、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。图3一1为凸轮轴下置顶置气门式配气机构的组成与布置。气门组主要包括气门、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座和气门锁环等。气门传动组主要包括凸轮轴正时齿轮、凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂和摇臂轴等。,上一页,下一页,返回,3.1 概述,气门穿过气门导管，在其尾端通过气门锁环固定着气门弹簧座。气门弹簧套于气门杆外围，并有一定的预紧力。气门弹簧的上端抵于弹簧座，下端抵于缸盖。当气门关闭时，在气门弹簧预紧力的作用下，气门头部密封锥面压紧在气门座上，将气道封闭。摇臂轴通过支架固定在缸盖上平面，摇臂套在摇臂轴上，可绕摇臂轴转动。摇臂长臂端与气门杆尾部接触，短臂端装有调整气门间隙的调整螺钉。凸轮轴安装在缸体的一侧，挺柱呈杯状，位于挺柱导向体内，下端与凸轮轴接触。推杆为一细长杆件，上端与摇臂调整螺钉接触，下端穿过缸盖与挺柱接触。,上一页,下一页,返回,3.1 概述,三、配气机构的分类配气机构按气门的布置位置不同可分为顶置式配气机构和侧置式配气机构两类。顶置式配气机构的优点很多，如进气阻力小，燃烧室结构紧凑等，故被广泛采用:侧置式配气机构已被淘汰。,上一页,下一页,返回,3.1 概述,顶置式配气机构的具体分类方法如下。1.按凸轮轴的位置分类顶置式配气机构按凸轮轴的位置来分，又可分为凸轮轴下置式、凸轮轴中置式和凸轮轴上置式。,上一页,下一页,返回,3.1 概述,(1)凸轮轴下置式。这种布置形式如图3一2所示，大多数载货汽车和大、中型客车发动机都采用这种方式。凸轮轴平行布置在曲轴的一侧，由于曲轴和凸轮轴位置靠近，只用一对正时齿轮传动。优点:简化曲轴与凸轮轴之间的传动装置(齿轮传动)，有利于发动机的布置;缺点:气门和凸轮轴相距较远，因而气门传动零件较多，结构较复杂，发动机高度也有所增加。,上一页,下一页,返回,3.1 概述,(2)凸轮轴中置式。为减小气门传动组零件的往复运动惯性力，某些速度较高的发动机将下置式凸轮轴的位置抬高到缸体的上部，缩短了传动零件的长度，称之为凸轮轴中置式配气机构，如图3-3与图3一4所示，由于凸轮轴与曲轴距离较远，故在一对正时齿轮中间加了一个中间传动齿轮。,上一页,下一页,返回,3.1 概述,(3)凸轮轴上置式。凸轮轴上置式配气机构的凸轮轴直接布置在缸盖上，如图3一5与图3一6所示。优点:凸轮轴直接通过摇臂来驱动气门，省却了推杆、挺柱，使往复运动质量大大减小，因此它适合于高速发动机:缺点:由于凸轮轴离曲轴中心较远，因而都采用链条传动或同步齿形带传动，使得正时传动机构较为复杂，而且拆装气缸盖也比较困难。,上一页,下一页,返回,3.1 概述,2.按曲轴到凸轮轴的传动方式分类顶置式配气机构按曲轴到凸轮轴的传动方式来分类，可分为齿轮传动、链传动和啮形带传动。(1)齿轮传动。凸轮轴下置、中置的配气机构大多采用圆柱形正时齿轮传动。一般从曲轴到凸轮轴的传动只需一对正时齿轮，如图3一7所示，若齿轮直径过大，可在中间加装一个惰轮，如YC6105柴油机就用此传动形式。为了啮合平稳，减小噪声，正时齿轮多用斜齿。在中、小功率发动机上，曲轴正时齿轮用钢来制造，而凸轮轴正时齿轮则用铸铁或夹布胶木制造，以减小噪声。,上一页,下一页,返回,3.1 概述,(2)链传动。链条与链轮的传动特别适用于凸轮轴上置的配气机构。为使在工作时链条有一定的张力而不至脱链，通常装有导链板、张紧轮装置等。为了使链条调整方便，有的发动机使用一根链条传动，如图3一8所示。(3)齿形带传动。近年来，在高速发动机上还广泛采用齿形带来代替传动链，如图3一9所示。这种齿形带用氯丁橡胶制成，中间夹有玻璃纤维和尼龙织物，以增加强度。采用齿形带传动，能减少噪声和减少结构质量，也可以降低成本。,上一页,下一页,返回,3.1 概述,3.按每缸气门的数量分类顶置式配气机构按每缸气门的数量分类，可分为双气门式和多气门式，具体叙述如下。一般发动机较多采用一个进气门和一个排气门。其特点是结构简单，能适应各种燃烧室。但其气缸换气受到进气通道的限制，故都用于低速发动机。在很多新型汽车发动机上多采用每缸四气门的结构，即两个进气门和两个排气门，如12V150Z型柴油机就是这种形式。采用这种形式后，进气门总的通过断面较大，充气效率较高，排气门的直径可适当减小，使其工作温度相应降低，提高了工作可靠性。,上一页,下一页,返回,3.1 概述,此外，采用四气门后还可适当减小气门升程，改善配气机构的性能。四气门的汽油机还有利于改善排放性能。新型奥迪轿车的V形六缸五气门发动机和捷达FA113型四缸五气门发动机就采用五气门技术。由于采用了三个进气门，提高了充气效率，而且燃油消耗低、转矩大及排污少。大多五气门发动机采用了紧凑浴盆式燃烧室，火花塞位于燃烧室中心，如图3一10所示。,上一页,下一页,返回,3.1 概述,当每缸采用多气门时，气门排列的方案通常是同名气门排成一列，分别用进气凸轮轴和排气凸轮轴驱动。两凸轮轴均有曲轴正时齿轮通过正时带驱动，其结构示意图如图3一9所示。四、配气机构的工作原理凸轮轴是通过正时齿轮由曲轴驱动的。四冲程发动机完成一个工作循环，曲轴旋转两周(7200),各缸进、排气门各开启一次，凸轮轴只需转一周，因此曲轴转速与凸轮轴转速之比为2:1。,上一页,下一页,返回,3.1 概述,工作原理:当凸轮基圆部分与挺柱接触时，挺柱不升高;当凸轮轴上凸起部分与挺柱接触时，将挺柱顶起，挺柱通过推杆、调整螺钉使摇臂绕摇臂轴顺时钊摆动，摇臂的长臂端向下推动气门，压缩气门弹簧，将气门头部推离气门座而打开。当凸轮凸起部分的顶点转过挺柱后，便逐渐减小了对挺柱的推力，气门在其弹簧张力的作用下，开度逐渐减小，直至最后关闭，使气缸密封，如图3一10所示。,上一页,下一页,返回,3.1 概述,从上述工作过程可以看出，气门的开启是通过气门传动组的作用来完成的，而气门的关闭则是由气门弹簧来完成的。气门的开闭时刻与规律完全取决于凸轮的轮廓曲线形状。每次气门打开时，压缩弹簧，为气门关闭积蓄能量。,上一页,返回,3.2 配气相位及其影响因素,配气相位就是用曲轴转角表不进、排气门的开闭时刻和开启持续时间。发动机在换气过程中，若能够做到排气彻底、进气充分，则可以提高充气系数，增大发动机输出的功率。四冲程发动机的每一个工作行程，其曲轴要旋转1800。由于现代发动机转速很高，一个行程经历的时间是很短的。如上海桑塔纳的四冲程发动机，在最大功率时的转速达5 600 r/min，一个行程的时间只有0.0054 s。这样短时间的进气和排气过程往往会使发动机充气不足或排气不净，从而使发动机功率下降。因此，现代发动机都采用延长进、排气时间，使气门旱开晚关，以改善进、排气状况，提高发动机的动力性。,下一页,返回,3.2 配气相位及其影响因素,一、进气门的配气相位1.进气提前角在排气行程接近终了，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，用表示。一般为100-300，如图3一11所示。由于进气门早开，使得活塞到达上止点开始向下移动时，进气门已有一定开度，所以可较快地获得较大进气通道截面，减少进气阻力。,上一页,下一页,返回,3.2 配气相位及其影响因素,2.进气迟后角在进气行程下止点过后，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，用表示,般为400-800，如图3一11所示。,上一页,下一页,返回,3.2 配气相位及其影响因素,进气门晚关，是因为活塞到达下止点时，由于进气阻力的影响，气缸内的压力仍低于大气压，且气流还有相当大的惯性，仍能继续进气。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，直到流速等于零时，进气门便关闭的角最适宜。若过大，便会将进入气缸的气体重新又压回进气管。进气门开启持续时间内的曲轴转角，即进气持续角为,上一页,下一页,返回,3.2 配气相位及其影响因素,二、排气门的配气相位1.排气提前角在做功行程的后期，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，用表示。一般为400-800，如图3一11所示。在做功行程结束前，气缸内还有0.3-0.5 MPa的压力，做功能力已经不大，但此时如提前打开排气门，可利用此压力使气缸内的废气迅速地自由排出，待活塞到达下止点时，气缸内只剩下110-120 kPa的压力，使排气行程所消耗的功率大为减小。此外，高温废气的旱排，还可防止发动机过热。但若r角过大，则得不偿失。,上一页,下一页,返回,3.2 配气相位及其影响因素,2.排气迟后角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，用表示。一般为100-300，如图3一11所示。由于活塞到达上止点时，气缸内的压力仍高于大气压，且废气流有一定的惯性，所以排气门适当晚关可使废气排得较干净。排气门开启持续时间内的曲轴转角，即排气持续角为,上一页,下一页,返回,3.2 配气相位及其影响因素,三、气门重叠与气门重叠角由于进气门旱开和排气门晚关，在排气终了和进气刚开始、活塞处于上止点附近时，进、排气川司时开启，这种现象称为气门重叠。进排气川司时开启过程对应的曲轴转角，称为气门重叠角。气门重叠角的大小为+，如图3一11所示。,上一页,下一页,返回,3.2 配气相位及其影响因素,由于气门必须旱开晚关，气门重叠现象是不可避免的。由于新鲜气流和废气气流都有各自的流动惯性，在短时间内不会改变流向，只要角度选择合适，就不会出现废气倒流进气道和新鲜气体随废气一起排出的现象。相反，进入气缸内部的新鲜气体可增加气缸内的气体压力，有利于废气的排出。但气门重叠角必须选择适当，否则会出现气体倒流现象。四、配气相位图通常将进、排气门的实际启闭时刻和开启过程，用曲轴转角的环形图来表不，这种图形称为配气相位图，如图3一12所示。,上一页,下一页,返回,3.2 配气相位及其影响因素,发动机在工作时，活塞上下移动，通过连杆使与之相连的曲拐绕曲轴主轴颈轴线转动。用曲轴转角可以表不出曲拐相对于上下止点的角位置。图3一12(a)表示、排气中气门开启过程曲拐转过的角度，分别为+1800+和+1800+。将此图的曲拐位置图重叠在一起即为图3-12(b)的配气相位图。图中，很直观地看出气门启闭时刻相对于活塞上、下止点的曲拐位置，气门的提前角和迟后角，气门的实际开启时间对应的曲轴转角，以及气门重叠角等。,上一页,下一页,返回,3.2 配气相位及其影响因素,五、配气相位对发动机工作性能的影响配气相位四个角度的大小，对发动机性能有很大影响。进气提前角增大或排气迟后角增大使重叠角增大时，会出现废气倒流、新鲜气体随废气排出的现象。不但影响废气的排出量和进气的充气量大小，对于汽油机来说，还会造成燃料的浪费。相反，若气门重叠角过小，又会造成排气不彻底和进气量减少。,上一页,下一页,返回,3.2 配气相位及其影响因素,对发动机性能影响最大的是进气迟后角。该角过小，会导致进气门关闭过旱而影响进气。但该角过大，进气门关闭过晚，会由于活塞上行，气缸内压力升高，将进入气缸内的气体重新又压回到进气道内，同样影响发动机的进气量。排气提前角过大，会将仍有做功能力的高温高压气体排出气缸，造成发动机功率下降，油耗增大。由于排气压力过高还会造成排气管产生放炮现象。但排气提前角过小，不但因排气阻力而增加发动机的功耗，还可能造成发动机过热。,上一页,下一页,返回,3.2 配气相位及其影响因素,合理的配气相位是根据发动机结构形式、转速等因索通过反复试验而确定的。结构不同，酉己气相位也不同。目前，大多数发动机的配气相位是不能改变的。它是按照发动机性能要求，通过试验来确定某一转速下较合适的配气相位。因此，发动机在这一转速下运转时，配气相位最合适，而在其他转速下运转时，配气相位就不是最合适的。现在，有采用集中控制系统的发动机，其配气相位可以随发动机转速、负荷变化而自动调整。调整装置装在凸轮轴正时齿轮(或正时链轮)与凸轮轴之间，接受集中控制系统电脑的指令，对发动机配气相位进行自动调整。,上一页,返回,3.3 发动机的换气过程,发动机的排气过程和进气过程统称为换气过程。其任务是尽可能将缸内的废气排除干净，并吸入更多的新鲜混合气。换气过程的质量对发动机的动力性、经济性和排放性能有重要的影响。一、充气效率每循环实际进入气缸内的新鲜充气量与在进气状态下充满气缸工作容积的新鲜充气量的比值，称为充气效率V，即,下一页,返回,3.3 发动机的换气过程,式中G实际进入气缸内的新鲜充气量的质量;G0进气状态下充满气缸工作容积的新鲜充气量的质量。因为GG0,所以非增压发动机的充气效率V1.越大，说明每循环进入气缸的充气量愈多，混合气燃烧时可能放出的热量愈大，则发动机发出的功率愈大，动力性愈好。,上一页,下一页,返回,3.3 发动机的换气过程,二、提高发动机充气效率的措施1.减小进气系统的流动损失(1)增大进气门直径，配置适当大小的排气门。增大进气门直径，可使进气门通道截面增大，减小进气阻力。(2)增加进气门数目。采用两进两排的四气门结构，每缸四气门的发动机与每缸两气门发动机相比，在气缸直径相同的情况下，进气门面积可增大30%，排气门面积可增大40%.这对换气过程极为有利，由此可获得较高的V.,上一页,下一页,返回,3.3 发动机的换气过程,(3)增大气门升程。适当增加气门升程，改进凸轮轮廓设计，在惯性力容许的条件下，使气门开闭得尽可能快。以提高气门处的通过能力，减小进气阻力。(4)减小进气门锥角。在气门升程相同的情况下，若将进气门锥角由450减小为300,可增大气流通过端面，减小进气阻力。,上一页,下一页,返回,3.3 发动机的换气过程,2.减小进气道和进气管的阻力(1)较大的通道面积。常采用圆形、D形和矩形三种形状的截面。(2)减少弯道和截面突变。尽量使其截面的变化转折缓和，减少对气流的阻力和涡流损失。(3)直接喷射代替化油器。因汽油直接喷射系统的进气道是一个光滑的圆管，它没有化油器式的供油系统进气道中的喉管，进气道直径大，空气流动阻力小，进气流量呈圆柱状向缸内流动，可以充分利用进气惯性以增加进气量，能进一步提高V，提高发动机功率。,上一页,下一页,返回,3.3 发动机的换气过程,3.进、排气管分置柴油机中采取进、排气管分置于气缸两侧的布置方案，以免排气加热进气，使V得以提高。4.减少排气系统对气流的阻力(1)减少排气门处阻力。排气系统中最小的流通截面在排气门处，应设法减小废气排出时的阻力。如加大气门升程及采用四气门结构，均能有效地提高V。(2)减少排气道和排气管阻力。应避免排气道内截面突变、急转弯、凸台，以减少排气阻力。,上一页,下一页,返回,3.3 发动机的换气过程,5.合理选择配气定时在进、排气门开闭的四个提前和迟后角中，合理选择进气门迟闭角，能提高V。因此在配气定时控制中，重点是控制进气门的合理关闭时刻，其次是气门重叠角。(1)增大进气迟闭角。在进气门开启持续角保持不变的情况下，随着发动机转速的升高，控制进气凸轮轴相对于正时齿形带旋转一个角度，从而改变进气配气正时，提高充气系数。(2)适当增加气门重叠角。发动机高速运转时，通过改变进气门开启持续时间和升程，增大进气迟后角和重叠角，从而提高充气效率。,上一页,下一页,返回,3.3 发动机的换气过程,6.利用进、排气管内的动态效应当发动机的进、排气管具有较长的长度时，由于管内气体具有相当的惯性和可压缩性，在进、排气过程间歇而又周期性的进行中，根据流体力学的规律，势必要在进气管内引起一定的动力现象。这种现象可视为是管内气流的惯性效应和管内压力的波动效应共同作用的结果。他们对改善发动机的换气过程，提高气缸的V有很大影响。一般而言，进气管长度长，压力波波长大，可使发动机中低转速区功率增大;进气管长度短时，压力波波长短，可使发动机高速区功率增大。,上一页,下一页,返回,3.3 发动机的换气过程,7.采用发动机增压技术所谓增压，是在增压器中压缩进入发动机进气管前的充量，增加其密度，使进入气缸的实际进气量比自然吸气发动机的进气量多，从而达到增加发动机功率、改善燃料经济性和排放性能的目的。,上一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,一、气门组零件的结构气门组包括气门、气门密封锥面、气门杆身、气门弹簧座的固定、气门座、气门导管和气门弹簧等零件。气门组的组成如图3一13所示。1.气门气门分为进气门和排气门两种。(1)气门的作用。气门是用来封闭气道的。气门由头部和杆身两部分组成，如图3一14所示。头部用来封闭进、排气道，杆身用来在气门开闭过程中起导向作用。,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,(2)气门的工作条件。气门的工作条件是很恶劣的:气门头部直接与气缸内燃烧的高温气体接触，承受的工作温度很高，进气门达570-670 K，排气门高达1050一1200 K。气门散热困难，主要靠头部密封锥面与气门座接触处散热，气门杆与气门导管之间也能散失一部分热量，但散热面积小于受热面积。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,气门在关闭时承受很大的落座冲击力，发动机转速越高，冲击力越大。气门还受到燃气中腐蚀介质的腐蚀。气门润滑困难。气门还要承受气体压力、传动组零件惯性力的作用。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,(3)气门的材料。由于气门的工作条件很差，要求气门材料必须有足够的强度、刚度、耐高温和耐磨损。进气门一般采用中碳合金钢(如镍钢、镍铬钢和铬钥钢等)，排气门多采用耐热合金钢(如硅铬钢、硅铬钥钢)。为节约耐热合金钢，降低材料成本，有些发动机排气门头部采用耐热合金钢，杆身采用中碳合金钢，然后将两者焊在一起。还有一些排气门，在头部锥面喷涂一层钨钻等特种合金材料，以提高其耐高温、耐腐蚀性。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,(4)气门的一般构造。气门的构造包括头部和杆身两部分，如图3一14所示，两者圆弧连接。气门头部由气门顶部和密封锥面组成，而气门杆身尾端的结构主要取决于气门弹簧座的固定方式。(5)气门顶部的形状。气门顶部的形状主要分成凸顶、平顶、凹顶三种结构形式，如图3一15所示。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,凸顶:凸顶的刚度大，受热面积也大，用于某些排气门;平顶:平顶的结构简单、制造方便，受热面积小，应用最多;凹顶:凹顶的(有的为漏斗形)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，所以仅用做进气门。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,2.气门密封锥面气门密封锥面是与杆身同心的圆锥面，如图3一16所示，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:(1)能提高密封性和导热性。(2)气门落座时，有自定位作用。(3)避免气流拐弯过大而降低流速。(4)能挤掉接触面的沉淀物，起自洁作用。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,气门密封锥面与顶平面之间的夹角，称为气门锥角，如图3一17所示，一般做成45o,有的发动机进气门做成30o，这是因为在气门升程相同的情况下，气门锥角小，可获得较大的气流通过截面，进气阻力较小。但锥角较小的头部边缘较薄，刚度较小，致使气门头部与气门座的密封性和导热性均较差，易在热态时变形，影响贴合。因为排气门温度较高，导热要求也很高，故它的气门锥角大多为45o虽然气流阻力增大，但由于排气压力高，影响不大。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,气门顶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。气门锥角大小的影响如下所述。(1)气门锥角越小，气门日通道截面越大。如图3一18所示，h2和h1分别表示锥角为45o和30o气门的气门口通道截面宽度，宽度越大则通道截面越大，通过能力越强。当气门升程人相同时，h1h2，即气门锥角越大，截面就越小。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,(2)锥角越大，落座压力越大，密封和导热性也越好。另外，锥角大时，气门头部边缘的厚度大，不易变形。(3)进气门锥角:主要是为了获得大的通道截面，其本身热负荷较小，往往采用较小的锥角，多用300，有利于提高充气效率。(4)排气门则因热负荷较大而用较大的锥角，通常为45o，以加强散热(大约75%的气门热量从气门座处散失)和避免受热变形。也有的发动机为了制造和维修方便，二者都用45o。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,3.气门杆身气门杆身与气门导管配合，为气门开启与关闭过程中的上下运动导向。气门杆身为圆柱形，发动机工作时，气门杆身在气门导管中不断上下往复运动，而且润滑条件极为恶劣。因要求气门杆身与气门导管有一定的配合精度和耐磨性，气门杆身表面都经过热处理和磨气门杆身与头部之间的过渡应尽量圆滑，不但可以减小应力集中，还可以减少气流阻力。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,4.气门弹簧座的固定气门杆的尾部用以固定气门弹簧座，其结构随弹簧座的固定方式不同而异。常用的固定方式有锁片式和锁销式两种。(1)锁片式。锁片式的锥形锁片被剖分成两半，合在一起形成一个完整的圆锥结构，内孔有一环形凸起。弹簧座的中心孔为圆锥孔，用来与锁环的外圆锥面配合。安装时，用力将弹簧座连同气门弹簧压下，将两片锁环套于气门杆尾部合并在一起，锁环内孔的环状凸起正好位于气门杆尾端的环形槽内。放松弹簧座，在气门弹簧的弹力作用下，弹簧座的圆锥孔与锁片的圆锥面紧紧地贴合在一起，不会脱落，如图3一19所示。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,(2)锁销式。它的固定方法比较简单，将弹簧座连同弹簧一起压下后，把锁销插入气门杆尾部的径向孔内，放松弹簧座后，锁销正好位于弹簧座的外侧面的凹穴内，防止了弹簧座的脱出，如图3一20所示。5.气门机油(润滑油)防漏装置适量的机油进入气门导管与气门之间的间隙，对于气门杆的润滑是必要的。但如果进入的机油过多，将会在气缸内造成积炭和在气门上产生沉积物。因此，有的发动机在气门杆上设有机油防漏装置，如图3一21所示。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,6.气门座进、排气道口与气门密封锥面直接贴合的部位称为气门座。(1)气门座的作用。气门座与气门头部一起对气缸起密封作用，同时接受气门头部传来的热量，起到对气门散热的作用。(2)气门座的形式与材料。气门座的形式有两种:一是直接在气缸盖上锁出:二是单独制成气门座圈，镶嵌在气缸盖上，如图3一22所示。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,直接在气缸盖上的气门座散热效果好，使用中不存在脱落造成事故的可能性。但存在不耐高温、不耐磨损，不便于修理更换等缺点。单独制成的气门座圈用耐热合金钢或耐热合金铸铁制成，镶嵌在气缸盖上。它不但耐高温、耐磨损和耐冲击，使用寿命长，而且易于更换。缺点是导热性差，加工精度高，如果与缸盖上的座孔公差配合选择不当，还可能发生脱落而造成事故。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,因为气门座热负荷大，温差变化大，又受气门落座时的冲击，为了保证散热和防止脱落，气门座与座孔之间应有较高的加工精度，较低的粗糙度和较大的配合过盈，因而压入时应将气门座冷缩或将气门座孔部位加热。也有的气门座在压入后，再用点冲法将座孔周围冲压使其内收少许，或用点焊法，使座固定得更为可靠。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,(3)气门座的锥角。气门座的锥角由三部分组成。其中45o或30o的锥面与气门密封锥面贴合，如图3一23所示。为保证有一定的座合压力，使密封可靠，同时又有一定的散热面积，要求结合面的宽度b为1-3 mm;75o锥角是用来修正工作锥面的宽度和上、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。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,某些发动机的气门锥角比气门座锥角小0.50-10,该角称为密封干涉角，如图3-24所示。密封干涉角有利于磨合期加速磨合。磨合期结束，干涉角逐渐消失，恢复全锥面接触。7.气门导管(1)气门导管的功用与材料。气门导管的功用是为气门的往复直线运动做导向作用的，使气门和气门座能准确贴合，并为气门杆散热。气门导管(见图3一25)通常单独制成零件，再压入缸盖的承孔中。由于润滑较困难，气门导管一般用含石墨较多的铸铁或粉末冶金制成，以提高自润滑性能。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,(2)气门导管的结构。气门导管的外表面与缸盖的配合有一定的过盈量，以保证良好地传热和防止松脱。气门导管的下端伸入到进、排气道内。为防止对气流造成阻力，伸入端的外圆做成圆锥状。气门导管与气门杆之间留有0.05-0.12 mm的间隙，使气门杆能在导管内自由运动。有些发动机为防止气门导管松脱，采用卡环对导管进行固定与定位。还有的导管将伸入端日内做成锐边沉割或在气门杆制有带锐边的刮口，用于工作中刮除气门杆与导管间可能产生的胶状沉淀物。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,(3)导管伸入进、排气歧管的深度。过深。过深时，气流阻力大，对排气门来说，还因废气对导管的冲刷面积加大，提高了工作温度，而影响气门的散热。过浅。过浅时则气门杆受热面积加大，加大了气门杆的温度，会影响气门头部的散热。措施。为解决这一矛盾，有的导管加大了压入深度，而将伸入端的内孔做成锥形，这样既减少了废气对气门杆的冲刷，也避免了导管高温部分与气门杆的接触。伸入端的外圆做成锥形是为了减小气流阻力。带凸台和卡簧的导管自然地控制了压入深度。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,8.气门弹簧(1)气门弹簧的作用。气门弹簧是圆柱形的螺旋弹簧，位于缸盖与气门尾端弹簧座之间。其作用是使气门自动复位关闭，并保证气门与气门座的座合压力:还用于吸收气门在关闭过程中各传动零件所产生的惯性力，以防各个传动件彼此分离而破坏配气机构正常工作。为保证上述作用的发挥，气门弹簧的刚度一般都很大，而且在安装时进行了预紧压缩，因此预紧力很大。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,(2)气门弹簧的材料。气门弹簧多采用优质合金钢钟卷绕成螺旋状，弹簧两端磨平，以防止在工作中弹簧产生歪斜。为了提高弹簧疲劳强度，保证弹簧的弹力不下降、不折断，簧钟表面要磨光、抛光或喷丸处理。弹簧钟表面还必须经过发蓝处理或磷化处理，以免在使用中生锈。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,(3)气门弹簧的结构形式。当气门弹簧的工作频率与其自然频率相等或某一倍数时，将会发生共振。强烈的共振将破坏气门的正常工作，并可使弹簧折断。为避免共振的发生，常采用以下结构措施。提高弹簧刚度。提高气门弹簧的刚度，即提高气门弹簧的自然振动频率。如加粗弹簧的直径，减小弹簧的圈径，如图3一26(a)所示。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,采用变螺距弹簧。各圈之间的螺距不等，在弹簧压缩时，螺距较小的弹簧两端逐渐贴合，使有效圈数逐渐减少，因而固有振动频率不断变化(增加)，避免共振发生，如图3-26(b)所示。采用双气门弹簧结构。每个气川司心安装两根直径不同、旋向相反的内外弹簧，如图3-26(c)所示。由于两弹簧的自振频率不同，当某一弹簧发生共振时，另一弹簧起减振作用。当一根弹簧折断时，另一根还能继续维持工作;旋向相反，可以防止一根弹簧折断时卡入另一根弹簧内，以免好的弹簧被损坏。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,二、气门组零件的检修1.气门与气门座的配合要求气门与气门座圈的配合是配气机构的重要环节，它影响到气缸的密封性，对发动机的动力性和经济性关系极大。拆卸气门的三种工具如图3一27所示。对气门与气门座的配合要求如下。(1)气门与座圈的工作锥面角度应一致。为改善气门与气门座圈的磨合性能，磨削气门的工作锥面时，其锥面角度比座圈小0.50-10，如图3一28所示。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,(2)气门与座圈的密封带位置在中部靠内侧。过于靠外，使气门的强度降低:过于靠内，会造成与座圈接触不良。(3)气门与座圈的密封带宽度应符合原设计规定，一般为1.2-2.5 mm。排气门大于进气门的宽度:柴油机的宽度大于汽油机的宽度。密封带宽度过小，将使气门磨损加剧:宽度过大，容易烧蚀气门。(4)气门工作锥面与杆部的同轴度误差应不大于0.05 mm.(5)气门杆与导管的配合间隙应符合原厂规定。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,2.气门的检修1)气门的耗损与检验气门的常见耗损:气门杆部的磨损，气门工作面磨损与烧蚀，以及气门杆的弯曲变形等。检测不意图如图3一29所示。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,气门出现下列耗损之一时，应子更换。(1)载货汽车的气门杆的磨损量大于0.10 mm，轿车的气门杆的磨损大于0.05 mm,或出现明显的台阶形磨损。(2)气门头圆柱面的厚度小于1.0 mm。因为气门头圆柱部分厚度过小会增大燃烧室容积，影响发动机工作的平稳性，同时使气门头的强度降低;此外，在气门落人座圈的瞬间，尤其是重型柴油机的气门，在高冲击波的作用下可能会出现振弹，容易引起密封带的烧蚀。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,(3)气门尾端的磨损大于0.5 mm。(2)气门杆的直线度误差大于0.05 mm时，应子更换或校直，校直后的直线度误差不得大于0.05 mm。气门杆的直线度按图3一30检查，即将气门杆部支撑在两只V形支架上，用百分表检查气门杆中部，检查时将百分表触头与气门杆接触，将气门杆转动一周，百分比摆差的一半，即为气门杆的直线度误差。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,2)气门工作锥面的修理气门工作锥面的修理是在气门光磨机上进行的，如图3-31所示。气门的光磨工艺如下。(1)光磨前应将气门进行校直。校直后，气门杆与工作锥面的径向圆跳动公差分别为0.03 mm和0.05 mm。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,(2)将校直的气门杆紧固在夹架上，气门头的伸出长度为30-40 mm，按规定的工作锥面角度调整夹架。(3)试磨。开动车头和磨头电机，观察砂轮工作面是否平整，气门工作锥面有无偏斜，然后进行试磨。试磨时，先使砂轮轻轻接触气门，查看砂轮与气门锥面的接触情况。若磨削痕迹与工作锥面在全长接触或略偏向内端，说明夹架的角度符合要求。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,(2)光磨。光磨进刀时，要慢,馒移动夹架先做横向进给，再做纵向进给。进刀量要小，冷却液要充足，以提高工作锥面的加工精度和降低表面粗糙度。直至磨损痕迹磨光为止，光磨后的气门大端圆柱面的厚度不得低于1 mm。光磨后，气门工作锥面的径向圆跳动误差应不大于0.01 mm，表面粗糙度小于0.25 um,对气门杆部的同轴度误差应不大于0.05 mm。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,3.气门座的修理气门座的磨损主要是磨料磨损和由于冲击负荷造成的硬化层疲劳脱落，以及排气门座受高温燃烧气体的腐蚀和烧蚀。气门座磨损后，工作面加宽，气门关闭不严，气门密封性降低。1)气门座的镶换当气门座圈有裂纹、松动、烧蚀或磨损严重:或铰削气门座后，装人新气门，气门大端平面仍低于气缸盖燃烧室平面2 mm以上时，应镶换新的气门座圈。镶配气门座圈的工艺如下:,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,(1)拉出旧气门座，如图3一32所示。(2)选择新气门座圈。用外径千分尺测量座圈外径，用内径量表测量座圈孔内径，选择合适过盈量，一般在0.07一0.1 7 mm.(3)气门座圈的镶换。将检验合格的新座圈用干冰或液氮冷却，时间不少于10 min,同时将缸盖的座圈承孔用汽油喷灯或在箱式炉中加热至373-423 K,同时取出加热的缸盖和冷缩的气门座圈，并在座圈外涂上一层密封胶，将座圈压入承孔内。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,2)气门座的铰削气门座的铰削通常是用手工进行。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。(1)选择刀杆。铰削气门座时，利用气门导管作为定位基准。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，使它与导管内孔密切接触不活动，保证铰削的气门座与气门导管中心线重合。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,(2)粗铰。选用与气门工作面锥角相同的粗铰刀，置于导杆上。铰削时，把纱布垫在铰刀下，两手用力要均匀，不要用力过大，直到凹陷、斑点全部去除。要磨除座口硬化层，以防止铰刀打滑和延长铰刀使用寿命，如图3一33(a)所示。(3)试配。粗铰后，应用光磨过的同一组气门进行涂色试配，查看印痕，看清接触面的宽度和所处的位置。接触面应处于气门座的中下部，接触宽度一般进气门为1.0-2.2 mm,排气门为 1.5-2.5 mm。当接触面偏上时，用15o锥角的铰刀铰上日，如图3-33(b)所示;当接触面偏下时，用75o锥角的铰刀铰下口，如图3一33(c)所示。,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,(4)精铰。最后选用与工作面角度相同的细刃铰刀进行精铰，并在铰刀下面垫以细纱布进行气门磨修，以降低气门座口表面粗糙度，如图3一33(d)所示。3)气门座的磨削气门座的工作表面可以用高速砂轮机进行磨削。用光磨机磨气门座，其速度快，质量好。特别是用于气门座硬度高的工作表面，其效果更好。磨削工艺如下:,上一页,下一页,返回,3.4 气门组的构造和检修,(1)选择砂轮。根据气门工作面的角度和尺寸，选择合适的砂轮。修磨砂轮工作面达到平整并与轴孔同轴度公差在0.025 mm以内。(2)安装导杆。在气门导管内安装合适的