配气机构构造

    任务一　配气机构构造

    【任务目标】

    1．掌握配气机构的作用和组成。

    2．掌握配气机构各零件的形状和功用。

    3．熟悉不同发动机上的配气机构的种类。

    【任务分析】

    学习配气机构的作用及组成零部件，并从配气机构的作用引出其分类，进一步学习配气机构各零件结构和作用。

    【相关理论】

    配气机构的作用是按照发动机各缸工作顺序和每一缸工作循环的要求，将各缸进、排气门打开和关闭，以便发动机进行换气过程。

    

    

    图3-1　配气机构的组成

    一、配气机构的组成

    配气机构由气门组和气门传动组组成（图3-1）。按配气机构的布置不同，气门传动组成零部件也有所不同；而气门组包括有：气门、气门弹簧、气门弹簧座、锁片、气门导管、气门座圈和油封等（图3-1）。

    

    

    图3-2　凸轮轴下置式配气机构

    二、配气机构的分类

    配气机构按气门的布置分为气门顶置式配气机构和气门侧置式配气机构两大类。目前广泛采用气门顶置式的配气机构，本任务着重介绍的也是这种配气机构。

    （一）凸轮轴下置式

    凸轮轴下置式即把下凸轮轴放置在缸体的下部，与曲轴平行。它距离曲轴最远，通常采用正时齿轮传动。其传动组的零部件主要包括有：正时齿轮、凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂及摇臂轴等（图3-2）。这种结构大多数用在货车和大中型客车的发动机上。

    （二）凸轮轴上置式

    凸轮轴上置式是把凸轮轴放置在缸盖的上方，即正压在气门上。凸轮轴与曲轴同样平行，它距离曲轴最近，通常采用齿形皮带或链条传动。皮带传动组零部件主要由以下部分组成：正时带轮、同步齿形皮带、张紧轮、摇臂、凸轮轴和挺柱等；链条传动组零部件主要由正时链轮、链条、自动张紧器、凸轮轴、摇臂等组成。这种结构大多数用在高速轿车发动机上（图3-3）。

    （三）凸轮轴中置式

    凸轮轴中置式即把凸轮轴放置在缸体的中部，与曲轴平行的位置处。缩短了推杆的长度，减小了惯性力，但凸轮轴与曲轴之间的传动需多加一个传动惰轮。凸轮轴中置式传动组的零部件和凸轮轴下置式的基本相同，只是正时齿轮多了一个惰轮或采用链传动。这种结构多用于速度较高的柴油发动机（图3-4）。

    

    

    图3-3　凸轮轴上置式配气机构

    三、配气机构构造

    配气机构由气门组和气门传动组构成。

    （一） 气门组

    气门组由气门、气门弹簧、弹簧座、气门座圈、气门导管等组成（图3-5）。

    

    

    图3-4　凸轮轴中置式配气机构

    

    

    图3-5　气门组

    1．气门

    气门的构造包括头部和杆部两部分。两者用圆弧过渡连接。气门的头部由气门顶部和密封锥面组成，而气门杆身尾端的结构取决于气门弹簧座的固定方式（图3-6）。

    

    

    图3-6　气门

    

    

    图3-7　气门弹簧

    2．气门弹簧 （图3-7）

    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，有的发动机采用双气门弹簧（图3-8）、变螺距气门弹簧、锥形气门弹簧措施。

    

    

    图3-8　双气门弹簧

    

    

    图3-9　气门导管

    3．气门导管（图3-9）

    气门导管一般用含石墨较多的铸铁或粉末冶金制成，其外表与缸盖的配合有一定过盈（0.05～0.12mm），以保证良好的传热和防止松脱（图3-10）。气门导管的下端伸入进、排气道内，为减小气流阻力，伸入端做成锥形。

    

    

    图3-10　气门导管安装图

    

    

    图3-11　气门座圈

    4．气门座圈

    进、排气道口与密封锥面直接贴合的部位称为气门座圈（也叫气门座）。气门座的形式有两种：一种是直接在气缸盖上镗出；另一种是在气缸盖上镶嵌气门座圈（图3-11）。

    知识拓展

    Ø 换气过程：发动机的进气和排气过程统称为换气过程。其任务是尽可能吸入更多的新混合气，也尽可能地将气缸内的废气排除干净，以提高发动机的动力性、经济性和排放标准。

    Ø 换气的评价：用发动机工作时，实际进入气缸内的新鲜充气量与在进气状态充满气缸工作容积的新鲜充气量的比值——充气效率来度量的。充气效率公式为：

    ηv =ΔG /ΔG₀

    ΔG——发动机工作时实际进入气缸的气量; ΔG₀ ——环境气压下充满气缸的空气量。充气效率越大，发动机进气量就越多，残留在气缸内的废气越少，混合气燃烧时的热能就越大，发动机的动力越强，同时，其经济性和排放指标等就越好。

    Ø 气门密封锥面与气门顶平面之间的夹角，称为气门锥角。一般为45º，有的也用30º锥角，这可以改善进、排气气流（图3-12）。

    

    

    图3-12　气门锥角与密封干涉角

    

    1 气门；2 气门座。

    Ø 气门弹簧座的固定方式用锁片式（最为常用）和锁销式两种（图3-13）。

    

    

    图3-13　气门弹簧固定方式

    

    1 气门杆；2 气门弹簧；3 气门座；4锁片；5 锁销。

    （二）气门传动组

    气门传动组由凸轮轴正时齿轮、挺柱、推杆和摇臂总成等组成。气门传动组的主要作用是使进、排气门按配气相位规定的时间开启与关闭。

    1．凸轮轴

    凸轮轴大多是用优质钢锻模而成的，其结构主要由轴颈和凸轮等组成。

    凸轮轴是由发动机曲轴带动旋转的，而凸轮轴上的凸轮则是用来驱动和控制各缸气门的打开和关闭。有的发动机凸轮还带动其他零件运行。凸轮轴的形状参看图3-14。

    2．挺柱

    挺柱在气门传动组中起传力的作用，将凸轮的推力传给推杆或气门。其材料为碳钢、合金钢、合金铸铁等。挺柱的结构形式有筒式、滚轮式和液压式三种（图3-15）。

    

    

    图3-14　凸轮轴

    

    1凸轮轴轴颈； 2凸轮。

    

    

    图3-15　挺柱的结构形式

    3．推杆

    下置式凸轮轴的配气机构，利用推杆将挺柱传来的力传给摇臂。推杆的下端与挺柱接触，做成球形；上端与摇臂调整螺栓接触，做成凹球面形。材料有钢制的，也有用铝合金的。杆部有空心的，也有实心的（图3-16）。

    

    

    图3-16　推杆

    

    

    图3-17　摇臂

    4．摇臂总成

    摇臂总成由摇臂和摇臂组组成。

    摇臂：摇臂是一个双臂杠杆，以中间轴孔为支点，将推杆传来的力改变方向和大小，传给气门并使气门开启。摇臂比约为1.2～1.8，长臂一端下压气门，短臂一端被推杆上顶，这可使气门升程大于凸轮的升程，摇臂的结构如图3-17所示。材料为钢冲压、铸钢铸造或铸铁。

    摇臂组：摇臂组主要由摇臂、摇臂轴、摇臂轴支座和定位弹簧等组成（图3-18）。

    

    

    图3-18　摇臂组

    

    1碗型塞；2摇臂轴；3螺栓；4摇臂轴紧固螺栓；5摇臂轴前、后支座；6摇臂轴衬套；7摇臂；8摇臂调整螺钉锁紧螺母；9调整螺钉；10中间支座；11定位弹簧。

    【工作页】

    一、选择题

    1．下列的零件不属于气门传动组的是（　 ）。

    A．气门弹簧　　　　B．挺柱　　　　C．摇臂轴　　　　D．凸轮轴

    2．为了使气门座圈与气缸盖结合良好，其装配时不能采用下述（　 ）方法。

    A．压入后再冲压四周　　　　 　B．加热座圈

    C．将气门在液氮中冷却　　　　 D．采用过渡配合

    3．双凸轮轴结构不可能出现在下述（　 ）结构中。

    A．V型发动机　　 B．4气门配气方式　　C．侧置气门式样　　D．齿形带传动方式

    二、判断题

    （　）1．顶置式气门是由凸轮轴压动摇臂顶开的，其关闭是依靠气门弹簧实现的。

    （　）2．因为发动机的排气压力比进气压力大，所以在5气门式的配气机构中，往往采用两只进气门和三只排气门。

    （　）3．高速发动机为了提高充气和排气性能往往采用增加进气提前角和排气迟后角方法，改善发动机性能。

    （　）4．为了提高气门与气门座的密封性能，气门与气门座的密封带宽度越小越好。

    （　）5．为了获得较大的充气系数，一般发动机进气门锥角大多采用45º。

    （　）6．由于曲轴是顺时针转动的，凸轮轴则一定是逆时针转动的。

    三、说出配气机构示意图中的零件名称

    1：________________；2：________________；

    3：________________；4：________________；

    5：________________；6：________________；

    7：________________。

    

    

    配气机构组成示意图

    通过对任务一的学习，你能给自己和老师一个评价吗？

    1. 老师的讲解生动、形象，态度和蔼可亲吗？　　　（　　）

    2. 工作页是独立完成的吗？给自己一个客观的评价。（　　）

    ［成绩等级］_______________