3汽車構(gòu)造課程教案-配氣機(jī)構(gòu)-電子教案

1、課題（項(xiàng)目）授課教案一、課題（項(xiàng)目）名稱：第三章配氣機(jī)構(gòu)二、教學(xué)目標(biāo)1、知識(shí)目標(biāo)：了解配氣機(jī)構(gòu)的功用類型構(gòu)造和工作原理。頂、側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu)各組成零件的工作條件，構(gòu)造材 料和要求。配氣定時(shí)的意義，氣門間隙的意義及調(diào)整方法。2、技能目標(biāo)：氣門間隙的調(diào)整方法。三、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)1、重點(diǎn)1 .配氣相位2 .配氣機(jī)構(gòu)的主要零部件2、難點(diǎn)：1.配氣相位四、教學(xué)方法:采用多媒體播放PPT、動(dòng)畫和視頻教學(xué)五、學(xué)時(shí)分配:六、課堂（課后）作業(yè):課后習(xí)題1 .凸輪軸的布置形式有哪幾種？凸輪軸的傳動(dòng)方式又有哪 幾種？2 .什么叫配氣相位？畫出配氣相位圖。七、教學(xué)小結(jié):通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解配氣機(jī)構(gòu)的功用 類型構(gòu)

2、造和工作原理。知道頂、側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu)各組成 零件的工作條件，構(gòu)造材料和要求。熟悉配氣定時(shí)的意 義，氣門間隙的意義及調(diào)整方法。教學(xué)內(nèi)容（或?qū)嵱?xùn)項(xiàng)目）設(shè)計(jì) 第三章配氣機(jī)構(gòu) 【內(nèi)容設(shè)計(jì)】一、概述1 .配氣機(jī)構(gòu)的功用據(jù)發(fā)動(dòng)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(shí)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(shí)進(jìn)入氣缸，廢氣得以及時(shí)從氣缸 排出，使換氣過程最佳，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況下工作時(shí)發(fā)出最 好的性能。2 .四沖程內(nèi)燃機(jī)采用氣門式配氣機(jī)構(gòu)是由氣門組、傳動(dòng)組和驅(qū) 動(dòng)組三部分組成，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

3、；傳動(dòng)組包括：挺柱、推桿、搖 臂、搖臂軸等零件；驅(qū)動(dòng)組包括：凸輪軸，凸輪軸軸承和止推裝置等。二、配氣機(jī)構(gòu)的布置形式（一）氣門式配氣機(jī)構(gòu)布置形式配氣機(jī)構(gòu)的分類可以從以下方面來進(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、凸輪軸中置式 和凸輪軸上置式；3 .按曲軸和凸輪軸的傳動(dòng)方式，可分為齒輪傳動(dòng)式、鏈條傳動(dòng)式和齒帶傳動(dòng)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）配氣機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)1 .齒輪驅(qū)動(dòng)形式就是采用齒輪副來驅(qū)動(dòng)凸輪軸。曲軸與凸輪軸的傳動(dòng)比為2： lo即曲軸旋轉(zhuǎn)720。，完成一個(gè)工作循環(huán)，發(fā)動(dòng)各缸工作一次

4、，對(duì) 應(yīng)的凸輪軸旋轉(zhuǎn)360o給各缸近、排氣一次。所以凸輪軸正時(shí)齒輪 的齒數(shù)為曲軸正時(shí)齒輪齒數(shù)的二倍。凸輪軸下置時(shí)，一般都采用齒 輪副驅(qū)動(dòng)，正時(shí)齒輪多用斜齒。2 .鏈驅(qū)動(dòng)形式鏈?zhǔn)津?qū)動(dòng)，就是指曲軸通過鏈條來驅(qū)動(dòng)凸輪軸。這種驅(qū)動(dòng)形式 一般多用于凸輪軸上置的遠(yuǎn)距離傳動(dòng)。奔馳轎車發(fā)動(dòng)機(jī)就采用這種 驅(qū)動(dòng)方式。但鏈傳動(dòng)的可靠性和耐久性不如齒輪傳動(dòng),且噪聲較大、 造價(jià)高，其傳動(dòng)性能的好壞直接取決于鏈條的制造質(zhì)量。為使在工 作時(shí)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。3 .齒形皮帶驅(qū)動(dòng)這種驅(qū)動(dòng)方式與鏈驅(qū)動(dòng)的原理相同。只是鏈輪改為齒輪，鏈條 改成齒形皮帶。這種齒形皮帶用氯丁橡膠制

5、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)動(dòng)彌補(bǔ)了鏈驅(qū)動(dòng)的缺陷，并 降低了成本。（三）每缸氣門數(shù)及排列方式1 .每缸兩個(gè)氣門方式一般發(fā)動(dòng)機(jī)較多的采用每缸兩個(gè)氣門，即一個(gè)進(jìn)氣門和一個(gè)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(shí)，每缸一進(jìn)一排的氣門結(jié)構(gòu)就不能滿 足發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)換氣的要求。2 .每缸四個(gè)氣門方式3 .每缸五個(gè)氣門方式現(xiàn)代轎車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)面臨的主要任務(wù)是進(jìn)一步降低燃油消耗 和排放污染；提高動(dòng)力性和改善噪聲特性；另外

6、還要降低成本。當(dāng)每缸采用五氣門時(shí)，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(dòng)。三、配氣相位（一）定義配氣相位就是用曲軸轉(zhuǎn)角表示的進(jìn)、排氣門的實(shí)際開閉時(shí)刻和 開啟的持續(xù)時(shí)間。用曲軸轉(zhuǎn)角的環(huán)形圖來表示配氣相位。理論上四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門應(yīng)當(dāng)在活塞處在上止點(diǎn)時(shí)開啟， 當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)時(shí)關(guān)閉；排氣門則應(yīng)當(dāng)在活塞處于下止點(diǎn)時(shí)開 啟，在上止點(diǎn)時(shí)關(guān)閉。進(jìn)氣時(shí)間和排氣時(shí)間各占 180°曲軸轉(zhuǎn) 角。但是實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸轉(zhuǎn)速都很高,活塞每一行程歷時(shí)都很短。 例如上海桑塔納轎車發(fā)動(dòng)機(jī)，在最大功率時(shí)的轉(zhuǎn)速為5600r / rain , 一個(gè)行程歷時(shí)僅為0.005 4s。這樣短

7、時(shí)間的進(jìn)氣和排氣過程，往往會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)充氣不足或排 氣不干凈，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降。因此，現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)都采取延長進(jìn)、排氣時(shí)間的方法，B|J：氣門 的開啟和關(guān)閉的時(shí)刻并不正好是活塞處于上止點(diǎn)和下止點(diǎn)的時(shí)刻， 而是分別提前或延遲一定曲軸轉(zhuǎn)角，以改善進(jìn)、排氣狀況，從而提 高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性。（二）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(dòng)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(shí)間內(nèi)排氣門與進(jìn)氣門同時(shí)開啟的現(xiàn)象，這種現(xiàn) 象稱為氣門重疊，重疊的曲軸轉(zhuǎn)角。+5稱為氣門重疊角。由于新 鮮氣

8、流和廢氣流的流動(dòng)慣性比較大，在短時(shí)間內(nèi)是保持原來的流動(dòng) 方向。因此只要?dú)忾T重疊角選擇適當(dāng)，就不會(huì)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(shí)， 就可能出現(xiàn)廢氣倒流，進(jìn)氣量減少。對(duì)于不同發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)性能要求，通過反復(fù)試驗(yàn)確定。（四）氣門間隙所謂氣門間隙就是指：發(fā)動(dòng)機(jī)在冷狀態(tài)時(shí)，在氣門傳動(dòng)機(jī)（三）配氣相位圖構(gòu)中，留有一定的間隙。以補(bǔ)償氣門及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)受熱后的膨脹 量。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，氣門將因溫度升高而膨脹。如果氣門及其 傳動(dòng)件之間，在

9、冷態(tài)時(shí)無間隙或間隙過小，則在熱態(tài)下，氣門 及其傳動(dòng)件的受熱膨脹勢會(huì)將氣門自動(dòng)頂開引起氣門關(guān)閉不 嚴(yán)，造成發(fā)動(dòng)機(jī)在壓縮和作功行程中的漏氣，而使功率下降， 嚴(yán)重時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)甚至不易起動(dòng)。為消除上述現(xiàn)象，通常在發(fā)動(dòng) 機(jī)冷態(tài)裝配時(shí)，在氣門與其傳動(dòng)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(shí)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(dòng)機(jī)制造廠根據(jù)試驗(yàn) 確定。通常在冷態(tài)時(shí)，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(dòng)機(jī)在熱態(tài)下可 能發(fā)生漏氣，導(dǎo)致功率下降嚴(yán)重時(shí)，將使氣門燒壞。如間隙過大，則使傳動(dòng)零件之間

10、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(shí)也使氣門開啟的持續(xù)時(shí)間 減短，采用液力挺柱的發(fā)動(dòng)機(jī)，挺柱的長度能自動(dòng)變化，隨時(shí) 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。四、配氣機(jī)構(gòu)的主要零部件（一）氣門組氣門組包括氣門、氣門座、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧、彈簧座 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(dòng)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(dòng)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。氣門頭頂面的形狀有

11、平頂、球面頂和喇叭形頂?shù)龋巾敋?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一定的流線形，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，廢氣的清除效果好，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面，是與桿部同心的錐角。 通常將這一錐面與氣門頂平面的夾角稱為氣門錐角，一般做成 45°。有的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣門的錐角做成30°,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(dòng)。氣門導(dǎo)管是氣門在其中作直線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)套，以保證氣門與

12、氣門座正確貼合。此外，氣門導(dǎo)管還在氣門桿與氣缸蓋之間起 導(dǎo)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，然后以一定的過盈壓入氣缸蓋的導(dǎo)管孔內(nèi)。為了防止軸向 運(yùn)動(dòng)，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(dòng) 機(jī)對(duì)氣門導(dǎo)管用卡環(huán)定位。氣門座與氣門頭部共同對(duì)氣缸起密封作用，并接受氣門傳 來的熱量。氣門彈簧的作用是使氣門自動(dòng)回位，防止氣門傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中 產(chǎn)生間隙，氣門彈簧應(yīng)具有足夠的剛度和安裝預(yù)緊力。氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，為了改善氣門和氣門座密封面的工作條 件，可設(shè)法使氣門在工作中能相對(duì)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(shí)在密封錐面上產(chǎn)生輕微的摩擦

13、力，有阻止沉積物形成的自潔 作用。（二）氣門傳動(dòng)組氣門傳動(dòng)組主要包括凸輪軸及正時(shí)齒輪、挺柱、導(dǎo)管、推 桿、搖臂和搖臂軸等。氣門傳動(dòng)組的作用是使進(jìn)、排氣門能按 配氣相位規(guī)定的時(shí)刻開閉，且保證有足夠的開度。（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(shí)開閉，并 保證氣門有足夠的升程。凸輪受到氣門間歇性開啟的周期性沖 擊載荷，因此對(duì)凸輪表面要求耐磨，對(duì)凸輪軸要求有足夠的韌 性和剛度。圖mi六也發(fā)動(dòng)機(jī)丹輪搐Id輪2凸輪相地前3手動(dòng)汽浦泵的0心槍漆費(fèi)動(dòng)。電器的煤底南輪同一氣缸的進(jìn)、排氣凸輪的相對(duì)角位置是與既定的配氣相 位相適應(yīng)的。發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)氣缸的進(jìn)氣

14、（或排氣）凸輪的相對(duì)角位 置應(yīng)符合發(fā)動(dòng)機(jī)各氣缸的發(fā)火次序和發(fā)火間隔時(shí)間的要求。因 此，根據(jù)凸輪軸的旋轉(zhuǎn)方向以及各進(jìn)氣（或排氣）凸輪的工作次 序，就可以判定發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火次序。（2）挺柱：將凸輪的推力傳給推桿或氣門，并承受凸輪 軸旋轉(zhuǎn)時(shí)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，以減輕質(zhì)量。滾輪式挺柱與液力挺柱。（3）推桿：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(dòng)載 荷大的發(fā)動(dòng)機(jī)中，推桿應(yīng)盡量地做得短些。（4）搖臂：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。五、可變進(jìn)氣系統(tǒng)（一）可變氣門正時(shí)及升程電子控制系統(tǒng)VTEC系統(tǒng)全稱是可變氣門正時(shí)和升程電子控制系統(tǒng)，是 本田公司在1989年推出了自行研制的“可變氣門正時(shí)和氣門 升程電子控制系統(tǒng)",英文全"Variable Valve Timing and Valve Lift Electronic Control System",縮寫就是"VTEC”, 是世界上第一個(gè)能同時(shí)