汽車構(gòu)造3課件

12五月2024汽車構(gòu)造3第一節(jié)配氣機構(gòu)的功用及組成氣門式配氣機構(gòu)由氣門組和氣門傳動組兩部分組成，每組的零件組成則與氣門的位置、凸輪軸的位置和氣門驅(qū)動形式等有關(guān)?，F(xiàn)代汽車發(fā)動機均采用頂置氣門，即進、排氣門置于氣缸蓋內(nèi)，倒掛在氣缸頂上。凸輪軸的位置有下置式、中置式和上置式3種。

2一、凸輪軸下置式配氣機構(gòu)

凸輪軸置于曲軸箱內(nèi)的配氣機構(gòu)為凸輪軸下置式配氣機構(gòu)。其中氣門組零件包括氣門、氣門座圈、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧、氣門彈簧座和氣門鎖夾等；氣門傳動組零件則包括凸輪軸、挺柱、推桿、搖臂、搖臂軸、搖臂軸座和氣門間隙調(diào)整螺釘?shù)?。下置凸輪軸由曲軸定時齒輪驅(qū)動。發(fā)動機工作時，曲軸通過定時齒輪驅(qū)動凸輪軸旋轉(zhuǎn)。當凸輪的上升段頂起挺柱時，經(jīng)推桿和氣門間隙調(diào)整螺釘推動搖臂繞搖臂軸擺動，壓縮氣門彈簧使氣門開啟。當凸輪的下降段與挺柱接觸時，氣門在氣門彈簧力的作用下逐漸關(guān)閉。四沖程發(fā)動機每完成一個工作循環(huán)，每個氣缸進、排氣一次。這時曲軸轉(zhuǎn)兩周，而凸輪軸只旋轉(zhuǎn)一周，所以曲軸與凸輪軸的轉(zhuǎn)速比或傳動比為2∶1。3二、凸輪軸中置式配氣機構(gòu)凸輪軸置于機體上部的配氣機構(gòu)被稱為凸輪軸中置式配氣機構(gòu)。與凸輪軸下置式配氣機構(gòu)的組成相比，減少了推桿，從而減輕了配氣機構(gòu)的往復(fù)運動質(zhì)量，增大了機構(gòu)的剛度，更適用于較高轉(zhuǎn)速的發(fā)動機。有些凸輪軸中置式配氣機構(gòu)的組成與凸輪軸下置式配氣機構(gòu)沒有什么區(qū)別，只是推桿較短而已，如YC6105Q、6110A、依維柯8210.22S和福特2.5ID等發(fā)動機都是這種機構(gòu)。4三、凸輪軸上置式配氣機構(gòu)凸輪軸置于氣缸蓋上的配氣機構(gòu)為凸輪軸上置式配氣機構(gòu)(OHC)。其主要優(yōu)點是運動件少，傳動鏈短，整個機構(gòu)的剛度大，適合于高速發(fā)動機。由于氣門排列和氣門驅(qū)動形式的不同，凸輪軸上置式配氣機構(gòu)有多種多樣的結(jié)構(gòu)形式。5氣門驅(qū)動形式有搖臂驅(qū)動、擺臂驅(qū)動和直接驅(qū)動三種類型。1.搖臂驅(qū)動、單凸輪軸上置式配氣機構(gòu)凸輪軸推動液力挺柱，液力挺柱推動搖臂，搖臂再驅(qū)動氣門；或凸輪軸直接驅(qū)動搖臂，搖臂驅(qū)動氣門。62.擺臂驅(qū)動、凸輪軸上置式配氣機構(gòu)由于擺臂驅(qū)動氣門的配氣機構(gòu)比搖臂驅(qū)動式剛度更好，更有利于高速發(fā)動機，因此在轎車發(fā)動機上的應(yīng)用比較廣泛。如CA4883、SH680Q、克萊斯勒A452、奔馳QM615、奔馳M115等發(fā)動機均為單上置凸輪軸(SOHC)擺臂驅(qū)動式配氣機構(gòu)；而本田B20A、尼桑VH45DE、三菱3G81、富士EJ20等發(fā)動機都是雙上置凸輪軸(DOHC)擺臂驅(qū)動式配氣機構(gòu)。7第一節(jié)配氣機構(gòu)的功用及組成3.直接驅(qū)動、凸輪軸上置式配氣機構(gòu)在這種形式的配氣機構(gòu)中，凸輪通過吊杯形機械挺柱驅(qū)動氣門；或通過吊杯形液力挺柱驅(qū)動氣門。與上述各種形式的配氣機構(gòu)相比，直接驅(qū)動式配氣機構(gòu)的剛度最大，驅(qū)動氣門的能量損失最小。因此，在高度強化的轎車發(fā)動機上得到廣泛的應(yīng)用。如奧迪、捷達、桑塔納、馬自達6、歐寶V6、奔弛320E，還有依維柯8140.01、8140.21等均為直接驅(qū)動式配氣機構(gòu)。8第二節(jié)配氣定時及氣門間隙一、配氣定時（配氣相位）以曲軸轉(zhuǎn)角表示的進、排氣門開閉時刻及其開啟的持續(xù)時間稱作配氣定時。進氣門在進氣行程上止點之前開啟謂之早開。從進氣門開到上止點曲軸所轉(zhuǎn)過的角度稱作進氣提前角，記作α。進氣門在進氣行程下止點之后關(guān)閉謂之晚關(guān)。從進氣行程下止點到進氣門關(guān)閉曲軸轉(zhuǎn)過的角度稱作進氣遲后角，記作β。整個進氣過程持續(xù)的時間或進氣持續(xù)角為180°+α＋β曲軸轉(zhuǎn)角。一般α＝0°～30°、β＝30°～80°曲軸轉(zhuǎn)角。排氣門在作功行程結(jié)束之前，即在作功行程下止點之前開啟，謂之排氣門早開。從排氣門開啟到下止點曲軸轉(zhuǎn)過的角度稱作排氣提前角，記作γ。排氣門在排氣行程結(jié)束之后，即在排氣行程上止點之后關(guān)閉，謂之排氣門晚關(guān)。從上止點到排氣門關(guān)閉曲軸轉(zhuǎn)過的角度稱作排氣遲后角，記作δ。整個排氣過程持續(xù)時間或排氣持續(xù)角為180°＋γ＋δ曲軸轉(zhuǎn)角。一般γ＝40°～80°、δ＝0°～30°曲軸轉(zhuǎn)角。由于進氣門早開和排氣門晚關(guān)，致使活塞在上止點附近出現(xiàn)進、排氣門同時開啟的現(xiàn)象，稱其為氣門重疊。重疊期間的曲軸轉(zhuǎn)角稱為氣門重疊角，它等于進氣提前角與排氣遲后角之和，即α＋δ。9二、可變配氣定時機構(gòu)采用可變配氣定時機構(gòu)可以改善發(fā)動機的性能。發(fā)動機轉(zhuǎn)速不同，要求不同的配氣定時。這是因為：當發(fā)動機轉(zhuǎn)速改變時，由于進氣流速和強制排氣時期的廢氣流速也隨之改變，因此在氣門晚關(guān)期間利用氣流慣性增加進氣和促進排氣的效果將會不同。例如，當發(fā)動機在低速運轉(zhuǎn)時，氣流慣性小，若此時配氣定時保持不變，則部分進氣將被活塞推出氣缸，使進氣量減少，氣缸內(nèi)殘余廢氣將會增多。當發(fā)動機在高速運轉(zhuǎn)時，氣流慣性大，若此時增大進氣遲后角和氣門重疊角，則會增加進氣量和減少殘余廢氣量，使發(fā)動機的換氣過程臻于完善。總之，四沖程發(fā)動機的配氣定時應(yīng)該是進氣遲后角和氣門重疊角隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的升高而加大。如果氣門升程也能隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的升高而加大，則將更有利于獲得良好的發(fā)動機高速性能。10三、氣門間隙發(fā)動機在冷態(tài)下，當氣門處于關(guān)閉狀態(tài)時，氣門與傳動件之間的間隙稱為氣門間隙。發(fā)動機工作時，氣門及其傳動件，如挺柱、推桿等都將因為受熱膨脹而伸長。如果氣門與其傳動件之間，在冷態(tài)時不預(yù)留間隙，則在熱態(tài)下由于氣門及其傳動件膨脹伸長而頂開氣門，破壞氣門與氣門座之間的密封，造成氣缸漏氣，從而使發(fā)動機功率下降，起動困難，甚至不能正常工作。為此，在裝配發(fā)動機時，在氣門與其傳動件之間需預(yù)留適當?shù)拈g隙，即氣門間隙。氣門間隙既不能過大，也不能過小。間隙過小，不能完全消除上述弊??；間隙過大，在氣門與氣門座以及各傳動件之間將產(chǎn)生撞擊和響聲。最適當?shù)臍忾T間隙由發(fā)動機制造廠根據(jù)試驗確定。11第三節(jié)氣門組

一、氣門1.氣門的工作條件氣門的工作條件非常惡劣。首先，氣門直接與高溫燃氣接觸，受熱嚴重，而散熱困難，因此氣門溫度很高。其次，氣門承受氣體力和氣門彈簧力的作用，以及由于配氣機構(gòu)運動件的慣性力使氣門落座時受到?jīng)_擊。第三，氣門在潤滑條件很差的情況下以極高的速度啟閉并在氣門導(dǎo)管內(nèi)作高速往復(fù)運動。此外，氣門由于與高溫燃氣中有腐蝕性的氣體接觸而受到腐蝕。2.氣門材料進氣門一般用中碳合金鋼制造，如鉻鋼、鉻鉬鋼和鎳鉻鋼等。排氣門則采用耐熱合金鋼制造，如硅鉻鋼、硅鉻鉬鋼、硅鉻錳鋼等。3.氣門構(gòu)造汽車發(fā)動機的進、排氣門均為菌形氣門，由氣門頭部和氣門桿兩部分構(gòu)成。氣門頂面有平頂、凹頂和凸頂?shù)刃螤?。目前?yīng)用最多的是平頂氣門，其結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，受熱面積小，進、排氣門都可采用。12氣門與氣門座或氣門座圈之間靠錐面密封。氣門錐面與氣門頂面之間的夾角稱為氣門錐角。進、排氣門的氣門錐角一般均為45°，只有少數(shù)發(fā)動機的進氣門錐角為30°。134.每缸氣門數(shù)一般發(fā)動機每個氣缸有兩個氣門，即一個進氣門和一個排氣門。進氣門頭部直徑比排氣門大15％～30％，目的是增大進氣門通過斷面面積，減小進氣阻力，增加進氣量。凡是進氣門和排氣門數(shù)量相同時，進氣門頭部直徑總比排氣門大。每缸兩氣門的發(fā)動機又稱兩氣門發(fā)動機。現(xiàn)代高性能汽車發(fā)動機普遍采用每缸三、四、五個氣門，其中尤以四氣門發(fā)動機為數(shù)最多四氣門發(fā)動機每缸兩個進氣門，兩個排氣門。其突出的優(yōu)點是氣門通過斷面積大，進、排氣充分，進氣量增加，發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩和功率提高。其次是每缸四個氣門，每個氣門的頭部直徑較小，每個氣門的質(zhì)量減輕，運動慣性力減小，有利于提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速。最后，四氣門發(fā)動機多采用篷形燃燒室，火花塞布置在燃燒室中央，有利于燃燒。14二、氣門座與氣門座圈三、氣門導(dǎo)管四、氣門彈簧氣門彈簧的功用是保證氣門關(guān)閉時能緊密地與氣門座或氣門座圈貼合，并克服在氣門開啟時配氣機構(gòu)產(chǎn)生的慣性力，使傳動件始終受凸輪控制而不相互脫離。15氣門彈簧一般為等螺距圓柱形螺旋彈簧。當氣門彈簧的工作頻率與其固有的振動頻率相等或為整數(shù)倍時，氣門彈簧就會發(fā)生共振。共振時將使配氣定時遭到破壞，使氣門發(fā)生反跳和沖擊，甚至使彈簧折斷。為防止共振的發(fā)生，可采取下列結(jié)構(gòu)措施：1)采用雙氣門彈簧在柴油機和高性能汽油機上廣泛采用每個氣門安裝兩個直徑不同，旋向相反的內(nèi)、外彈簧。由于兩個彈簧的固有頻率不同，當一個彈簧發(fā)生共振時，另一個彈簧能起到阻尼減振作用。采用雙氣門彈簧可以減小氣門彈簧的高度，而且當一個彈簧折斷時，另一個彈簧仍可維持氣門工作。彈簧旋向相反，可以防止折斷的彈簧圈卡入另一個彈簧圈內(nèi)使其不能工作或損壞。2)采用變螺距氣門彈簧某些高性能汽油機采用變螺距單氣門彈簧。變螺距彈簧的固有頻率不是定值，從而可以避開共振。3)采用錐形氣門彈簧錐形氣門彈簧的剛度和固有振動頻率沿彈簧軸線方向是變化的，因此可以消除發(fā)生共振的可能性。16五、氣門旋轉(zhuǎn)機構(gòu)當氣門工作時，如能產(chǎn)生緩慢的旋轉(zhuǎn)運動，可使氣門頭部周向溫度分布比較均勻，從而減小氣門頭部的熱變形。同時，氣門旋轉(zhuǎn)時，在密封錐面上產(chǎn)生輕微的摩擦力，能夠清除錐面上的沉積物。17由于氣門驅(qū)動形式和凸輪軸位置的不同，氣門傳動組的零件組成差別很大。一、凸輪軸1．凸輪軸工作條件及材料凸輪軸承受周期性的沖擊載荷。凸輪與挺柱之間的接觸應(yīng)力很大，相對滑動速度也很高，因此，凸輪工作表面的磨損比較嚴重。2.凸輪軸構(gòu)造凸輪軸是通過凸輪軸軸頸支承在凸輪軸軸承孔內(nèi)的，因此凸輪軸軸頸數(shù)目的多少是影響凸輪軸支承剛度的重要因素。如果凸輪軸剛度不足，工作時將發(fā)生彎曲變形，這會影響配氣定時。下置式凸輪軸每隔1～2個氣缸設(shè)置一個凸輪軸軸頸。183.凸輪軸軸承中置式和下置式凸輪軸的軸承一般制成襯套壓入整體式軸承座孔內(nèi)，再加工軸承內(nèi)孔，使其與凸輪軸軸頸相配合。上置式凸輪軸的軸承多由上、下兩片軸瓦對合而成，裝入剖分式軸承座孔內(nèi)。軸承材料多與主軸承相同，在低碳鋼鋼背上澆敷減摩合金層。也有的凸輪軸軸承采用粉末冶金襯套或青銅襯套。194.凸輪軸傳動機構(gòu)凸輪