第3章 汽车配气机构

第3章

配气机构的构造与维修

第一节配气机构的构造和工作原理

一、概述

1. 配气机构的作用

配气机构的作用是:按照发动机各缸的作功次序和每一气缸工作循环的要求,定时开启和关闭各气缸的进、排气门,配合发动机各缸实现进气、压缩、作功和排气的工作过程。配气机构的工作性能好坏,对发动机有重要影响。要求配气机构的气门要关闭严密,开闭及时,开度足够。如果气门关闭不严,在压缩行程会漏气,造成气缸压力不足和燃气质量的

损失;在作功行程会泄压,使燃气压力降低。如果气门开闭不及时或开度不够,则会使进气不充分,排气不彻底。上述情况都会严重影响发动机的功率,甚至使发动机不能启动。

2. 配气机构的组成

配气机构由气门组和气门传动组组成。气门组用来封闭气缸的进、排气道口;气门传动组使气门打开和控制开启与关闭的时刻及开启与关闭

的规律。

图3 - 1 所示为一种典型的配气机构的结构。气门组主要包括气门、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座等。气门传动组主要由凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂轴、摇臂及气门间隙调整螺钉等组成。

气门弹簧的上端抵在弹簧座上,下端抵在气缸盖上,弹簧座的倒锥形内

孔中,安装着两片外表面也呈同样倒锥形的锁片,其内孔凸肩卡在气门

尾部的环形凹槽中,弹簧经压缩后,安装于图示位置,弹簧向上的弹力通过弹簧座、锁片、气门杆,使气门头向上紧压在气门座圈上。摇臂轴通过支架固定于气缸盖上平面上,摇臂套装在摇臂轴上,可绕摇臂轴转动。摇臂的长臂端与气门杆尾部接触,短臂端装有气门间隙调整螺钉。凸轮轴安装在气缸体的一侧,由曲轴通过曲轴正时齿轮、惰轮、凸轮轴正时齿轮驱动(汽油机一般无惰轮)。杯状挺柱装在气缸体

的挺柱导向孔内,下端面与凸轮轴上的凸轮接触。推杆上端与调整螺钉接触,下端与挺柱接触。

3. 配气机构的工作过程

如图3 - 1 所示,凸轮轴转动时,当凸轮的圆柱面(基圆)部分与挺柱接触时,挺柱不升高,挺柱以上的传动件不动作,气门是关闭的。当凸轮的凸起部分与挺柱接触时,便开始将挺柱顶起,于是气门被打开。当凸轮的最大凸起处与挺柱接触时,气门达到最大开度。随后,凸轮与挺柱接触表面的凸起开始逐渐变小,气门在气门弹簧的作用下开始上升关闭,并反向推动摇臂等传动杆件,使挺柱下压保持与凸轮的接触。当凸轮凸起部分离开挺柱时,气门完全关闭。大多数发动机每缸各有一个进气门和排气门。每个气门都有一套如图3 - 1 所示的气门驱动装置。所以凸轮轴上的凸轮数与发动机的气门数相同,各凸轮之间有一定的夹角,以满足各缸工作次序和每一缸工作循环的要求。

从上述的工作过程可以看出:四冲程发动机每完成一个工作循环各缸的进、排气门需要开闭一次,即需要凸轮轴(凸轮)转过一圈,而曲轴需要

转两圈。曲轴转速与凸轮轴转速之比(传动比)为2∶ 1。气门传动组使气门开启,气门弹簧使气门关闭。

图3 - 1 配气机构

1—凸轮轴正时齿轮; 2—气缸体; 3—凸轮;4—挺柱; 5—气门推杆; 6—气门调整螺钉;7—锁紧螺母; 8—摇臂轴; 9—摇臂; 10—气门弹簧座; 11—气门弹簧; 12—气门导管;13—气门; 14—惰轮; 15—曲轴正时齿轮

图3 - 2 链传动配气机构

1—挺柱; 2—推杆; 3—摇臂轴总成;4—凸轮轴; 5—曲轴; 6—链条二、配气机构的布置形式及驱动方式

现代汽车发动机一律采用顶置气门式配气机构,即气门布置在气缸盖上,头部向下倒挂于气缸之上(图3 - 1、图3 - 3、图3 - 4)。为了进气较充分,进气门的直径都比排气门大。顶置气门式配气机构可按下列方式分类:按每缸的气门数,可分为双气门式、三气门式 (两进一排)、四气门式(两进两排)和五气门式(三进两排)等;按凸轮轴的位置,可分为顶

置式、下置式和中置式三种;按曲轴到凸轮轴的传动方式,可分为齿轮传动(图3 - 1)、链传动 (图3 - 2)和同步带传动(图3 - 3、图3 - 4)。

1. 每缸气门数及其排列方式

(1)两气门发动机的气门排列方式多数发动机都采用每缸两个气门。进、排气门沿气缸盖的纵向排成一列。这样,相邻两缸的同名气门就可合用一个气道。柴油机的进、排气道一般分置于气缸盖的两侧,以免排

气对进气加热。汽油机的进、排气道通常置于缸盖的一侧,以便预热进气道中的混合气。

(2)三气门发动机的气门排列方式每缸三个气门的发动机,有两个进气门,一个排气门,进、排气门各排成一列(图3 - 3)。

图3 - 3 用同步齿形带驱动的单凸轮轴机构

1—凸轮轴; 2—摇臂轴; 3—曲轴;4—张紧轮; 5—同步带

图3 - 4 用同步带驱动的双凸轮轴机构

1—凸轮轴; 2—曲轴; 3—张紧轮; 4—同步带

图3 - 5 每缸四气门的布置及其驱动

1—T 形杆; 2—气门尾端的从动盘

(3)四气门发动机的气门排列方式每缸采用四个气门时,气门排列的方案有两种:

①同名气门沿气缸盖纵向排成两列(图3 - 5a),由一个凸轮通过T 形杆

1 同时驱动,并且所有气门都可以用一根凸轮轴驱动。

②同名气门排在同一列,一般用两根凸轮轴驱动(图3- 4、图3 -5b)。

2. 凸轮轴的布置形式

(1)凸轮轴上置式凸轮轴上置式配气机构的凸轮轴安装在气缸盖上(图3 - 3、图3 - 4), 多用于轿车上的高速强化发动机。这种结构都采用同步带传动或链条传动。

凸轮轴上置式配气机构有两种形式:一种是如图3 - 6 所示的凸轮—摇臂式传动机构,凸轮直接与摇臂接触,通过摇臂摆动将气门打开。另一种是如图3 - 7 所示的凸轮—挺柱式传动机构,凸轮通过挺柱将气门顶

开。一汽奥迪100、上海桑塔纳等都是采用如图3 - 7c 所示的凸轮直接驱动液力挺柱的结构。

图3 - 6 几种常见的凸轮—摇臂式传动机构

1—摇臂轴; 2—摇臂; 3—调整螺钉; 4—气门; 5—凸轮; 6—滚动轴承

图3 - 7 几种常见的凸轮—挺柱式传动机构

1—凸轮; 2—垫块; 3—挺柱; 4—气门;5—液力挺柱; 6—油腔

图3 - 8 配气正时齿轮上的正时记号

1—凸轮轴正时齿轮; 2—喷油泵齿轮;3—惰轮; 4—曲轴正时齿轮(2)凸轮轴下置式大多数载货汽车和大、中型客车发动机都采用下置式凸轮轴。这种结构都采用一对正时齿轮传动。

(3)凸轮轴中置式这种结构多用于柴油机(图3 - 1、图3 - 2),一般采用在一对正时齿轮之间加入一个中间齿轮(惰轮)进行传动。

3. 曲轴与凸轮轴之间的传动方式

由曲轴到凸轮轴的传动方式有齿轮传动、链传动和同步带传动。

(1)齿轮传动凸轮轴下置、中置的配气机构多采用圆柱斜齿轮传动。凸轮轴下置式的采用一对齿轮传动;凸轮轴中置式的,在一对正时齿轮之间加入了一个中间齿轮(惰轮),如图 3 - 8所示。曲轴与凸轮轴的传动比为2∶ 1 (曲轴转两圈,凸轮轴转一圈)。所以,凸轮轴正时齿轮的齿数是曲轴正时齿轮齿数的两倍。惰轮并不影响传动比。为保证配气正时,装配时应将齿轮上的正时记号对齐(图3 - 8)。