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1、丰田8aefi发动机教学模型的测绘学位论文河南机电高等专科学校 毕业设计说明书（论文）丰田8A-EFI发动机三维教学模型的测绘系 部： 汽车工程系 专 业： 汽车制造与装配技术 班 级： 汽制113 学生姓名： 张兴武 学 号： 111601347 指导教师： 杨保海 2013 年 12 月 7 日摘要本文主要介绍了丰田8A-EFI发动机配气机构及曲柄连杆机构的原理、构造、拆装过程及用三维建模软件Catia绘制两大机构时遇到的一些问题，通过对发动机两大机构的建模，能够更方便得展示出发动机两大机构的组成。在不拆解发动机的情况下向同学们展示发动机结构及原理会更加直观，更容易理解。模型包括两大机构各

2、个零部件及总装配模型，采用一比一的比例绘制，非常逼真的展现了丰田8A发动机配气机构及曲柄连杆机构的全貌。关键词：发动机、原理、三维建模、模型。ABSTRACTThis article mainly introduced some questions which with three dimensional modelling software Catia the Toyota 8A-EFI engine timing mechanism and the crank link motion gear principle, the structure, the knocked-down and a

3、ssemble process and draws up when two big organizations meet, through to the engine two big organization modellings, can result in the demonstration to embark conveniently the motive two big organization compositions.In does not open the solution engine in the situation to schoolmates to demonstrate

4、 the engine structure and the principle can be more direct-viewing, easier to understand.The model including two big organization each spare parts and the final assembly model, uses one to a proportion plan, extremely lifelike development Toyota 8A engine timing mechanism and crank link motion gear

5、complete picture.KEY WORDS：Engine, principle, three dimensional modelling, model.目录第1章 丰田8A-EFI发动机介绍 11.1 丰田8A发动机简介 11.2 丰田8A发动机技术规格 1第2章 丰田8A-EFI发动机两大机构详解 32.1 丰田8A发动机配气机构详解 32.1.1 配气机构原理 32.1.2 配气机构各部件作用 32.2 丰田8A发动机曲柄连杆机构详解 62.2.1 曲柄连杆机构原理 62.2.2 曲柄连杆机构各部件作用 6第3章 丰田8A-EFI发动机两大机构的拆装 93.1 丰田8A发动机配气

6、机构的拆装 93.1.1 配气机构的拆卸 93.1.2 配气机构的装配 133.2 丰田8A发动机曲柄连杆机构的拆装 173.2.1 曲柄连杆机构的拆卸 173.2.2 曲柄连杆机构的装配 20第4章 模型制作工具CATIA V5 R20 234.1 CATIA软件简介 234.1.1 软件的特点 234.1.2 软件功能模块介绍 234.2 模型制作及装配中遇到的软件操作问题及解决方法 254.2.1 模型制作中遇到的问题及解决方法 254.2.2 模型装配中遇到的问题及解决方法 31第5章 丰田8A-EFI发动机装配模型展示 36参考文献 38致谢 39第1章 丰田8A-EFI发动机介绍1

7、.1 丰田8A发动机简介丰田8A发动机的排量为1342ml，最大功率63kW（86Ps）/6000rpm，最大扭矩为110Nm/5200rpm，这样的一个数据即使在今天看来也不落后，而且装配在整备质量还不足900公斤的夏利上，可谓大马拉小车如图1-1，这样的动力表现只需花不多的钱就能享受到，还是满足了当时部分购车人的心理。图 111.3排量的发动机搭载在不足900公斤的夏利上 可谓大马拉小车这款发动机在结构上采用了16气门的双顶置凸轮轴设计，压缩比为9.3，升功率在47kW。点火方式采用了相对落后的分电器点火，由于是机械式结构，所以在点火正时的控制上不够精确。而且该车也没有现在普遍装配的可变气

8、门正时、电子节气门等技术。8A发动机在技术上可以说没有任何亮点，而它能成为经典的最重要原因在于耐用、油耗低、维修保养也十分方便，这在经济型轿车的购买人群里是最看重和专注的一点。1.2 丰田8A发动机技术规格型号：8A型式：直列四缸，水冷，双顶置凸轮轴,16汽门机构，齿带及齿轮驱动，屋脊型燃烧室。电控系统型式电控燃油喷射系统EFI，开环控制及闭环控制两种。流量控制：速度密度方式（DJ）。电子点火系统ESA，带爆震传感器（W/KCS），怠速控制系统ISC。气缸数: 4缸径X行程(mmXmm):78.7X69.0排气量:1.342压缩比:9.3怠数转速(r/min):70050点火正时:怠速时上止点

9、前102(T端子接通时)气门间隙进气(mm)：0.020.05(冷态)排气(mm)：0.030.05额定功率(kW/r/min)(NET)63/6000最大矩扭(N.m/r/min)(NET)110/5200200全负荷最低燃油消耗率(g/kW.h)280燃油牌号(RON)90号以上汽油(SH0041)闭环控制发动机必须使用无铅汽油。润滑方式：压力与飞溅复合式机油规格：SAE10W-30API质量等级：SG级以上机油容量(L)：3.5(干式充满)冷却方式：强制循环水冷发动机质量(Kg)：1112(不带起动机，有机油，无水，带线速，带离合器)外型尺寸(长X宽X高)(mmXmmXmm):670X5

10、89X644怠速排放CO(%)2.5HC(ppm)600第2章 丰田8A-EFI发动机两大机构详解2.1 丰田8A发动机配气机构详解2.1.1 配气机构原理凸轮轴转动时，当凸轮的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，并反向推动传动杆件，使挺柱下移保持与凸轮接触。当凸轮凸起部分离开挺柱时，气门完全关闭。配气机构的作用是按照发动机工作顺序和各缸工作循环的要求，定时地开启和关

11、闭进、排气门。使新鲜的混合气或新鲜空气充人气缸，并使燃烧后的废气排出缸外。2.1.2 配气机构各部件作用配气机构又分为气门组和气门传动组。图 21 进气门一、气门组：用来封闭气缸的进、排气道，主要由气门、气门导管、气门座、气门弹簧、气门弹簧座、气门锁片等组成。1、气门有进气门如图2-1和排气门如图2-2，进排气门大小不同，进气门与排气门的大小是根据充气量与排气量决定的，从理论上讲充气量和排气量是相等的，排气门的开闭时间和进气门的开闭时间也是相等的。但实际上不是这样，因为节气门指挥着转速，气门开闭有大有小，吸气完了时气缸中应充满了等于大气压力的混合气。但当气体流过进气管道和进气门时要受到阻力，为

12、了克服这些阻力并使混合气能以一定速度流动， 必须浪耗掉一部分压力，于是缸内的气压总是低于大气压力。气体密度是随着压力而变的，压力低密度图 22 排气门也就减小，实际吸入混合气的重量就减少了。要解决和减少气流阻力的影响就得把进气门处气流通路的截面积加大，即把气门面积加大。在高原地区空气稀薄的情况下，进气通路的面积更要加大，否则发动机在这些地区根本达不气门导管到它的额定功率。2、气门导管如图2-4是汽车发动机气门的导向装置，对气门起导向作用，并使气门杆上的热量经气门导管传给汽缸盖。图 23 气门导管3、气门座主要作用是将气门弹簧的张力施加给气门机构，确保气门和气门座气密性良好，同时在气门开闭过程中

13、通过气门弹簧的张力施加一个扭转力，用来碾碎气门和气门座之间的积碳。这个扭转力就需要气门上座和气门下座完成的。图 24 气门弹簧座4、气门弹簧座如图2-3是固定支撑气门弹簧，这样可以使凸轮轴顶压气门压片或摇臂时保持气门和气门弹簧的稳定。5、气门弹簧如图2-6的作用主要有以下几点：(1) 保证气门自动回位关闭而密封。(2) 保证气门与气门座的接合压力。(3) 吸收气门在开启和关闭过程中传动零件所产生的惯性力，以防止各种传动件彼此分离而破坏配气机构正常工作。图 25 气门弹簧因气门弹簧承受着频繁的交变载荷，为保证气门弹簧可靠地工作，要求气门弹簧必须具有合适的弹力，足够的强度和抗疲劳强度。通常气门弹簧

14、采用优质冷拔弹簧钢丝制成。钢丝表面经抛光或喷丸处理。弹簧的两端面经磨光并与弹簧轴线相垂直。6、气门锁片如图2-5是为了固定气门杆与气门弹簧座之间的位置。图 26 气门锁片二、气门传动组：用来控制气门的开启和关闭的时刻，主要由凸轮轴、正时齿轮、液压挺柱组成。图 27 进气凸轮轴1、凸轮轴有进气凸轮轴如图2-7和排气凸轮轴如图2-8，它的作用是控制进排气门的开启和闭合动作。图 28 排气凸轮轴2、正时齿轮的作用是保证发动机运转时的配气相位,使进、排气门的开启和关闭与活塞运动相一致，在正时齿轮上打有标记，在装配时与曲轴齿轮、凸轮轴齿轮的标记相对应。2.2 丰田8A发动机曲柄连杆机构详解2.2.1 曲

15、柄连杆机构原理曲柄连杆机构是内燃机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。2.2.2 曲柄连杆机构各部件作用曲柄连杆机构分为机体组、活塞连杆组合曲轴飞轮组。一、机体组图 29缸体主要包括气缸体、曲轴箱如图2-9、气缸套、气缸垫等不动件。机体是内燃机的骨架，除了作为气缸套以及曲柄连杆机构运动件的支撑外还可安装

16、气缸盖、配气机构和驱动机构的机件以及各辅助系统的一些附件，并以其支座安装在车辆上，同时机体内部还设有冷却水道和润滑油道。因此结构复杂。二、活塞连杆组主要包括活塞、活塞环、活塞销、连杆等运动件。将燃气爆发压力传递给曲轴，将活塞的往复直线运动转化为曲轴的旋转运动。1、活塞如图2-12是汽车发动机的“心脏”，承受交变的机械负荷和热负荷，是发动机中工作条件最恶劣的关键零部件之一。活塞的功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转，活塞顶部还是燃烧室的组成部分。图 210活塞图 211活塞环2、活塞环如图2-11的作用包括密封、调节机油（控油）、导热（传热）、导向（支承）四个作用。 密封：指密封

17、燃气，不让燃烧室的气体漏到曲轴箱，把气体的泄漏量控制在最低限度，提高热效率。漏气不仅会使发动机的动力下降，而且会使机油变质，这是气环的主要任务； 调节机油（控油）：把气缸壁上多余的润滑油刮下，同时又使缸壁上布有薄薄的油膜，保证气缸和活塞及环的正常润滑，这是油环的主要任务。在现代高速发动机上，特别重视活塞环控制油膜的作用；导热：通过活塞环将活塞的热量传导给缸套，即起冷却作用。据可靠资料认为，活塞顶所受的的热量中有7080%是通过活塞环传给缸壁而散掉的；支承：活塞环将活塞保持在气缸中，防止活塞与气缸壁直接接触，保证活塞平顺运动，降低摩擦阻力，而且防止活塞敲缸。一般汽油发动机的活塞采用两道气环，一道

18、油环。图 212活塞销3、活塞销如图2-10是装在活塞裙部的圆柱形销子，它的中部穿过连杆小头孔，用来连接活塞和连杆，把活塞承受的气体作用力传给连杆。4、连杆如图2-13的作用是将气体的压力变为曲轴的转矩、将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动。三、曲轴飞轮组主要包括曲轴、飞轮等。将转矩和转速均匀输出对外作功。图 213连杆1、曲轴如图2-14是引擎的主要旋转机件，装上连杆后，可承接连杆的上下(往复)运动变成循环(旋转)运动。是发动机上的一个重要的机件，其材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，有两个重要部位：主轴颈，连杆颈。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个

19、典型的曲柄滑块机构。曲轴的润滑主要是指与摇臂间轴瓦的润滑和两头固定点的润滑 曲轴的旋转是发动机的动力源。也是整个机械系统的源动力。图 214曲轴2、飞轮是发动机装在曲轴后端的较大的圆盘状零件，它具有较大的转动惯量，具有以下功能：将发动机作功行程的部分能量储存起来，以克服其他行程的阻力，使曲轴均匀旋转。通过安装在飞轮上的离合器，把发动机和汽车传动系统连接起来。装有与起动机接合的齿圈，便于发动机起动。第3章 丰田8A-EFI发动机两大机构的拆装3.1 丰田8A发动机配气机构的拆装3.1.1 配气机构的拆卸1、拆下气门室盖分总成(a)拆下加油盖。(b)拆下4个螺母，4个密封垫和气门室盖。2、拆下2号

20、正时皮带罩(a)拆下4个螺栓和2号正时皮带罩。3、拆下曲轴齿轮或皮带轮罩分总成如图3-1。图 31(a)拆下2个螺栓和曲轴齿轮罩。4、将l号气缸设定在压缩上止点位置如图3-3(a)转动曲轴皮带轮，将皮带轮槽口对准1号正时皮带罩上的正时标记“O”。图 32(b)检查曲轴正时皮带轮的“K”标记与轴承盖的正时标记对准。否则，转动曲轴一周(3600)。5、拆下凸轮轴皮带轮(a)使用SST拆下皮带轮螺栓。(b)使用SST拆下曲轴皮带轮。6、拆下正时皮带罩分总成(a)拆下3个螺栓和正时皮带罩。图 337、拆下正时皮带导轮8、拆下惰轮张紧弹簧如图3-2。(a)旋松惰轮安装螺栓。(b)拆下张紧弹簧。9、拆下正

21、时皮带提示：如果重复使用皮带时，在皮带上画一个方向箭头（按发动机旋转的方向），在皮带轮和皮带上做出定位标记。(a)拆下正时皮带。10、拆下1号正时皮带惰轮分总成。(a)拆下螺栓和1号正时皮带惰轮。11、拆下曲轴正时皮带轮如图3-4图 34(a)如果不能用手拆下皮带轮，使用2个起子。注意：按图示垫上抹布防止损坏。12、拆下凸轮轴正时皮带轮(a)用扳手夹持凸轮轴的六角头部分，并松开皮带轮螺栓。注意：小心不要让扳手损坏气缸盖。(b)拆下皮带轮螺栓和正时皮带轮。13、拆下凸轮轴注意：由于凸轮轴的止推间隙很小，必须保持水平并垂直取出凸轮轴。如果凸轮轴不能保持水平，气缸盖承受轴的推力可能开裂或损坏，造成凸

22、轮轴变形或断裂。为避免如此，必须执行下述步骤：(a)转动凸轮轴的六角部分将副齿轮小孔转上来（它定位主齿轮和副齿轮）。提示：上述状态允许进气凸轮轴的l、3号气缸凸轮的桃心同时顶到各自挺柱。(b)拆下两个螺栓和l号轴承盖。(c)使用维修螺栓固定主、副齿轮如图3-5。提示：拆除凸轮轴时，确信通过上述操作已经消除副齿轮扭转弹簧的弹力。(d)按标出的顺序分几次均匀地拧松8个轴承盖螺栓。图 35(e)拆下4个轴承盖和凸轮轴。提示：如果凸轮轴没有被水平地向上顶起，用两个螺栓重新安装轴承盖。然后向上拉凸轮轴齿轮并交替地旋松，拆下轴承盖螺栓。注意：不要用工具或其它物体撬动和用力拆除凸轮轴。14、拆下凸轮轴副齿轮

23、如图3-6(a)用台钳固定凸轮轴的六角部分。注意：小心不要损坏凸轮轴。(b)使用SST逆时针转动副齿轮，拆下维修螺栓。(c)使用卡环钳拆下卡环。图 36(d)拆下波形垫圈，凸轮轴副齿轮和凸轮轴齿轮弹簧。15、拆下凸轮轴定位油封如图3-7(a)转动2号凸轮轴的六角部分，使定位销位于2号凸轮轴垂直中心线偏右的位置。提示：上述角度允许2号凸轮轴的l、3号气缸凸轮的桃心同时顶到各自的挺柱。(b)拆下2个螺栓，凸轮轴定位油封和l号轴承盖。图 37注意：如果1号轴承盖不能用手拆除，没有带上轴承盖螺栓时，不要试图用力拆。16、拆下2号凸轮轴如图3-8(a)按标出的顺序分几次均匀地旋松8个轴承盖螺栓。(b)拆

24、下2个螺栓和4号轴承盖。(c)拆下4个轴承盖和2号凸轮轴。图 38提示：如果凸轮轴没有被水平地向上顶起，用两个螺栓重新安装轴承盖，然后向上拉凸轮轴齿轮并交替地旋松和拆下轴承盖螺栓。注意：不要用工具或其它物体撬动和用力拆除凸轮轴。17、拆下气缸盖分总成(a)按标出的顺序分几次均匀地旋松10个气缸盖螺栓。注意：如果螺栓不按正确顺序拆除，有可能损坏气缸盖。(b)拆下10个平垫圈。(c)从气缸体上的定位销处撬起气缸盖。(d)将气缸体放置在长形木块上。提示：为了易于拆下气缸盖，在气缸体和气缸盖之间的间隙插起子撬起气缸盖。注意：小心不要损坏气缸体和气缸盖接触表面。图 3918、拆解汽缸盖如图3-9(1)拆

25、下气门调整垫片(2)拆下气门挺柱(3)拆下进气门(a)使用SST压缩气门弹簧，拆下两个锁片。(b)拆下弹簧座、气门弹簧和进气门。提示：按正确的顺序排列进气门、气门弹簧、弹簧座和锁片。(4)拆下排气门图 310(a)使用SST压缩气门弹簧，拆下两个锁片。(b)拆下弹簧座、气门弹簧和排气门。提示：按正确的顺序排列排气门、气门弹簧、弹簧座和锁片。(5)拆下气门杆油封(a)使用尖嘴钳拆下气门杆油封如图3-10。(6)拆下气门弹簧座平垫圈(a)使用压缩空气和磁棒，拆下弹簧座平垫圈如图3-11。图 311提示：按正确的顺序摆放气门弹簧座平垫圈。19、拆下气门导管衬套如图3-12(a)逐渐加热气缸盖到80

26、- 1OOC0。(b)使用SST和锤子，敲出导管衬套。3.1.2 配气机构的装配图 3121、安装气缸盖垫(a)在气缸体上安装新气缸盖垫。注意：注意安装方向。2、安装排气门(a)安装排气门、弹簧座、气门弹簧和弹簧锁片。(b)使用SST，压缩气门弹簧，并在气门杆周围放人2个锁片。(c)使用塑料头锤子，轻轻敲击气门端头确保装配合适。3、安装气门挺柱4、安装气门杆油封(a)使用SST，压人一个新油封。提示：进气门油封是灰色的，排气门油封是黑色的。5、安装进气门(a)安装进气门、弹簧座、气门弹簧和弹簧锁片。(b)使用SST，压缩气门弹簧，并在气门杆周围放人2个锁片。(c)使用塑料头锤子，轻轻敲击气门端

27、头确保装配合适。6、安装气缸盖分总成如图3-13提示：气缸盖螺栓分两步拧紧。(a)在气缸盖螺栓的螺纹和螺栓头下部涂一薄层机油。(b)按图示顺序分几次均匀拧紧10个气缸盖螺栓。扭矩：29 N-m(300 kgfcm，21 ft. 1bf)。图 313(c)用油漆在气缸盖螺栓的前面作标记。(d)按顺序号再将气缸盖螺栓拧紧1800。(e)检查标记转过900角。7、安装2号凸轮轴如图3-14注意：由于凸轮轴的止推间隙很小，必须保持水平装入凸轮轴。如果凸轮轴不能保持水平，气缸盖承受轴的推力可能开裂或损坏，造成凸轮轴变形或断裂。为避免如此，必须执行下述步骤：(a)在2号凸轮轴的止推位置涂MP黄油。(b)放

28、置2号凸轮轴，使定位销定位在凸轮轴的垂直中心线偏右的位置。提示：上述角度允许排气凸轮轴的1、3号气缸凸轮桃心同时顶到它们的气门挺柱。(c)清除旧密封材料。(d)将密封填料涂在气缸盖上。(e)将5个轴承盖装在各自位置上。(f)在轴承盖螺栓的螺纹和螺栓头下部涂一薄层机油。图 314(g)按先中间后两边交叉顺序分几次均匀拧紧lO个轴承盖螺栓。扭矩：13 N-m(130 kgf-cm，IO ft. lbf)8、安装凸轮轴定位油封(a)在新油封唇部涂MP黄油。(b)使用SST敲人油封。注意：不要将油封装错方向；把油封插到气缸盖的最深处。9、安装凸轮轴副齿轮如图3-15(a)用台钳夹持凸轮轴的六角部分。注

29、意：小心不要损坏凸轮轴。(b)安装凸轮轴齿轮弹簧，安装凸轮轴副齿轮和波形垫圈。图 315提示：对准齿轮上的销子和齿轮弹簧端部。(c)使用卡簧钳安装卡环。(d)使用SST，逆时针转动凸轮轴副齿轮，对准凸轮轴主、副齿轮孔，安装维修螺栓。10、安装凸轮轴注意：由于凸轮轴的止推间隙很小，必须保持水平装入凸轮轴。如果凸轮轴不能保持水平，气缸盖承受轴的推力可能开裂或损坏，造成凸轮轴变形或断裂。为此，必须执行下述步骤：(a)定位2号凸轮轴，以便定位销位于气缸盖顶部稍微偏上的位置。(b)在凸轮轴的止推位置涂MP黄油。(c)匹配每个齿轮的安装标记，让进气凸轮轴齿轮啮入2号凸轮轴齿轮。图 316注意：如图3-16

30、，在每个齿轮上也有正时标记。(d)沿着两个齿轮的啮合位置向下滚动进气凸轮轴落在轴承轴颈上。提示：上述角度允许进气凸轮轴的1、3号气缸凸轮桃心同时顶到它们的气门挺柱。(e)将4个轴承盖安装在各自的位置上。(f)在轴承盖螺栓的螺纹和螺栓头下部涂一薄层机油。(g)按顺序分几次均匀拧紧8个轴承盖螺栓。扭矩：13N-m(130kgf-cm，10ftlbf)。(h)拆下维修螺栓。(i)安装1号轴承盖，使标记箭头朝前。注意：如果1号轴承盖配合不合适，用一个起子向后撬动凸轮轴齿轮。(j)在轴承盖螺栓的螺纹和螺栓头下部涂一薄层机油。(k)交替地拧紧2个轴承螺栓。扭矩：13N-m(130kgf-cm，10ft-lbf)(l)顺时针转动2号凸轮轴，使定位销朝上。(m)检查凸轮轴齿轮正时标记是否对准。提示：安装标记在上面。图 31711、安装正时皮带轮如图3-17(a)将凸轮轴定位销对准皮带轮带“K”标记的定位销槽，在正时皮带轮侧。(b)暂时安装正时皮带轮螺栓。(c)夹持凸轮轴六角部位，拧紧正时皮带轮螺栓。扭矩：59N-m(600kgfcm，44ftlbf)12、安装正时皮带(a) 安装正时皮带，检查曲轴和凸轮轴正时皮带轮的张力。图 318提示：如果重新使用正时皮带，对准拆下时作的标记，并且将箭头方向指向发动机旋转方向。(b) 检查配气正时。(l)