发动机配气机构的组成

关键词：发动机

第一节 配气机构的功用与组成

　　一、配气机构的功用　配气机构是进、排气管道的控制机构，它按照发动机的作功次序和每一缸的工作循环的要求，适时地开闭进、排气门、向气缸供给可燃混合气（汽油机）或新鲜空气（柴油机）并及时排出废气。

　　二、配气机构的形式　按气门布置方式不同可分为气门顶置式和侧置式两种。汽车发动机大多采用顶置气门式配气机构。由凸轮、挺柱、推杆、摇臂、气门和气门弹簧等组成。

　　顶置式配气机构按凸轮轴的布置形式可分为凸轮轴下置式、凸轮轴中置式、凸轮轴上置式；按曲轴和凸轮轴的传动方式可分为齿轮传动式、链条传动式和齿形带式。根据每只气缸的气门数目可分为两气门式和四气门式（图1）。

图1

　 三、配气机构的组成　

　　由气门组和气门传动组组成。（图2）

图2

第二节　　配气相位

　　定义：配气相位是用曲轴转角表示的进、排气门的开启时刻和开启延续时间，通常用环形图表示，即配气相位图。

　　为了使进气充足，排气干净，除了从结构上进行改进外（如增大进、排气管道），还可以从配气相位上想点办法，气门能否早开晚闭，延长进、排气时间呢？

① 气门早开晚闭

　　活塞到达进气下止点时，由于进气吸力的存在，气缸内气体压力仍然低于大气压，在大气压的作用下仍能进气；另外，此时进气流还有较大的惯性。由此可见，进气门晚关可以增加进气量。 进气门早开，可使进气一开始就有一个较大的通道面积，可增加进气量。

　　在作功行程快要结束时，排气门打开，可以利用作功的余压使废气高速冲出气缸，排气量约占50%。排气门早开，势必造成功率损失，但因气压低，损失并不大，而早开可以减少排气所消耗的功，又有利于废气的排出，所以总功率仍是提高的。

　　由此可见，气门具有早开晚关的可能，那么气门早开晚关对发动机实际工作又有什么好处呢？

　　进气门早开：增大了进气行程开始时气门的开启高度，减小进气阻力，增加进气量。

　 进气门晚关：延长了进气时间，在大气压和气体惯性力的作用下，增加进气量。

　 排气门早开：借助气缸内的高压自行排气，大大减小了排气阻力，使排气干净。

　　排气门晚关：延长了排气时间，在废气压力和废气惯性力的作用下，使排气干净。

② 气门重叠

　　由于进气门早开，排气门晚关，势必造成在同一时间内两个气门同时开启。把两个气门同时开启时间相当的曲轴转角叫作气门重叠角。在这段时间内，可燃混合气和废气是否会乱串呢？不会的，这是因为：a. 进、排气流各自有自己的流动方向和流动惯性，而重叠时间又很短，不至于混乱，即吸入的可燃混合气不会随同废气排出，废气也不会经进气门倒流入进气管，而只能从排气门排出；b. 进气门附近有降压作用，有利于进气。

③ 进、排气门的实际开闭时刻和延续时间

　　实际进气时刻和延续时间：在排气行程接近终了时，活塞到达上止点前，即曲轴转到离上止点还差一个角度α，进气门便开始开启，进气行程直到活塞越过下止点后β时，进气门才关闭。整个进气过程延续时间相当于曲轴转角180°+α+β。

　α- 进气提前角 一般α=10°～30°
β- 进气延迟角 一般β=40°～80°
所以进气过程曲轴转角为230°～290°

　　实际排气时刻和延续时间：同样，作功行程接近终了时，活塞在下止点前排气门便开始开启，提前开启的角度γ一般为40°～80°，活塞越过下止点后δ角排气门关闭，δ一般为10°～30°，整个排气过程相当曲轴转角180°+γ+δ。

γ- 排气提前角 一般γ=40°～80°
δ- 排气延迟角 一般δ=10°～30°
所以排气过程曲轴转角为230°～290°
　　气门重叠角α+δ=20°～60°

　　从上面的分析，可以看出实际配气相位和理论上的配气相位相差很大，实际配气相位，气门要早开晚关，主要是为了满足进气充足，排气干净的要求。但实际中，究竟气门什么时候开？什么时候关最好呢？这主要根据各种车型，经过实验的方法确定，由凸轮轴的形状、位置及配气机构来保证。

第三节　　配气机构的主要零部件

一、　气门组（图3）

图3

气门组包括气门、气门导管、气门座及气门弹簧等零件。

　　1、气门　

　 气门用来封闭气道。气门分成进气门和排气门两种。气门由气门头和杆身两部分组成。气门头部是一个具有圆锥斜面的圆盘，气门锥角一般为45度 ，进气门锥角也有30度的 ，气门头边缘应保持一定厚度，一般为1-3 mm，以防工作中冲击损坏和被高温烧蚀。气门密封锥面与气门座配对研磨。 多数发动机进气门头部直径比排气门大，两气门一样大时，排气门有记号。

　　功用：①起导向作用，保证气门作直线往复运动。②起导热作用，将气门头部传给杆身的热量，通过气缸盖传出去。气门杆与导管之间一般留有0.05－0.12mm间隙。

　3、气门座　

　　气门座与气门头部密封锥面配合密封气缸，气门头部的热量亦经过气门座外传。气门座可以在缸盖或缸体上直接镗出，也可以采用镶嵌式结构。镶嵌式结构气门座都采用较好的材料（合金铸铁、奥氏体钢等）单独制作。

　　4、气门弹簧

　　功用： 气门弹簧的作用是用来支撑和关闭气门并使气门关闭严密，防止气门跳动而使气缸漏气。气门弹簧多为圆柱形螺旋弹簧，它的一端支承在气缸盖上，另一端压靠在气门杆尾端的弹簧座上，弹簧座用锁片固定在气门杆的尾端。

二、　气门传动组

　　功用：是使进、排气门能按配气相位规定的时刻开始，并保证气门有足够的开度。

　　气门传动组组成：凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂及气门间隙调整螺钉等

　　1、凸轮轴　

　 功用：控制气门的开启和关闭，每一个进、排气门分别有相应的进气凸轮和排气凸轮。

　 构造：它由进气凸轮、排气凸轮、凸轮轴颈、驱动汽油泵的偏心轮、驱动机油泵及分电器的斜齿轮等组成。

　　2、挺柱　

　　功用是将凸轮的推力传给推杆（或气门杆），并承受凸轮轴旋转时所施加的侧向力，近年来，液压挺柱被广泛地采用。

　　3、推杆　

　　功用是将从凸轮轴传来的推力传给摇臂，它是配气机构中最容易弯曲的零件。要求有很高的刚度，在动载荷大的发动机中，推杆应尽量地做得短些。

　　4、摇臂

图4

　　摇臂是一个双臂杠杆，用来将推杆传来的力改变方向，作用到气门杆端打开气门。 （图4）

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