目录
发动机配气机构组成及工作过程
发动机配气机构分类
(一)顶置凸轮轴配气机构
(二)下顶置凸轮轴配气机构
气门和多气门发动机
气门间隙
配气相位
发动机配气机构组成及工作过程
发动机的配气机构一般由凸轮轴、气门推杆(目前很多发动机已经取消)、气门摇臂、摇臂轴、气门导管及气门等元件组成。凸轮轴上具有与汽缸气门数目相同的凸轮,它由曲轴通过正时皮带或链条驱动,凸轮轴的旋转运动被转变为直线往复的运动,并传至摇臂,然后克服气门弹簧的力,推动气门开启,再由气门弹簧关闭。在四冲程发动机中,气门仅在每个循环(进气压缩燃烧和排气)的进气和排气冲程中开启。在每个循环过程中,进气门和排气门的凸轮分别工作一次即凸轮轴旋转1 圈,因此曲轴每旋转2 圈,凸轮轴旋转1 圈。
发动机配气机构分类
按照凸轮轴在发动机上的布置,常见的配气机构可以分为顶置凸轮轴和下置凸轮轴两大类,其中下顶置凸轮轴包括了中置凸轮轴。
(一)顶置凸轮轴配气机构
顶置凸轮轴配气机构一般采用的是齿形带或链条传动方式,齿形带的优点是无须润滑,工作噪声小,但是和链条相比,寿命略差些。与齿形带相比,链传动的缺点是需要润滑,传动噪声较大,优点是耐用可靠,可以和发动机同等寿命。
(二)下顶置凸轮轴配气机构
这种配置机构的凸轮轴位于曲轴箱的中部,大多采用圆柱形正时齿轮传动,一般从曲轴到凸轮轴的传动只需要一对正时齿轮,必要时可加装中间齿轮。为啮合平稳,减少噪声,正时齿轮多采用斜齿轮。齿轮传动的优点是传动的准确性和可靠性好,但噪声较大。
气门和多气门发动机
一般在小缸径发动机中大多采用的是两气门的结构,一个进气门,一个排气门,后来汽车工程师们为了提高发动机升功率,就设法加大气门直径,特别是进气门的直径,但是由于燃烧室结构有限,所以气门直径是不能超过汽缸直径的一半的,这样在高转速下,每缸一进一排的气门结构就不能保障发动机有良好的换气质量了。目前多气门发动机是十分主流的一种发动机,因为它的气门数多,所以发动机的充量系数高,能很好的适应发动机高速化的要求,还有就是多气门发动机比较容易将火花塞布置在燃烧室的中央,有利于提高燃烧室的抗爆性,还有就是现在生产技术进步,多气门发动机的制造成本降低了,所以它现在很流行。
气门间隙
发动机在工作过程中,配气机构零部件由于受热会膨胀,若是运动的部件在冷却时间内没有间隙或是间隙过小,那么在受热时运动间会受热膨胀,容易引起气门关闭不严,使发动机在压缩和做功行程中漏气,导致功率下降甚至启动困难。
为了避免这种现象出现,通常发动机在冷态装配的时候,在气门与传动机构之间会留有适当的间隙,以补偿热膨胀量,这留有的适当的间隙就是气门间隙,在使用液力挺柱的发动机,因为本身的挺柱长度可以自动变化,可以补偿气门的热膨胀量,所以不需要预留气门间隙。
配气相位
为了提高发动机的进气量,并使排气充分彻底。实际发动机进、排气门的开启和关闭时间都不是刚好在上、下止点,而是分别提前开启和延迟关闭一定的曲轴转角。配气相位就是进、排气门实际开启和关闭的时刻,习惯上常用相对于上、下止点曲拐位置的曲轴转角表示。
由于进气门在上止点前提前开启,而排气门在上止点之后才关闭,这样就有一段时间内进、排气门同时开启的现象,这种现象称气门重叠。重叠的曲轴转角称气门重叠角。由于进气和排气都有较大的流动惯性,在短时间内气流是不会改变方向的,因此只要气门重叠角设计合理,一般不会出现废气倒流进入进气管和新鲜充量直接短路由排气门排出的可能性,这对于改善换气效果是有利的。但也要注意的是,若是气门重叠角过大,在汽油机小负荷运转时,进气管真空度是很低的,这样就容易出现排气倒流到进气管的现象,严重时高温废气能够引燃进气管内的可燃混合气,这就产生了所谓的“回火”现象。现代汽油机为了减少短路损失,降低HC排放,气门重叠角有减少的趋势,甚至出现“负”的气门重叠角。