发动机配气机构工作原理

 1配气机构的主要功能    发动机配气机构的主要功能，是按照气缸的工作顺序和工作过程，准时地开启或关闭气门，通过进气门向气缸内充入新鲜空气（汽油机是进入可燃混合气），并且适时地将燃烧做功后形成的废气从排气门排出，实现气缸换气的全过程。另外，当进气门、排气门关闭时，保证气缸的密封，以便压缩气体并且提高压力。对于柴油机来说，配气机构负责向气缸提供燃油燃烧做功所必需的新鲜空气，并且将燃烧后的废气排出去，这一整套动作可以看做是人体呼吸器官的吸气和呼气。2配气机构的型式分类    根据气门和凸轮轴安装位置的不同，分为顶置式配气机构和侧置式配气机构。    气门位于气缸盖上的称为气门顶置式配气机构，它由凸轮轴、挺柱、推杆（与气门数相同）、摇臂、气门和气门弹簧等组成。气门顶置式配气机构的特点是：进气阻力小，燃烧室结构紧凑，气流搅动大，能达到较高的压缩比，目前汽车拖拉机发动机都采用气门顶置式配气机构。在气门顶置式配气机构中，凸轮轴的安装位置有侧置和顶置等两种型式。“顶置凸轮轴”就是将凸轮轴安装在气缸盖上，直接驱动摇臂和气门，不通过较长的推杆。在顶置凸轮轴结构中，需要往复运动的部件比较少，因此大大简化了结构，显著地减轻了发动机的重量，同时提高了传动效率，降低了工作噪音。目前轿车发动机大多数采取这种型式。    凸轮轴位于气缸体侧面的称为侧置式配气机构，由凸轮轴、挺柱、气门和气门弹簧等组成。这种配气机构虽然省去了推杆、摇臂等零件，但是由于它的进气门、排气门在气缸的一侧，使气缸的压缩比受到限制，进、排气门的阻力较大，发动机的动力性比较差，因此逐渐被淘汰。农机人员所熟悉的495型柴油机属于凸轮轴侧置、气门顶置式发动机。     3气门的开启与关闭    配气机构的工作原理应该怎样理解呢？我们可以将发动机的气门比作一扇门，门开启的大小和时间长短，决定了进出的人流量。门开启的角度越大，开启的时间越长，进出的人流量越多；门开启的角度越小，开启的时间越短，进出的人流量越少。例如观众进入电影院时，需要验票，因此电影院员工会控制验票口的开启角度，有些匝道还设置了栏杆（像地铁站的出入口一样）。而在电影散场时，需要尽快疏散观众，就要撤除匝道和栏杆，将大门完全打开。上述道理可以应用在发动机的配气机构上，气门的升程就好像电影院大门开启的角度，配气正时就好像大门开启的时刻和延续时间，而气门头就是电影院的门、匝道或者栏杆。以立体的思维方式看，角度乘以时间就是一个空间容积的大小，这一大小决定了气缸的排量。    在发动机上，气门的升程是由凸轮轴凸轮的高度决定的，而气门开闭的时刻则是由凸轮在凸轮轴上的方位所决定。对于没有装备可变气门正时机构的传统发动机，进气门、排气门的升程和开闭时间是固定的，这种固定不变的气门开闭方式很难满足发动机在不同工况时的需要。   4气门的驱动过程    配气机构的正常工作离不开驱动力的传递，气门是由曲轴通过正时带和凸轮轴驱动的。气门顶置式配气机构的驱动组由正时带、正时带轮、凸轮轴、挺柱及其导管、推杆、摇臂和摇臂轴等零件组成。气门驱动组的作用是将凸轮轴的旋转运动转变为气门的上下运动，使进气门、排气门按照配气相位规定的时刻开闭，并保证有足够的开启行程。开启气门的驱动路线如下：曲轴曲轴正时带轮正时带凸轮轴带轮凸轮轴挺柱推杆气门摇臂气门；而关闭气门是由气门弹簧的弹力驱动的，此时凸轮轴的凸轮并不压迫挺柱。    5配气相位的解读    进气门、排气门从开始开启到最后关闭的曲轴转角称为“配气相位”。配气相位一般采用曲轴转角的环形图来表示，这种图形称为配气相位图。配气相位图是研究配气机构工作原理的有效工具。从配气相位图中可以看出，进气门和排气门都有一个提前开启和延迟关闭的过程。进气门早开、迟关的目的是为了利用气流的惯性吸入更多的新鲜空气，提高充气效率，从而提高发动机的输出功率；排气门早开、迟关的目的是利用废气流的惯性，使废气排除得更干净些。    虽然进气门和排气门有一个重叠开启的角度，但是在配气相位正确的情况下，新鲜空气与废气是不会相混的，这是因为重叠的时间非常短暂，再加上当时气门的开度很小，进气流和排气流都具有一定的惯性。