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第五章 配气机构 第一节 概述 配气机构的功用是按照发动机各缸工作过程的需要，定时地开启和关闭进、排气门使可燃混合气或空气及时进入气缸，废气及时排出气缸。 吸入的可燃混合气或空气越多，发动机发出的功率和转矩越大。可燃混合气或空气充满气缸的程度，常用充气效率表示，也称充气系数。对于一定工作容积的发动机而言，充气效率与进气终了时气缸内的压力和温度有关。进气终了压力愈高，温度愈低，则一定容积的气体质量就愈大，表明充气效率愈高。 由于充气时间短促，进气系统对气流的阻力，造成进气终了时缸内气体压力降低，又由于上一循环中残留在气缸内的高温废气，以及燃烧室、活塞顶、气门等高温零件对进入气缸的新气加热，使进气终了时气体温度升高，实际充入气缸的新鲜气体的质量总是小于在大气状态下充满气缸工作容积的新鲜气体的质量。也就是说，充气效率总是小于1，一般为0.80～0.90。 影响发动机充气效率的因素很多，要求配气机构的结构有利于减小进气和排气的阻力，而且进、排气门的开启时刻和持续开启的时间要适当，使进气和排气都尽可能充分。 发动机在全负荷下工作时，需获得最大功率和转矩，这就要求配气机构应保证获得最大的可燃混合气或空气量。在发动机部分负荷下工作时，这时配气机构应保证混合气形成得好。为此，许多乘用车发动机已经采用可变配气机构技术，以满足各工况和各转速条件下对新鲜空气或可燃混合气质和量的要求。 一、气门式配气机构的组成和工作情况 气门式配气机构多采用顶置式气门，即进、排气门位于气缸盖内，倒挂在气缸顶上（顶置式气门）。气门式配气机构由气门组和气门传动组两部分组成，如图5-1所示。气门组包括：气门锁片9、气门弹簧座10、气门11、气门弹簧13、气门导管14、气门座15等零件；气门传动组包括：正时齿轮1、凸轮轴2、气门挺柱3、推杆4、调整螺钉和锁紧螺母7、摇臂8、摇臂轴6、摇臂轴支架5等零件。当气缸的工作循环需要将气门打开进行换气时，由曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴旋转，使凸轮轴上的凸轮凸起部分通过挺柱、推杆、调整螺钉，推动摇臂摆转，摇臂的另一端便向下推开气门，同时使弹簧进一步压缩。当凸轮的凸起部分的顶点转过挺柱以后，便逐渐减小了对挺柱的推力，气门在其弹簧张力的作用下，开度逐渐减小，直至最后关闭，进气或排气过程即告结束。压缩和作功行程中，气门在弹簧张力作用下严密关闭，使气缸密闭。 车用发动机的高速、强化、低排放，要求配气机构不断改善换气性能和提高高速适应性。配气机构随着内燃机的发展出现了多种配气机构形式。 图5-l 配气机构的组成 1-凸轮轴正时齿轮；2-凸轮轴；3-挺柱；4-推杆；5-摇臂轴支架；6-摇臂轴；7-调整螺钉及锁紧螺母；8-摇臂；9-气门锁片；10-气门弹簧座；11-气门； 12-防油罩；13-气门弹簧；14-气门导管；15-气门座； 16-曲轴正时齿轮；Δ-气门间隙 二、气门式配气机构的布置型式 1．按凸轮轴的布置位置，可分为凸轮轴下置式、凸轮轴中置式和凸轮轴上置式。 2．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传动式。 3．按每缸气门数目，有二气门式、三气门式、四气门式和五气门式。 顶置气门、下置凸轮轴配气机构(OHV)，如图5-1所示。顶置气门、下置凸轮轴配气机构的凸轮轴位于气缸体侧部，或位于V型发动机气缸体的V型夹角内。气门通过挺柱、推杆、摇臂传递运动和力。下置凸轮轴离曲轴近，凸轮轴的驱动常通过一对齿轮实现。这种配气机构因传动环节多、路线长，在高速运动下，整个系统容易产生弹性变形，影响气门运动规律和开启、关闭的准确性。因此多用于转速较低的发动机。 顶置气门、中置凸轮轴式配气机构中的凸轮轴位于气缸体的上部，与凸轮轴下置式配气机构的组成相比，减少了推杆，从而减轻了配气机构的往复运动质量，增大了机构的刚度，更适用于较高转速的发动机。 顶置气门、上置凸轮轴配气机构(OHV／OHC)如图5-2所示。顶置气门、上置凸轮轴配气机构的凸轮轴安装在气缸盖上，它可以直接驱动沿气缸体纵向排成一列的两个气门，也可以通过摇臂驱动气门，如图5-2b所示。为了减小气门的侧向力，凸轮轴与气门杆顶部间设有气门导筒或摇臂，如图5-2所示。 图5-2 顶置气门、上置凸轮轴配气机构示意图 a-凸轮直接驱动气门；b-凸轮通过摇臂驱动气门 1-垫片；2-挺柱；3-凸轮轴；4-气门弹簧座；5-锁片；6-气门弹簧；7-气门导管；8-气门杆； 9-气门头部；10-气门座圈；11-摇臂 如果两个气门沿气缸体纵向分别排成两列，则可采用顶置气门、双摇臂、上置凸轮轴的配气机构，如图5-3所示。该配气机构用一个凸轮轴通过进、排气凸轮和两个摇臂分别控制进、排气门。 图5-3 顶置气门、双摇臂、上置凸轮轴配气机构示意图 上述两种配