配氣機(jī)構(gòu)工作原理解析

  1．配氣機(jī)構(gòu)的主要功能
    發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的主要功能，是按照氣缸的工作順序和工作過程，準(zhǔn)時地開啟或關(guān)閉氣門，通過進(jìn)氣門向氣缸內(nèi)充入新鮮空氣（汽油機(jī)是進(jìn)入可燃混合氣），并且適時地將燃燒做功后形成的廢氣從排氣門排出，實(shí)現(xiàn)氣缸換氣的全過程。另外，當(dāng)進(jìn)氣門、排氣門關(guān)閉時，保證氣缸的密封，以便壓縮氣體并且提高壓力。對于柴油機(jī)來說，配氣機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)向氣缸提供燃油燃燒做功所必需的新鮮空氣，并且將燃燒后的廢氣排出去，這一整套動作可以看做是人體呼吸器官的吸氣和呼氣。

    2．配氣機(jī)構(gòu)的型式分類
    根據(jù)氣門和凸輪軸安裝位置的不同，分為頂置式配氣機(jī)構(gòu)和側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu)。
    氣門位于氣缸蓋上的稱為氣門頂置式配氣機(jī)構(gòu)，它由凸輪軸、挺柱、推桿（與氣門數(shù)相同）、搖臂、氣門和氣門彈簧等組成。氣門頂置式配氣機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：進(jìn)氣阻力小，燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊，氣流攪動大，能達(dá)到較高的壓縮比，目前汽車拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)都采用氣門頂置式配氣機(jī)構(gòu)。在氣門頂置式配氣機(jī)構(gòu)中，凸輪軸的安裝位置有側(cè)置和頂置等兩種型式�！绊斨猛馆嗇S”就是將凸輪軸安裝在氣缸蓋上，直接驅(qū)動搖臂和氣門，不通過較長的推桿。在頂置凸輪軸結(jié)構(gòu)中，需要往復(fù)運(yùn)動的部件比較少，因此大大簡化了結(jié)構(gòu)，顯著地減輕了發(fā)動機(jī)的重量，同時提高了傳動效率，降低了工作噪音。目前轎車發(fā)動機(jī)大多數(shù)采取這種型式。
    凸輪軸位于氣缸體側(cè)面的稱為側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu)，由凸輪軸、挺柱、氣門和氣門彈簧等組成。這種配氣機(jī)構(gòu)雖然省去了推桿、搖臂等零件，但是由于它的進(jìn)氣門、排氣門在氣缸的一側(cè)，使氣缸的壓縮比受到限制，進(jìn)、排氣門的阻力較大，發(fā)動機(jī)的動力性比較差，因此逐漸被淘汰。農(nóng)機(jī)人員所熟悉的495型柴油機(jī)屬于凸輪軸側(cè)置、氣門頂置式發(fā)動機(jī)。

    3．氣門的開啟與關(guān)閉
    配氣機(jī)構(gòu)的工作原理應(yīng)該怎樣理解呢？我們可以將發(fā)動機(jī)的氣門比作一扇門，門開啟的大小和時間長短，決定了進(jìn)出的人流量。門開啟的角度越大，開啟的時間越長，進(jìn)出的人流量越多；門開啟的角度越小，開啟的時間越短，進(jìn)出的人流量越少。例如觀眾進(jìn)入電影院時，需要驗(yàn)票，因此電影院員工會控制驗(yàn)票口的開啟角度，有些匝道還設(shè)置了欄桿（像地鐵站的出入口一樣）。而在電影散場時，需要盡快疏散觀眾，就要撤除匝道和欄桿，將大門完全打開。上述道理可以應(yīng)用在發(fā)動機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)上，氣門的升程就好像電影院大門開啟的角度，配氣正時就好像大門開啟的時刻和延續(xù)時間，而氣門頭就是電影院的門、匝道或者欄桿。以立體的思維方式看，角度乘以時間就是一個空間容積的大小，這一大小決定了氣缸的排量。
    在發(fā)動機(jī)上，氣門的升程是由凸輪軸凸輪的高度決定的，而氣門開閉的時刻則是由凸輪在凸輪軸上的方位所決定。對于沒有裝備可變氣門正時機(jī)構(gòu)的傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)，進(jìn)氣門、排氣門的升程和開閉時間是固定的，這種固定不變的氣門開閉方式很難滿足發(fā)動機(jī)在不同工況時的需要。

    4．氣門的驅(qū)動過程
    配氣機(jī)構(gòu)的正常工作離不開驅(qū)動力的傳遞，氣門是由曲軸通過正時帶和凸輪軸驅(qū)動的。氣門頂置式配氣機(jī)構(gòu)的驅(qū)動組由正時帶、正時帶輪、凸輪軸、挺柱及其導(dǎo)管、推桿、搖臂和搖臂軸等零件組成。氣門驅(qū)動組的作用是將凸輪軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)闅忾T的上下運(yùn)動，使進(jìn)氣門、排氣門按照配氣相位規(guī)定的時刻開閉，并保證有足夠的開啟行程。開啟氣門的驅(qū)動路線如下：曲軸→曲軸正時帶輪→正時帶→凸輪軸帶輪→凸輪軸→挺柱→推桿→氣門搖臂→氣門；而關(guān)閉氣門是由氣門彈簧的彈力驅(qū)動的，此時凸輪軸的凸輪并不壓迫挺柱。

    5．配氣相位的解讀
    進(jìn)氣門、排氣門從開始開啟到最后關(guān)閉的曲軸轉(zhuǎn)角稱為“配氣相位”。配氣相位一般采用曲軸轉(zhuǎn)角的環(huán)形圖來表示，這種圖形稱為配氣相位圖。配氣相位圖是研究配氣機(jī)構(gòu)工作原理的有效工具。從配氣相位圖中可以看出，進(jìn)氣門和排氣門都有一個提前開啟和延遲關(guān)閉的過程。進(jìn)氣門早開、遲關(guān)的目的是為了利用氣流的慣性吸入更多的新鮮空氣，提高充氣效率，從而提高發(fā)動機(jī)的輸出功率；排氣門早開、遲關(guān)的目的是利用廢氣流的慣性，使廢氣排除得更干凈些。
    雖然進(jìn)氣門和排氣門有一個重疊開啟的角度，但是在配氣相位正確的情況下，新鮮空氣與廢氣是不會相混的，這是因?yàn)橹丿B的時間非常短暫，再加上當(dāng)時氣門的開度很小，進(jìn)氣流和排氣流都具有一定的慣性。