柴油機(jī)和汽油機(jī)的氣門傳動(dòng)組布置有何差異
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配氣機(jī)構(gòu)的功用是按照發(fā)動(dòng)機(jī)每一氣缸內(nèi)所進(jìn)行的工作循環(huán)和著火次序的要求，定時(shí)開啟和關(guān)閉各氣缸的進(jìn)、排氣門，使新鮮可燃混合氣（汽油機(jī)）或空氣（柴油機(jī)）得以及時(shí)進(jìn)入氣缸，廢氣得以及時(shí)從氣缸排出。 氣門式配氣機(jī)構(gòu)由氣門組和氣門傳動(dòng)組組成。配氣機(jī)構(gòu)可以從不同角度分類。按氣門的布置型式，主要有氣門頂置式和氣門側(cè)置式；按凸輪軸的布置位置，可分為凸輪軸下置式，凸輪軸中置式和凸輪軸上置式；按曲軸和凸輪軸的傳動(dòng)方式，可分為齒輪傳動(dòng)式和鏈條傳動(dòng)式及齒帶傳動(dòng)式；按每氣缸氣門數(shù)目，有二氣門式、四氣門式等。 一、氣門的布置型式 1.氣門頂置式配氣機(jī)構(gòu) 圖3-1所示為氣門頂置式配氣機(jī)構(gòu)，其進(jìn)、排氣門都倒掛在氣缸上。氣門組包括氣門3、氣門導(dǎo)管2、氣門彈簧4和5、彈簧座6、鎖片7等。氣門傳動(dòng)組則由搖臂軸9、搖臂10、推桿13、挺柱14、凸輪軸15和正時(shí)齒輪組成。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，曲軸通過(guò)正時(shí)齒輪驅(qū)動(dòng)凸輪軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)凸輪軸轉(zhuǎn)到凸輪凸起部分后頂起挺柱時(shí)，通過(guò)推桿和調(diào)整螺釘12使搖臂繞搖臂軸擺動(dòng)，壓縮氣門彈簧，使氣門離座，即氣門開啟。當(dāng)凸輪凸起部分離開挺柱后，氣門便在氣門彈簧力作用下上升而落座，即氣門關(guān)閉。四行程發(fā)動(dòng)機(jī)每完成一個(gè)循環(huán)，曲軸旋轉(zhuǎn)兩周，各缸的進(jìn)、排氣門各開啟一次，此時(shí)凸輪軸只旋轉(zhuǎn)一周，因此曲軸與凸輪軸轉(zhuǎn)速之比（即傳動(dòng)比）應(yīng)為2:1.對(duì)于二行程發(fā)動(dòng)機(jī)，曲軸與凸軸的轉(zhuǎn)速比則為1:1. 2.氣門側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu) 氣門側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu)，由于氣門布置在氣缸的一側(cè)，使燃燒室的結(jié)構(gòu)不緊湊，限制了壓縮比的提高，此外還由于進(jìn)氣道拐彎多，進(jìn)氣流動(dòng)阻力大。因而發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和高速型均較差，目前這種型式的配氣機(jī)構(gòu)已趨于淘汰。 相比之下，頂置氣門的發(fā)動(dòng)機(jī)由于具有較高的動(dòng)力性，而在汽油機(jī)和柴油機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。氣門頂置式配氣機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)主要是氣門和凸輪軸相距較遠(yuǎn)，因而氣門的傳動(dòng)零件多，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。這樣也使得發(fā)動(dòng)機(jī)的高度有所增加。 也有采用進(jìn)氣門頂置而排氣門側(cè)置的配氣機(jī)構(gòu)，如圖3-2所示。這種布置形式，進(jìn)氣尺寸不受限制，可做得較大，進(jìn)氣管可以做得較粗且具有較理想的形狀，以減小進(jìn)氣阻力，因而充氣效率較高。側(cè)置排氣門可以得到良好的冷卻，這種配氣機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，目前僅在某些高速發(fā)動(dòng)機(jī)上采用。 二、凸輪軸的布置型式 凸輪軸的布置形式可分為下置、中置和上置3種。三者都可用于氣門頂置配氣機(jī)構(gòu)；氣門側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu)的凸輪軸只能下置。 1.凸輪軸下置和中置的配氣機(jī)構(gòu) 凸輪軸位于曲軸箱中部。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，為了減小氣門傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，可將凸輪軸位置移到氣缸體的上部，由凸輪軸經(jīng)過(guò)挺柱直接驅(qū)動(dòng)搖臂，而省去推桿，這種結(jié)構(gòu)稱為凸輪軸中置式配氣機(jī)構(gòu)，如圖3-3所示。當(dāng)凸輪軸的中心線距離曲軸中心線較遠(yuǎn)時(shí)，若仍用一對(duì)齒輪來(lái)傳動(dòng)，齒輪的直徑就必然會(huì)過(guò)大，這不但會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的外形尺寸（主要是寬度），并且也會(huì)使齒輪的圓周速度過(guò)大。在這種情況下，一般要在中間加入一個(gè)中間齒輪（惰輪）。 2.凸輪軸上置式配氣機(jī)構(gòu) 凸輪軸布置在氣缸蓋上，如圖3-4所示。這種結(jié)構(gòu)中，凸輪軸直接通過(guò)搖臂來(lái)驅(qū)動(dòng)氣門。這種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)沒有挺柱推桿，使往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量大大減小，因此它適用于高速發(fā)動(dòng)機(jī)。但由于凸輪軸曲軸中心線更遠(yuǎn)，因?yàn)檎龝r(shí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)更為復(fù)雜，而且拆裝氣缸蓋也比較困難，缸徑較小的柴油機(jī)的凸輪軸上置時(shí)給安裝噴油器也帶來(lái)困難。 上置凸輪軸的另一種型式是凸輪軸直接驅(qū)動(dòng)氣門。這種配氣機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量最小，對(duì)凸輪軸和氣門彈簧設(shè)計(jì)的要求也最低，因此特別適用于高速?gòu)?qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)。這在國(guó)外的高速汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上得到廣泛的應(yīng)用。 三、凸輪軸的傳動(dòng)方式 由曲軸到凸輪軸的傳動(dòng)方式有齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒形帶傳動(dòng)。 凸輪軸下置、中置的配氣機(jī)構(gòu)大多采用圓柱形正時(shí)齒輪傳動(dòng)。一般從曲軸到凸輪軸的傳動(dòng)只需一對(duì)正時(shí)齒輪，必要時(shí)可加裝中間齒輪，為了咬合平穩(wěn)，減小噪聲，正時(shí)齒輪多用斜齒。在中、小功率發(fā)動(dòng)機(jī)上，曲軸正時(shí)齒輪用鋼來(lái)制造，而凸輪軸正時(shí)齒輪則用鑄鐵或夾布膠木制造，以減小噪聲。鏈條與鏈輪的傳動(dòng)特別適用于凸輪軸上置的配氣機(jī)構(gòu)上，如圖3-5所示。為使工作時(shí)鏈條具有一定的張力而不致脫鏈，裝有導(dǎo)鏈板14，張緊輪裝置2、11等。為了使鏈條調(diào)整方便，有的發(fā)動(dòng)機(jī)使用一根鏈條傳動(dòng)。 鏈傳動(dòng)的主要問(wèn)題是其工作可靠性和耐久性不如齒輪傳動(dòng)。其傳動(dòng)性能在很大程度上取決于鏈條的制造質(zhì)量。近年來(lái)在高速汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上還廣泛地采用皮帶來(lái)代替?zhèn)鲃?dòng)鏈。圖3-6為一汽奧迪100轎車用的齒形帶傳動(dòng)，這種齒形皮帶用氯丁橡膠制成，中間夾有玻璃纖維和尼龍織物，以增加強(qiáng)度。采用齒形皮帶傳動(dòng)，對(duì)于減小噪聲，減少結(jié)構(gòu)重量與降低成本都有很大的好處。 四、每缸氣門數(shù)及其排列方式 一般發(fā)動(dòng)機(jī)都采用每缸兩個(gè)氣門，即一個(gè)進(jìn)氣門和一個(gè)排氣門的結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)一步改善氣缸的換氣，在可能的條件下，應(yīng)盡量加大氣門的直徑，特別是進(jìn)氣門的直徑。但是，由于燃燒室尺寸的限制，氣門直徑最大一般不能超過(guò)氣缸直徑的一半。當(dāng)氣缸直徑較大，活塞平均速度較高時(shí)，每缸一進(jìn)一排的氣門結(jié)構(gòu)就不能保證良好的換氣質(zhì)量。因此，在很多新型發(fā)動(dòng)機(jī)上多采用每缸四氣門的結(jié)構(gòu)，即兩個(gè)進(jìn)氣門和兩個(gè)排氣門。如12V150Z、SA6D140-1、NT855型柴油機(jī)就是這種型式。如圖3-7所示為SA6D140-1型柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)。 采用這種型式后，進(jìn)氣門總的通過(guò)斷面較大，充氣效率較高，排氣門的直徑可適當(dāng)減小，使其工作溫度相應(yīng)降低，提高了工作可靠性。大功率高速柴油機(jī)，如果采用了直接噴射式燃燒室或預(yù)燃室式燃燒室，則采用每缸四氣門的結(jié)構(gòu)特別有利。這時(shí)噴油器或預(yù)熱室可布置在氣缸的中央位置，不僅混合氣形成和燃燒較好，而且使氣缸蓋的結(jié)構(gòu)布局也較合理。此外，采用氣門后還可適當(dāng)減小氣門升程，改善配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)力性，四氣門的汽油機(jī)還有利于改善HC和CO的排放性能。 當(dāng)每缸用兩氣門時(shí)，為使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，大多數(shù)采用所有氣門沿機(jī)體縱向軸線排成一列的方式，這樣，相鄰兩缸的同名氣門就有可能合用一個(gè)氣道，以使氣道簡(jiǎn)化并得到較大的氣道通過(guò)截面；另一種是將進(jìn)、排氣門交替布置，每缸單獨(dú)用一個(gè)氣道，這樣有助于氣缸蓋冷卻均勻。柴油機(jī)的進(jìn)、排氣門一般分置于機(jī)體的兩側(cè)，以免排氣對(duì)進(jìn)氣加熱。汽油機(jī)的進(jìn)、排氣道通常置于機(jī)體的同一側(cè)，以便進(jìn)氣受到排氣的預(yù)熱。 當(dāng)每缸采用4個(gè)氣門時(shí)，氣門排列的方案有兩種：1）同名氣門排成兩列，圖3-8a），由一個(gè)凸輪通過(guò)T形驅(qū)動(dòng)桿同時(shí)驅(qū)動(dòng)，并且所有氣門都可以由一根凸輪軸驅(qū)動(dòng)，兩同名氣門在氣道中的位置不同，可能會(huì)使二者的工作條件和工作效果不一致。2）同名氣門排在同一列，圖3-8b）則沒有上述缺點(diǎn)，但一般要用兩根凸輪軸。
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