三 《汽车构造》配气机构

三《汽车构造》配气机构一、配气机构的功用与重要性在往复活塞式内燃机中，配气机构扮演着“呼吸系统”的核心角色。其首要功用，便是按照发动机每一气缸内进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭进、排气门，使新鲜充量（对于汽油机而言是空气与燃油的混合气，对于柴油机则是纯净空气）能够及时进入气缸，并将燃烧后的废气及时从气缸内排出。这一看似简单的“开关”动作，实则直接关系到发动机的动力性、经济性、运转平稳性乃至排放性能。可以说，配气机构的设计与工作状态，是发动机性能表现的关键决定因素之一。若配气机构工作失常，轻则导致发动机功率下降、油耗增加，重则可能引发严重的机械故障。二、配气机构的组成配气机构是一个复杂的系统，通常由气门组和气门传动组两大部分构成。（一）气门组气门组的主要作用是保证气门能够实现对气缸的有效密封，并引导气门的运动方向。其核心部件包括：1.气门：这是配气机构的最终执行元件，直接负责开启和关闭进、排气道。按功能分为进气门和排气门。进气门通常头部尺寸较大，以获得更大的进气通道面积；排气门因工作环境温度较高，一般采用耐热合金钢制造。气门由头部和杆部组成，头部与气门座圈配合实现密封，杆部则在气门导管内滑动。2.气门座圈：镶嵌在气缸盖的进、排气道端口，与气门头部锥面紧密贴合，共同构成密封副，并传导气门的热量。3.气门导管：安装在气缸盖上，为气门杆的上下运动提供精确的导向，保证气门头部与气门座圈准确对中，并承受气门杆的侧向力。4.气门弹簧：套在气门杆上，一端抵靠在气缸盖或气缸盖罩上，另一端通过气门弹簧座和锁片（或锁销）固定在气门杆末端。其主要作用是克服在气门关闭过程中气门及传动件的惯性力，防止各传动件之间因惯性力的作用而产生间隙，确保气门能够迅速、紧密地关闭，并与气门座圈良好贴合。多数发动机采用内外两根气门弹簧，以防止共振并提高工作可靠性。5.气门弹簧座与锁片（或锁销）：气门弹簧座用于支撑气门弹簧的一端，并通过锁片或锁销将其固定在气门杆的末端。（二）气门传动组气门传动组的作用是将曲轴的动力传递给气门，驱动气门按预定的配气相位和运动规律开启和关闭。其组成零件因发动机的总体布置和凸轮轴的位置不同而有所差异，主要包括：1.凸轮轴：这是配气机构的核心驱动部件，轴上加工有若干个凸轮。凸轮的轮廓形状决定了气门的升程、开启持续时间和运动规律。凸轮轴的转动由曲轴通过传动装置（如正时链条、正时皮带或正时齿轮）驱动，其转速为曲轴转速的一半（四冲程发动机）。2.凸轮轴驱动装置：常见的有链传动、带传动和齿轮传动三种形式。链传动和带传动（同步带）多用于凸轮轴顶置的发动机，齿轮传动则多用于凸轮轴下置或中置的发动机。其作用是保证凸轮轴与曲轴之间维持准确的传动比和相位关系。3.挺柱：挺柱位于凸轮轴与推杆（或直接与气门杆）之间，其作用是将凸轮的旋转运动转化为自身的直线往复运动，并将凸轮的推力传递给后续传动件。挺柱有普通挺柱和液力挺柱之分。液力挺柱能够自动补偿气门间隙，减小噪声和磨损。4.推杆：在凸轮轴中置或下置的配气机构中，推杆将挺柱传来的推力传递给摇臂。推杆通常为细长的杆件，两端装有球头或凹球面，以适应运动时的角度变化。5.摇臂与摇臂轴：摇臂实际上是一个双臂杠杆，其作用是改变推杆（或挺柱）传来的力的方向，并将力传递给气门杆，驱动气门开启。摇臂轴则是摇臂的支撑件，摇臂可在摇臂轴上自由摆动。摇臂的一端与推杆（或挺柱）接触，另一端与气门杆端部接触，通常在与气门杆接触的一端装有调整螺钉，用于调整气门间隙。三、配气机构的工作原理配气机构的工作过程，本质上是通过一套精密的机械传动，将曲轴的旋转运动转化为气门的周期性开闭动作。当发动机运转时，曲轴通过正时传动装置（链条、皮带或齿轮）带动凸轮轴以曲轴一半的转速旋转。凸轮轴上的凸轮轮廓依次与挺柱（或直接与摇臂）接触。当凸轮的凸起部分顶起挺柱时，挺柱向上运动，通过推杆（若有）推动摇臂的一端向上抬起，摇臂的另一端则向下压气门杆，克服气门弹簧的弹力，使气门开启。随着凸轮轴的继续旋转，当凸轮的凸起部分逐渐离开挺柱时，气门弹簧开始伸张，推动气门杆和摇臂（或挺柱）复位，气门逐渐关闭，直至气门头部与气门座圈严密贴合。为了使发动机获得最佳的动力性能，进、排气门的开启和关闭并不恰好在上止点和下止点，而是有一定的提前和迟后，这就是所谓的“配气相位”。合理的配气相位能够充分利用气流的惯性，增加进气量，减少排气残余，从而提高发动机的充气效率。四、配气机构的分类配气机构的分类方式多种多样，常见的有：1.按凸轮轴的位置分类：*凸轮轴下置式：凸轮轴位于曲轴箱内，距离曲轴较近，通常由齿轮直接驱动。这种形式结构简单，但传动链较长，高速时易产生振动，目前已较少应用于高速发动机。*凸轮轴中置式：凸轮轴位于气缸体的上部，由链条或齿轮驱动。它缩短了推杆的长度，减小了惯性力，适用于较高转速的发动机。*凸轮轴顶置式（OHC）：凸轮轴直接安装在气缸盖上。这种结构取消了推杆甚至挺柱，传动链最短，传动精度和刚度高，有利于发动机高速化，是目前主流的布置形式。根据每缸气门数和凸轮轴数量，又可分为单顶置凸轮轴（SOHC）和双顶置凸轮轴（DOHC）。DOHC通常配合多气门技术（如每缸四气门），能进一步优化进排气效率。2.按气门的布置方式分类：*气门顶置式：气门安装在气缸盖上，这是现代发动机的主流形式，具有进气阻力小、燃烧室结构紧凑等优点。*气门侧置式：气门安装在气缸体的侧面，由于存在诸多缺点，现已被淘汰。3.按传动方式分类：可分为齿轮传动式、链条传动式和同步带传动式等，如前文凸轮轴驱动装置所述。五、配气机构的常见故障与维护配气机构由于零件众多、运动复杂且工况恶劣（尤其是排气门侧的高温），是发动机中较易发生故障的系统之一。常见的故障包括：气门异响（如气门间隙过大、液压挺柱失效）、气门烧蚀、气门积碳、气门弹簧折断、凸轮轴磨损、正时传动装置跳齿或断裂等。为保证配气机构的正常工作和发动机的性能，定期的检查与维护至关重要。这包括：*定期检查和调整气门间隙（对于非液压挺柱式）。*关注正时皮带或链条的状态，按照制造商规定的周期进行检查或更换，避免因断裂导致严重的发动机损坏。*保持良好的润滑，特别是凸轮轴、挺柱、摇臂等摩擦副。*定期清理气门积碳，检查