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柴油機(jī)和汽油機(jī)的氣門(mén)傳動(dòng)組布置有何差異

問(wèn) 提問(wèn)者:網(wǎng)友 2017-08-08
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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(kāi)啟和關(guān)閉各氣缸的進(jìn)、排氣門(mén),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(mén)式配氣機(jī)構(gòu)由氣門(mén)組和氣門(mén)傳動(dòng)組組成。配氣機(jī)構(gòu)可以從不同角度分類(lèi)。按氣門(mén)的布置型式,主要有氣門(mén)頂置式和氣門(mén)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(mén)數(shù)目,有二氣門(mén)式、四氣門(mén)式等。    一、氣門(mén)的布置型式    1.氣門(mén)頂置式配氣機(jī)構(gòu)    圖3-1所示為氣門(mén)頂置式配氣機(jī)構(gòu),其進(jìn)、排氣門(mén)都倒掛在氣缸上。氣門(mén)組包括氣門(mén)3、氣門(mén)導(dǎo)管2、氣門(mén)彈簧4和5、彈簧座6、鎖片7等。氣門(mén)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(mén)彈簧,使氣門(mén)離座,即氣門(mén)開(kāi)啟。當(dāng)凸輪凸起部分離開(kāi)挺柱后,氣門(mén)便在氣門(mén)彈簧力作用下上升而落座,即氣門(mén)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(mén)各開(kāi)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(mén)側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu)    氣門(mén)側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu),由于氣門(mén)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(mén)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(mén)頂置式配氣機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)主要是氣門(mén)和凸輪軸相距較遠(yuǎn),因而氣門(mén)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(mén)頂置而排氣門(mén)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(mén)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(mén)頂置配氣機(jī)構(gòu);氣門(mén)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(mén)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(mén)。這種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)沒(méi)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(mén)。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(mén)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(chē)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(chē)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(chē)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(mén)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(mén),即一個(gè)進(jìn)氣門(mén)和一個(gè)排氣門(mén)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(mén)的直徑,特別是進(jìn)氣門(mén)的直徑。但是,由于燃燒室尺寸的限制,氣門(mén)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(mén)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(mén)的結(jié)構(gòu),即兩個(gè)進(jìn)氣門(mén)和兩個(gè)排氣門(mén)。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(mén)總的通過(guò)斷面較大,充氣效率較高,排氣門(mén)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(mén)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(mén)后還可適當(dāng)減小氣門(mén)升程,改善配氣機(jī)構(gòu)的動(dòng)力性,四氣門(mén)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(mén)時(shí),為使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,大多數(shù)采用所有氣門(mén)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(mén)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(mén)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(mén)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(mén)時(shí),氣門(mén)排列的方案有兩種:1)同名氣門(mén)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(mén)都可以由一根凸輪軸驅(qū)動(dòng),兩同名氣門(mén)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(mén)排在同一列,圖3-8b)則沒(méi)有上述缺點(diǎn),但一般要用兩根凸輪軸。
回答者:網(wǎng)友
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