3.1.2 配氣機(jī)構(gòu)的形式與分類

發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的形式多種多樣，其主要區(qū)別是氣門布置和數(shù)量、凸輪軸布置形式及凸輪軸的傳動(dòng)方式等。

1.按照氣門布置形式分類

按照氣門布置形式配氣機(jī)構(gòu)可以分為氣門頂置式配氣機(jī)構(gòu)和氣門側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu)。

（1）氣門頂置式配氣機(jī)構(gòu)（圖3-3）氣門頂置式配氣機(jī)構(gòu)的進(jìn)、排氣門都倒裝在氣缸蓋上，凸輪軸則裝在曲軸箱內(nèi)。其主要特點(diǎn)是燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊、工藝性好；充氣阻力小，充氣效率高；具有良好的抗爆性（汽油機(jī)）和高速穩(wěn)定性能，易于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，因此國(guó)內(nèi)外汽車發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用氣門頂置式配氣機(jī)構(gòu)。

（2）氣門側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu)（圖3-4）氣門側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu)的進(jìn)、排氣門裝在氣缸體的一側(cè)，如圖3-4所示。氣門側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是氣門3的開(kāi)、閉由凸輪軸14上的凸輪通過(guò)挺柱12直接控制，省去了搖臂和搖臂軸、推桿等零件，簡(jiǎn)化了配氣機(jī)構(gòu)。但是由于氣門布置在氣缸體的一側(cè)，使燃燒室的結(jié)構(gòu)不緊湊，不利于壓縮比的提高，同時(shí)由于進(jìn)氣彎道多，進(jìn)氣流動(dòng)阻力增大，充氣效率低下，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性較差。目前，這種形式的配氣機(jī)構(gòu)已被淘汰。

圖3-2 配氣機(jī)構(gòu)零、部件

1—軸承蓋 2—半圓鍵 3—?dú)忾T彈簧下座 4—?dú)忾T導(dǎo)管 5—?dú)飧咨w 6—凸輪軸油封 7—?dú)忾T 8—回油塞 9—堵塞 10—?dú)忾T油封 11—?dú)忾T內(nèi)、外彈簧 12—?dú)忾T彈簧上座 13—液壓挺柱 14—凸輪軸

圖3-3 氣門頂置式配氣機(jī)構(gòu)

1—?dú)飧咨w 2—?dú)忾T導(dǎo)管 3—?dú)忾T 4—?dú)忾T主彈簧 5—?dú)忾T副彈簧 6—?dú)忾T彈簧座 7—鎖片 8—?dú)忾T室罩 9—搖臂軸 10—搖臂 11—鎖緊螺母 12—調(diào)整螺釘 13—推桿 14—挺柱 15—凸輪軸 16—正時(shí)齒輪

圖3-4 氣門側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu)

1—?dú)飧咨w 2—?dú)飧讐| 3—?dú)忾T 4—?dú)忾T導(dǎo)管 5—?dú)飧左w 6—?dú)忾T彈簧 7—?dú)飧妆?8—?dú)忾T彈簧座 9—鎖銷 10—調(diào)整螺釘 11—鎖緊螺母 12—挺柱 13—挺柱導(dǎo)管 14—凸輪軸

另外，也有采用進(jìn)氣門頂置而排氣門側(cè)置的配氣機(jī)構(gòu)，這種布置形式，進(jìn)氣門尺寸不受限制，可做得較大，進(jìn)氣管可以做得粗且具有較理想的形狀，降低進(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。

2.按照凸輪軸的布置形式分類

按照凸輪軸布置形式配氣機(jī)構(gòu)可以分為凸輪軸上置式、中置式和下置式三種類型。三者都可用于氣門頂置式配氣機(jī)構(gòu)，而氣門側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu)只能使用下置式凸輪軸。

（1）凸輪軸下置式配氣機(jī)構(gòu) 凸輪軸下置的配氣機(jī)構(gòu)中的凸輪軸位于曲軸箱底部靠近中部的位置，由曲軸正時(shí)齒輪驅(qū)動(dòng)。這種配氣機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是凸輪軸離曲軸較近，可用齒輪驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)簡(jiǎn)單。但存在零件較多，傳動(dòng)鏈長(zhǎng)，系統(tǒng)彈性變形大，配氣相位準(zhǔn)確性較低等缺點(diǎn)。大多數(shù)大、中型客車和貨車均采用這種方式。如圖3-1所示，解放CA6102發(fā)動(dòng)機(jī)就屬于凸輪軸下置式的配氣機(jī)構(gòu)。

（2）凸輪軸上置式配氣機(jī)構(gòu) 凸輪軸上置式配氣機(jī)構(gòu)中的凸輪軸布置在氣缸蓋上，這種結(jié)構(gòu)中，凸輪軸通過(guò)搖臂（或直接）驅(qū)動(dòng)氣門，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)。但由于凸輪軸離曲軸中心線更遠(yuǎn)，因此正時(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形式是凸輪軸直接驅(qū)動(dòng)氣門，如圖3-5所示。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。

（3）凸輪軸中置式配氣機(jī)構(gòu) 凸輪軸中置式配氣機(jī)構(gòu)把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。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，可以減小氣門傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，從而減少慣性力。這種類型發(fā)動(dòng)機(jī)如仍舊采用齒輪傳動(dòng)，由于凸輪軸和曲軸的中心距增大，必須在兩者之間加裝中間齒輪（惰輪）。圖3-6所示為YC6105QC柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)，是一種典型的凸輪軸中置式的配氣機(jī)構(gòu)。

圖3-5 凸輪軸上置式配氣機(jī)構(gòu)

1—曲軸正時(shí)帶輪 2—張緊輪 3—凸輪軸正時(shí)齒輪形帶輪 4—同步齒形帶 5、6—凸輪軸 7—?dú)忾T 8—?dú)忾T導(dǎo)管

圖3-6 YC6105QC柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)

1—搖臂 2—?dú)忾T彈簧 3—?dú)忾T導(dǎo)管 4—?dú)忾T座 5—?dú)忾T 6—推桿 7—挺柱 8—凸輪軸 9—曲軸

3.按曲軸和配氣凸輪軸的傳動(dòng)方式分類

按照曲軸和配氣凸輪軸的傳動(dòng)方式配氣機(jī)構(gòu)可以分為齒輪傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)和齒型帶傳動(dòng)（同步帶）傳動(dòng)三種。

（1）齒輪傳動(dòng)（圖3-7）由曲軸到配氣凸輪軸一般只需要一對(duì)正時(shí)齒輪，必要時(shí)加裝中間齒輪（惰性輪），適合凸輪軸下置、中置式配氣機(jī)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)采用。正時(shí)齒輪一般用斜齒輪并用不同材料制成，曲軸正時(shí)齒輪常用鋼材制造，凸輪軸正時(shí)齒輪常用鑄鐵或夾布膠木制造，目的是使嚙合平穩(wěn)減小噪聲和磨損。所有齒輪上都有正時(shí)記號(hào)，裝配時(shí)必須按要求對(duì)齊。解放CA1091型貨車使用的是齒輪傳動(dòng)。

（2）齒形帶傳動(dòng)（圖3-8）現(xiàn)代高速發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛采用齒形帶傳動(dòng)。齒形帶用氯丁橡膠制成，中間夾有玻璃纖維和尼龍織物，以增加強(qiáng)度。齒帶的張力可以由張緊輪進(jìn)行調(diào)整。這種傳動(dòng)方式可以減小噪聲，減少結(jié)構(gòu)質(zhì)量和降低成本。一汽奧迪轎車的采用的是同步帶傳動(dòng)裝置。

（3）鏈傳動(dòng)（圖3-9）優(yōu)點(diǎn)是布置容易，若傳動(dòng)距離較遠(yuǎn)時(shí)，還可用兩級(jí)鏈傳動(dòng)。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)質(zhì)量及噪聲較大，鏈的可靠性和耐久性不易得到保證。

圖3-7 齒輪傳動(dòng)

圖3-8 一汽奧迪轎車的同步帶傳動(dòng)裝置

1—張緊輪 2—正時(shí)同步帶 3—中間軸正時(shí)帶輪 4—曲軸正時(shí)帶輪 5—凸輪軸正時(shí)帶輪

圖3-9 凸輪軸的鏈傳動(dòng)裝置

1—液力張緊裝置 2—驅(qū)動(dòng)液壓泵的鏈輪 3—曲軸 4—導(dǎo)鏈板

4.按氣門數(shù)目及布置形式分類

根據(jù)氣門數(shù)目不同發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)可以分為二氣門和多氣門配氣機(jī)構(gòu)。一般發(fā)動(dòng)機(jī)都采用每缸兩氣門，即一個(gè)進(jìn)氣門和一個(gè)排氣門結(jié)構(gòu)。許多中高檔新型轎車發(fā)動(dòng)機(jī)上普遍采用每缸多氣門結(jié)構(gòu)，如三氣門、四氣門、五氣門等。如天津夏利TJ7100采用的是每缸三氣門（二進(jìn)一排）結(jié)構(gòu)；奔馳190E2.3L形發(fā)動(dòng)機(jī)采用的是每缸四氣門結(jié)構(gòu)（兩進(jìn)兩排）；一汽捷達(dá)王轎車EA113型發(fā)動(dòng)機(jī)采用每缸五氣門結(jié)構(gòu)（三進(jìn)兩排），如圖3-10所示。多氣門結(jié)構(gòu)使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣道的斷面面積大大增加，使發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率得到大幅度提升，從而改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性能。

（1）每氣缸兩個(gè)氣門的布置 兩氣門結(jié)構(gòu)要求有較大的氣門通道斷面面積，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣進(jìn)氣門直徑大于排氣門直徑。為了使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣順暢及配氣機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，二氣門布置方式主要有以下幾種類型：

1）合用氣道（圖3-11a、b）。氣門在機(jī)體上縱向排成一列，相鄰兩個(gè)進(jìn)氣門或排氣門合用一個(gè)氣道，優(yōu)點(diǎn)是氣道簡(jiǎn)化，并可得到較大的氣道通道面積。

2）交替布置（圖3-11c）。進(jìn)、排氣門交替布置，每缸單獨(dú)用一個(gè)進(jìn)、排氣道，優(yōu)點(diǎn)是可使氣缸均勻冷卻，對(duì)熱負(fù)荷較嚴(yán)重的發(fā)動(dòng)機(jī)更適宜。

3）分開(kāi)布置（圖3-11d）。進(jìn)、排氣道分置于機(jī)體兩側(cè)，對(duì)于柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，為了避免排氣加熱進(jìn)氣，常把進(jìn)、排氣道分置于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體兩側(cè)，對(duì)于汽油機(jī)來(lái)說(shuō)，為了使汽油更好地霧化，需采用排氣歧管的廢氣熱量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行預(yù)熱，進(jìn)、排氣道多置于機(jī)體同一側(cè)。

圖3-10 一汽捷達(dá)王轎車EA113型發(fā)動(dòng)機(jī)的五氣門結(jié)構(gòu)

圖3-11 兩氣門的布置形式

（2）每氣缸四個(gè)氣門的布置 四氣門結(jié)構(gòu)一般是兩個(gè)進(jìn)氣門，兩個(gè)排氣。其排列形式主要有兩種：

1）串聯(lián)形式 如圖3-12a所示，即同名氣門排成兩列，其主要特點(diǎn)是：①可通用一根凸輪軸及驅(qū)動(dòng)桿傳動(dòng)；②進(jìn)氣門間的進(jìn)氣效率有差異；③排氣門的熱負(fù)荷也不相同。所以現(xiàn)在這種排列方式已經(jīng)很少采用。

2）并聯(lián)形式 如圖3-12b所示，即同名氣門排成兩列，其主要特點(diǎn)是：①能產(chǎn)生進(jìn)氣渦流，進(jìn)氣門進(jìn)氣效率與排氣門熱負(fù)荷基本相同；②需用兩根凸輪軸傳動(dòng)。所以大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)都采用這樣的布置。

圖3-12 每缸四氣門的布置

a）同名氣門排成兩列（串聯(lián)） b）同名氣門排成一列（并聯(lián)）

1—T形件2—?dú)忾T尾端的從動(dòng)盤