发动机气门传动组配气机构的结构和原理(图解)

配气机构的功用是按照发动机的工作顺序,定时地开启和关闭进、排气门,以保证可燃混合气或新鲜空气得以及时进入气缸,并把燃烧后生成的废气及时排出气缸。如图 4-1所示,配气机构包括气门组和气门传动组。气门组包括进气门、排气门、气门弹簧等元件,它的作用是维持气门的关闭。气门传动组包括正时链轮或正时带轮、正时链条或正时带、进气凸轮轴、排气凸轮轴等元件,它的功用是定时驱动气门开启,并保证气门有足够的开度和持续开启时间。



配气机构的类型

配气机构按凸轮轴位置分类,可以分为凸轮轴上置式、中置式和下置式。轿车发动机凸轮轴通常位于发动机缸盖上,属于凸轮轴上置式。凸轮轴下置式配气机构的凸轮轴装在曲轴箱内,直接由凸轮轴正时齿轮与曲轴正时齿轮相啮合,由曲轴带动,如图 4-2 所示。凸轮轴上置式有两种结构:一种是凸轮轴通过液压挺柱来驱动气门,另一种是凸轮轴通过摇臂来驱动气门,如图 4-3 和图 4-4 所示。



配气机构按传动方式分类,可以分为正时链传动式、正时带传动式和齿轮传动式,轿车一般采用正时链或正时带传动。配气机构气门传动组主要包括凸轮轴、液压挺柱、正时链轮(或正时带轮)、正时链条(或正时带)、链条张紧装置等。


凸轮轴

轿车发动机气门传动组将曲轴的动力通过曲轴正时带轮(或正时链轮)、正时带(或正时链条)、凸轮轴正时带轮(或正时链轮),传给凸轮轴。凸轮轴轴承盖将凸轮轴固定支承在气缸盖上,如图 4-5 所示,凸轮轴支承轴径上还有润滑油孔,机油通过此润滑油孔可以润滑凸轮轴支承轴径和轴承盖。



气缸顶部如果有两根凸轮轴分别负责进、排气门的开关,则称为双顶置凸轮轴(DOHC)。如图 4-6 所示,凸轮轴上凸轮有特殊的轮廓,它的转动控制着气门的开启时刻、持续时间及气门的打开升程。


液压挺柱

发动机工作时,温度变化大,由于热胀冷缩的原因,在发动机冷态时,需要在气门杆尾端留有间隙,以补偿气门受热后的膨胀量。为此,在常温装配发动机时,在气门杆尾端预留一定的间隙,此间隙称为气门间隙。目前,轿车发动机通常采用液压挺柱或气门间隙调节器来调节气门间隙,如图 4-7 和图 4-8 所示。液压挺柱上有进油口,它能利用来自机油泵的压力机油自动改变长度。气门间隙调节器使用于带滚子摇臂的气门传动组中,其工作原理与液压挺柱类似。



如图 4-9 所示,机油从气缸盖油道进入液压挺柱的柱塞,在机油压力的作用下,单向阀弹簧被压缩,单向球阀被打开,机油立即充满柱塞下的高压油腔;单向球阀回位关闭,柱塞上升,消除气门间隙。当配气机构中的运动件磨损后,由于机油压力保持一定,这时候在机油压力的作用下,单向球阀打开,机油立即充满柱塞下的高压油腔,柱塞上升,气门间隙自动补偿。



正时带和带轮

发动机正时带或正时链条的主要作用是驱动发动机的配气机构,使发动机进、排气门在适当的时候开启或关闭,以保证发动机气缸能够正常地吸气和排气。在有些车型上,正时带还带动冷却液泵转动。如图 4-10 所示,正时带属于橡胶部件,随着发动机工作时间的增加,正时带和正时带轮等都会发生磨损或老化,因此,在规定的周期内必须更换正时带及附件。一旦正时带发生跳齿或断裂现象,发动机则不能正常工作,便会出现怠速不稳、加速不良现象或甚至损坏发动机。



发动机正时传动广泛地采用了链传动系统,因其具有结构紧凑、传递功率高、可靠性与耐磨性高、终身免维护等显著优点。但正时链条和链轮高速运转,磨损快、温度高,所以必须要设计相应的润滑系统进行冷却和润滑。链传动系统主要包括主动正时链轮、从动正时链轮和正时链条,链轮通过键连接方式与凸轮轴或曲轴连接,正时链条和链轮上还有正时记号。如图 4-11 所示,正时带、链条传动常用张紧器和张紧轮来保持正时带、链条在传动过程中适当的张紧力,从而避免正时带打滑,或避免正时带发生跳齿、脱齿而脱出,或者是防止链条松动、脱落,减轻链轮、链条磨损。