零件裝配與結構組成
柴油機配氣機構的布置形式及結構示意圖
根據柴油發電機的種類和氣門配置位置的不同，配氣機構也不同。四沖程柴油發電機有側置式（也叫直立式）和頂置式（也叫倒立式）配氣機構。配氣機構的要求是結構參數和形式有利于減少進氣和排氣阻力，而且進、排氣門的開啟時刻和延續的開啟時間比較適當，使進氣和排氣都盡可能充分，以得到較大的功率轉矩和排放性能。
一、配氣機構的形式分類
配氣機構（如圖1所示）的功能是按照柴油發電機工作循環的要求，保證混合氣（或新鮮空氣）及時充入汽缸，在壓縮和膨脹過程中，維持燃燒室的密封，并及時排出燃燒后的廢氣。這一任務，在四沖程柴油發電機中，是通過適時地打開和關閉進、排氣門來實現的（工作過程如圖2所示）。
圖1 柴油發電機配氣結構三維圖
柴油機配氣機構工作過程
1、按氣門位置
按氣門位置分，有頂置式和側置式兩種配氣機構，如圖3所示。側置式配氣機構因充氣效率低已被淘汰。
2、按凸輪軸位置
按凸輪軸位置分，有凸輪軸下置、中置和上置配氣機
3、按傳動方式及氣門數分類
按凸輪軸傳動方式分，有齒輪傳動、同步帶傳動和鏈傳動配氣機構。
4、按氣門數分
有每缸兩氣門式、三氣門式、四氣門式或五氣門式（兩根凸輪軸，一根為進氣凸輪軸，另一根為排氣凸輪軸）配氣機構等。當采用四氣門時，氣門排列有以下兩種方案：
① 同名氣門排成兩列
如圖4（a）所示，同名氣門排成兩列，由一根凸輪軸上的凸輪通過t形桿同時驅動兩同名氣門。由于兩氣門在氣道中的位置不同，導致工作效果有一定的差異。
② 同名氣門排成一列
如圖4（b）所示，同名氣門排成一列，由兩根凸輪軸上的凸輪分別驅動。其結構較復雜。
圖3 配氣機構布置形式
圖4 柴油機四氣門排列方案
二、充氣效率
為了保證柴油機每個氣缸進氣充分、排氣徹底，要求氣門具有盡可能大的通過能力。新鮮空氣或可燃混合氣被吸進氣缸越多，則柴油機發出的功率就越大。新鮮空氣或可燃混合氣充滿氣缸的程度，用充氣效率py來表示。所謂充氣效率就是指在進氣過程中，實際進入氣缸的新鮮空氣或可燃混合氣的質量與在理想狀態下完全充滿氣缸工作容積的新鮮空氣或可燃混合氣的質量之比。
1、充氣效率公式
ηv=m/m0
式中，m——為進氣過程中，實際充入氣缸的新鮮空氣或可燃混合氣的質量；
m0——為理想狀態下，完全充滿氣缸工作容積的新鮮空氣或可燃混合氣的質量。
ηv——充氣效率，是衡量柴油機換氣質量的參數。
充氣效率越高，表明進入氣缸內的新鮮空氣或可燃混合氣的質量越多，可燃混合氣燃燒時可能放出的熱量越大，柴油機發出的功率也越大。對一定工作容積的柴油機而言，充氣效率與進氣終了時氣缸內的壓力和溫度有關。此時壓力越高，溫度越低，則一定容積的氣體質量就越大，因而充氣效率越高。由于進氣系統對氣流的阻力造成進氣終了時缸內氣體壓力降低，又由于上一循環中殘留在氣缸內的高溫廢氣，以及燃燒室、活塞頂、氣門等高溫零件對進入氣缸內的新鮮氣體加熱，使進氣終了時氣體的溫度升高，實際充入氣缸的新鮮氣體的質量總是小于在理想狀態下充滿氣缸工作容積的新鮮氣體的質量，即充氣效率總是小于1，通常為0.80~0.90。因此對配氣機構而言，要求其結構有利于減小進氣和排氣的阻力，進、排氣門的開啟時刻和開啟持續的時間應適當，使進氣和排氣過程盡可能充分，使充氣效率得以提高。
2、影響充量系數的因素
由充氣效率的計算式可知：隨進氣終了壓力提高，充量效率提高。因為在氣缸容積、進氣終了溫度和殘余廢氣量一定時，進氣終了壓力越高，缸內氣體的密度越大，意味著實際充氣量(質量)越多。
在實際發動機工作中，進氣終了壓力受進氣系統阻力的影響：進氣系統的阻力越大，進氣時引起的壓力降就越大，進氣終了的壓力越低。進氣時的壓力降低值△p表明進氣系統的阻力主要取決于進氣系統阻力系數和進氣流速。
進氣系統阻力系數取決于進氣系統的結構，等于各段進氣通道阻力系數的總和，包括空氣濾清器、進氣管、進氣道及進氣門等。流通截面越小，截面變化越突然，轉彎越急，表面越粗糙，阻力系數越大。在使用中，進氣管、進氣門等的結構都是不可改變的，僅應注意空氣濾清器的維護，以保證良好的濾清效果和較小的進氣阻力。
此外，在汽油機上，進入氣缸的是空氣和燃油的混合氣，負荷的調節是通過改變節氣門的開度，控制進入氣缸的混合氣量來實現的。在使用中，當汽油機的負荷減小時，節氣門開度減小，阻力系數增加，進氣阻力增大，進氣終了壓力降低，充氣效率下降，如圖5、圖6所示。對柴油機而言，負荷的調節是通過改變噴油量來實現的，負荷變化對進入氣缸的空氣量基本沒有影響，所以進氣終了壓力和充氣效率與負荷無關。
圖5 充氣效率下降曲線圖
圖6 節氣門開度與進氣阻力關系曲線圖
三、氣門式配氣結構的特點
現代發動機通常采用氣門式配氣機構，它主要由氣門組和氣門傳動組組成。氣門組主要包括氣門、氣門座、氣門彈簧、氣門導管及鎖片等零件。氣門傳動組視配氣機構的結構形式不同而異，主要包括凸輪軸、挺柱、推桿及搖臂等零件。
1．側置式配氣機構
（1）安裝位置
側置式配氣機構裝在汽缸的一側。
它主要由進氣門、排氣門、氣門彈簧、氣門推桿、凸輪軸及正時齒輪等機件組成。側置式氣門置于缸體內，如圖7（a）所示。柴油柴油機沒有搖臂，直接被凸輪軸驅動，如圖7（b）所示。
（2）工作過程
凸輪軸齒輪和曲軸齒輪按一定的記號嚙合在一起，以便使氣門的開、閉時機和柴油發電機的各行程相配合。當曲軸轉動時，經正時齒輪帶動凸輪軸轉動，凸輪軸上的凸輪凸尖頂到推桿時，推桿上升，將氣門頂開，同時氣門彈簧被壓縮。當凸輪凸尖轉至離開推桿時，在氣門彈簧張力的作用下，氣門迅速下落，使氣門關閉。
（3）特點優勢
側置式配氣機構的優點是結構簡單，易形成壓縮渦流，在小型內燃發電機組上使用較多。
缺點是所形成的燃燒室不夠緊湊，抗爆性差，熱量損失較多，進、排氣阻力也較大，hc排放高，這種配氣技術目前使用較少。
2．頂置式配氣機構
氣門頂置式是目前應用最廣泛的一種配氣機構型式 。進氣門和排氣門都倒掛在氣缸蓋上。氣門組包括氣門、氣門導管、氣門座、彈簧座、氣門彈簧、鎖片等零件；氣門傳動組一般由搖臂、搖臂軸、推桿、挺柱、凸輪軸和正時齒輪組成。
（1）安裝位置
頂置式配氣機構裝在汽缸蓋上。它的機件除有氣門、氣門彈簧、氣門推桿、凸輪軸外，還有挺桿、搖臂等零件，其結構如圖8左圖所示。因其氣門頂朝下配置，故又叫倒立式配氣機構。
（2）工作過程
頂置式配氣機構的工作過程：當凸輪軸轉動時，凸輪凸尖頂起推桿和挺桿，挺桿頂搖臂的一端，使搖臂繞軸轉動，搖臂的另一端頂在氣門腳上把氣門頂開，在頂開氣門的同時，彈簧被壓縮。當凸輪凸尖轉過時，氣門在彈簧彈力的作用下關閉，搖臂和挺桿也恢復到原來位置。如圖8右圖所示，頂置式氣門柴油柴油機的氣門位于汽缸蓋內活塞的頂部。
（3）特點優勢
頂置式配氣機構的優點是：能形成較緊湊的燃燒室，減少進、排氣阻力，氣門間隙調節也方便，由于進、排氣門的頂部剛好對著活塞頂，所以不需要再增設氣門開啟的空隙，燃燒室可以設計得很小，保證在壓縮比很好的情況下，汽缸的高度可以適當降低，減小了柴油柴油機的體積。所以，柴油機大都采用頂置式配氣機構。頂置式配氣機構的主要缺點是結構較復雜。
圖7 側置式配氣機構結構圖
圖8 頂置式配氣機構結構圖

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