呼吸之道 汽车发动机的配气机构简介

想要一台发动机发出更大的动力，有两种方法：一种是提高发动机的燃烧效率，让燃料在发动机中更充分的燃烧，使燃料的化学能尽可能多的转化为机械能；另一种是让更多的燃料和空气进入发动机并尽可能充分的燃烧。相对而言，提高发动机的热效率是很困难的，发动机从诞生那天起，热效率不断提高，直到现在也不过30%多。而让更多的燃料和空气，特别是更多的燃料进入发动机是相对比较容易的，而进入更多的空气相对难一些。所以现在发动机的每一次进步，几乎都是配气机构的改进，让更多的空气进入发动机。今天老侯就来说说，发动机配气机构的结构与原理。

配气机构的功用是按照发动机的工作顺序和工作循环的要求，定时开启和关闭各缸的进、排气门，使新气进入气缸，废气从气缸排出。

进入气缸内的新气数量或称进气量对发动机性能的影响很大。进气量越多，发动机的有效功率和转矩越大。因此，配气机构首先要保证进气充分，进气量尽可能的多；同时，废气要排除干净，因为气缸内残留的废气越多，进气量将会越少。

配气机构由气门组和气门传动组两部分组成

四冲程发动机每完成一个工作循环，每个气缸进、排气一次。这时曲轴转两周，而凸轮轴只旋转一周，所以曲轴与凸轮轴的转速比或传动比为2∶1。

现代轿车汽车发动机均采用顶置气门，凸轮轴上置式配气机构。其主要优点是运动件少，传动链短，整个机构的刚度大，适合于高速发动机。

气门驱动形式有摇臂驱动、摆臂驱动和直接驱动三种类型。直接驱动式配气机构的刚度最大，驱动气门的能量损失最小。因此，在高度强化的轿车发动机上得到广泛的应用。现在的大部分轿车发动机都采用这种形式。

一般发动机每个气缸有两个气门，即一个进气门和一个排气门。现代高性能汽车发动机普遍采用每缸三、四、五个气门，其中尤以四气门发动机为数最多。

四气门发动机每缸两个进气门，两个排气门。其突出的优点是气门通过断面积大，进、排气充分，进气量增加，发动机的转矩和功率提高。其次是每缸四个气门，每个气门的头部直径较小，每个气门的质量减轻，运动惯性力减小，有利于提高发动机转速。最后，四气门发动机多采用篷形燃烧室，火花塞布置在燃烧室中央，有利于燃烧。有些车辆的配置表上写的四缸16气门，就是这个意思。

很多发动机在早晨冷车启动时会发出“哒哒哒”的响声，即很多人说的“气门响”，这是因为发动机的气门间隙变大引起的，那么什么是气门间隙呢？

发动机在冷态下，当气门处于关闭状态时，气门与传动件之间的间隙称为气门间隙。发动机工作时，各零部件因为受热膨胀而伸长。如果气门与其传动件之间，在冷态时不预留间隙，则在热态下由于气门及其传动件膨胀伸长而顶开气门，破坏气门与气门座之间的密封，造成气缸漏气，从而使发动机功率下降，起动困难，甚至不能正常工作。为此，在装配发动机时，在气门与其传动件之间需预留适当的间隙，即气门间隙。气门间隙既不能过大，也不能过小。现在的发动机为了消除气门间隙，普遍使用了液压挺柱，气门及其传动件因温度升高而膨胀，或因磨损而缩短，都会由液力作用来自行调整或补偿。

影响发动机性能最重要的一个因素就是发动机的配气定时，那么什么是配气定时呢？

以曲轴转角表示的进、排气门开闭时刻及其开启的持续时间称作配气定时。

配气定时一般有如下五个角度决定：

进气提前角，

进气迟后角，

排气提前角，

排气迟后角，

气门重叠角，

当发动机配气机构结构固定以后，配气定时也固定了。但这时的配气定时只能满足发动机某一个转速区域的要求，即在在这个转速区域时发动机效率最高，动力性最好，在其他转速区域时效率及动力都不高。所以为了满足发动机全工作区域的要求，可变配气定时应运而生了。

采用可变配气定时机构可以改善发动机的性能。发动机转速不同，要求不同的配气定时。这是因为：当发动机转速改变时，由于进气流速和强制排气时期的废气流速也随之改变，因此在气门晚关期间利用气流惯性增加进气和促进排气的效果将会不同。例如，当发动机在低速运转时，气流惯性小，若此时配气定时保持不变，则部分进气将被活塞推出气缸，使进气量减少，气缸内残余废气将会增多。当发动机在高速运转时，气流惯性大，若此时增大进气迟后角和气门重叠角，则会增加进气量和减少残余废气量，使发动机的换气过程臻于完善。总之，四冲程发动机的配气定时应该是进气迟后角和气门重叠角随发动机转速的升高而加大。如果气门升程也能随发动机转速的升高而加大，则将更有利于获得良好的发动机高速性能。

可变配气定时的结构非常复杂，各大汽车厂家名称也不一样，比如本田的i-vtec，丰田的VVT-i.奥迪的AVS等等，在以后我会逐一解读。

现在的轿车发动机配气机构有使用链条传动的，还有使用皮带传动的，这两个究竟有什么区别呢？究竟哪一个更好呢？

链传动机构用于中置式和上置式凸轮轴的传动，尤其是上置式凸轮轴的高速汽油机采用链传动机构的很多。链条一般为滚子链，工作时应保持一定的张紧度，不使其产生振动和噪声。为此在链传动机构中装有导链板并在链条的松边装置张紧器。

齿形带传动机构用于上置式凸轮轴的传动。与齿轮和链传动机构相比具有噪声小、质量轻、成本低、工作可靠和不需要润滑等优点。另外，齿形带伸长量小，适合有精确定时要求的传动。因此，被越来越多的汽车发动机特别是轿车发动机所采用。齿形带由氯丁橡胶制成，中间夹有玻璃纤维，齿面粘覆尼龙编织物。在使用中不能使齿形带与水或机油接触，否则容易引起跳齿。为了确保传动可靠，齿形带需保持一定的张紧力，为此在齿形带传动机构中也设置由张紧轮与张紧弹簧组成的张紧器。