摘要：根據(jù)柴油發(fā)電機(jī)的種類和氣門(mén)配置位置的不同，配氣機(jī)構(gòu)也不同。四沖程柴油發(fā)電機(jī)有側(cè)置式（也叫直立式）和頂置式（也叫倒立式）配氣機(jī)構(gòu)。 配氣機(jī)構(gòu)的要求是結(jié)構(gòu)參數(shù)和形式有利于減少進(jìn)氣和排氣阻力，而且進(jìn)、排氣門(mén)的開(kāi)啟時(shí)刻和延續(xù)的開(kāi)啟時(shí)間比較適當(dāng)，使進(jìn)氣和排氣都盡可能充分，以得到較大的功率轉(zhuǎn)矩和排放性能。

一、配氣機(jī)構(gòu)的形式分類

      配氣機(jī)構(gòu)（如圖1所示）的功能是按照柴油發(fā)電機(jī)工作循環(huán)的要求，保證混合氣（或新鮮空氣）及時(shí)充入汽缸，在壓縮和膨脹過(guò)程中，維持燃燒室的密封，并及時(shí)排出燃燒后的廢氣。這一任務(wù)，在四沖程柴油發(fā)電機(jī)中，是通過(guò)適時(shí)地打開(kāi)和關(guān)閉進(jìn)、排氣門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)的（工作過(guò)程如圖2所示）。

1、按氣門(mén)位置

      按氣門(mén)位置分，有頂置式和側(cè)置式兩種配氣機(jī)構(gòu)，如圖3所示。側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu)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(jī)

3、按傳動(dòng)方式及氣門(mén)數(shù)分類

      按凸輪軸傳動(dòng)方式分，有齒輪傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)。

4、按氣門(mén)數(shù)分

      有每缸兩氣門(mén)式、三氣門(mén)式、四氣門(mén)式或五氣門(mén)式（兩根凸輪軸，一根為進(jìn)氣凸輪軸，另一根為排氣凸輪軸）配氣機(jī)構(gòu)等。當(dāng)采用四氣門(mén)時(shí)，氣門(mén)排列有以下兩種方案：

① 同名氣門(mén)排成兩列

      如圖4（a）所示，同名氣門(mén)排成兩列，由一根凸輪軸上的凸輪通過(guò)T形桿同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩同名氣門(mén)。由于兩氣門(mén)在氣道中的位置不同，導(dǎo)致工作效果有一定的差異。

② 同名氣門(mén)排成一列

      如圖4（b）所示，同名氣門(mén)排成一列，由兩根凸輪軸上的凸輪分別驅(qū)動(dòng)。其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

二、充氣效率

      為了保證柴油機(jī)每個(gè)氣缸進(jìn)氣充分、排氣徹底，要求氣門(mén)具有盡可能大的通過(guò)能力。新鮮空氣或可燃混合氣被吸進(jìn)氣缸越多，則柴油機(jī)發(fā)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(lái)表示。所謂充氣效率就是指在進(jìn)氣過(guò)程中，實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量與在理想狀態(tài)下完全充滿氣缸工作容積的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量之比。

1、充氣效率公式

ηv=M/M₀

式中，M——為進(jìn)氣過(guò)程中，實(shí)際充入氣缸的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量；

M₀——為理想狀態(tài)下，完全充滿氣缸工作容積的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量。

ηv——充氣效率，是衡量柴油機(jī)換氣質(zhì)量的參數(shù)。

      充氣效率越高，表明進(jìn)入氣缸內(nèi)的新鮮空氣或可燃混合氣的質(zhì)量越多，可燃混合氣燃燒時(shí)可能放出的熱量越大，柴油機(jī)發(fā)出的功率也越大。對(duì)一定工作容積的柴油機(jī)而言，充氣效率與進(jìn)氣終了時(shí)氣缸內(nèi)的壓力和溫度有關(guān)。此時(shí)壓力越高，溫度越低，則一定容積的氣體質(zhì)量就越大，因而充氣效率越高。由于進(jìn)氣系統(tǒng)對(duì)氣流的阻力造成進(jìn)氣終了時(shí)缸內(nèi)氣體壓力降低，又由于上一循環(huán)中殘留在氣缸內(nèi)的高溫廢氣，以及燃燒室、活塞頂、氣門(mén)等高溫零件對(duì)進(jìn)入氣缸內(nèi)的新鮮氣體加熱，使進(jìn)氣終了時(shí)氣體的溫度升高，實(shí)際充入氣缸的新鮮氣體的質(zhì)量總是小于在理想狀態(tài)下充滿氣缸工作容積的新鮮氣體的質(zhì)量，即充氣效率總是小于1，通常為0.80~0.90。因此對(duì)配氣機(jī)構(gòu)而言，要求其結(jié)構(gòu)有利于減小進(jìn)氣和排氣的阻力，進(jìn)、排氣門(mén)的開(kāi)啟時(shí)刻和開(kāi)啟持續(xù)的時(shí)間應(yīng)適當(dāng)，使進(jìn)氣和排氣過(guò)程盡可能充分，使充氣效率得以提高。

2、影響充量系數(shù)的因素

      由充氣效率的計(jì)算式可知：隨進(jìn)氣終了壓力提高，充量效率提高。因?yàn)樵跉飧兹莘e、進(jìn)氣終了溫度和殘余廢氣量一定時(shí)，進(jìn)氣終了壓力越高，缸內(nèi)氣體的密度越大，意味著實(shí)際充氣量(質(zhì)量)越多。

      在實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)工作中，進(jìn)氣終了壓力受進(jìn)氣系統(tǒng)阻力的影響：進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力越大，進(jìn)氣時(shí)引起的壓力降就越大，進(jìn)氣終了的壓力越低。進(jìn)氣時(shí)的壓力降低值△p表明進(jìn)氣系統(tǒng)的阻力主要取決于進(jìn)氣系統(tǒng)阻力系數(shù)和進(jìn)氣流速。

      進(jìn)氣系統(tǒng)阻力系數(shù)取決于進(jìn)氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，等于各段進(jìn)氣通道阻力系數(shù)的總和，包括空氣濾清器、進(jìn)氣管、進(jìn)氣道及進(jìn)氣門(mén)等。流通截面越小，截面變化越突然，轉(zhuǎn)彎越急，表面越粗糙，阻力系數(shù)越大。在使用中，進(jìn)氣管、進(jìn)氣門(mén)等的結(jié)構(gòu)都是不可改變的，僅應(yīng)注意空氣濾清器的維護(hù)，以保證良好的濾清效果和較小的進(jìn)氣阻力。

      此外，在汽油機(jī)上，進(jìn)入氣缸的是空氣和燃油的混合氣，負(fù)荷的調(diào)節(jié)是通過(guò)改變節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度，控制進(jìn)入氣缸的混合氣量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在使用中，當(dāng)汽油機(jī)的負(fù)荷減小時(shí)，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度減小，阻力系數(shù)增加，進(jìn)氣阻力增大，進(jìn)氣終了壓力降低，充氣效率下降，如圖5、圖6所示。對(duì)柴油機(jī)而言，負(fù)荷的調(diào)節(jié)是通過(guò)改變噴油量來(lái)實(shí)現(xiàn)的，負(fù)荷變化對(duì)進(jìn)入氣缸的空氣量基本沒(méi)有影響，所以進(jìn)氣終了壓力和充氣效率與負(fù)荷無(wú)關(guān)。

三、氣門(mén)式配氣結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

       現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)通常采用氣門(mén)式配氣機(jī)構(gòu)，它主要由氣門(mén)組和氣門(mén)傳動(dòng)組組成。氣門(mén)組主要包括氣門(mén)、氣門(mén)座、氣門(mén)彈簧、氣門(mén)導(dǎo)管及鎖片等零件。氣門(mén)傳動(dòng)組視配氣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)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(cè)置式配氣機(jī)構(gòu)

（1）安裝位置

      側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu)裝在汽缸的一側(cè)。

      它主要由進(jìn)氣門(mén)、排氣門(mén)、氣門(mén)彈簧、氣門(mén)推桿、凸輪軸及正時(shí)齒輪等機(jī)件組成。側(cè)置式氣門(mén)置于缸體內(nèi)，如圖7（a）所示。柴油柴油機(jī)沒(méi)有搖臂，直接被凸輪軸驅(qū)動(dòng)，如圖7（b）所示。

      凸輪軸齒輪和曲軸齒輪按一定的記號(hào)嚙合在一起，以便使氣門(mén)的開(kāi)、閉時(shí)機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)的各行程相配合。當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)正時(shí)齒輪帶動(dòng)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪軸上的凸輪凸尖頂?shù)酵茥U時(shí)，推桿上升，將氣門(mén)頂開(kāi)，同時(shí)氣門(mén)彈簧被壓縮。當(dāng)凸輪凸尖轉(zhuǎn)至離開(kāi)推桿時(shí)，在氣門(mén)彈簧張力的作用下，氣門(mén)迅速下落，使氣門(mén)關(guān)閉。

（3）特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)

      側(cè)置式配氣機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易形成壓縮渦流，在小型內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組上使用較多。

      缺點(diǎn)是所形成的燃燒室不夠緊湊，抗爆性差，熱量損失較多，進(jìn)、排氣阻力也較大，HC排放高，這種配氣技術(shù)目前使用較少。

2．頂置式配氣機(jī)構(gòu)

      氣門(mén)頂置式是目前應(yīng)用最廣泛的一種配氣機(jī)構(gòu)型式 。進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)都倒掛在氣缸蓋上。氣門(mén)組包括氣門(mén)、氣門(mén)導(dǎo)管、氣門(mén)座、彈簧座、氣門(mén)彈簧、鎖片等零件；氣門(mén)傳動(dòng)組一般由搖臂、搖臂軸、推桿、挺柱、凸輪軸和正時(shí)齒輪組成。

（1）安裝位置

      頂置式配氣機(jī)構(gòu)裝在汽缸蓋上。它的機(jī)件除有氣門(mén)、氣門(mén)彈簧、氣門(mén)推桿、凸輪軸外，還有挺桿、搖臂等零件，其結(jié)構(gòu)如圖8左圖所示。因其氣門(mén)頂朝下配置，故又叫倒立式配氣機(jī)構(gòu)。

（2）工作過(guò)程

      頂置式配氣機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程：當(dāng)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(zhuǎn)動(dòng)，搖臂的另一端頂在氣門(mén)腳上把氣門(mén)頂開(kāi)，在頂開(kāi)氣門(mén)的同時(shí)，彈簧被壓縮。當(dāng)凸輪凸尖轉(zhuǎn)過(guò)時(shí)，氣門(mén)在彈簧彈力的作用下關(guān)閉，搖臂和挺桿也恢復(fù)到原來(lái)位置。如圖8右圖所示，頂置式氣門(mén)柴油柴油機(jī)的氣門(mén)位于汽缸蓋內(nèi)活塞的頂部。

（3）特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)