汽车发动机配气机构的设计与研究

汽车发动机配气机构的设计与研究

摘要：汽车发动机的配气系统装置机构是气缸的主要部分，它能够按照汽缸的运行流程，通过定时开关入、排气的阀门，来完成向汽缸内吸入新鲜空气和排出尾气。本研究主要针对目前在汽车上最普遍使用的汽油发动机进行配气装置的结构设置，同时还对配气系统结构中的凸轮结构进行了动态设计，以确保发动机得到足够的气体供应。

关键词：汽车发动机；配气机构；设计；研究

汽车发电机配气系统装置机构是气缸的主要部分，它按照汽缸的常规工作方法，通过定时开闭进、排气阀门，使汽缸内吸收新鲜空气并排出发动机尾气。该项工作将着重针对在微型汽车中使用的汽油引擎进行配气方式分析，并对配对凸轮机构进行动作分解，以确保发动机得到足够的气体供应。

1.绪论

配气系统机构设计在发动机组成上起着关键性作用，发动机的空气经济性、动力性能否完善，工作环境能否安全可靠，以及噪声与震动是否受到了合理的限制等，这都和配气系统机构的设计有着密切联系。

为提高气缸的稳定性，人们对发动机配气结构开展了较多、较详细的研究，主要涉及凸轮型线、气门活动状态、气门震动模拟、挺柱和凸轮之间的接触位置等。

由于在国内开始的早期，国外已经掌握了较为完备的发动机技术，这其中就包括了从配起机构的基本原理和应用的技术方面，就己经发展的较为完备了。在上个世纪90年代，在全球上各大工厂都还使用单个气缸的二个正时进、当排气门数时，一位日本工程师发明了多气门发动机，而所谓多气门发动机就是发动机气缸进、排气门数超过两个气门。当时，它主要是由日本制造商开发的。它基本上是一个四阀多阀的设计。20世纪90年代末，本田率先开发了VTEC发动机，该

发动机可以自由调整正时长度和正时，以克服常见多气门发动机在中低转速时排

放效率低的问题。但是由于结构的影响，气动阀在自动控制的操作过程中并不方便，所以早期的VTEC只有两冲程控制，现在更多的时候只有三冲程控制，再加

上新配备的VTEC发动机，在加速的时候，往往会有突然的推回感觉，这也降低

了驾驶的舒适性。宝马VALTRONIC系统是一种电子控制系统，无级可调阀门程序。它的能力基本上与本田VTEC相同，但主要的区别是，它的阀门程序是线性调节的。这也说明发动机在任何转速下都能保持良好的进排气效率。完成了无级可调

进气和排气速度后，完全可以关闭所有油门设置，提高进气效果。

2.配气机构的主要功用

配气系统机构为发动机的二大机构之一，能够根据在发动机汽缸内所进行的

工作循环与再生气次数，定期打开与关闭各汽缸的进排气阀门，使新鲜充足的压

缩空气及时地进人汽缸，废气也能够更有效地排放气缸，并且在整个压缩过程和

作功行程中，保持着燃烧室的状态密闭Ⅲ。配气机构是发动机各缸的燃烧作功的

基础。

3.配气机构的分类

配气量装置的结构按照凸轮轴位置的不同，可分为下置式、上置式和上置式。因为由凸轮轴和下置式配气量装置构成的凸轮轴与曲轴距离都很近，所以由同一

个齿轮传动。但是也由于驱动路程较长、驱动零件数量较多，导致配气系统结构

的刚度较小、噪音比较大。而凸轮轴中置的配气系统结构又因为没有过杆，使机

器的刚性大大提高，所以经常在速度较大的发动机上应用。配气系统机构根据正

时的传动方式，又可分成摇臂式、摆臂式和直接式。

4.配气机构的结构设计

配气装置结构零件的总体设计都是采用标准架构设计的，所以架构设计也是

配气系统结构总体设计的基础。结构设计时应综合考虑发动机的使用条件，运行

特性，以及燃料经济性对配气结构的稳定性的要求，设计成本等诸多因素。

4.1配气机构的种类

配气机构是进、排气阀门的主要控制机关，它根据汽缸的运行次序和操作流

程的需要，准时地开闭进、排气阀门，给汽缸供应可燃混合气并有效排除尾气。

此外，在进、排出阀门同时关闭时，保持汽缸内密闭，进饱排干净。

新鲜室内空气及易燃混合物被抽进汽缸越多，其引擎所产生的动力越大。清

新气体或可燃混合气可以填满汽缸的高度。充气效率愈大，就意味着流入汽缸的

新鲜空气就愈多，而可爆的气固混合物在点燃后所释放的能量也就愈多，发电机

的工作效率愈高。

根据凸轮轴零件的不同，按配气方式也可分为凸轮轴下型、凸轮轴中型和顶

型等三种类型。在凸轮轴下型中，凸轮轴安装在曲轴箱中，通过凸轮轴的正时齿

轮机构与曲轴位置感应器正时齿轮的啮合，由曲轴直接驱动。当凸轮轴随凸轮轴

运动时，使凸轮轴上的从动件随凸轮轴机构的曲轴位置传感器的上升而摆动。下

部摇臂的反向动作，使顶轴方向移动，从而经过上气门摇臂的推动，使进、排出

阀门按凸轮型线的动作形式，同时开启、关闭。该种系统传动效果良好，其缺陷

是进、排气阀门的动作由同一个凸轮机构决定，配气系统定时并不方便。此外，

由于气动阀门与凸轮轴的距离较远，所以气阀传动零部件数量较多，机械构造较

复杂，同时发动机高度也有所增加。

凸轮轴顶置式，将凸轮轴直接安装在气缸盖上。它有二个特点，一个是将凸

轮轴直接采用摇臂来带动正时，这样即无挺杆，也无过杆，往复运动能力就大为

降低了，对凸轮轴和气门弹簧的需求也较低。另一类是凸轮轴直接带动正时或带

液力挺杆的正时，这些配气系统结构的往复移动能力较小。为了将气缸设计的更

加紧凑，增加配气装置结构的刚度和降低运动部件的质量，以满足高转速的需要，很多现代的四冲程气缸均使用顶置凸轮配气系统结构。

4.2配气机构的组成

①气门

定时一般用来调节排气管的开闭。由于发动机门正时设置在缸盖上方，工作

环境恶劣，受高强度热负荷和机械负荷的影响，排气门也受高热废空气侵蚀的影