1.气门间隙
为了保证发动机正常工作时进排气门的关闭严密,发动机在冷态装配时,在气门、挺杆、推杆以及传动件之间都留有适当间隙,这一间隙称为气门间隙。如果没有这个间隙,发动机工作时,则会因气门及其传动件的受热膨胀而引起气门关闭不严,使得发动机在压缩和做功行程中漏气,导致功率下降,甚至不能启动。为了消除这种现象,通常,在气门与其传动机构中留有一定的间隙,以补偿气门受热后的膨胀量。间隙的大小由发动机制造厂家根据实验确定,一般在冷态时,进气门的间隙为0.25～0.30mm,排气门的间隙为0.30～0.35mm。如果间隙过小,发动机在热态下可能发生漏气,导致功率下降甚至气门烧坏。如果气门间隙过大,则使传动零件之间以及气门和气门座之间产生撞击声,而且加速磨损,同时也会使得气门开启的持续时间减少,气缸的充气及排气情况变坏。一些轿车采用液力挺柱,挺柱的长度能自动变化,随时补偿气门的热膨胀量,故不预留气门间隙。
2.配气相位
发动机工作时,进、排气门开闭时刻和气门开启的持续时间用曲轴转角表示称作配气相位,又称配气正时。配气相位直接关系到发动机的动力性和经济性,对发动机的进气量产生重要影响。配气相位可用配气相位(配气正时)图来表示,如图4-7所示。
进气门在进气行程上止点之前即已开启,从进气门开启到上止点曲轴所转过的角度称作进气提前角(α)。进气门在进气行程下止点之后才关闭,从进气行程下止点到进气门关闭曲轴转过的角度称作进气迟后角(β)。整个进气过程持续的时间即为180°+α+β曲轴转角,一般α在0°～30°、β在30°～80°范围内。进气门早开是为了在进气开始时进气门能有较大的开度,以减小进气阻力,使新鲜气体顺利充入汽缸。进气门晚关则是为了充分利用气流的惯性和压差,继续进气以增加进气量。
排气门在作功行程下止点之前就已开启,从排气门开启到下止点曲轴转过的角度称作排气提前角(γ)。排气门在排气行程上止点之后才关闭,从排气行程上止点到排气门关闭,这时曲轴转过的角度称作排气迟后角(δ)。整个排气过程持续的时间即为180°+γ+δ曲轴转角。一般γ在40°～80°、δ在0°～30°范围内。排气门早开是为了在排气门开启时气缸内有较高的压力,使废气能以很高的速度自由排出,可在极短的时间内排出大量废气,从而使排气行程时的排气阻力和消耗的功率大为减小。排气门晚关则是为了利用废气流动的惯性,在排气迟后角内继续排气,以减少气缸内的残余废气量。
由于进气门早开和排气门晚关,致使活塞在上止点附近出现进、排气门同时开启的现象,称其为气门重叠。重叠期间所对应的曲轴转角称为气门重叠角,它等于进气提前角与排气迟后角之和,即α+δ。虽然进、排气门在一段时间内同时开启,但是由于新鲜气流和废气流的流动惯性都比较大,在短时间内不会改变流向。因此,只要气门重叠角选择适当,可以使进气更充分,排气更彻底。如果气门重叠角选择不当,则会引起废气流入进气歧管,使进气量减少;新鲜气可能随同废气一起排出。增压柴油机可选择较大的气门重叠角,是因为进气压力较高,废气不可能流入进气歧管,而且还可以利用新气将气缸内的废气清除干净。
由于发动机的结构和转速不同,配气相位也不尽相同。只有通过反复试验,才能最终确定最佳配气相位。事实上发动机工作时,由于配气机构零件的磨损和损伤,极易造成配气相位失准,使气门的开启时间缩短,最大开度减小,影响发动机的充气效率,导致功率下降,油耗增加,甚至发动机不能正常运转和启动。此时通过改变凸轮轴连接键与正时齿轮的位置,可调整气门的配气相位。通过改变止推凸缘厚度或正时齿轮轮毂厚度的方法,使正时齿轮获得轴向位移量也可调整配气相位。(www.xing528.com)
图4-7 配气相位(配气正时)图
为了获得高速、高功率,要求较大的进、排气门开闭角,特别是进气迟闭角要大,以充分利用高速惯性充气;为了获得低速大转矩,进气迟闭角则要小,以防止低速倒流;为了获得中小负荷良好的经济性,气门重叠角要小。如果想同时满足这些要求,就要使用可变配气定时系统。
可变配气定时系统是一种既可改变配气定时,又能改变气门运动规律的可变配气定时-升程的控制机构,本田轿车上采用的可变配气机构称为VTEC机构。该机构是在一根凸轮轴上设计了高速型和低速型的不同正时和升程的两个凸轮,采用油压进行切换的装置。其工作原理如图4-8所示,该结构在原有控制两个气门的一对凸轮(主凸轮12和次凸轮10)和一对摇臂(主摇臂2和次摇臂7)的基础上,还增加了一个中间凸轮和相应的摇臂(中摇臂8),在三个摇臂内装有同步活塞5和6、定时柱塞4以及阻挡柱塞13。在转速低于6000r/min时,见图4-8(b),同步柱塞在原有位置上,三根摇臂分离,主、次摇臂驱动两个气门,气门升程较小。当转速高于6000r/min时,见图4-8(c),电脑会指令电磁阀启动液压系统,在压力机油的作用下,定时柱塞4移动,并推动同步柱塞5和6移动,将中摇臂8与主、次摇臂锁为一体,三个摇臂一道在高速凸轮的驱动下驱动气门,而高速凸轮两边的低速凸轮则随凸轮轴空转。由于中间凸轮比其他凸轮高,升程大,所以进气门开启时间延长,升程增大。此时,配器相位发生变化,吸入的混合气量增加,使发动机全功率时的进气量得以满足。当发动机转速降低时,摇臂内的液压降低,活塞在回位弹簧作用下回位,三根摇臂分开,每个摇臂都独自上下运动。于是主摇臂在主凸轮的作用下开闭主进气门,从而供给发动机低速运行时所需的混合气。次凸轮则通过次摇臂轻微地开闭次进气门,中间摇臂虽然在大凸轮作用下大幅运动,但它对任何气门都不起作用。此时发动机吸入的混合气还不及高速时的一半。
图4-8 日本本田公司VTEC机构工作原理
(a)VTEC工作原理;(b)低转速时;(c)高转速时;(d)VTEC机构轴测图
1—凸轮轴;2—主摇臂;3—进气门;4—定时柱塞;5、6—同步柱塞;7—次摇臂;8—中摇臂;9—定时板;10、12—低速凸轮;11—高速凸轮;13—阻挡柱塞;14—机油流
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