发动机的气体分配机制、设计和工作原理

内容

时机如何
时间说明
配气机构的种类

气体分配机构 (GRM) 是一组零件和组件，可在给定时间点打开和关闭发动机的进气门和排气门。气体分配机构的主要任务是向燃烧室及时供应空气燃料或燃料（取决于发动机的类型）和排放废气。为了解决这个问题，整个复杂的机构都可以顺利工作，其中一些是电子控制的。

时机如何

在现代发动机中，气体分配机构位于发动机气缸盖内。它由以下主要元素组成：

凸轮轴. 这是一款设计复杂的产品，由耐用的钢或高精度铸铁制成。根据正时的设计，凸轮轴可以安装在气缸盖或曲轴箱中（目前不使用这种布置）。这是负责顺序打开和关闭阀门的主要部分。

轴具有推动阀杆或摇臂的轴承轴颈和凸轮。凸轮的形状具有严格定义的几何形状，因为阀门的持续时间和打开程度取决于此。此外，凸轮设计在不同的方向，以确保气缸交替运行。

驱动器. 曲轴的扭矩通过驱动器传递到凸轮轴。驱动器因设计解决方案而异。曲轴齿轮的尺寸是凸轮轴齿轮的一半。因此，曲轴以两倍的速度旋转。根据驱动器的类型，它包括：

链条或皮带；
轴齿轮；
张紧器（张力辊）；
减震器和鞋子。

进气门和排气门. 它们位于气缸盖上，是一端带有平头的杆，称为提升阀。入口阀和出口阀的设计不同。入口一体成型。它还有一个更大的盘子，可以更好地用新鲜的电荷填充气缸。出口通常由耐热钢制成，并有一个空心阀杆，以便更好地冷却，因为它在运行过程中会暴露在更高的温度下。空腔内部是钠填充物，它很容易熔化并将部分热量从板带走到棒上。

气门头采用斜面设计，以便在气缸盖的孔中提供更紧密的配合。这个地方叫做马鞍。除了阀门本身之外，机构中还提供了其他元件以确保其正常运行：

弹簧。按下后将阀门恢复到原来的位置。
阀杆密封件。这些是防止油沿着阀杆进入燃烧室的特殊密封件。
导套。安装在气缸盖外壳中并提供精确的阀门运动。
腊斯克。在他们的帮助下，弹簧连接到阀杆上。

推动者. 通过推杆，力从凸轮轴凸轮传递到连杆。由高强度钢制成。它们有不同的类型：

机械 - 眼镜；
滚筒;
液压补偿器。

机械推杆和凸轮轴凸角之间的热间隙是手动调节的。液压补偿器或液压挺杆自动保持所需间隙，无需调整。

摇臂或杠杆. 一个简单的摇杆是一个执行摇摆运动的两臂杠杆。在不同的布局中，摇臂的工作方式可能不同。
可变气门正时系统. 这些系统并非安装在所有发动机上。有关设备和 CVVT 工作原理的更多详细信息，请参阅我们网站上的另一篇文章。

时间说明

气体分配机构的运行很难与发动机的运行循环分开考虑。它的主要任务是在一定的时间内及时打开和关闭阀门。因此，在进气冲程，进气口打开，在排气冲程，排气口打开。也就是说，事实上，该机构必须执行计算的气门正时。

从技术上讲，它是这样的：

曲轴通过驱动器将扭矩传递到凸轮轴。
凸轮轴凸轮压在推杆或摇杆上。
阀门在燃烧室内移动，允许接触新鲜的进气或废气。
凸轮经过活动阶段后，阀门在弹簧的作用下返回原位。

还应该注意的是，对于一个完整的循环，凸轮轴旋转 2 圈，根据它们的工作顺序交替打开每个气缸上的气门。即，例如在1-3-4-2运行方案中，第一个气缸上的进气门和第四个气缸上的排气门将同时打开。在第二个和第三个阀门将被关闭。

配气机构的种类

引擎可能有不同的时序方案。考虑以下分类。

按凸轮轴位置

有两种类型的凸轮轴位置：

底部;
最佳。

在较低的位置，凸轮轴位于曲轴旁边的气缸体上。凸轮通过推动器产生的冲击力通过特殊的杆传递到摇臂。这些长杆将底部的推杆连接到顶部的摇臂。较低的位置不被认为是最成功的，但有其优势。特别是凸轮轴和曲轴之间的连接更加可靠。现代发动机中不使用这种类型的设备。

在顶部位置，凸轮轴位于气缸盖中，就在气门上方。在此位置，可以实施多种影响阀门的选项：使用摇杆推动器或杠杆。这种设计更简单、更可靠、更紧凑。凸轮轴的上部位置变得更加普遍。

按凸轮轴数量

直列式发动机可以配备一个或两个凸轮轴。带有单凸轮轴的发动机用缩写表示 SOHC（单顶置凸轮轴），并带有两个 - DOHC（双顶置凸轮轴）。一根轴负责打开进气门，另一根轴负责排气。 V 型发动机使用四个凸轮轴，每排气缸两个。

按阀门数量

凸轮轴的形状和凸轮的数量将取决于每个气缸的气门数量。可能有两个、三个、四个或五个阀门。

最简单的选择是使用两个阀门：一个用于进气，另一个用于排气。三气门发动机有两个进气门和一个排气门。在有四个阀门的版本中：两个进气和两个排气。五个阀门：三个用于进气，两个用于排气。进气门越多，进入燃烧室的空气燃料混合物就越多。因此，增加了发动机的功率和动力。使超过五个将不允许燃烧室的尺寸和凸轮轴的形状。最常用的每缸四气门。

驱动类型

凸轮轴驱动器分为三种类型：

齿轮. 仅当凸轮轴位于气缸体的下部位置时，此驱动选项才可用。曲轴和凸轮轴由齿轮驱动。这种单元的主要优点是可靠性。当凸轮轴在气缸盖的顶部位置时，链传动和皮带传动都使用。
链. 该驱动器被认为更可靠。但是链条的使用需要特殊的条件。为了抑制振动，安装了阻尼器，链条张力由张紧器调节。根据轴的数量，可以使用多个链条。
平均150-200万公里的链条资源就足够了。
链条传动的主要问题被认为是张紧器、阻尼器的故障或链条本身的断裂。在张力不足的情况下，链条在运行过程中可能会在齿间滑动，从而导致气门正时违规。
有助于自动调整链条张力 液压张紧器. 这些是压在所谓的鞋上的活塞。鞋子直接连接到链条上。这是一件带有特殊涂层的作品，呈弧形弯曲。液压张紧器内部有一个柱塞、一个弹簧和一个供油的工作腔。油进入张紧器并将气缸推到正确的高度。阀门关闭油道，活塞始终保持正确的链条张力，正时皮带中的液压补偿器的工作原理类似。链条减振器吸收没有被鞋子减振的残余振动。这保证了链传动的完美和精确操作。
最大的问题可能来自开路。
凸轮轴停止旋转，但曲轴继续旋转并移动活塞。活塞的底部到达阀盘，导致它们变形。在最严重的情况下，气缸体也可能损坏。为了防止这种情况发生，有时会使用双排链条。如果一个中断，另一个继续工作。驾驶员将能够纠正这种情况而不会产生任何后果。
腰带. 与链传动不同，皮带传动不需要润滑。
该带的资源也有限，平均为60-80万公里。
齿形带用于更好的抓地力和可靠性。这个比较简单。发动机运转时皮带断裂会产生与链条断裂相同的后果。皮带传动的主要优点是易于操作和更换，成本低且运行安静。

发动机的运行、动力和功率取决于整个气体分配机构的正常运行。气缸的数量和体积越大，同步装置就越复杂。每个驾驶员都必须了解机制的结构，以便及时发现故障。