配氣正時(shí)對發(fā)動機(jī)工作的影響

摘 要：發(fā)動機(jī)是把燃料燃燒的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，廣泛應(yīng)用于各類交通工具中，為它們提供所需的動力。配氣機(jī)構(gòu)作為發(fā)動機(jī)的氣體輸送裝置，起著非常重要的作用，而配氣正時(shí)正確與否，對發(fā)動機(jī)整體的性能有很大影響，配氣正時(shí)也即發(fā)動機(jī)在實(shí)際工作過程中應(yīng)遵循的時(shí)刻，可以用配氣相位來表示。

關(guān)鍵詞：配氣機(jī)構(gòu)；發(fā)動機(jī)；工作行程；配氣相位；影響

四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)在四個(gè)活塞行程內(nèi)完成進(jìn)氣、壓縮、作功和排氣等四個(gè)過程，即在一個(gè)活塞行程內(nèi)只進(jìn)行一個(gè)過程。

（1）進(jìn)氣行程

活塞在曲軸的帶動下由上止點(diǎn)移至下止點(diǎn)。此時(shí)排氣門關(guān)閉，進(jìn)氣門開啟。在活塞移動過程中，氣缸容積逐漸增大，氣缸內(nèi)形成一定的真空度。空氣和汽油的混合物通過進(jìn)氣門被吸入氣缸，并在氣缸內(nèi)進(jìn)一步混合形成可燃混合氣。

（2）壓縮行程

進(jìn)氣行程結(jié)束后，曲軸繼續(xù)帶動活塞由下止點(diǎn)移至上止點(diǎn)。這時(shí)，進(jìn)、排氣門均關(guān)閉。隨著活塞移動，氣缸容積不斷減小，氣缸內(nèi)的混合氣被壓縮，其壓力和溫度同時(shí)升高。

（3）作功行程

壓縮行程結(jié)束時(shí)，安裝在氣缸蓋上的火花塞產(chǎn)生電火花，將氣缸內(nèi)的可燃混合氣點(diǎn)燃，火焰迅速傳遍整個(gè)燃燒室，同時(shí)放出大量的熱能。燃燒氣體的體積急劇膨脹，壓力和溫度迅速升高。在氣體壓力的作用下，活塞由上止點(diǎn)移至下止點(diǎn)，并通過連桿推動曲軸旋轉(zhuǎn)作功。這時(shí)，進(jìn)、排氣門仍舊關(guān)閉。

（4）排氣行程

排氣行程開始，排氣門開啟，進(jìn)氣門仍然關(guān)閉，曲軸通過連桿帶動活塞由下止點(diǎn)移至上止點(diǎn)，此時(shí)膨脹過后的燃燒氣體（或稱廢氣）在其自身剩余壓力和在活塞的推動下，經(jīng)排氣門排出氣缸之外。當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，排氣行程結(jié)束，排氣門關(guān)閉。

配氣機(jī)構(gòu)的作用是按照發(fā)動機(jī)每個(gè)氣缸內(nèi)所進(jìn)行的工作循環(huán)和發(fā)火次序的要求，定時(shí)開啟和關(guān)閉氣缸的進(jìn)、排氣門，使新鮮可燃混合氣（汽油機(jī)）或空氣（柴油機(jī)）得以及時(shí)進(jìn)入氣缸，廢氣得以及時(shí)從氣缸排出。配氣機(jī)構(gòu)是由氣門組和氣門傳動組兩部分組成，氣門組包括氣門、氣門座圈、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧、氣門彈簧座和鎖片；氣門傳動組包括凸輪軸、挺柱、氣門推桿和搖臂。配氣正時(shí)也即發(fā)動機(jī)在實(shí)際工作過程中遵循的時(shí)刻，可以用配氣相位來表示。配氣相位是用曲軸轉(zhuǎn)角表示的進(jìn)、排氣門的開啟時(shí)刻和開啟延續(xù)時(shí)間。配氣相位包括進(jìn)氣提前角、進(jìn)氣遲后角、排氣提前角和排氣遲后角。

我們已經(jīng)知道了配氣相位中的四個(gè)角了——進(jìn)氣提前角、進(jìn)氣遲后角、排氣提前角、排氣遲后角，那么它們對發(fā)動機(jī)的工作又有哪些影響呢？

（1）進(jìn)氣提前角對發(fā)動機(jī)工作的影響

從進(jìn)氣門開啟到關(guān)閉，發(fā)動機(jī)吸入新鮮充量的整個(gè)過程稱為進(jìn)氣過程。為了增加進(jìn)氣量，使新鮮氣更順利地進(jìn)入氣缸，盡可能增大進(jìn)氣截面積，減少進(jìn)氣抽吸功，進(jìn)氣門在上止點(diǎn)前、排氣尚未結(jié)束時(shí)就開啟。進(jìn)氣門提前開啟的角度稱為進(jìn)氣提前角，一般在上止點(diǎn)前10°～30°之間。

盡管進(jìn)氣門提前開啟，新鮮充量的真正吸入還是要等到氣缸內(nèi)殘余廢氣膨脹，壓力降至低于進(jìn)氣壓力后才開始。活塞在由上止點(diǎn)向下運(yùn)動一定角度后速度增加，而此時(shí)氣門開啟還不夠充分，缸內(nèi)的壓力迅速降低，這為新鮮充量的順利流入創(chuàng)造了條件。隨著進(jìn)氣門流通面積的加大，以及較高的進(jìn)氣流速，進(jìn)入氣缸的新鮮充量不斷增加，再加上燃燒室表面和殘余廢氣對新鮮充量的加熱作用，氣缸壓力逐漸升高。

進(jìn)氣階段結(jié)束后，活塞由上止點(diǎn)開始下行。初期，由于氣缸內(nèi)殘余廢氣壓力仍高于大氣壓力，新氣不能充入氣缸，只有當(dāng)殘余廢氣膨脹到壓力低于大氣壓力后，新氣才被吸入氣缸。由于氣門提前開啟，此時(shí)進(jìn)氣通道截面已經(jīng)開啟較大，保證大量新氣進(jìn)入氣缸。這樣就使得有足夠的混合氣。

（2）進(jìn)氣遲后角對發(fā)動機(jī)工作的影響

活塞到達(dá)下止點(diǎn)時(shí)，進(jìn)氣門并未馬上關(guān)閉，而是推遲到下止點(diǎn)后某一曲軸轉(zhuǎn)角才關(guān)閉，這個(gè)滯后角度稱為進(jìn)氣門遲后角。在這段曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)，活塞雖然已經(jīng)上行，但進(jìn)氣系統(tǒng)向缸內(nèi)充氣的氣流速度依然較高，進(jìn)氣門遲閉正是利用了在進(jìn)氣過程中形成的氣流慣性，實(shí)現(xiàn)向氣缸的過后充氣，增加缸內(nèi)充氣量。這樣，有可能使得進(jìn)氣過程終了時(shí)，缸內(nèi)壓力等于或略高于進(jìn)氣管壓力。發(fā)動機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)氣流速高，慣性大，進(jìn)氣門遲后角應(yīng)相應(yīng)增大一些。為了利用這種高速進(jìn)氣流的慣性，增加充氣量，減少功耗，就使得氣缸在活塞運(yùn)行到下止點(diǎn)后才完全關(guān)閉進(jìn)氣門。

盡管利用過后充氣可以有效地增加進(jìn)入氣缸的空氣量，但過大的進(jìn)氣門遲后角，會使得在低速時(shí)發(fā)生缸內(nèi)氣流倒流進(jìn)入進(jìn)氣管的現(xiàn)象，也會影響有效壓縮比，從而影響壓縮終了溫度，使發(fā)動機(jī)的冷起動困難。因此，合理的配氣相位是十分重要的。

在保證了有效的充氣量之后，我們才可以根據(jù)發(fā)動機(jī)的各種工況來真正的確定氣缸內(nèi)的進(jìn)氣量，我們才好有效的控制進(jìn)氣門提前、遲后的角度。

（3）排氣提前角對發(fā)動機(jī)工作的影響

由于受配氣機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動規(guī)律的限制，排氣門不可能瞬時(shí)完全打開，氣門開啟有一個(gè)過程，其流通截面只能逐漸增加到最大；在排氣門開啟的最初一段時(shí)間內(nèi)，排氣流通截面積很小，廢氣排出的流量小。如果排氣門剛好在膨脹行程的下止點(diǎn)才開始打開，氣門升程小，排氣流通截面積小，排氣不暢，氣缸壓力下降遲緩，活塞在向上止點(diǎn)運(yùn)動強(qiáng)制排氣時(shí)，將大大增加排氣沖程的活塞推出功。所以發(fā)動機(jī)的排氣門都在膨脹行程到達(dá)下止點(diǎn)前的某一曲軸轉(zhuǎn)角位置提前開啟，這一角度稱為排氣提前角。

從排氣門打開到排氣下止點(diǎn)這段曲軸轉(zhuǎn)角內(nèi)，缸內(nèi)氣體壓力高于排氣管內(nèi)的排氣背壓，缸內(nèi)氣體一邊對活塞做功，一邊可以自動地排出缸外，稱為自由排氣階段。活塞經(jīng)過下止點(diǎn)后向上止點(diǎn)運(yùn)動，活塞推動缸內(nèi)氣體，強(qiáng)制排出機(jī)外。從下止點(diǎn)到上止點(diǎn)的排氣過程又稱為強(qiáng)制排氣過程。強(qiáng)制排氣過程需要消耗發(fā)動機(jī)的有效功。隨著廢氣大量流出，氣缸內(nèi)壓力迅速下降，到某一時(shí)刻氣缸內(nèi)和排氣管內(nèi)壓力相等，自由排氣階段結(jié)束，但為了使氣缸內(nèi)廢氣及時(shí)排出，應(yīng)該加大排氣提前角。

（4）排氣遲后角對發(fā)動機(jī)工作的影響

發(fā)動機(jī)的排氣門也不是在活塞的排氣上止點(diǎn)關(guān)閉的，而是有一個(gè)滯后角。一方面可以避免因排氣流動截面積過早減小而造成的排氣阻力的增加，使活塞強(qiáng)制排氣所消耗的推出功與缸內(nèi)的殘余廢氣量增加；另一方面還可以利用排氣管內(nèi)氣體流動的慣性從氣缸內(nèi)抽吸一部分廢氣，實(shí)現(xiàn)過后排氣。排氣門在上止點(diǎn)后關(guān)閉的角度，叫排氣門遲后角。

隨著活塞向下止點(diǎn)移動，氣缸內(nèi)壓力不斷降低，在排氣接近終了時(shí)，在上止點(diǎn)附近，廢氣尚有一定的流動能量，可利用氣流的慣性進(jìn)一步排氣。同時(shí)，如果排氣門在上止點(diǎn)時(shí)關(guān)閉，在上止點(diǎn)之前它就要開始關(guān)小，產(chǎn)生較大節(jié)流作用，此時(shí)活塞還在向上運(yùn)動，致使氣缸內(nèi)壓力上升，結(jié)果排氣消耗的功和殘余廢氣量就會增加，因此，排氣門要在活塞過了上止點(diǎn)后才關(guān)閉。這樣就保證了排氣的充分。

總之，理想的配氣相位和升程規(guī)律，應(yīng)當(dāng)根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)工況及時(shí)的作出調(diào)整，氣門驅(qū)動結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的靈活性。

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