内燃机配气机构设计

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1、1内燃机及其配气机构的简介1.1内燃机的发展简史人类的发展都是一步一步走过来，纵观整个机械动力机构和能源动力机构的发展路程，首先是先有蒸汽机的出现，虽然蒸汽机在1763年被英国人詹姆斯·瓦特一再改良过，在那个年代一台改良过的蒸汽在动力实际生活中能够普遍使用，一度引起一波工业革命的浪潮。但可惜的是，我们在书中的例图介绍也可以看出，蒸汽机的机械机构实在笨重。在实际使用中热效率也不够高，几乎满足不了工业发展的效率，移动不方便及操作麻烦等缺点，因此蒸汽机慢慢退出了生产发展的圈子。直到1876年在德国首先出现了世界

2、第一台按等容燃烧，用电火花点火的四冲程煤气机（内燃机），其功率为4马力，压缩比为2.5，这种发动机的热效率比之前的蒸汽机和其他发动机的热效率提高到了14%。但是，由于当时代获取气体燃料的渠道和方法不够成熟，导致了煤气燃料来源不足，而煤气机的工作是必须使用气体燃料，这样就导致了煤气机很难再进一步发展。1885年到1886年间，在德国出现了第一台汽油机和第一辆使用汽油机驱动的汽车，汽油机的出现是仿照四冲程煤气机的工作原理制作的。基于汽油机的机构中使用的材料较轻，做到了精细价廉，运作平稳及起动、使用简便等优点，

3、所以很快，人们都青睐于这种内燃机。随着时间的推移和技术进一步的发展，到1890年在英国，一个主要由英国的克拉克和罗伯逊、德国的卡尔·奔驰组成的团队最后发明了二冲程内燃机。二冲程内燃机与之前的四冲程内燃机相比较，其具有较高的单位容积功率和相对均匀的扭矩，加之机械结构简单、使用维修方便。一个产品不可能达到完美的，二冲程内燃机在工作中使用到的燃油和润滑油都比较高，同时冷却相对困难和耐用性未能达到预期效益。二冲程内燃机和四冲程内燃机在现代工业和交通的不同领域中都起到不可或缺的作用。为达到经济与生产效益化，为使发动

4、机工作的时候使用的燃料更加廉价和有效工作。德国工程师在1892年提出的柴油机工作原理，经过5年的研究和实验，终于在1897年研制出第一台等压燃烧的柴油机。随着对发动机有更高的工作环境要求和更高速的追求，科学家们不断创新，不断加入一些辅助机构使得发动机趋向完美。例如加入机械喷射装置和废气涡轮增压技术，到了1925年，瑞士工程师艾尔弗雷德·比希提出的“脉冲增压”，接着在四冲程柴油机中被广泛引用，随后在1942年船用二冲程柴油机和一些低速的柴油机也开始采用废气涡轮增压技术，使得柴油机的平均有效压力在一个较高的水

5、平工作。近代的内燃机内燃机发展和创新研究更趋向于接近对大气的零污染和更高效，内燃机还在不断发展当中。1.2配气机构的简单概述配气机构在内燃机中一直扮演着非常重要的角色。它的工作功能看上去似乎是简单的换气功能，即根据不同的设计要求，气缸中活塞不同的工作顺序，定时地安排进气门与排气门的开启与关闭时间，从而保证气缸中能够持续保持吸入新鲜的空气和更高效地排出燃烧后的废气。配气机构的整体设计紧紧与一台发动机的经济性优越性是否能体现出来，高强度的动力性能能否体现出来和工作的可靠性和降噪降振性能是否优越是相关在一起的，

6、整体比喻就是一个人的运动与健康和肺部的相连关系。配气机构设计的好与坏，不单单关乎到内燃机的结构紧凑性和制造，使用的成本，更重要的是直接影响到运转时对柴油机的工作可靠性和耐久性。柴油机的性能指标是否优越是直接指向配气机构设计的好与坏的。在内燃机的设计中，通常用充量系数来表示新鲜空气或燃气充满气缸的程度。充量系数与进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量、发动机发出的功率成正比关系。同时，压力和温度会影响气体的质量，压力越高的时候，温度就越低，一定容积内的气体质量就越大，所以充量系数就会越高。而在实际的工作环境

7、中，温度和压力都存在不稳定和不利因素，所以充量系数通常都会小于1，通常情况都在0.8-0.9之间。配气机构的结构设计来说，主要的设计要求是机构的设计有利于减少进气和排气的阻力，使得空气或废气能够更充分地进入气缸或排出气缸。同时需要保证一个开启时间和持续开启时间在合理的范围内。一般而言，设计合理的配气机构应具有良好的换气性能，进排气都是合理高效的，如进气及时和高效，排气瞬速和彻底，用来表示这一性能的叫做时间-断面值，一般都需要具有较大的时间-断面值，泵气进气损失低，配气正时合适。并且良好的配气机构必须具备良

8、好的动力性能，尽量在保持高效运作的同时，做到平稳，低噪低振，这样的工作要求关乎到配气机构的从动件具有良好的加速度和合理的运动规律，通常不能太大的正加速度或负加速度。所以在配气机构设计中，凸轮的设计和其运动规律可以说是，气门动作是否合理的关键所在。一般的凸轮设计要重点关注内燃机的工况转速，性能要求等。配气机构的结构样式是十分多种的，目前四冲程内燃机普遍使用气门式配气机构。从气门的放置位置又可分为侧置气门式和顶置气门式。而侧置气门