3.2 氣門傳動(dòng)組

3.2.1 凸輪軸

1.凸輪軸的構(gòu)造及分類

凸輪軸由凸輪、凸輪軸頸及軸等組成，如圖3-15所示。凸輪可以分為進(jìn)氣凸輪和排氣凸輪，分別用來驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣門和排氣門的開啟和關(guān)閉。軸頸主要用于支承并裝配凸輪軸在氣缸體（或氣缸蓋）上。在四沖程柴油機(jī)中，凸輪軸上安裝有各缸的進(jìn)、排氣凸輪，有的還裝有空氣分配器凸輪；在二沖程柴油機(jī)中，除直流掃氣式柴油機(jī)凸輪軸上裝有排氣凸輪外，一般只裝有噴油泵凸輪和示功器凸輪，有的也裝有空氣分配器凸輪和帶動(dòng)調(diào)速器等各附件的傳動(dòng)輪；而某些汽油機(jī)上則裝有汽油泵驅(qū)動(dòng)凸輪及驅(qū)動(dòng)機(jī)油泵和分電器的螺旋齒輪，如圖3-15所示。這些凸輪按照一定的順序和角度排列。

由于凸輪軸凸輪在工作過程中不斷受到氣門間歇性開啟的反作用于挺柱的周期性沖擊載荷與摩擦，因此要求凸輪的工作表面必須具有較高的耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，同時(shí)要求凸輪軸要求具有足夠的韌性和剛度，以便能承受沖擊負(fù)荷，使受力后變形較小。大部分凸輪軸采用優(yōu)質(zhì)鋼模鍛而成，有些也采用球墨鑄鐵、合金鑄鐵鑄造而成，對(duì)凸輪和軸頸的工作表面經(jīng)過熱處理后精磨，以提高其耐磨性。

圖3-15 四缸四沖程汽油機(jī)凸輪軸結(jié)構(gòu)

a）發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸 b）各凸輪的相對(duì)角位置 c）進(jìn)（排）氣凸輪投影 1—凸輪 2—凸輪軸軸頸 3—驅(qū)動(dòng)汽油泵的偏心輪 4—驅(qū)動(dòng)機(jī)油泵和分電器的螺旋齒輪

圖3-16 凸輪在凸輪軸上的安裝

a）無鍵連接 b）鍵連接 c）組合凸輪

凸輪軸的結(jié)構(gòu)可以分為整體式和組合式兩大類。整體式凸輪軸（圖3-15）是將凸輪與軸本體鍛成或鑄成一體，在汽油機(jī)和小型柴油機(jī)上應(yīng)用非常廣泛。組合式凸輪軸（圖3-16c）是將凸輪與軸分開制造，然后根據(jù)正時(shí)要求將凸輪緊固于軸上，而較長(zhǎng)的凸輪軸本體也常分為多段制造，然后用螺栓等連接起來。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是制造方便，凸輪損壞時(shí)可單獨(dú)更換；某些凸輪軸采用中空形式，可以減輕凸輪軸的質(zhì)量；凸輪和凸輪軸的材料可以采用任意的組合，有助于提高凸輪的接觸強(qiáng)度。但整體式凸輪裝配難度大，工藝復(fù)雜，僅在某些特定發(fā)動(dòng)機(jī)上采用。凸輪可以制成整體的，也可以做成組合式的。凸輪在軸上的安裝方法分無鍵連接和有鍵連接兩種，如圖3-16所示。

2.凸輪輪廓的確定

凸輪輪廓的形狀應(yīng)該能保證氣門開閉的持續(xù)時(shí)間符合配氣相位的要求，并使氣門有合適的升程及升降過程的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

每種型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪具有不同的輪廓形狀。如圖3-17所示的凸輪輪廓中，整個(gè)輪廓由凸頂、凸根、打開凸面以及關(guān)閉凸面組成。凸輪軸升程是指從基圓直徑往上凸輪能達(dá)到的高度。它決定了氣門的升程大小。凸輪的頂部稱作凸頂，它的長(zhǎng)度決定了氣門將在完全打開的位置保持多長(zhǎng)時(shí)間。凸頂可能有多種不同的輪廓形狀，這取決于氣門需在完全打開的位置保持多久。凸根是指凸輪軸外形的底部部分，當(dāng)挺柱或氣門在凸根部分移動(dòng)時(shí)，氣門處于完全關(guān)閉狀態(tài)。凸輪的這些外形特征決定了氣門開閉過程的具體特性——時(shí)間和速度。

圖3-17 凸輪的輪廓及確定

3.凸輪在凸輪軸上的相對(duì)角位置及確定

同一氣缸的進(jìn)、排氣凸輪的相對(duì)角位置是與既定的配氣相位相適應(yīng)的。發(fā)動(dòng)機(jī)各缸的進(jìn)、排氣凸輪的相對(duì)角位置應(yīng)符合發(fā)動(dòng)機(jī)各缸的點(diǎn)火順序和點(diǎn)火間隔時(shí)間的要求。因此，必須根據(jù)凸輪軸的旋轉(zhuǎn)方向以及各缸進(jìn)、排氣和凸輪的工作順序，來判定發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火次序。對(duì)于四缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)來說，每完成一個(gè)工作循環(huán)，曲軸旋轉(zhuǎn)兩周而凸輪軸旋轉(zhuǎn)一周，各氣缸分別進(jìn)行一次進(jìn)氣和一次排氣，且進(jìn)氣與排氣時(shí)間間隔相等，即各缸進(jìn)氣或者排氣凸輪彼此間的夾角為360°/4=90°，如圖3-15c所示，發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸旋轉(zhuǎn)方向（從前端向后看）為逆時(shí)針，可以確定該發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火順序?yàn)?—2—4—3；而對(duì)于六缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)來說，每完成一個(gè)工作循環(huán)，曲軸旋轉(zhuǎn)兩周而凸輪軸旋轉(zhuǎn)一周，各氣缸分別進(jìn)行一次進(jìn)氣和一次排氣，且各缸進(jìn)氣和排氣間隔時(shí)間相等，所以各缸進(jìn)氣和排氣凸輪彼此間的夾角為360°/6=60°，如圖3-18所示。同樣，如其轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，該發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火順序可以確定為1—5—3—6—2—4。

圖3-18 六缸發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸及其進(jìn)排氣凸輪投影

1—凸輪 2—凸輪軸軸頸 3—驅(qū)動(dòng)汽油泵的偏心輪 4—驅(qū)動(dòng)分電器等的螺旋齒輪