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发动机的气门正时是指气门开启时间对应的曲轴转角,包括进气门和排气门。气门正时的角度包括进气提前角、进气滞后角、排气提前角、排气延迟角等。
目前发动机高速运转,比如每分钟6000转/分,换算成秒就是100转/秒。曲轴转一圈,活塞做两个冲程,那么一个冲程需要0.02秒,经过的时间很短。因此,发动机中使用延迟关闭气门和提前打开气门的方法。
气门正时的角度我们用曲轴角度的圆图来表示气门正时,如下图所示。图中上止点是活塞运行到气缸顶部的位置,下止点是活塞下降的最低位置,离曲轴最近。活塞从上止点到下止点的距离完成一个冲程。比如进气冲程,活塞从上止点运动到下止点,进气门开启这么长时间。
气门由凸轮轴或摇臂驱动,气门的实际开启时间由凸轮轴的形状和轮廓以及配气机构各部分的配合决定。发动机在使用过程中,由于零件磨损、装配工艺不良、零件质量不佳等原因,会使配气相位的参数产生偏差。在发动机中,凸轮轴位置传感器用于检测凸轮轴的旋转角度。这个信号叫做G信号。如果G信号偏差过大,输出气门正时会不准确。可能的原因是正时链条被拉长了。
从上图我们知道,进气门不只是在活塞运行到上止点时才开启,还会提前开启,也就是说,进气门在活塞到达上止点前的某个位置开启。我们把进气门提前开启的时间和活塞在上止点的时间,与曲轴对应的角度称为进气提前角,简称A。当活塞运行到下止点时,进气门没有关闭。虽然发动机的燃烧已经进入压缩冲程,但此时进气门的关闭会稍晚一些。进气延迟关闭时间与活塞运行到下止点的曲轴转角之差称为进气滞后角,简称B。
当发动机经历了进气、压缩和做功冲程后,就到了排气冲程。从上图可以看出,根据上面类似的分析方法,可以知道排气门应该提前开启,这个角度就是排气提前角R;在排气冲程结束时,排气门延迟关闭一段时间,称为排气延迟角,因为废气必须排出。
从上图可以发现一个很有意思的现象,就是由于进气门提前开启,排气门延迟关闭,这两个气门会同时一起开启。有人会问:刚进的新鲜混合气在带排气阀的排气管里不会燃烧吗?还是应该把本该排除的废气流回进气管燃烧?其实通过分析可以知道,这种影响是可以忽略的,因为新进入的混合气是以涡轮旋转的方式进入燃烧室的,而且还可以增加缸内压力,有利于排气。
气门正时的影响进气提前角的影响进气提前角通常在上止点前大约10-30度。在排气冲程中,大部分时间,由于缸内残余气体压力仍大于大气压力,新鲜混合气无法进入缸内。只有当排气压力低时,混合气才能进入。此时,如果进气门的开度足够大,可以保证多一点的空燃混合气进入燃烧。进入的空气燃料混合物越多,火花塞在点燃气体时产生的能量就越多。
进气滞后角B的作用是发动机高转速时进气流速很快,可以充分利用后充气来增加进气量。但发动机低速时,缸内气流会回流到进气管,影响压缩冲程的温度和压力,使发动机冷启动困难。
排气提前角R的作用如果排气只在活塞下降到下止点时开启,由于气门开启行程小,排气流通面积小,排气不充分,会增加活塞排气到上止点时的阻力,排气提前角R可以减小这种影响。排气延迟角一方面可以减少因排气流通截面积减小而产生的排气阻力,减少活塞强制排气的推动功和缸内残留废气量。另一方面,利用排气管中的废气流,可以从气缸中吸出一部分废气,实现后排气。
概述:气门正时角包括气门提前角和气门滞后角。这些角度主要用于短时间内提高发动机性能,改善进排气效果。