零件装配与结构组成
柴油机配气机构的布置形式及结构示意图
根据柴油发电机的种类和气门配置位置的不同，配气机构也不同。四冲程柴油发电机有侧置式（也叫直立式）和顶置式（也叫倒立式）配气机构。配气机构的要求是结构参数和形式有利于减少进气和排气阻力，而且进、排气门的开启时刻和延续的开启时间比较适当，使进气和排气都尽可能充分，以得到较大的功率转矩和排放性能。
一、配气机构的形式分类
配气机构（如图1所示）的功能是按照柴油发电机工作循环的要求，保证混合气（或新鲜空气）及时充入汽缸，在压缩和膨胀过程中，维持燃烧室的密封，并及时排出燃烧后的废气。这一任务，在四冲程柴油发电机中，是通过适时地打开和关闭进、排气门来实现的（工作过程如图2所示）。
图1 柴油发电机配气结构三维图
柴油机配气机构工作过程
1、按气门位置
按气门位置分，有顶置式和侧置式两种配气机构，如图3所示。侧置式配气机构因充气效率低已被淘汰。
2、按凸轮轴位置
按凸轮轴位置分，有凸轮轴下置、中置和上置配气机
3、按传动方式及气门数分类
按凸轮轴传动方式分，有齿轮传动、同步带传动和链传动配气机构。
4、按气门数分
有每缸两气门式、三气门式、四气门式或五气门式（两根凸轮轴，一根为进气凸轮轴，另一根为排气凸轮轴）配气机构等。当采用四气门时，气门排列有以下两种方案：
① 同名气门排成两列
如图4（a）所示，同名气门排成两列，由一根凸轮轴上的凸轮通过t形杆同时驱动两同名气门。由于两气门在气道中的位置不同，导致工作效果有一定的差异。
② 同名气门排成一列
如图4（b）所示，同名气门排成一列，由两根凸轮轴上的凸轮分别驱动。其结构较复杂。
图3 配气机构布置形式
图4 柴油机四气门排列方案
二、充气效率
为了保证柴油机每个气缸进气充分、排气彻底，要求气门具有尽可能大的通过能力。新鲜空气或可燃混合气被吸进气缸越多，则柴油机发出的功率就越大。新鲜空气或可燃混合气充满气缸的程度，用充气效率py来表示。所谓充气效率就是指在进气过程中，实际进入气缸的新鲜空气或可燃混合气的质量与在理想状态下完全充满气缸工作容积的新鲜空气或可燃混合气的质量之比。
1、充气效率公式
ηv=m/m0
式中，m——为进气过程中，实际充入气缸的新鲜空气或可燃混合气的质量；
m0——为理想状态下，完全充满气缸工作容积的新鲜空气或可燃混合气的质量。
ηv——充气效率，是衡量柴油机换气质量的参数。
充气效率越高，表明进入气缸内的新鲜空气或可燃混合气的质量越多，可燃混合气燃烧时可能放出的热量越大，柴油机发出的功率也越大。对一定工作容积的柴油机而言，充气效率与进气终了时气缸内的压力和温度有关。此时压力越高，温度越低，则一定容积的气体质量就越大，因而充气效率越高。由于进气系统对气流的阻力造成进气终了时缸内气体压力降低，又由于上一循环中残留在气缸内的高温废气，以及燃烧室、活塞顶、气门等高温零件对进入气缸内的新鲜气体加热，使进气终了时气体的温度升高，实际充入气缸的新鲜气体的质量总是小于在理想状态下充满气缸工作容积的新鲜气体的质量，即充气效率总是小于1，通常为0.80~0.90。因此对配气机构而言，要求其结构有利于减小进气和排气的阻力，进、排气门的开启时刻和开启持续的时间应适当，使进气和排气过程尽可能充分，使充气效率得以提高。
2、影响充量系数的因素
由充气效率的计算式可知：随进气终了压力提高，充量效率提高。因为在气缸容积、进气终了温度和残余废气量一定时，进气终了压力越高，缸内气体的密度越大，意味着实际充气量(质量)越多。
在实际发动机工作中，进气终了压力受进气系统阻力的影响：进气系统的阻力越大，进气时引起的压力降就越大，进气终了的压力越低。进气时的压力降低值△p表明进气系统的阻力主要取决于进气系统阻力系数和进气流速。
进气系统阻力系数取决于进气系统的结构，等于各段进气通道阻力系数的总和，包括空气滤清器、进气管、进气道及进气门等。流通截面越小，截面变化越突然，转弯越急，表面越粗糙，阻力系数越大。在使用中，进气管、进气门等的结构都是不可改变的，仅应注意空气滤清器的维护，以保证良好的滤清效果和较小的进气阻力。
此外，在汽油机上，进入气缸的是空气和燃油的混合气，负荷的调节是通过改变节气门的开度，控制进入气缸的混合气量来实现的。在使用中，当汽油机的负荷减小时，节气门开度减小，阻力系数增加，进气阻力增大，进气终了压力降低，充气效率下降，如图5、图6所示。对柴油机而言，负荷的调节是通过改变喷油量来实现的，负荷变化对进入气缸的空气量基本没有影响，所以进气终了压力和充气效率与负荷无关。
图5 充气效率下降曲线图
图6 节气门开度与进气阻力关系曲线图
三、气门式配气结构的特点
现代发动机通常采用气门式配气机构，它主要由气门组和气门传动组组成。气门组主要包括气门、气门座、气门弹簧、气门导管及锁片等零件。气门传动组视配气机构的结构形式不同而异，主要包括凸轮轴、挺柱、推杆及摇臂等零件。
1．侧置式配气机构
（1）安装位置
侧置式配气机构装在汽缸的一侧。
它主要由进气门、排气门、气门弹簧、气门推杆、凸轮轴及正时齿轮等机件组成。侧置式气门置于缸体内，如图7（a）所示。柴油柴油机没有摇臂，直接被凸轮轴驱动，如图7（b）所示。
（2）工作过程
凸轮轴齿轮和曲轴齿轮按一定的记号啮合在一起，以便使气门的开、闭时机和柴油发电机的各行程相配合。当曲轴转动时，经正时齿轮带动凸轮轴转动，凸轮轴上的凸轮凸尖顶到推杆时，推杆上升，将气门顶开，同时气门弹簧被压缩。当凸轮凸尖转至离开推杆时，在气门弹簧张力的作用下，气门迅速下落，使气门关闭。
（3）特点优势
侧置式配气机构的优点是结构简单，易形成压缩涡流，在小型内燃发电机组上使用较多。
缺点是所形成的燃烧室不够紧凑，抗爆性差，热量损失较多，进、排气阻力也较大，hc排放高，这种配气技术目前使用较少。
2．顶置式配气机构
气门顶置式是目前应用最广泛的一种配气机构型式 。进气门和排气门都倒挂在气缸盖上。气门组包括气门、气门导管、气门座、弹簧座、气门弹簧、锁片等零件；气门传动组一般由摇臂、摇臂轴、推杆、挺柱、凸轮轴和正时齿轮组成。
（1）安装位置
顶置式配气机构装在汽缸盖上。它的机件除有气门、气门弹簧、气门推杆、凸轮轴外，还有挺杆、摇臂等零件，其结构如图8左图所示。因其气门顶朝下配置，故又叫倒立式配气机构。
（2）工作过程
顶置式配气机构的工作过程：当凸轮轴转动时，凸轮凸尖顶起推杆和挺杆，挺杆顶摇臂的一端，使摇臂绕轴转动，摇臂的另一端顶在气门脚上把气门顶开，在顶开气门的同时，弹簧被压缩。当凸轮凸尖转过时，气门在弹簧弹力的作用下关闭，摇臂和挺杆也恢复到原来位置。如图8右图所示，顶置式气门柴油柴油机的气门位于汽缸盖内活塞的顶部。
（3）特点优势
顶置式配气机构的优点是：能形成较紧凑的燃烧室，减少进、排气阻力，气门间隙调节也方便，由于进、排气门的顶部刚好对着活塞顶，所以不需要再增设气门开启的空隙，燃烧室可以设计得很小，保证在压缩比很好的情况下，汽缸的高度可以适当降低，减小了柴油柴油机的体积。所以，柴油机大都采用顶置式配气机构。顶置式配气机构的主要缺点是结构较复杂。
图7 侧置式配气机构结构图
图8 顶置式配气机构结构图
