四冲程配气机构传动方式

1.凸轮轴传动机构
  在四冲程发动机上，凸轮轴和气门的运动必须和活塞的位置互相匹配。凸轮轴传动机构的作用是使凸轮轴和气门正常工作。为了使配气机构正常工作，必须使凸轮轴的转速是曲轴转速的二分之一。所以凸轮轴的传动机构必须具有减速功能。
在顶置气门发动机上，凸轮轴布置在曲轴的侧面，所以凸轮的传动机构十分简单。这种发动机全都采用齿轮传动，并使凸轮轴的正时齿数比曲轴的正时齿数多一倍，在安装时，使二个正时齿轮按正时记号对准即可。
  在顶置凸轮轴和顶置双凸轮轴的发动机上，凸轮轴的传动机构久比较复杂，这二类发动机大都采用以下几种传动机构：①链条传动；②正时齿带；③伞齿轮传动④齿轮传动。在早期的摩托车上，大都使用链传动，链传动结构简单，只需要二个链轮和一个链条即可。链传动的优点是成本低，噪声小，布置自由度较大。当发动机的缸径和冲程发生变化时，链传动更改设计方便，容易适应发动机的结构变化。链传动的缺点是容易松弛，特别是高速时的问题更加突出。许多人都看到过摩托车的行驶照片，在这种照片上可以清楚看到，驱动后轮的链条在离心力的作用下产生很大的圆弧，而且圆弧部分的链条还不断地抖动。在凸轮轴上使用的链条速度更高，所以很难保证高速链传动的正确性。目前凸轮轴所使用的链条有了很大的改进，其中有些链条在18000r/min时也不产生弯曲变形。当然，关键问题是张紧机构。
  现在汽车发动机大都采用齿形带，齿形带传动噪声小，成本低。某些摩托车也装用了齿形带，例如杜卡迪摩托车等，但是为数不多。原因是齿形带不宜布置在机油过多的位置，这使横置直列4缸发动机很难布置齿形带。而且摩托车的转速大都超过10000r/min，在这种转速下，齿形带有各种问题有待解决，例如可靠性和摩擦阻力大等问题。
  伞齿轮传动的摩托车十分少，早期的杜卡迪摩托车使用过这种传动方式目前已经不再使用了。伞齿轮的优点是传动可靠，缺点是产生较大的轴向力。如果凸轮轴被轴向力推动方式轴向窜动，将使发动机工作不正常，所以必须采取限制措施加以控制，这将使结构复杂。此外伞齿轮传动摩擦损失大，布置空间大、重量重，这些都限制了它在摩托车上应用的可能性。
  齿轮传动在摩托车上应用个例子比较多。齿轮传动的优势是高速时传动正确，可靠性高，能连续长期地在高速条件下工作，摩擦损失也小。所以高速大排量摩托车大都采用齿轮传动。随着科学技术的进步，现在的齿轮已经相当的薄了。本田公司的许多摩托车采用了序列齿轮传动，在该公司内部，把这种机构叫做凸轮轴驱动系。
  相对来说，齿轮传动机构精度比较高，重量也比链传动重。此外齿轮传动的噪声非常大。为了降低齿轮传动的噪声，本田公司采用了无间隙齿轮传动。在二个齿轮啮合时，啮合齿之间都有一定的间隙。本田公司采用了一个非常薄的消除间隙齿轮，该齿轮齿数和被动齿轮齿数相同，这二个齿轮同时和主动齿轮啮合，并利用弹簧压力消除间隙转过一个角度，从而用二个被动齿轮的齿夹住主动齿轮，这样就消除了齿轮轮系的间隙，大幅度地降低了齿轮传动噪声。消除间隙齿轮传动的缺点是摩擦损失较大。赛车采用无间隙齿轮传动将增加摩擦损失，因此很少采用。
  齿轮传动的性能十分优越。但从普通摩托车似的实际行驶条件来考虑，链传动也能满足高性能摩托车的需要，所以也很难说链传动就不行。
2. 链传动
  链传动分为二种，即滚子链和无声链。滚子链使用范围较广，例如驱动后轮的就是滚子链。滚子链是由多个链节组成的，每个链节的侧面是链节片，中间是滚子，各个链节使用销子将其连接起来。滚子链的优点是摩擦损失小，但是噪声略微大一些。
  无声链的优点是噪声低。无声链的结构和滚子链相似，唯一的差别是每个链节上的链节片非常多，互相紧挨着布置在滚子上，无声链缺点是摩擦损失大。在凸轮轴传动机构上，大都采用无声链条，为了消除链条的松弛问题，必须采用可靠的张紧机构。为了降低链条和导板之间的摩擦力，用高温在导板内侧粘接上一层耐油耐高温的橡胶，从而使链条能轻快地滑过橡胶表面。
3. 中间减速齿轮传动
  在四冲程发动机上，凸轮轴转速必须等于曲轴转速的二分之一。在采用链传动时，凸轮轴链轮直径必须比曲轴链轮的直径大一倍。同样在使用齿轮传动时，凸轮轴齿轮的直径也必须比曲轴齿轮大一倍，因为中间的齿轮齿数与传动比无关。
在凸轮轴上布置了这么一个大的一个齿轮，将引起一系列问题。例如这将使汽缸盖尺寸变大，使发动机变重，使发动机重心变高，限制了车架布置的自由度，降低了摩托车的运动性能等。问题还不久如此，例如现代摩托车大都采用顶置双凸轮轴，气门夹角都比较小，在这种摩托车的汽缸盖上，二个凸轮轴需要二个大齿轮，很难能布置下。
  为了解决这个困难，某些摩托车采用了如下变通办法。首先利用曲轴驱动一个凸轮轴，当然这个凸轮轴的齿轮直径必须较大，然后在二个凸轮轴之间，使用齿轮传动和链传动，因为二个凸轮之间的传动比是，可以采用较小直径的齿轮和链轮。这种布置方法虽然解决了前述不能布置的困难，但是，在本已复杂的汽缸盖上又追加了新的装置，布置上的困难可想而知。此外，这种方法仍然使发动机过重。
  中间减速方法是一种较好的方法。这个方法即可以用链传动上，也可以用在齿轮传动上，下面以齿轮传动为例，讲解一下这种结构的原理。就是在曲轴与凸轮轴之间布置了一个中间减速轴，在中间减速轴上布置了而个齿轮，其中和曲轴齿轮啮合的齿轮齿数较多，该齿轮齿数比曲轴齿轮齿数多派一倍。所以中间轴的转速是曲轴转速的二分之一。此外，另一个小齿轮的齿数和凸轮轴齿轮齿数相等。利用这种方法，可以大幅度地减小凸轮轴齿轮的直径，有利于发动机的总布置。一部分本田公司的摩托车采用这种传动方法。
4.端面链传动方式
  在多缸发动机上，都有一个链条的布置位置问题。一般可把链条布置在二缸之间。这叫中间链传动，也可把链条布置在曲轴前端换后端，这叫端面链传动。如川崎ZZ-R1100和本田CBR900等。
  在轿车上，大都把链条布置在曲轴前端，没有把链条布置在二缸之间的，所以也没有这种分类方法。但是摩托车则不同。在摩托车上，绝大多数采用了中间链传动，端面链传动反而是个例外，所以本书将其单独拿出来进行讲解。当然齿轮传动也是一样，因此可将其统一称为端面传动和中间传动。
  摩托车为什么采用中间传动呢？因为摩托车发动机转速高，采用端面传动容易引起曲轴的震动。实际上，这一结论很早之前就被人提出过，并被证明是正确的。但是现在发生了很大变化，例如某些方程式赛车，其发动机转速达15000r/min，使用端面转动毫无问题。这当然不是原来的理论有错误，而是由于目前的技术水平较高，已经能妥善地解决这个问题了，这一进步使许多人反思，认为普通摩托车也不一定需要采用中间传动方式了。下面以链传动为例，讲解一下端面链传动的特点。
  摩托车十分追求外部造形，发动机的外形前后差别太大，会给人一种失衡感，将使整车外形变差。发动机大都横向布置在摩托车上的，如果把传动链布置在曲轴前端，将使摩托车左右不对称，而且光秃秃的令人不快，所以端面链传动的发动机外形不好看。此外这种发动机也影响车架的布置，问题不少。
  从理论上来看，和中间链传动方式相比，端面链传动容易使发动机结构紧凑，重量轻，在这方面优点很大。和中间链传动相比，端面链传动的优点之一是凸轮轴的链轮直径小。为了保证曲轴的强度和刚度，曲轴中间部分的直径比较大。如果把链轮布置在曲轴中间，必然将使曲轴链轮直径变大，在前面已经介绍过了，凸轮轴的链轮直径应该比曲轴链轮大一倍。所以中间链传动将使凸轮轴链轮直径变得很大。反之，如果把链轮布置在曲轴前端，可以根据强度计算出合理的轴径，这样曲轴链轮的直径就能大幅度得减小，从而较大地减小了凸轮轴链轮。
  最后，如果把链传动机构布置在曲轴中间，为布置链轮和链条的运动空间，必须加宽这部分的汽缸盖、汽缸和曲轴箱宽度，以便把链条收容在发动机机体之内，这将增加发动机重量。此外为了布置链轮，必须加长曲轴和凸轮轴的长度，这样也同时加长了汽缸盖、汽缸和曲轴的长度。这样不仅进一步加重了发动机的重量，而且由于曲轴和凸轮轴变长了，也降低了它们的刚度。端面链传动则不一样，它虽然也必须加宽汽缸盖、汽缸、曲轴箱的宽度，但另一侧可以使用较轻的链条罩盖，所以重量增加较少。