新聞主題	發動機氣門組主要部件組成

 

摘要：柴油發動機氣門組包括氣門、氣門座、氣門導管、氣門彈簧、彈簧座及鎖緊裝置等零件。當氣門工作時，如能產生緩慢的旋轉運動，可使氣門頭部周向溫度分布比較均勻，從而減小氣門頭部的熱變形。同時，氣門旋轉時，在密封錐面上產生輕微的摩擦力，能夠清除錐面上的沉積物。

 

一、氣門

 

      氣門組一般由氣門、氣門座、氣門導管、氣門彈簧、氣門彈簧座、氣門鎖片（鎖銷）等零件組成，如圖1所示。

1、氣門的工作條件

      在壓縮和燃燒過程中，氣門必須保證嚴密的密封，不能出現漏氣現象。否則柴油機的功率會下降，嚴重時柴油機由于壓縮終了溫度和壓力太低，一直不能著火啟動。氣門在漏氣情況下工作，高溫燃氣長時間地沖刷進氣門，使氣門過熱、燒損。

      氣門是在高溫、高機械負荷及冷卻潤滑困難的條件下工作的。氣門頭部還承受氣體壓力的作用。排氣門還要受到高溫廢氣的沖刷，經受廢氣中硫化物的腐蝕。因此，要求氣門具有足夠的強度、耐高溫、耐腐蝕和耐磨損的能力。

2、氣門分類

      氣門分為進氣門和排氣門兩種。

      頂置式氣門配氣機構有每缸二氣門（一個進氣門、一個排氣門）、三氣門（兩個進氣門、一個排氣門）、四氣門（兩個進氣門、兩個排氣門）和五氣門（三個進氣門、兩個排氣門）之分。二氣門多用于中小功率的柴油機；后三者用于強化程度較高的中、大型柴油機，并以四氣門結構的居多。

      進氣門由于工作溫度稍低，一般采用普通合金鋼；排氣門普遍采用耐熱合金鋼。為了節約成本，有時桿部選用一般合金鋼，而頭部采用耐熱合金鋼，然后將兩者焊接在一起。

3、氣門結構

      氣門主要結構如圖2所示。

（1）氣門錐面

      氣門錐面是氣門與氣門座之間的配合面，氣門的密封性就是依靠兩個表面嚴密貼合來保證的。此外，氣門接收燃氣的加熱量的75％要通過錐面傳出。從有利于傳熱的觀點出發，氣門錐面與氣門座接觸的寬度應愈寬愈好，但是接觸面愈寬，密封的可靠性就愈低，因為工作面上的比壓減小，雜物和硬粒不易被碾碎和排走。所以通常要求氣門錐面密封環帶的寬度在1～2mm之間即可。

      氣門頂面上有時還銑出一條狹窄的凹槽，主要用于研磨氣門時能將工具插入槽中旋轉氣門。氣門和氣門座配對進行研磨，研磨后氣門即不能互換。

（2）錐角

      氣門錐面的錐角一般為30°或45°。也有少數柴油發動機做成60°或15°錐角的。錐角愈小，單位面積上的壓力也愈小，氣門與氣門座之間的相對滑動位移也較小，從而使氣門的磨損減輕。因此，有的柴油機進氣門錐面的錐角為30°。

      排氣門由于高溫廢氣不斷流過錐面，廢氣中的炭煙微粒容易沉積附著在錐面上，影響密封性。因此，排氣門要求錐面上的比壓要高些，以利于積炭的排除。排氣門大多采用45°的錐角。為了制造和維修方便，不少柴油機進、排氣門錐角均采用45°。

      氣門座的錐角有時比氣門錐角大0.5°～1°，使兩者接觸面積更小，可以提高工作面的比壓，從而提高其密封的可靠性。

（3）氣門頭部直徑

      氣門頭部的直徑對氣流的阻力影響較大。頭部直徑愈大，其流通截面也愈大，因而阻力減小。但直徑的大小受氣缸頂面的限制。考慮到進氣阻力對柴油機性能的影響比排氣阻力更大，所以一般都使進氣門的直徑比排氣門稍大。有些柴油機的進、排氣門直徑相同，以便于制造和維修。但如果兩者材料不同，則必須打上標記，以免裝錯。

（4）氣門頭部邊緣

      氣門頭部邊緣應保持一定的厚度，一般為1～3mm，以防止工作時，由于氣門與氣門座之間的沖擊而損壞或被高溫氣體燒蝕。為了改善氣門頭部的耐磨性和耐腐蝕性，以增強密封性能，有些柴油機在排氣門的密封錐面上，堆焊一層特種合金。

 

圖1  柴油機氣門組結構組成圖

圖2  柴油發電機氣門結構圖

 

 

二、氣門導管

 

      氣門導管的主要功用是保證氣門與氣門座有精確的同心度，使氣門在氣門導管內做往復直線運動。此外，還擔負部分傳熱的任務。

（1）氣門導管在250～300℃的高溫及潤滑不良條件下工作，易磨損。氣門導管一般選用灰鑄鐵或球墨鑄鐵制造；近年來，我國廣泛應用鐵基粉末冶金加工氣門導管，它在潤滑不良的條件下也能可靠工作，磨損很小。

（2）為了防止氣門導管可能落入氣缸中，在導管露出氣缸蓋部分嵌有卡環。氣門與氣門導管之間通常留有一定的間隙。間隙過小會影響氣門的運動，在桿身受熱膨脹時還可能卡死；間隙過大則氣門運動時會有擺動現象，使氣門座磨損不均勻。同時機油也容易從間隙中漏入氣缸，造成燒機油等不良后果。

 

三、氣門座圈

 

      氣門座是與氣門密封錐面相配合的支承面，它與氣門共同保證密封性能，同時它還要把氣門頭部的熱量傳遞出去。

（1）氣門座可以直接在氣缸蓋或氣缸體上加工而成。為了提高氣門座表面的耐磨性，有時采用耐熱鋼、球墨鑄鐵或合金鑄鐵制成單獨的零件，然后壓入相應的孔中。這個零件即稱為氣門座圈。鋁制氣缸蓋或氣缸體進、排氣門座都必須采用氣門座圈。對于強化柴油機，排氣門熱負荷高、磨損嚴重，所以排氣門座通常都采用氣門座圈。有的增壓柴油機，由于進氣管中無真空度，所以進氣門處得不到機油的潤滑，而排氣門處由于有廢氣中的油煙可起到潤滑作用，所以進氣門座有座圈，而排氣門座則沒有。

（2）采用氣門座圈的優點是提高了座面的耐磨性和壽命，更換和維修也比較方便。缺點是傳熱條件差，加工要求高，氣門座圈如工作時松脫則會造成事故。

（3）氣門座圈的外表面有制成圓錐形或圓柱形兩種。錐形表面壓入座圈孔時，必須按規定的沖力將其壓緊。氣門座圈如壓入鋁合金氣缸蓋中時，其配合表面常制成溝槽，當氣門座圈壓入后，少量鋁金屬會擠入溝槽中，在對氣門座孔擴口時也會促使鋁合金擠入，以提高座圈在座孔中的緊固程度，防止松脫。

（4）氣門座緊壓在氣缸蓋的座孔中，磨損后可以更換。氣門錐面是氣門與氣門座之間的配合面，氣門的密封性就是依靠兩個表面嚴密貼合來保證的。為了保證密封，每個氣門和氣門座都要配對研磨，研磨后氣門不能互換。

 

四、氣門彈簧

 

1、氣門彈簧的功用

      保證氣門在關閉時能壓緊在氣門座上，而在運動時使傳動件保持相互接觸，不致因慣性力的作用而相互脫離，產生沖擊和噪聲。所以氣門彈簧在安裝時就有較大的預緊力，同時有較大的剛度。

2、氣門彈簧的材料

      通常為高碳錳鋼、硅錳鋼和鎳鉻錳鋼的鋼絲，用冷繞成形后，經熱處理而成。為了提高彈簧的疲勞強度，一般用噴丸或噴砂表面處理。

3、氣門彈簧類型

 

      氣門彈簧多為圓柱形螺旋彈簧，如圖3（a）所示。發動機裝一根氣門彈簧時，可采用變螺距彈簧，見圖3（b），以防止共振。現在高速發動機大多采用兩根彈簧的結構，見圖3（c），彈簧內、外直徑不同，旋向不同，它們同心安裝在氣門導管的外面，不僅可提高彈簧的工作可靠性，防止共振的產生，還可以降低發動機的高度，而且當一根彈簧折斷時，另一根還能繼續維持工作，不致使氣門落入汽缸中。

4、氣門彈簧共振

      當氣門彈簧的固有振動頻率與凸輪軸轉速或氣門開閉的次數成倍數關系時，就會產生共振。共振會使氣門彈簧加速疲勞損壞，配氣機構也無法正常工作，因而應極力防止。

      通過增加彈簧剛度來提高固有頻率是防止共振的措施之一。但剛度增加，凸輪表面的接觸應力加大，使磨損加快，曲軸驅動配氣機構所消耗的功也增加。有的柴油機采用變螺距彈簧來防止共振。工作時，彈簧螺距較小的一端逐漸疊合，有效圈數不斷減少，因而固有頻率也不斷增加。這種氣門彈簧在安裝時，應將螺距較小的一端靠近氣門座。

      不少柴油機采用兩根氣門彈簧來防止共振。內、外兩根氣門彈簧同心地安裝在一個氣門上。采用雙彈簧的優點除了可以防止共振外，同時當一根彈簧折斷時，另一根還可繼續維持工作，不致產生氣門落入氣缸的事故。此外，在保證相同彈力的條件下，雙彈簧的高度可比一根彈簧的小，因而可降低整機高度。采用雙彈簧時，內、外彈簧的螺旋方向應相反，以避免當一根彈簧折斷時，折斷部分卡入另一根彈簧中。

4、氣門彈簧鎖緊裝置

      氣門彈簧裝在氣門桿部外邊，其一端支承在氣缸蓋上，而另一端靠鎖緊裝置固定在彈簧座上。氣門彈簧鎖緊裝置主要有以下三種。

（1）鎖片式鎖緊裝置

      如圖4（a）所示，為鎖片式鎖緊裝置。該裝置的氣門桿尾部有凹槽，分為兩半的錐形鎖片卡在凹槽中，鎖片錐形外圓與彈簧座錐孔配合，在彈簧的作用下使鎖片不致脫落。這種氣門彈簧鎖緊裝置應用最為普遍。

（2）鎖銷式鎖緊裝置

     如圖4（b）所示，為鎖銷式鎖緊裝置。該裝置在氣門桿尾部鉆有小孔，在孔內可插入一根鎖銷，鎖銷兩端露出在氣門桿外。彈簧座先放入氣門桿中。當鎖銷插入孔中后，再將彈簧座提起，鎖銷即卡在彈簧座的凹槽中不致跳出。

（3）鎖環式鎖緊裝置

      如圖4（c）所示，為鎖環式鎖緊裝置。該裝置在氣門桿尾端制出錐面，大端靠尾部。彈簧座內孔也做成錐面。為了能使彈簧座裝入氣門桿中，在彈簧座上銑有寬度略大于氣門桿直徑的缺口。氣門桿尾端加粗后，氣門導管如為整體，則氣門無法裝入氣門導管，因此必須分為兩半。顯然這種結構在制造和裝配方面都比較麻煩。

 

圖3  柴油機氣門彈簧類別區分

圖4 氣門彈簧鎖緊裝置示意圖

 

 

五、氣門旋轉機構

 

      許多新型柴油發動機，為了改善氣門、氣門座密封錐面的工作條件，延長氣門與氣門座的使用壽命，采用了如圖2所示的氣門旋轉機構。氣門導管上套有一個固定不動的支承盤，支承盤上有若干條弧形凹槽，槽內裝有鋼球和回位彈簧，支承盤的上面套有碟形彈簧、支承圈和卡環，氣門彈簧下端落在支承圈上。

 

圖5  柴油發電機氣門旋轉機構

 

      當氣門處于關閉狀態時，氣門彈簧的預緊力通過支承圈將碟形彈簧壓在彈簧支承盤5的上面，此時碟形彈簧和鋼球沒有接觸。當氣門處于開啟狀態時，氣門彈簧通過支承圈壓縮碟形彈簧，使碟形彈簧和鋼球接觸，鋼球在碟形彈簧的壓迫下，沿著彈簧支承盤上的底面為斜坡的凹槽滾動一定距離。這樣，幾個小鋼球就拖動碟形彈簧、支承圈、氣門彈簧及氣門轉動一定角度。當氣門關閉后，鋼球和碟形彈簧脫離接觸，在回位彈簧的作用下回到坡面的高點上。氣門每開啟一次，就旋轉一定角度，從而減少氣門座合面的積炭，改善密封性，并減少氣門與氣門座局部過熱與不均勻磨損。氣門旋轉機構多用于高速、大功率柴油機的進氣門上。

 

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