新聞主題	發(fā)動機氣門組主要部件組成

 

摘要：柴油發(fā)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(chǎn)生緩慢的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)時，在密封錐面上產(chǎn)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(xiàn)漏氣現(xiàn)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(jīng)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)構(gòu)

      氣門主要結(jié)構(gòu)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?zhèn)鞒觥挠欣趥鳠岬挠^點出發(fā)，氣門錐面與氣門座接觸的寬度應(yīng)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(huán)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(zhuǎn)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(shù)柴油發(fā)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(yīng)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(jié)構(gòu)組成圖

圖2  柴油發(fā)電機氣門結(jié)構(gòu)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(nèi)做往復(fù)直線運動。此外，還擔負部分傳熱的任務(wù)。

（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(yīng)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(huán)。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(xiàn)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(yīng)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(yōu)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(guī)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(guān)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(chǎn)生沖擊和噪聲。所以氣門彈簧在安裝時就有較大的預(yù)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(jīng)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(fā)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(xiàn)在高速發(fā)動機大多采用兩根彈簧的結(jié)構(gòu)，見圖3（c），彈簧內(nèi)、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(chǎn)生，還可以降低發(fā)動機的高度，而且當一根彈簧折斷時，另一根還能繼續(xù)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(zhuǎn)速或氣門開閉的次數(shù)成倍數(shù)關(guān)系時，就會產(chǎn)生共振。共振會使氣門彈簧加速疲勞損壞，配氣機構(gòu)也無法正常工作，因而應(yīng)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(yīng)力加大，使磨損加快，曲軸驅(qū)動配氣機構(gòu)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(shù)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(yīng)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(nèi)、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(yōu)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(xù)維持工作，不致產(chǎn)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(nèi)、外彈簧的螺旋方向應(yīng)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(yīng)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(nèi)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(huán)式鎖緊裝置

      如圖4（c）所示，為鎖環(huán)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(qū)分

圖4 氣門彈簧鎖緊裝置示意圖

 

 

五、氣門旋轉(zhuǎn)機構(gòu)

 

      許多新型柴油發(fā)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(zhuǎn)機構(gòu)。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(nèi)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(huán)，氣門彈簧下端落在支承圈上。

 

圖5  柴油發(fā)電機氣門旋轉(zhuǎn)機構(gòu)

 

      當氣門處于關(guān)閉狀態(tài)時，氣門彈簧的預(yù)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(tài)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(zhuǎn)動一定角度。當氣門關(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)機構(gòu)多用于高速、大功率柴油機的進氣門上。

 

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