新聞主題	發(fā)動(dòng)機氣門(mén)組主要部件組成

 

摘要：柴油發(fā)動(dòng)機氣門(mén)組包括氣門(mén)、氣門(mén)座、氣門(mén)導管、氣門(mén)彈簧、彈簧座及鎖緊裝置等零件。當氣門(mén)工作時(shí)，如能產(chǎn)生緩慢的旋轉運動(dòng)，可使氣門(mén)頭部周向溫度分布比較均勻，從而減小氣門(mén)頭部的熱變形。同時(shí)，氣門(mén)旋轉時(shí)，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(mén)

 

      氣門(mén)組一般由氣門(mén)、氣門(mén)座、氣門(mén)導管、氣門(mén)彈簧、氣門(mén)彈簧座、氣門(mén)鎖片（鎖銷(xiāo)）等零件組成，如圖1所示。

1、氣門(mén)的工作條件

      在壓縮和燃燒過(guò)程中，氣門(mén)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(huì )下降，嚴重時(shí)柴油機由于壓縮終了溫度和壓力太低，一直不能著(zhù)火啟動(dòng)。氣門(mén)在漏氣情況下工作，高溫燃氣長(cháng)時(shí)間地沖刷進(jìn)氣門(mén)，使氣門(mén)過(guò)熱、燒損。

      氣門(mén)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(mén)頭部還承受氣體壓力的作用。排氣門(mén)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(mén)具有足夠的強度、耐高溫、耐腐蝕和耐磨損的能力。

2、氣門(mén)分類(lèi)

      氣門(mén)分為進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)兩種。

      頂置式氣門(mén)配氣機構有每缸二氣門(mén)（一個(gè)進(jìn)氣門(mén)、一個(gè)排氣門(mén)）、三氣門(mén)（兩個(gè)進(jìn)氣門(mén)、一個(gè)排氣門(mén)）、四氣門(mén)（兩個(gè)進(jìn)氣門(mén)、兩個(gè)排氣門(mén)）和五氣門(mén)（三個(gè)進(jìn)氣門(mén)、兩個(gè)排氣門(mén)）之分。二氣門(mén)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(mén)結構的居多。

      進(jìn)氣門(mén)由于工作溫度稍低，一般采用普通合金鋼；排氣門(mén)普遍采用耐熱合金鋼。為了節約成本，有時(shí)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(mén)結構

      氣門(mén)主要結構如圖2所示。

（1）氣門(mén)錐面

      氣門(mén)錐面是氣門(mén)與氣門(mén)座之間的配合面，氣門(mén)的密封性就是依靠?jì)蓚€(gè)表面嚴密貼合來(lái)保證的。此外，氣門(mén)接收燃氣的加熱量的75％要通過(guò)錐面傳出。從有利于傳熱的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，氣門(mén)錐面與氣門(mén)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(mén)錐面密封環(huán)帶的寬度在1～2mm之間即可。

      氣門(mén)頂面上有時(shí)還銑出一條狹窄的凹槽，主要用于研磨氣門(mén)時(shí)能將工具插入槽中旋轉氣門(mén)。氣門(mén)和氣門(mén)座配對進(jìn)行研磨，研磨后氣門(mén)即不能互換。

（2）錐角

      氣門(mén)錐面的錐角一般為30°或45°。也有少數柴油發(fā)動(dòng)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(mén)與氣門(mén)座之間的相對滑動(dòng)位移也較小，從而使氣門(mén)的磨損減輕。因此，有的柴油機進(jìn)氣門(mén)錐面的錐角為30°。

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

      氣門(mén)座的錐角有時(shí)比氣門(mén)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(mén)頭部直徑

      氣門(mén)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?？紤]到進(jìn)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(jìn)氣門(mén)的直徑比排氣門(mén)稍大。有些柴油機的進(jìn)、排氣門(mén)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(mén)頭部邊緣

      氣門(mén)頭部邊緣應保持一定的厚度，一般為1～3mm，以防止工作時(shí)，由于氣門(mén)與氣門(mén)座之間的沖擊而損壞或被高溫氣體燒蝕。為了改善氣門(mén)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(mén)的密封錐面上，堆焊一層特種合金。

 

圖1  柴油機氣門(mén)組結構組成圖

圖2  柴油發(fā)電機氣門(mén)結構圖

 

 

二、氣門(mén)導管

 

      氣門(mén)導管的主要功用是保證氣門(mén)與氣門(mén)座有精確的同心度，使氣門(mén)在氣門(mén)導管內做往復直線(xiàn)運動(dòng)。此外，還擔負部分傳熱的任務(wù)。

（1）氣門(mén)導管在250～300℃的高溫及潤滑不良條件下工作，易磨損。氣門(mén)導管一般選用灰鑄鐵或球墨鑄鐵制造；近年來(lái)，我國廣泛應用鐵基粉末冶金加工氣門(mén)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(mén)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(mén)與氣門(mén)導管之間通常留有一定的間隙。間隙過(guò)小會(huì )影響氣門(mén)的運動(dòng)，在桿身受熱膨脹時(shí)還可能卡死；間隙過(guò)大則氣門(mén)運動(dòng)時(shí)會(huì )有擺動(dòng)現象，使氣門(mén)座磨損不均勻。同時(shí)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(mén)座圈

 

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

（1）氣門(mén)座可以直接在氣缸蓋或氣缸體上加工而成。為了提高氣門(mén)座表面的耐磨性，有時(shí)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(gè)零件即稱(chēng)為氣門(mén)座圈。鋁制氣缸蓋或氣缸體進(jìn)、排氣門(mén)座都必須采用氣門(mén)座圈。對于強化柴油機，排氣門(mén)熱負荷高、磨損嚴重，所以排氣門(mén)座通常都采用氣門(mén)座圈。有的增壓柴油機，由于進(jìn)氣管中無(wú)真空度，所以進(jìn)氣門(mén)處得不到機油的潤滑，而排氣門(mén)處由于有廢氣中的油煙可起到潤滑作用，所以進(jìn)氣門(mén)座有座圈，而排氣門(mén)座則沒(méi)有。

（2）采用氣門(mén)座圈的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)是傳熱條件差，加工要求高，氣門(mén)座圈如工作時(shí)松脫則會(huì )造成事故。

（3）氣門(mén)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(shí)，必須按規定的沖力將其壓緊。氣門(mén)座圈如壓入鋁合金氣缸蓋中時(shí)，其配合表面常制成溝槽，當氣門(mén)座圈壓入后，少量鋁金屬會(huì )擠入溝槽中，在對氣門(mén)座孔擴口時(shí)也會(huì )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(mén)座緊壓在氣缸蓋的座孔中，磨損后可以更換。氣門(mén)錐面是氣門(mén)與氣門(mén)座之間的配合面，氣門(mén)的密封性就是依靠?jì)蓚€(gè)表面嚴密貼合來(lái)保證的。為了保證密封，每個(gè)氣門(mén)和氣門(mén)座都要配對研磨，研磨后氣門(mén)不能互換。

 

四、氣門(mén)彈簧

 

1、氣門(mén)彈簧的功用

      保證氣門(mén)在關(guān)閉時(shí)能壓緊在氣門(mén)座上，而在運動(dòng)時(shí)使傳動(dòng)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(mén)彈簧在安裝時(shí)就有較大的預緊力，同時(shí)有較大的剛度。

2、氣門(mén)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(mén)彈簧類(lèi)型

 

      氣門(mén)彈簧多為圓柱形螺旋彈簧，如圖3（a）所示。發(fā)動(dòng)機裝一根氣門(mén)彈簧時(shí)，可采用變螺距彈簧，見(jiàn)圖3（b），以防止共振?，F在高速發(fā)動(dòng)機大多采用兩根彈簧的結構，見(jiàn)圖3（c），彈簧內、外直徑不同，旋向不同，它們同心安裝在氣門(mén)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(dòng)機的高度，而且當一根彈簧折斷時(shí)，另一根還能繼續維持工作，不致使氣門(mén)落入汽缸中。

4、氣門(mén)彈簧共振

      當氣門(mén)彈簧的固有振動(dòng)頻率與凸輪軸轉速或氣門(mén)開(kāi)閉的次數成倍數關(guān)系時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生共振。共振會(huì )使氣門(mén)彈簧加速疲勞損壞，配氣機構也無(wú)法正常工作，因而應極力防止。

      通過(guò)增加彈簧剛度來(lái)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(dòng)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(lái)防止共振。工作時(shí)，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(mén)彈簧在安裝時(shí)，應將螺距較小的一端靠近氣門(mén)座。

      不少柴油機采用兩根氣門(mén)彈簧來(lái)防止共振。內、外兩根氣門(mén)彈簧同心地安裝在一個(gè)氣門(mén)上。采用雙彈簧的優(yōu)點(diǎn)除了可以防止共振外，同時(shí)當一根彈簧折斷時(shí)，另一根還可繼續維持工作，不致產(chǎn)生氣門(mén)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(shí)，內、外彈簧的螺旋方向應相反，以避免當一根彈簧折斷時(shí)，折斷部分卡入另一根彈簧中。

4、氣門(mén)彈簧鎖緊裝置

      氣門(mén)彈簧裝在氣門(mén)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(mén)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(mén)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(mén)彈簧鎖緊裝置應用最為普遍。

（2）鎖銷(xiāo)式鎖緊裝置

     如圖4（b）所示，為鎖銷(xiāo)式鎖緊裝置。該裝置在氣門(mén)桿尾部鉆有小孔，在孔內可插入一根鎖銷(xiāo)，鎖銷(xiāo)兩端露出在氣門(mén)桿外。彈簧座先放入氣門(mén)桿中。當鎖銷(xiāo)插入孔中后，再將彈簧座提起，鎖銷(xiāo)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(mén)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(mén)桿中，在彈簧座上銑有寬度略大于氣門(mén)桿直徑的缺口。氣門(mén)桿尾端加粗后，氣門(mén)導管如為整體，則氣門(mén)無(wú)法裝入氣門(mén)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(mén)彈簧類(lèi)別區分

圖4 氣門(mén)彈簧鎖緊裝置示意圖

 

 

五、氣門(mén)旋轉機構

 

      許多新型柴油發(fā)動(dòng)機，為了改善氣門(mén)、氣門(mén)座密封錐面的工作條件，延長(cháng)氣門(mén)與氣門(mén)座的使用壽命，采用了如圖2所示的氣門(mén)旋轉機構。氣門(mén)導管上套有一個(gè)固定不動(dòng)的支承盤(pán)，支承盤(pán)上有若干條弧形凹槽，槽內裝有鋼球和回位彈簧，支承盤(pán)的上面套有碟形彈簧、支承圈和卡環(huán)，氣門(mén)彈簧下端落在支承圈上。

 

圖5  柴油發(fā)電機氣門(mén)旋轉機構

 

      當氣門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，氣門(mén)彈簧的預緊力通過(guò)支承圈將碟形彈簧壓在彈簧支承盤(pán)5的上面，此時(shí)碟形彈簧和鋼球沒(méi)有接觸。當氣門(mén)處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，氣門(mén)彈簧通過(guò)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(zhù)彈簧支承盤(pán)上的底面為斜坡的凹槽滾動(dòng)一定距離。這樣，幾個(gè)小鋼球就拖動(dòng)碟形彈簧、支承圈、氣門(mén)彈簧及氣門(mén)轉動(dòng)一定角度。當氣門(mén)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(diǎn)上。氣門(mén)每開(kāi)啟一次，就旋轉一定角度，從而減少氣門(mén)座合面的積炭，改善密封性，并減少氣門(mén)與氣門(mén)座局部過(guò)熱與不均勻磨損。氣門(mén)旋轉機構多用于高速、大功率柴油機的進(jìn)氣門(mén)上。

 

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