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新聞主題 |
發(fā)動(dòng)機(jī)氣門組主要部件組成 |
摘要：柴油發(fā)動(dòng)機(jī)氣門組包括氣門、氣門座、氣門導(dǎo)管、氣門彈簧、彈簧座及鎖緊裝置等零件。當(dāng)氣門工作時(shí)，如能產(chǎn)生緩慢的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，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(shí)，氣門旋轉(zhuǎn)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
氣門組一般由氣門、氣門座、氣門導(dǎo)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(guò)程中，氣門必須保證嚴(yán)密的密封，不能出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。否則柴油機(jī)的功率會(huì)下降，嚴(yán)重時(shí)柴油機(jī)由于壓縮終了溫度和壓力太低，一直不能著火啟動(dòng)。氣門在漏氣情況下工作，高溫燃?xì)忾L(zhǎng)時(shí)間地沖刷進(jìn)氣門，使氣門過(guò)熱、燒損。
氣門是在高溫、高機(jī)械負(fù)荷及冷卻潤(rùn)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(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕和耐磨損的能力。
2、氣門分類
氣門分為進(jìn)氣門和排氣門兩種。
頂置式氣門配氣機(jī)構(gòu)有每缸二氣門（一個(gè)進(jìn)氣門、一個(gè)排氣門）、三氣門（兩個(gè)進(jìn)氣門、一個(gè)排氣門）、四氣門（兩個(gè)進(jìn)氣門、兩個(gè)排氣門）和五氣門（三個(gè)進(jìn)氣門、兩個(gè)排氣門）之分。二氣門多用于中小功率的柴油機(jī)；后三者用于強(qiáng)化程度較高的中、大型柴油機(jī)，并以四氣門結(jié)構(gòu)的居多。
進(jìn)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(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?jī)蓚€(gè)表面嚴(yán)密貼合來(lái)保證的。此外，氣門接收燃?xì)獾募訜崃康?5％要通過(guò)錐面?zhèn)鞒?。從有利于傳熱的觀點(diǎn)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?yàn)楣ぷ髅嫔系谋葔簻p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(shí)還銑出一條狹窄的凹槽，主要用于研磨氣門時(shí)能將工具插入槽中旋轉(zhuǎn)氣門。氣門和氣門座配對(duì)進(jìn)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(dòng)機(jī)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(duì)滑動(dòng)位移也較小，從而使氣門的磨損減輕。因此，有的柴油機(jī)進(jìn)氣門錐面的錐角為30°。
排氣門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(jī)進(jìn)、排氣門錐角均采用45°。
氣門座的錐角有時(shí)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(duì)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(duì)柴油機(jī)性能的影響比排氣阻力更大，所以一般都使進(jìn)氣門的直徑比排氣門稍大。有些柴油機(jī)的進(jìn)、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(biāo)記，以免裝錯(cuò)。
（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(shí)，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(qiáng)密封性能，有些柴油機(jī)在排氣門的密封錐面上，堆焊一層特種合金。
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圖1 柴油機(jī)氣門組結(jié)構(gòu)組成圖 |
圖2 柴油發(fā)電機(jī)氣門結(jié)構(gòu)圖 |
二、氣門導(dǎo)管
氣門導(dǎo)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(dǎo)管內(nèi)做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。此外，還擔(dān)負(fù)部分傳熱的任務(wù)。
（1）氣門導(dǎo)管在250～300℃的高溫及潤(rùn)滑不良條件下工作，易磨損。氣門導(dǎo)管一般選用灰鑄鐵或球墨鑄鐵制造；近年來(lái)，我國(guó)廣泛應(yīng)用鐵基粉末冶金加工氣門導(dǎo)管，它在潤(rùn)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(dǎo)管可能落入氣缸中，在導(dǎo)管露出氣缸蓋部分嵌有卡環(huán)。氣門與氣門導(dǎo)管之間通常留有一定的間隙。間隙過(guò)小會(huì)影響氣門的運(yùn)動(dòng)，在桿身受熱膨脹時(shí)還可能卡死；間隙過(guò)大則氣門運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)有擺動(dòng)現(xiàn)象，使氣門座磨損不均勻。同時(shí)機(jī)油也容易從間隙中漏入氣缸，造成燒機(jī)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(shí)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(shí)采用耐熱鋼、球墨鑄鐵或合金鑄鐵制成單獨(dú)的零件，然后壓入相應(yīng)的孔中。這個(gè)零件即稱為氣門座圈。鋁制氣缸蓋或氣缸體進(jìn)、排氣門座都必須采用氣門座圈。對(duì)于強(qiáng)化柴油機(jī)，排氣門熱負(fù)荷高、磨損嚴(yán)重，所以排氣門座通常都采用氣門座圈。有的增壓柴油機(jī)，由于進(jìn)氣管中無(wú)真空度，所以進(jìn)氣門處得不到機(jī)油的潤(rùn)滑，而排氣門處由于有廢氣中的油煙可起到潤(rùn)滑作用，所以進(jìn)氣門座有座圈，而排氣門座則沒(méi)有。
（2）采用氣門座圈的優(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，氣門座圈如工作時(shí)松脫則會(huì)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(shí)，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(shí)，其配合表面常制成溝槽，當(dāng)氣門座圈壓入后，少量鋁金屬會(huì)擠入溝槽中，在對(duì)氣門座孔擴(kuò)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?jī)蓚€(gè)表面嚴(yán)密貼合來(lái)保證的。為了保證密封，每個(gè)氣門和氣門座都要配對(duì)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(shí)能壓緊在氣門座上，而在運(yùn)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。所以氣門彈簧在安裝時(shí)就有較大的預(yù)緊力，同時(shí)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(qiáng)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(dòng)機(jī)裝一根氣門彈簧時(shí)，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(dòng)機(jī)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(dǎo)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(jī)的高度，而且當(dāng)一根彈簧折斷時(shí)，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(dāng)氣門彈簧的固有振動(dòng)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(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振。共振會(huì)使氣門彈簧加速疲勞損壞，配氣機(jī)構(gòu)也無(wú)法正常工作，因而應(yīng)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(yīng)力加大，使磨損加快，曲軸驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)所消耗的功也增加。有的柴油機(jī)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(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(shí)，應(yīng)將螺距較小的一端靠近氣門座。
不少柴油機(jī)采用兩根氣門彈簧來(lái)防止共振。內(nèi)、外兩根氣門彈簧同心地安裝在一個(gè)氣門上。采用雙彈簧的優(yōu)點(diǎn)除了可以防止共振外，同時(shí)當(dāng)一根彈簧折斷時(shí)，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(jī)高度。采用雙彈簧時(shí)，內(nèi)、外彈簧的螺旋方向應(yīng)相反，以避免當(dāng)一根彈簧折斷時(shí)，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(dāng)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(dǎo)管如為整體，則氣門無(wú)法裝入氣門導(dǎo)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。
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圖3 柴油機(jī)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(jī)構(gòu)
許多新型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，為了改善氣門、氣門座密封錐面的工作條件，延長(zhǎng)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(jī)構(gòu)。氣門導(dǎo)管上套有一個(gè)固定不動(dòng)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。
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圖5 柴油發(fā)電機(jī)氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) |
當(dāng)氣門處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，氣門彈簧的預(yù)緊力通過(guò)支承圈將碟形彈簧壓在彈簧支承盤5的上面，此時(shí)碟形彈簧和鋼球沒(méi)有接觸。當(dāng)氣門處于開啟狀態(tài)時(shí)，氣門彈簧通過(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，沿著彈簧支承盤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、氣門彈簧及氣門轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度。當(dāng)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(diǎn)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(guò)熱與不均勻磨損。氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)多用于高速、大功率柴油機(jī)的進(jìn)氣門上。
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