內(nèi)燃機(jī)進(jìn)、排氣門第4部分：摩擦焊氣門超聲波探傷

上海內(nèi)燃機(jī)研究所、馬勒三環(huán)氣門驅(qū)動有限公司等。

趙明好、李暉等。

一、氣門

1.氣門的工作條件

氣門的工作條件非常惡劣。首先，氣門直接與高溫燃?xì)饨佑|，受熱嚴(yán)重，而散熱困難，因此氣門溫度很高。其次，氣門承受氣體力和氣門彈簧力的作用，以及由于配氣機(jī)構(gòu)運動件的慣性力使氣門落座時受到?jīng)_擊。第三，氣門在潤滑條件很差的情況下以極高的速度啟閉并在氣門導(dǎo)管內(nèi)作高速往復(fù)運動。此外，氣門由于與高溫燃?xì)庵杏懈g性的氣體接觸而受到腐蝕。

2、氣門材料

進(jìn)氣門一般用中碳合金鋼制造，如鉻鋼、鉻鉬鋼和鎳鉻鋼等。排氣門則采用耐熱合金鋼制造，如硅鉻鋼、硅鉻鉬鋼、硅鉻錳鋼等。

3.氣門構(gòu)造

汽車發(fā)動機(jī)的進(jìn)、排氣門均為菌形氣門，由氣門頭部和氣門桿兩部分構(gòu)成。氣門頂面有平頂、凹頂和凸頂?shù)刃螤?。目前?yīng)用最多的是平頂氣門，其結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，受熱面積小，進(jìn)、排氣門都可采用。

氣門與氣門座或氣門座圈之間靠錐面密封。氣門錐面與氣門頂面之間的夾角稱為氣門錐角。進(jìn)、排氣門的氣門錐角一般均為45°，只有少數(shù)發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣門錐角為30°

氣門頭部接受的熱量一部分經(jīng)氣門座圈傳給氣缸蓋；另一部分則通過氣門桿和氣門導(dǎo)管也傳給氣缸蓋，最終都被氣缸蓋水套中的冷卻液帶走。為了增強(qiáng)傳熱，氣門與氣門座圈的密封錐面必須嚴(yán)密貼合。為此，二者要配對研磨，研磨之后不能互換。 氣門桿有較高的加工精度和較低的粗糙度，與氣門導(dǎo)管保持較小的配合間隙，以減小磨損，并起到良好的導(dǎo)向和散熱作用。氣門尾端的形狀決定于上氣門彈簧座的固定方式。采用剖分成兩半且外表面為錐面的氣門鎖夾來固定上氣門彈簧座，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，拆裝方便，因此得到了廣泛的應(yīng)用。氣門鎖夾內(nèi)表面有多種形狀，相應(yīng)地氣門尾端也有各種不同形狀的氣門鎖夾槽。 在某些高度強(qiáng)化的發(fā)動機(jī)上采用中空氣門桿的氣門，旨在減輕氣門質(zhì)量和減小氣門運動的慣性力。為了降低排氣門的溫度，增強(qiáng)排氣門的散熱能力，在許多汽車發(fā)動機(jī)上采用鈉冷卻氣門。這種氣門是在中空的氣門桿中填入一半金屬鈉。因為鈉的熔點的是97.8℃，沸點為880℃，所以在氣門工作時，鈉變成液體，在氣門桿內(nèi)上下激烈地晃動，不斷地從氣門頭部吸收熱量并傳給氣門桿，再經(jīng)氣門導(dǎo)管傳給氣缸蓋，使氣門頭部得到冷卻。

4.每缸氣門數(shù)

一般發(fā)動機(jī)每個氣缸有兩個氣門，即一個進(jìn)氣門和一個排氣門。進(jìn)氣門頭部直徑比排氣門大15%～30%，目的是增大進(jìn)氣門通過斷面面積，減小進(jìn)氣阻力，增加進(jìn)氣量。凡是進(jìn)氣門和排氣門數(shù)量相同時，進(jìn)氣門頭部直徑總比排氣門大。每缸兩氣門的發(fā)動機(jī)又稱兩氣門發(fā)動機(jī)。現(xiàn)代高性能汽車發(fā)動機(jī)普遍采用每缸三、四、五個氣門，其中尤以四氣門發(fā)動機(jī)為數(shù)最多。

四氣門發(fā)動機(jī)每缸兩個進(jìn)氣門，兩個排氣門。其突出的優(yōu)點是氣門通過斷面積大，進(jìn)、排氣充分，進(jìn)氣量增加，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和功率提高。其次是每缸四個氣門，每個氣門的頭部直徑較小，每個氣門的質(zhì)量減輕，運動慣性力減小，有利于提高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。最后，四氣門發(fā)動機(jī)多采用篷形燃燒室，火花塞布置在燃燒室中央，有利于燃燒。

氣門是由氣門頭部和桿部組成。氣門頭部溫度很高（進(jìn)氣門570~670K，排氣門1050~1200K），而且還承受氣體的壓力、氣門彈簧的作用力和傳動組件慣性力，其潤滑、冷卻條件差，要求氣門必須有一定強(qiáng)度、剛度、耐熱和耐磨性能。進(jìn)氣門一般采用合金鋼（鉻鋼、鎳鉻鋼），排氣門采用耐熱合金（硅鉻鋼）。有時為了省耐熱合金，排氣門頭部用耐熱合金，而桿部用鉻鋼，然后將兩者焊接起來。

氣門頭部的形狀有平頂、球面頂和喇叭頂?shù)取Ｒ话闶鞘褂闷巾數(shù)?。平頂氣門頭部結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、吸熱面積小、質(zhì)量較小、進(jìn)排氣門都可以使用。球面頂氣門適用于排氣門，其強(qiáng)度高、排氣阻力小、廢氣消除效果好，但其受熱面積大，質(zhì)量和慣性大、加工復(fù)雜。喇叭型有一定的流線型，可減少進(jìn)氣阻力，但其頭部受熱面積大，只適合進(jìn)氣門。

氣門錐角是氣門密封面的角度，一般是45°，有些是30°（CA1091性汽車6102型發(fā)動機(jī)）。30°的氣門是考慮升程相同的情況下，氣門錐度小，氣門通過端面大，進(jìn)氣阻力小，但由于錐度小的氣門頭部邊緣較薄，剛度小，密封性與導(dǎo)熱性差，一般用于進(jìn)氣門。氣門邊緣的厚度一般為1~3mm，以防止工作中與氣門座沖擊而損壞或被高溫?zé)龎摹榱藴p少進(jìn)氣阻力，提高氣缸進(jìn)氣效率，多數(shù)發(fā)動機(jī)進(jìn)氣門比排氣門大。用過的進(jìn)氣門與排氣門顏色也不同。

氣門桿呈圓柱型，在氣門導(dǎo)管中不斷進(jìn)行往復(fù)運動，其表面必經(jīng)過熱處理和磨光。氣門桿端部的形狀取決于氣門彈簧的固定形式，常用的結(jié)構(gòu)是兩半鎖片來固定彈簧座，氣門桿的端部有環(huán)槽來安裝鎖片，有的是用鎖銷來固定，其端部有一安裝鎖銷用的孔。