氣門組氣門介紹

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(yùn)動(dòng)件的慣性力使氣門落座時(shí)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(yùn)動(dòng)。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(dòng)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)刃螤睢Ｄ壳皯?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(dòng)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(duì)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(dòng)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(yùn)動(dòng)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(dòng)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?yàn)殁c的熔點(diǎn)的是97.8℃，沸點(diǎn)為880℃，所以在氣門工作時(shí)，鈉變成液體，在氣門桿內(nèi)上下激烈地晃動(dòng)，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(dòng)機(jī)每個(gè)氣缸有兩個(gè)氣門，即一個(gè)進(jìn)氣門和一個(gè)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(shí)，進(jìn)氣門頭部直徑總比排氣門大。每缸兩氣門的發(fā)動(dòng)機(jī)又稱兩氣門發(fā)動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)代高性能汽車發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用每缸三、四、五個(gè)氣門，其中尤以四氣門發(fā)動(dòng)機(jī)為數(shù)最多。

四氣門發(fā)動(dòng)機(jī)每缸兩個(gè)進(jìn)氣門，兩個(gè)排氣門。其突出的優(yōu)點(diǎn)是氣門通過斷面積大，進(jìn)、排氣充分，進(jìn)氣量增加，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和功率提高。其次是每缸四個(gè)氣門，每個(gè)氣門的頭部直徑較小，每個(gè)氣門的質(zhì)量減輕，運(yùn)動(dòng)慣性力減小，有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。最后，四氣門發(fā)動(dòng)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。

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。2100433B

氣門彈簧的功用是保證氣門關(guān)閉時(shí)能緊密地與氣門座或氣門座圈貼合，并克服在氣門開啟時(shí)配氣機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的慣性力，使傳動(dòng)件始終受凸輪控制而不相互脫離。

氣門彈簧一般為等螺距圓柱形螺旋彈簧。當(dāng)氣門彈簧的工作頻率與其固有的振動(dòng)頻率相等或?yàn)檎麛?shù)倍時(shí)，氣門彈簧就會(huì)發(fā)生共振。共振時(shí)將使配氣定時(shí)遭到破壞，使氣門發(fā)生反跳和沖擊，甚至使彈簧折斷。為防止共振的發(fā)生，可采取下列結(jié)構(gòu)措施：

1) 采用雙氣門彈簧 在柴油機(jī)和高性能汽油機(jī)上廣泛采用每個(gè)氣門安裝兩個(gè)直徑不同，旋向相反的內(nèi)、外彈簧。由于兩個(gè)彈簧的固有頻率不同，當(dāng)一個(gè)彈簧發(fā)生共振時(shí)，另一個(gè)彈簧能起到阻尼減振作用。采用雙氣門彈簧可以減小氣門彈簧的高度，而且當(dāng)一個(gè)彈簧折斷時(shí)，另一個(gè)彈簧仍可維持氣門工作。彈簧旋向相反，可以防止折斷的彈簧圈卡入另一個(gè)彈簧圈內(nèi)使其不能工作或損壞。

2) 采用變螺距氣門彈簧 某些高性能汽油機(jī)采用變螺距單氣門彈簧。變螺距彈簧的固有頻率不是定值，從而可以避開共振。

3) 采用錐形氣門彈簧 錐形氣門彈簧的剛度和固有振動(dòng)頻率沿彈簧軸線方向是變化的，因此可以消除發(fā)生共振的可能性。

氣門導(dǎo)管的功用是對(duì)氣門的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向，保證氣門作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使氣門與氣門座或氣門座圈能正確貼合。此外，還將氣門桿接受的熱量部分地傳給氣缸蓋。氣門導(dǎo)管的工作溫度較高，而且潤滑條件較差，靠配氣機(jī)構(gòu)工作時(shí)飛濺起來的機(jī)油來潤滑氣門桿和氣門導(dǎo)管孔。氣門導(dǎo)管由灰鑄鐵、球墨鑄鐵或鐵基粉末冶金制造。在以一定的過盈將氣門導(dǎo)管壓入氣缸蓋上的氣門導(dǎo)管座孔之后，再精鉸氣門導(dǎo)管孔，以保證氣門導(dǎo)管與氣門桿的正確配合間隙。

氣缸蓋上與氣門錐面相貼合的部位稱氣門座。氣門座的溫度很高，又承受頻率極高的沖擊載荷，容易磨損。因此，鋁氣缸蓋和大多數(shù)鑄鐵氣缸蓋均鑲嵌由合金鑄鐵或粉末冶金或奧氏體鋼制成的氣門座圈。在氣缸蓋上鑲嵌氣門座圈可以延長氣缸蓋的使用壽命。也有一些鑄鐵氣缸蓋不鑲氣門座圈，直接在氣缸蓋上加工出氣門座。

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(dòng)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(shí)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)?。一般是使用平頂?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(dòng)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?。為了減少進(jìn)氣阻力，提高氣缸進(jìn)氣效率，多數(shù)發(fā)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，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。

上海內(nèi)燃機(jī)研究所、綿陽天旋氣門組件有限公司等。