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發(fā)動(dòng)機(jī)氣門組主要包括什么部件組成
發(fā)布時(shí)間:2023-01-22 23:55:25  ▏閱讀:

 

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)密貼合來保證的。此外,氣門接收燃?xì)獾募訜崃康?5%要通過錐面?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。

 

柴油機(jī)氣門組結(jié)構(gòu)組成圖.png

圖1  柴油機(jī)氣門組結(jié)構(gòu)組成圖

柴油發(fā)電機(jī)氣門結(jié)構(gòu)圖.png 

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,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?,F(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3c,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(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。

 

柴油機(jī)氣門彈簧類別區(qū)分.png

圖3  柴油機(jī)氣門彈簧類別區(qū)分

柴油發(fā)電機(jī)氣門彈簧鎖緊裝置示意圖.png

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。

 

柴油發(fā)電機(jī)氣門旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu).png

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)碟形彈簧和鋼球沒有接觸。當(dāng)氣門處于開啟狀態(tài)時(shí),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(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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