氣門(mén)組

一、氣門(mén)

1.氣門(mén)的工作條件

氣門(mén)的工作條件非常惡劣。首先，氣門(mén)直接與高溫燃?xì)饨佑|，受熱嚴(yán)重，而散熱困難，因此氣門(mén)溫度很高。其次，氣門(mén)承受氣體力和氣門(mén)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(mén)落座時(shí)受到?jīng)_擊。第三，氣門(mén)在潤(rùn)滑條件很差的情況下以極高的速度啟閉并在氣門(mén)導(dǎo)管內(nèi)作高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)。此外，氣門(mén)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(mén)材料

進(jìn)氣門(mén)一般用中碳合金鋼制造，如鉻鋼、鉻鉬鋼和鎳鉻鋼等。排氣門(mén)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(mén)構(gòu)造

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣門(mén)均為菌形氣門(mén)，由氣門(mén)頭部和氣門(mén)桿兩部分構(gòu)成。氣門(mén)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(mén)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，受熱面積小，進(jìn)、排氣門(mén)都可采用。

氣門(mén)與氣門(mén)座或氣門(mén)座圈之間靠錐面密封。氣門(mén)錐面與氣門(mén)頂面之間的夾角稱(chēng)為氣門(mén)錐角。進(jìn)、排氣門(mén)的氣門(mén)錐角一般均為45°，只有少數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門(mén)錐角為30°

氣門(mén)頭部接受的熱量一部分經(jīng)氣門(mén)座圈傳給氣缸蓋；另一部分則通過(guò)氣門(mén)桿和氣門(mén)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(mén)與氣門(mén)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(mén)桿有較高的加工精度和較低的粗糙度，與氣門(mén)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(mén)尾端的形狀決定于上氣門(mén)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(mén)鎖夾來(lái)固定上氣門(mén)彈簧座，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，拆裝方便，因此得到了廣泛的應(yīng)用。氣門(mén)鎖夾內(nèi)表面有多種形狀，相應(yīng)地氣門(mén)尾端也有各種不同形狀的氣門(mén)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(mén)桿的氣門(mén)，旨在減輕氣門(mén)質(zhì)量和減小氣門(mén)運(yùn)動(dòng)的慣性力。為了降低排氣門(mén)的溫度，增強(qiáng)排氣門(mén)的散熱能力，在許多汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)上采用鈉冷卻氣門(mén)。這種氣門(mén)是在中空的氣門(mén)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(mén)工作時(shí)，鈉變成液體，在氣門(mén)桿內(nèi)上下激烈地晃動(dòng)，不斷地從氣門(mén)頭部吸收熱量并傳給氣門(mén)桿，再經(jīng)氣門(mén)導(dǎo)管傳給氣缸蓋，使氣門(mén)頭部得到冷卻。

4.每缸氣門(mén)數(shù)

一般發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)氣缸有兩個(gè)氣門(mén)，即一個(gè)進(jìn)氣門(mén)和一個(gè)排氣門(mén)。進(jìn)氣門(mén)頭部直徑比排氣門(mén)大15%～30%，目的是增大進(jìn)氣門(mén)通過(guò)斷面面積，減小進(jìn)氣阻力，增加進(jìn)氣量。凡是進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)數(shù)量相同時(shí)，進(jìn)氣門(mén)頭部直徑總比排氣門(mén)大。每缸兩氣門(mén)的發(fā)動(dòng)機(jī)又稱(chēng)兩氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)代高性能汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用每缸三、四、五個(gè)氣門(mén)，其中尤以四氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)為數(shù)最多。

四氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)每缸兩個(gè)進(jìn)氣門(mén)，兩個(gè)排氣門(mén)。其突出的優(yōu)點(diǎn)是氣門(mén)通過(guò)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(mén)，每個(gè)氣門(mén)的頭部直徑較小，每個(gè)氣門(mén)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(mén)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。

氣門(mén)座與氣門(mén)座圈

氣缸蓋上與氣門(mén)錐面相貼合的部位稱(chēng)氣門(mén)座。氣門(mén)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(mén)座圈。在氣缸蓋上鑲嵌氣門(mén)座圈可以延長(zhǎng)氣缸蓋的使用壽命。也有一些鑄鐵氣缸蓋不鑲氣門(mén)座圈，直接在氣缸蓋上加工出氣門(mén)座。

氣門(mén)導(dǎo)管

氣門(mén)導(dǎo)管的功用是對(duì)氣門(mén)的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向，保證氣門(mén)作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使氣門(mén)與氣門(mén)座或氣門(mén)座圈能正確貼合。此外，還將氣門(mén)桿接受的熱量部分地傳給氣缸蓋。氣門(mén)導(dǎo)管的工作溫度較高，而且潤(rùn)滑條件較差，靠配氣機(jī)構(gòu)工作時(shí)飛濺起來(lái)的機(jī)油來(lái)潤(rùn)滑氣門(mén)桿和氣門(mén)導(dǎo)管孔。氣門(mén)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(guò)盈將氣門(mén)導(dǎo)管壓入氣缸蓋上的氣門(mén)導(dǎo)管座孔之后，再精鉸氣門(mén)導(dǎo)管孔，以保證氣門(mén)導(dǎo)管與氣門(mén)桿的正確配合間隙。

氣門(mén)彈簧

氣門(mén)彈簧的功用是保證氣門(mén)關(guān)閉時(shí)能緊密地與氣門(mén)座或氣門(mén)座圈貼合，并克服在氣門(mén)開(kāi)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(mén)彈簧一般為等螺距圓柱形螺旋彈簧。當(dāng)氣門(mén)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(mén)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(mén)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(mén)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(mén)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(mén)彈簧可以減小氣門(mén)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(mén)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(mén)彈簧 某些高性能汽油機(jī)采用變螺距單氣門(mén)彈簧。變螺距彈簧的固有頻率不是定值，從而可以避開(kāi)共振。

3) 采用錐形氣門(mén)彈簧 錐形氣門(mén)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(mén)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

當(dāng)氣門(mén)工作時(shí)，如能產(chǎn)生緩慢的旋轉(zhuǎn)運(yùn)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(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。