細說氣門組件結構特點

關伯超

摘要：氣門組件是柴油機重要部件，也是易損件，詳細地講述了氣門組件的結構特點及在柴油機工作中所起的作用。

關鍵詞：柴油機；氣門組件；結構特點

中圖分類號：U472文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.01.043

氣門組由氣門、氣門彈簧、彈簧座、鎖夾和氣門導管組成。氣門組件的功用是控制進排氣道的開閉，完成換氣任務。氣門與氣門座之間的密封性是否良好，是氣門工作性能最主要評價指標。為此，要求氣門頭部與氣門座貼合要嚴密；氣門導管對氣門桿往復運動導向要良好；氣門彈簧兩端面與氣門桿的中心線要互相垂直，以保證氣門頭落在氣門座上不偏斜；氣門彈簧力足以克服氣門及其傳動件的運動慣性力，使氣門開閉及時，并保證氣門關閉時壓緊在氣門座上，氣門開啟時對氣流的阻力要小。

1氣門

氣門由氣門頭和桿部組成。氣門頭工作溫度高（進氣門為300 ℃，排氣門為600～800 ℃），并承受汽缸內的高壓氣體及傳動件慣性力的作用，落座時受沖擊力，冷卻和潤滑條件差。氣門的損壞一般為燒損和斷裂，特別是排氣門，受高溫腐蝕性氣體的高速沖刷，更容易損壞。為使氣門有足夠的強度、剛度、耐熱和耐磨能力，進氣門材料采用合金鋼，如40Cr，35CrMo；排氣門則采用耐熱合金鋼，如4Cr9Si2，4Cr10Si2Mo等制造。YC6105QC型柴油機的進、排氣門分別采用4Cr9Si2，4CrSi2Mo制造。有的柴油機的排氣門僅頭部用耐熱合金鋼，桿部用鉻鋼，然后將二者焊在一起，這樣可節省優質材料。

柴油機氣門頭部多為平頂，幾何形狀簡單，制造方便，受熱面積小。少數柴油機排氣門采用圓弧凸起結構，剛度大，但其受熱面積大，工作溫度高。凹頂氣門的圓弧半徑大，對氣流阻力小，可用于柴油機進氣門。為保證氣門與氣門座緊密貼合，氣門封閉面做成錐面，其錐角一般為45°。在氣門升程不變的情況下，較小的氣門錐角可增大氣流通過截面積，減少氣流阻力。但氣門錐角小時，使氣門頭變薄，剛性變弱，對中性差，易使氣門密封性變壞。小氣門錐角不適合于排氣門。

氣門密封錐面僅以其全寬的一部分與氣門座貼合形成環形密封帶。密封帶的寬度對氣門散熱和密封影響很大，氣門接受燃氣熱量的75%要通過錐面傳出。

氣門桿起導向和傳熱作用。氣門頭部錐面工作時要正確落座，并與氣門座完全貼合，主要依靠氣門桿在氣門導管中的導向作用，為此氣門桿和氣門導管之間均留有一定的間隙。氣門桿表面必須精磨。氣門桿受搖臂的頻繁沖擊與摩擦，因此氣門桿需要進行熱處理（如淬火，氮化處理），提高其硬度和耐磨性。

氣門桿尾端的形狀取決于氣門彈簧的固定方式。一般利用兩半的錐形鎖片來固定彈簧座。鎖片安裝在氣門桿尾端的環槽里。

2氣門導管

氣門導管的作用，是保證氣門往復直線運動及氣門與氣門座準確貼合。此外，氣門導管還協助氣門散熱。氣門導管工作溫度較高（約250～300 ℃），潤滑條件不佳，易磨損。

氣門導管一般用灰鑄鐵、球墨鑄鐵或鐵基粉末冶金制造。YC6105QC型柴油機的氣門導管即采用灰鑄鐵制造。氣門導管壓入汽缸蓋導管孔后再精鉸內孔，以保證氣門桿與氣門導管之間的適當間隙。此間隙大小將影響氣門桿傳熱、機油耗損和氣門頭部密封，一般進、排氣門與導管的間隙分別為0.025～0.075 mm和0.050～0.100 mm。例如：YC6105QC型柴油機的進氣門桿與導管孔間的間隙為0.025～0.066 mm，排氣門桿與導管孔間隙為0.040～0.081mm。

3氣門座圈

氣門座圈與氣門頭互相接觸，保證汽缸的密封，并為氣門散熱。有的柴油機在汽缸蓋上直接鏜出氣門座。由于氣門座圈工作溫度高，潤滑不良，受沖擊，容易磨損。氣門座圈過度磨損將造成氣門下沉而影響柴油機的工作性能，故大多數柴油機氣門座圈采用較好材料（合金鑄鐵、奧氏體鋼等）制造。例如：YC6105QC型和YC6110Q型柴油機的進、排氣門座圈均為鑲嵌式，用SIVS-1制造。某些柴油機考慮到排氣門熱負荷高，磨損嚴重，只在排氣門座采用氣門座圈。有的增壓柴油機，由于進氣道中無真空度，進氣門處得不到機油潤滑，而排氣門處由于有廢氣中燃燒不完全的柴油、機油潤滑，所以鑲有進氣門座圈，而沒有排氣門座圈。上述鑲嵌式氣門座圈的優點是，提高了氣門座圈的耐磨性和壽命，更換和維修也比較方便，但傳熱性差，加工要求高，氣門座圈松脫時會嚴重影響柴油機正常工作。

4氣門彈簧

氣門彈簧的作用是克服運動件的慣性力，保證氣門關閉時能壓緊在氣門座上，避免氣門發生跳動而破壞密封。在氣門運動過程中，防止氣門、挺桿，推桿等運動件彼此脫開，產生沖擊和噪聲。為此氣門彈簧必須有足夠剛度和適當的安裝預緊力。

氣門彈簧多采用高碳錳鋼、硅錳鋼和鎳鉻錳鋼，經冷澆成型，機械加工后進行熱處理，并用噴丸或噴砂工藝處理，提高其疲勞強度，表面鍍鋅處理提高其防腐能力。氣門彈簧工作時，如果其固有頻率與凸輪轉速（等于氣門開閉次數）成倍數時，會產生共振，加速氣門彈簧的疲勞損壞。因此，目前多數柴油機采用一個氣門上同心安裝兩根不同繞向的彈簧來防止共振。有的柴油機采用錐形氣門彈簧來防止共振，錐形氣門彈簧的剛度和固有振動頻率沿彈簧軸線方向是變化的，因此可以消除共振的可能性。還有的機型采用了不等節距單氣門彈簧防止共振，由于不等節距氣門彈簧的固有振動頻率不是定值，從而可以避免共振的產生。

氣門彈簧安裝時，一端支承在氣門彈簧座上，另一端則支承在汽缸蓋或支承在裝置于氣門導管的墊圈座上。各氣門彈簧用支承彈簧端面的特別凸緣來保證其對中位置。

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