细说气门组件结构特点

关伯超

摘要：气门组件是柴油机重要部件，也是易损件，详细地讲述了气门组件的结构特点及在柴油机工作中所起的作用。

关键词：柴油机；气门组件；结构特点

中图分类号：U472文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.01.043

气门组由气门、气门弹簧、弹簧座、锁夹和气门导管组成。气门组件的功用是控制进排气道的开闭，完成换气任务。气门与气门座之间的密封性是否良好，是气门工作性能最主要评价指标。为此，要求气门头部与气门座贴合要严密；气门导管对气门杆往复运动导向要良好；气门弹簧两端面与气门杆的中心线要互相垂直，以保证气门头落在气门座上不偏斜；气门弹簧力足以克服气门及其传动件的运动惯性力，使气门开闭及时，并保证气门关闭时压紧在气门座上，气门开启时对气流的阻力要小。

1气门

气门由气门头和杆部组成。气门头工作温度高（进气门为300 ℃，排气门为600～800 ℃），并承受汽缸内的高压气体及传动件惯性力的作用，落座时受冲击力，冷却和润滑条件差。气门的损坏一般为烧损和断裂，特别是排气门，受高温腐蚀性气体的高速冲刷，更容易损坏。为使气门有足够的强度、刚度、耐热和耐磨能力，进气门材料采用合金钢，如40Cr，35CrMo；排气门则采用耐热合金钢，如4Cr9Si2，4Cr10Si2Mo等制造。YC6105QC型柴油机的进、排气门分别采用4Cr9Si2，4CrSi2Mo制造。有的柴油机的排气门仅头部用耐热合金钢，杆部用铬钢，然后将二者焊在一起，这样可节省优质材料。

柴油机气门头部多为平顶，几何形状简单，制造方便，受热面积小。少数柴油机排气门采用圆弧凸起结构，刚度大，但其受热面积大，工作温度高。凹顶气门的圆弧半径大，对气流阻力小，可用于柴油机进气门。为保证气门与气门座紧密贴合，气门封闭面做成锥面，其锥角一般为45°。在气门升程不变的情况下，较小的气门锥角可增大气流通过截面积，减少气流阻力。但气门锥角小时，使气门头变薄，刚性变弱，对中性差，易使气门密封性变坏。小气门锥角不适合于排气门。

气门密封锥面仅以其全宽的一部分与气门座贴合形成环形密封带。密封带的宽度对气门散热和密封影响很大，气门接受燃气热量的75%要通过锥面传出。

气门杆起导向和传热作用。气门头部锥面工作时要正确落座，并与气门座完全贴合，主要依靠气门杆在气门导管中的导向作用，为此气门杆和气门导管之间均留有一定的间隙。气门杆表面必须精磨。气门杆受摇臂的频繁冲击与摩擦，因此气门杆需要进行热处理（如淬火，氮化处理），提高其硬度和耐磨性。

气门杆尾端的形状取决于气门弹簧的固定方式。一般利用两半的锥形锁片来固定弹簧座。锁片安装在气门杆尾端的环槽里。

2气门导管

气门导管的作用，是保证气门往复直线运动及气门与气门座准确贴合。此外，气门导管还协助气门散热。气门导管工作温度较高（約250～300 ℃），润滑条件不佳，易磨损。

气门导管一般用灰铸铁、球墨铸铁或铁基粉末冶金制造。YC6105QC型柴油机的气门导管即采用灰铸铁制造。气门导管压入汽缸盖导管孔后再精铰内孔，以保证气门杆与气门导管之间的适当间隙。此间隙大小将影响气门杆传热、机油耗损和气门头部密封，一般进、排气门与导管的间隙分别为0.025～0.075 mm和0.050～0.100 mm。例如：YC6105QC型柴油机的进气门杆与导管孔间的间隙为0.025～0.066 mm，排气门杆与导管孔间隙为0.040～0.081mm。

3气门座圈

气门座圈与气门头互相接触，保证汽缸的密封，并为气门散热。有的柴油机在汽缸盖上直接镗出气门座。由于气门座圈工作温度高，润滑不良，受冲击，容易磨损。气门座圈过度磨损将造成气门下沉而影响柴油机的工作性能，故大多数柴油机气门座圈采用较好材料（合金铸铁、奥氏体钢等）制造。例如：YC6105QC型和YC6110Q型柴油机的进、排气门座圈均为镶嵌式，用SIVS-1制造。某些柴油机考虑到排气门热负荷高，磨损严重，只在排气门座采用气门座圈。有的增压柴油机，由于进气道中无真空度，进气门处得不到机油润滑，而排气门处由于有废气中燃烧不完全的柴油、机油润滑，所以镶有进气门座圈，而没有排气门座圈。上述镶嵌式气门座圈的优点是，提高了气门座圈的耐磨性和寿命，更换和维修也比较方便，但传热性差，加工要求高，气门座圈松脱时会严重影响柴油机正常工作。

4气门弹簧

气门弹簧的作用是克服运动件的惯性力，保证气门关闭时能压紧在气门座上，避免气门发生跳动而破坏密封。在气门运动过程中，防止气门、挺杆，推杆等运动件彼此脱开，产生冲击和噪声。为此气门弹簧必须有足够刚度和适当的安装预紧力。

气门弹簧多采用高碳锰钢、硅锰钢和镍铬锰钢，经冷浇成型，机械加工后进行热处理，并用喷丸或喷砂工艺处理，提高其疲劳强度，表面镀锌处理提高其防腐能力。气门弹簧工作时，如果其固有频率与凸轮转速（等于气门开闭次数）成倍数时，会产生共振，加速气门弹簧的疲劳损坏。因此，目前多数柴油机采用一个气门上同心安装两根不同绕向的弹簧来防止共振。有的柴油机采用锥形气门弹簧来防止共振，锥形气门弹簧的刚度和固有振动频率沿弹簧轴线方向是变化的，因此可以消除共振的可能性。还有的机型采用了不等节距单气门弹簧防止共振，由于不等节距气门弹簧的固有振动频率不是定值，从而可以避免共振的产生。

气门弹簧安装时，一端支承在气门弹簧座上，另一端则支承在汽缸盖或支承在装置于气门导管的垫圈座上。各气门弹簧用支承弹簧端面的特别凸缘来保证其对中位置。

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