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1.气门
气门由头部和杆部两部分组成。头部的工作温度很高(进气门可高达300~400℃,排气门更高,可达700~900℃,而且还要承受气体压力、气门弹簧力以及传动组零件惯性力的作用,其冷却和润滑条件又较差。因此,要求气门必须具有足够的强度、刚度、耐热和耐磨能力。进气门的材料采用合金钢(如铬钢或镍铬钢等),排气门则采用耐热合金钢(硅铬钢等)。
气门头部的形状有平顶、球面顶和喇叭形顶(凹顶)等,如图4-11-1所示。目前使用最多的是平顶气门头。平顶气门头(图4-11-1 a))结构简单,制造方便,吸热面积小,质量也小,进、排气门都可以采用。球面顶气门头(图4-11-1 c))使用于排气门,因为其强度高,排气阻力小,废气的清除效果好。但球形的受热面积大,质量和惯性力大,加工较复杂。喇叭形顶头部(图4-11-1 b))与杆部的过渡部分具有一定的流线形,可以减少进气阻力,但其顶部受热面积大,故适用于进气门,而不宜用于排气门。
图4-11-1 气门头部形状
气门头部与气门座接触的工作面称为气门密封锥面。该密封锥面与气门顶平面的夹角称为气门锥角,如图4-11-2所示。气门锥角一般为45°。有些发动机的进气门锥角为30°。气门头的边缘应保持一定的厚度,一般为1~3mm,以防止工作中由于气门与气门座之间的冲击而损坏或被高温气体烧蚀。为了减少进气阻力,提高气缸的充量系数,多数发动机的进气门的头部直径比排气门的要大。
图4-11-2 气门头部锥角
为保证气门头与气门座之间的良好配合,装配前应将气门头与气门座两者的密封锥面互相研磨。研磨好的零件不能互换。
气门头部的热量是直接通过气门座以及通过气门杆,经气门导管而传到气缸盖的。为了提高气门头部的散热性能,气门座孔区域加强了冷却,气门头向气门杆过渡部分的几何形状应尽量做到圆滑,以增加强度并减少热流阻力。此外,还应使气门杆与气门导管中间的间隙尽可能的小。
气门杆呈圆柱形,在气门导管中不断进行往复运动。气门杆端的形状决定于气门弹簧座的固定方式如图3-2-4所示,常用的结构是用剖分成两半的锥形锁片来固定弹簧座(图4-11-3 a)。这时,气门杆端部可切出环槽来安装锁片。解放CA1091型汽车6102型发动机的气门弹簧座用锁销来固定(图4-11-3 b),故其气门杆端部有一个用来安装锁销的径向孔。锁销式固定方式是将锁销插入气门杆上的孔内,由于锁销长度大于气门弹簧座孔径,所以可使气门弹簧座固定。
图4-11-3 弹簧座的固定方式
2.气门座与气门锥角
(1)气门座
气缸盖(或气缸体)的进、排气道口直接与气门密封锥面接触的部位称为气门座,气门座一般与气门配合,保证气缸密封。
大部分发动机的气门座单独制成座圈,然后压装到燃烧室内的进、排气道口处,气门座圈与座孔应有足够的过盈配合量,以防止发动机工作时气门座脱落。
(2)气门座锥角 为保证气门与气门座可靠密封,气门座上加工有与气门相适应的密封锥面。如图4-11-4所示。
图4-11-4 气门座锥面
气门座锥角与气门锥角相适应,由三部分组成。其中45º(或30º)锥面与气门密封锥面贴合,为保证有一定的座合压力,使密封可靠,同时又有一定的散热面积,要求结合面的宽度b为1mm~3mm。在安装气门前,还应采用与气门配对研磨的方法,以保证贴合更紧密、可靠。15º和75º锥角(国外多用30º和60º锥角)是用来修正工作锥面的宽度和上下位置的,以使其达到规定的要求。
为保证发动机正常工作,要将气门座磨到规定的角度,30º或45º。而在磨削时,常将气门锥角磨得比气门座锥角小1º左右,这样可获得一个密封干涉角,如图4-11-5所示。干涉角的存在使气门在落座时能够切开气门座上的沉积物,而且还能产生更好的机械密封性;也有利于在走合期加速磨合,走合期结束,干涉角逐渐消失,形成良好的全锥面接触。
图4-11-5 气门密封干涉角
3.气门导管
气门导管的功用是起导向作用,保证气门作直线往复运动,使气门与气门座能正确贴合。此外,气门导管还在气门杆与气门盖之间起导热作用。其结构如图4-11-6所示。
气门导管的工作温度也较高,约200℃。气门杆在导管中运动时,仅靠配气机构飞溅出来的机油进行润滑,因此容易磨损。气门导管大多数用灰铸铁、球墨铸铁或铁金粉末冶金制造。
导管内、外圆柱面经加工后压入气缸盖的气门导管孔中,然后再精铰内孔。为了防止气门导管在使用过程中松脱,有的发动机对气门导管用卡环定位。气门杆与气门导管之间一般留有0.05~0.12mm间隙,使气门杆能在导管中自由运动。
图4-11-6 气门导管的结构和气门座
4.气门弹簧
气门弹簧的功用是关闭气门,靠弹簧张力使气门紧紧压在气门座上,克服气门和气门传动组件所产生的惯性力,防止各传动件彼此分离而不能正常工作。
气门弹簧一般采用圆柱形螺旋弹簧,如图4-11-7所示,为了防止弹簧发生共振,可采用变螺距圆柱弹簧。现代高速发动机多采用同心安装的内外两根气门弹簧,这样既提高了气门弹簧工作的可靠性,又能有效地防止共振的发生,安装时,内外弹簧的螺旋方向应相反,以防止折断的弹簧圈卡入另一个弹簧座圈。
图4-11-7 气门弹簧结构形式
如图4-11-8所示,更换气门导管时,应用冲子和锤子将气门导管按规定方向(一般为气缸盖上方)拆出旧气门导管;如果旧气门导管装有限位卡环,拆卸前应先将其露出气门导管孔的部分敲断。此外,对于铝合金气缸盖,拆卸旧气门导管前还应加热气缸盖,以免气缸盖裂损。

图4-11-8 更换气门导管
1-气门导管更换工具 2-气门导管 3-加热工具
拆下旧气门导管后,应根据新导管外径适当铰削气门导管孔,使气门导管与气门导管孔有适当的过硬量,一般为0.015~0.065mm。
安装新气门导管前,应先用60~80℃的热水或喷灯加热气缸盖,然后用冲子和锤子将新气门导管敲入气门导管孔,气门导管伸出进、排气道的高度应符合规定。气门导管安装好后,应铰削气门导管内孔,使气门导管与气门杆配合间隙符合标准。


