新聞主題	柴油發(fā)電機氣門(mén)組件的結構、分類(lèi)和作用

 

摘要：在壓縮和燃燒過(guò)程中，氣門(mén)必須保證嚴密的密封，不能出現漏氣現象。否則柴油發(fā)電機的功率會(huì )下降，嚴重時(shí)柴油發(fā)電機由于壓縮終了溫度和壓力太低，一直不能著(zhù)火（點(diǎn)火）啟動(dòng)。氣門(mén)在漏氣情況下工作，高溫燃氣長(cháng)時(shí)間沖刷進(jìn)氣門(mén)，使氣門(mén)過(guò)熱、燒損。氣門(mén)是在高溫、高機械負荷及冷卻潤滑困難的條件下工作的。氣門(mén)頭部還承受氣體壓力的作用。排氣門(mén)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(mén)具有足夠的強度、耐高溫、耐腐蝕和耐磨損的能力。

 

一、氣門(mén)組件的結構

      氣門(mén)組件包括氣門(mén)、氣門(mén)座、氣門(mén)導管、氣門(mén)彈簧、彈簧座及鎖緊裝置等零件，組成如圖1所示。其主要作用是實(shí)現氣缸的密封和進(jìn)排氣。

1、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，如圖2所示。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(cháng)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。    

 

圖1  柴油機氣門(mén)組構成示意圖.

圖2  柴油機氣門(mén)結構示意圖

 

2、氣門(mén)導管

      氣門(mén)導管的功用是對氣門(mén)的運動(dòng)導向，保證氣門(mén)作直線(xiàn)往復運動(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)導管的工作溫度較高，而且潤滑條件較差，靠配氣機構工作時(shí)飛濺起來(lái)的機油來(lái)潤滑氣門(mén)桿和氣門(mén)導管孔。氣門(mén)導管由灰鑄鐵、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)導管壓入氣缸蓋上的氣門(mén)導管座孔之后，再精鉸氣門(mén)導管孔，以保證氣門(mén)導管與氣門(mén)桿的正確配合間隙。

3、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)配氣機構產(chǎn)生的慣性力，使傳動(dòng)件始終受凸輪控制而不相互脫離。原理如圖3所示，結構如圖4所示。

      氣門(mén)彈簧一般為等螺距圓柱形螺旋彈簧。當氣門(mén)彈簧的工作頻率與其固有的振動(dòng)頻率相等或為整數倍時(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，可采取下列結構措施：

（1）雙氣門(mén)彈簧

      在柴油機和高性能汽油機上廣泛采用每個(gè)氣門(mén)安裝兩個(gè)直徑不同，旋向相反的內、外彈簧。由于兩個(gè)彈簧的固有頻率不同，當一個(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(xiàn)方向是變化的，因此可以消除發(fā)生共振的可能性。

4、氣門(mén)旋轉機構

      當氣門(mén)工作時(shí)，如能產(chǎn)生緩慢的旋轉運動(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。

 

圖3  氣門(mén)彈簧原理圖

圖4  氣門(mén)彈簧結構示意圖

 

二、氣門(mén)分類(lèi)和作用

 

      氣門(mén)的作用是專(zhuān)門(mén)負責向柴油發(fā)電機內輸入空氣并排出燃燒后的廢氣。從柴油發(fā)電機結構上，分為進(jìn)氣門(mén)（intake valve）和排氣門(mén)（exhaust valve）。進(jìn)氣門(mén)的作用是將空氣吸入柴油發(fā)電機內，與燃料混合燃燒；排氣門(mén)的作用是將燃燒后的廢氣排出并散熱。氣門(mén)分為進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)兩種。頂置式氣門(mén)配氣機構有每缸二氣門(mén)（一個(gè)進(jìn)氣門(mén)、一個(gè)排氣門(mén)）、三氣門(mén)（兩個(gè)進(jìn)氣門(mén)、一個(gè)排氣門(mén)）、四氣門(mén)（兩個(gè)進(jìn)氣門(mén)、兩個(gè)排氣門(mén)）和五氣門(mén)（三個(gè)進(jìn)氣門(mén)、兩個(gè)排氣門(mén)）之分。二氣門(mén)多用于中小功率的柴油發(fā)電機；后三者用于強化程度較高的中、大型柴油發(fā)電機，并以四氣門(mén)結構的居多，型式如圖5所示。

1、材質(zhì)

      進(jìn)氣門(mén)工作溫度稍低，一般采用普通合金鋼；排氣門(mén)普遍采用耐熱合金鋼。為了節約成本，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。氣門(mén)的材質(zhì)在中國通常分為40Cr、4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo、21-4N和23-8N等。5Cr8Si2、4Cr9Si3、21-2N、21-12N、23-8N、XB等已在一些引進(jìn)機型上大批量使用。高溫鎳基合金在高負荷柴油機排氣門(mén)上也開(kāi)始應用。

2、氣門(mén)錐面

      氣門(mén)錐面是氣門(mén)與氣門(mén)座之間的配合面（如圖6所示），氣門(mén)的密封性就是依靠?jì)蓚€(gè)表面嚴密貼合來(lái)保證的。此外，氣門(mén)接受燃氣的加熱量的75%要通過(guò)錐面傳出。從有利于傳熱的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，氣門(mén)錐面與氣門(mén)座接觸的寬度應愈寬愈好，但是接觸面愈寬，密封的可靠性就愈低，因為工作面上的比壓減小，雜物和硬粒不易被碾碎和排走。所以通常要求氣門(mén)錐面密封環(huán)帶的寬度在之間即可。

 

圖5  四氣門(mén)組合圖

圖6  氣門(mén)結構圖

 

3、氣門(mén)頂

      氣門(mén)頂面有平頂、凹頂和凸頂等形狀，如圖7所示。目前應用最多的是平頂氣門(mén)，其結構簡(jiǎn)單，制造方便，受熱面積小，進(jìn)、排氣門(mén)都可采用。氣門(mén)頂面上有時(shí)還銑出一條較窄的凹槽，主要用于研磨氣門(mén)時(shí)能將工具插入槽中旋轉氣門(mén)。氣門(mén)和氣門(mén)座配對進(jìn)行研磨，研磨后氣門(mén)即不能互換。

4、氣門(mén)錐角

      氣門(mén)錐面的錐角一般為30°或45°，如圖8所示。也有少數內燃柴油發(fā)電機做成60°或15°錐角的。錐角愈小，單位面積上的壓力也愈小，氣門(mén)與氣門(mén)座之間的相對滑動(dòng)位移也較小，從而使氣門(mén)的磨損減輕。因此，有的柴油發(fā)電機進(jìn)氣門(mén)錐面的錐角為30°。

      排氣門(mén)由于高溫廢氣不斷流過(guò)錐面，廢氣中的碳煙微粒容易沉積附著(zhù)在錐面上，影響密封性。因此，排氣門(mén)要求錐面上的比壓要高些，以利于積炭的排除。排氣門(mén)大多采用45°的錐角。為了制造和維修方便，不少柴油發(fā)電機進(jìn)、排氣門(mén)錐角均采用45°。

5、氣門(mén)座

      氣門(mén)座的錐角有時(shí)比氣門(mén)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。

6、氣門(mén)頭

      氣門(mén)頭部的直徑對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。但直徑的大小受汽缸頂面的限制?？紤]到進(jìn)氣阻力對柴油發(fā)電機性能的影響比排氣阻力更大，所以一般都使進(jìn)氣門(mén)的直徑比排氣門(mén)稍大。有些柴油發(fā)電機的進(jìn)、排氣門(mén)直徑相同，以便于制造和維修。但如果兩者材料不同，則必須打上標記，以免裝錯。

      氣門(mén)頭部邊緣應保持一定的厚度，一般為1、3mm，以防止工作時(shí)，由于氣門(mén)與氣門(mén)座之間的沖擊而損壞或被高溫氣體燒蝕。為了改善氣門(mén)頭部的耐磨性和耐腐蝕性，以增強密封性能，有些柴油發(fā)電機在排氣門(mén)的密封錐面上，堆焊一層特種合金。

7、氣門(mén)桿

     氣門(mén)桿呈圓柱型，在氣門(mén)導管中不斷進(jìn)行往復運動(dòng)，其表面必經(jīng)過(guò)熱處理和磨光。氣門(mén)桿端部的形狀取決于氣門(mén)彈簧的固定形式，常用的結構是兩半鎖片來(lái)固定彈簧座，氣門(mén)桿的端部有環(huán)槽來(lái)安裝鎖片，有的是用鎖銷(xiāo)來(lái)固定，其端部有一安裝鎖銷(xiāo)用的孔。

 

圖7  氣門(mén)頂形狀類(lèi)型

圖8  氣門(mén)錐角示意圖

 

三、氣門(mén)組的檢修

 

      發(fā)動(dòng)機工作時(shí)，氣門(mén)受沖擊性交變載荷，當氣門(mén)出現跳動(dòng)或當配氣機構間隙過(guò)大時(shí)，載荷將顯著(zhù)增加。在高機械負荷下，易造成氣門(mén)桿及氣門(mén)頭部變形、漏氣及嚴重磨損。特別是排氣門(mén)還承受高熱負荷。氣門(mén)常見(jiàn)損壞有氣門(mén)及氣門(mén)座工作面磨損和燒蝕、氣門(mén)桿彎曲和磨損、氣門(mén)桿端面磨損、氣門(mén)桿與導管配合松曠等。

1、氣門(mén)的檢查

① 用千分表檢查氣門(mén)桿的彎曲，所示，表針擺差不應超過(guò)0.05mm?；驅忾T(mén)桿放在平板上滾動(dòng)檢查，如有彎曲時(shí)，應進(jìn)行校正或更換。

② 測量氣門(mén)桿的磨損程度。用螺旋測微器測量氣門(mén)桿上、中、下三個(gè)部位。通常將測量結果與氣門(mén)桿尾部未磨損部分對比，若超過(guò)0.05mm，或用手觸摸有明顯的階梯形感覺(jué)時(shí)，應更換氣門(mén)。

③ 檢查氣門(mén)長(cháng)度。氣門(mén)桿尾端磨損不平，應用砂輪修復，磨削量不得超過(guò)0.50mm。

④ 檢查氣門(mén)工作面是否因磨損出現起槽、變寬和燒蝕出現斑點(diǎn)、凹陷。如有，應進(jìn)行光磨。

2、氣門(mén)的光磨

      氣門(mén)光磨通常在氣門(mén)光磨機上進(jìn)行，要求磨削量盡量小，以延長(cháng)其使用壽命。氣門(mén)工作面光磨工藝如下：

① 檢查砂輪輪面情況。如砂輪不平整，應更換砂輪。

② 將氣門(mén)夾于夾座內，調整氣門(mén)夾座的位置，使氣門(mén)和砂輪成一定的角度(該角度應符合氣門(mén)錐面的錐度)，開(kāi)動(dòng)氣門(mén)光磨機，操縱手柄，即可進(jìn)行光磨。柴油發(fā)電機氣門(mén)錐角為：進(jìn)氣門(mén)60°，排氣門(mén)45°。

③ 開(kāi)動(dòng)夾架電動(dòng)機，觀(guān)察氣門(mén)是否有搖擺現象。如有搖擺，重新調整夾架；如無(wú)搖擺，再開(kāi)動(dòng)砂輪電動(dòng)機進(jìn)行光磨。光磨時(shí)，一手轉動(dòng)橫向手柄，使氣門(mén)慢慢向右移動(dòng)，一手轉動(dòng)縱向手柄，使砂輪漸漸移向氣門(mén)工作面，并來(lái)回轉動(dòng)橫向手柄，使氣門(mén)工作面在砂輪面上左右慢慢移動(dòng)，以保持砂輪平整。應注意：氣門(mén)不能移出砂輪面，以防打壞砂輪和氣門(mén)。光磨時(shí)應打開(kāi)冷卻液開(kāi)關(guān)。光磨機砂輪粗糙時(shí)，可用“300”號砂布磨光氣門(mén)工作面。

④ 磨削后，退出砂輪，關(guān)閉電動(dòng)機和冷卻液開(kāi)關(guān)。氣門(mén)光磨后，其邊緣將逐漸變薄，工作時(shí)容易變形和燒毀。進(jìn)氣門(mén)邊緣厚度不得小于0.6mm，排氣門(mén)不得小于1.1mm。如果氣門(mén)頭部邊緣小于最小邊緣厚度時(shí)，應更換氣門(mén)。

3、氣門(mén)彈簧的檢查

      氣門(mén)彈簧常見(jiàn)損壞有折斷、彈力不足、自由長(cháng)度縮短等。

（1）檢查氣門(mén)彈簧有無(wú)折斷或裂紋現象。如有，應更換。

（2）檢查氣門(mén)彈簧的軸線(xiàn)垂直度。如果軸線(xiàn)垂直度超過(guò)1mm，或彈簧外徑的垂直偏差超過(guò)2mm，應更換。

（3）用游標卡尺檢查氣門(mén)彈簧的自由長(cháng)度，柴油發(fā)電機氣門(mén)彈簧的自由長(cháng)度，進(jìn)氣門(mén)不得低于39.6mm，排氣門(mén)不得低于44.0mm。如果超過(guò)使用限度應更換。

4、氣門(mén)導管的檢修

      氣門(mén)導管磨損，使氣門(mén)桿與導管間間隙增大，影響氣門(mén)的密封性。

（1）檢查方法

      將氣門(mén)提起至氣缸蓋平面15mm左右，將百分表架固定于氣缸蓋上，百分表桿頂觸在氣門(mén)頂部邊緣處，來(lái)回推動(dòng)氣門(mén))。百分表指針差值即為氣門(mén)導管與氣門(mén)桿的配合間隙。配合間隙使用限度為：進(jìn)氣門(mén)不得超過(guò)1.0mm，排氣門(mén)不得超過(guò)1.3mm。超過(guò)標準值，應更換氣門(mén)導管。

（2）更換方法

      更換排氣門(mén)導管時(shí)，先將汽缸蓋倒置，用專(zhuān)用工具從燃燒室一側壓出氣門(mén)導管，再將汽缸蓋翻過(guò)來(lái)，用專(zhuān)用工具壓入新的氣門(mén)導管，直到氣門(mén)導管上的卡環(huán)接觸到汽缸蓋為止。通常情況下，更換氣門(mén)導管后應同時(shí)更換新的氣門(mén)。更換氣門(mén)導管的主要步驟如下：

① 將氣缸蓋加熱至80－100℃后，用專(zhuān)用工具從氣缸蓋上將氣門(mén)導管壓出。

② 檢查氣缸蓋上導管座孔、氣門(mén)座圈孔、火花塞孔之間是否存在裂紋。如裂紋長(cháng)度大于0.5mm時(shí)，應修復或更換氣缸蓋；如裂紋長(cháng)度小于0.5mm時(shí)，氣缸蓋可繼續使用。

③ 測量導管座孔直徑，選配相應的氣門(mén)導管。

④ 將選好的氣門(mén)導管外表涂以少許機油，用專(zhuān)用工具將導管壓入氣缸蓋導管座孔內。

⑤ 用鉸刀修鉸氣門(mén)導管內徑，并用氣門(mén)桿試配，直到氣門(mén)桿與氣門(mén)導管配合間隙達到規定標準值為止。

 

總結：

      氣門(mén)及氣門(mén)座是影響發(fā)動(dòng)機可靠性、安全性的關(guān)鍵零部件之一，主要用于啟動(dòng)和關(guān)閉發(fā)動(dòng)機工作過(guò)程中的進(jìn)氣道和排氣道，控制燃料混合氣或空氣的進(jìn)入以及廢氣的排出。氣門(mén)及氣門(mén)座的工作環(huán)境十分惡劣，除承受高溫燃氣的腐蝕外，還要承受氣缸內爆發(fā)壓力的沖擊,主要失效模式為磨損。分別為接觸疲勞磨損、高溫腐蝕磨損、磨粒磨損和高溫蠕變，并且磨損失效過(guò)程遵循一般機械零件磨損的規律，高溫下的蠕變和腐蝕介質(zhì)在這一過(guò)程中起加速作用。發(fā)動(dòng)機氣門(mén)及氣門(mén)座磨損失效使得進(jìn)排氣道關(guān)閉不嚴，導致發(fā)動(dòng)機漏氣，氣缸壓力減小，功率下降，耗油增加，嚴重時(shí)還會(huì )導致發(fā)動(dòng)機排氣冒黑煙，空氣濾清器竄氣，起動(dòng)困難等。

----------------
以上信息來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)新聞，特此聲明！
若有違反相關(guān)法律或者侵犯版權，請通知我們！
溫馨提示：未經(jīng)我方許可，請勿隨意轉載信息！
如果希望了解更多有關(guān)柴油發(fā)電機組技術(shù)數據與產(chǎn)品資料，請電話(huà)聯(lián)系銷(xiāo)售宣傳部門(mén)或訪(fǎng)問(wèn)我們官網(wǎng)：http://