现代工程机械发动机配气机构的零件和组件

    一、气门组

    发动机气门组包括的零件如图3-9所示。

    对气门组最基本的要求是气门与气门座能紧密配合，在高温条件下工作可靠，为此，气门组必须满足：1）气门与气门座配合锥面精密；2）气门导管对气门的导向正确，不使气门倾斜；3）气门弹簧要有足够的刚度和预紧力，且其两端面应与气门中心线垂直。保证气门关闭迅速、严密。

    （一）气门

    气门由菌状的头部和圆柱形的杆部组成。头部多为平顶的，制造方便，吸热面积小，头部与气门座的配合锥面如图3-10所示。锥面多为45°或30°。气门与气门座须配对研磨，其密封环带宽度以1~2mm为宜。头部与杆部用过渡圆弧连接，保证气流的流通断面大和流动阻力小。气门杆与气门导管应很好配合，以保证其导向作用。杆的尾部，有装弹簧锁片的锥形环槽。

    气门的工作条件很差，头部与燃烧室气体接触，受热严重，排气门的温度可高达800~900°C，进气门的温度亦可达300~400°C，同时，杆部在气门导管中作高速往复运动，且润滑困难。因此，气门的材料要耐高温、耐腐蚀，有较高的耐疲劳强度和蠕变强度等。进气门通常采用普通合金钢，如铬钢或镍铬钢等。排气门通常采用耐热合金钢，如硅锰钢或硅铬钢等。有的发动机，为了节约耐热合金缸，排气门的头部用耐热合金钢，而杆部用铬钢，将两者焊接一起。

    为了改善充气，多数发动机的进气门头部的直径比排气门的大。

    （二）气门弹簧

    气门弹簧的功用是利用其弹力来关闭气门。当驱动气门开启的推力撤除后，气门便在弹簧弹力的作用下与气门座紧密配合。

    气门弹簧是用弹簧钢丝制成的圆柱形螺旋弹簧，为了工作可靠，弹簧必须有足够的刚度和强度；弹簧安装后必须有一定的预紧力，以防止气门跳动。此外，多数发动机采用双弹簧，内外弹簧的旋向相反，双弹簧不仅能防止共振，而且当一根弹簧断掉时，另一根弹簧仍能继续工作。也有的发动机采用一根气门弹簧，为防止其共振，采用不等螺距。

    改了改善气门和气门密封面的工作条件，可设法使气门在工作中能相对气门座缓慢旋转，这样可使气门头沿圆周温度均匀，减小气门头部热变形。气门缓慢旋转时在密封锥面上产生轻微的摩擦力，有阻力沉积物形成的自洁作用。

    气门旋转机构的实例见图3-11.在图3-11a）所示的自由旋转机构中，气门锁片并不直接与弹簧座接触，而是装在一个锥形套筒中，后者的下端支承在弹簧座平面上，套筒端部与弹簧座接触面上的摩擦力不大，而且在发动机运转振动力作用下，在某一短时间内可能为零，这就使气门有可能自由地作不规则的转动。

    有的发动机采用图3-11b）所示的强制旋转机构，使气门每开一次便转过一定角度。在壳体4中，有六个变深度的槽，槽中装有带复位弹簧5的钢球6.当气门关闭时，气门弹簧的力通过支承板2与蝶形弹簧3直接传到壳体4上。当气门升起时，不断增大的气门弹簧力将碟形弹簧压平而迫使钢球沿着凹槽的斜面滚动，带着碟形弹簧，支承板，气门弹簧和气门一起转过△α角。在气门关闭过程中，碟形弹簧的载荷减小而恢复原来的碟形，钢球即在复位弹簧5的作用下回到原来位置。135系列增压柴油机的进气门即采用了这种气门旋转机构。

    （三）气门座

    气门座可以在气缸盖（顶置气门）或气缸体（侧置气门）上镗出，但考虑它在高温下工作，磨损严重。故一般用耐热合金钢或合金铸铁单独制成，然后压入缸盖或缸体中。

    （四）气门导管

    气门导管的主要功用是保证气门能沿本身轴线作上下往复直线运动，使气门与气门座能正确配合，气门杆与气门导管间的配合间隙一般为0.05~0.12mm，气门导管通称用铸铁制成，压入缸盖或缸体中。

    二、气门传动组

    气门传动组的主要功用是使气门根据配气定时的要求按时开启和关闭，并有足够的开度，气门传动组的组成如图3-1所示。

    （一）凸轮轴

    凸轮轴是控制各缸进、排气门开启和关闭的主要零件。图3-12为四缸四行程发动机凸轮轴简图。其旋转方向与曲轴相同，转速为曲轴转速的一半，各缸工作次序为1-3-4-2，相继作功两缸的进（或排）气门凸轮夹角均为360°/4=90°（不考虑气门早开、迟关）。

    图3-13a）为6135G型柴油机的凸轮轴总成图。其各缸的工作次序为1-5-3-6-2-4.相继作功两缸的进（或排）气门凸轮夹角为360°/6=60凸轮按箭头所示方向旋转（图3-13b），AB消除气门间隙，BCD气门开启，DE恢复气门间隙。为了减小变形，凸轮轴采用全支撑。考虑安装的需要，凸轮轴的轴颈大于凸轮轴的最高点。第一道轴颈处装有推力轴承2及粉末冶金隔圈3，用来承受轴向力，防止凸轮轴轴向窜动。

    图3-14为6120型柴油机凸轮轴轴向定位示意图。在凸轮轴正时齿轮4和凸轮轴第一支撑轴颈间有定位圈2、止推片3（用螺钉固定在缸体上），用来限制凸轮轴的轴向窜动，允许凸轮轴的轴向窜动量是由定位圈和止推片的厚度来保证的。

    凸轮轴一般采用碳钢模锻，轴颈和凸轮表面经渗碳淬火或高频淬火，近年来广泛采用合金铸铁或球墨铸铁铸造的凸轮轴，使制造成本大为降低。

    （二）挺柱

    挺柱的主要功用，对顶置气门式配气机构而言，它将凸轮的推力传给推杆、摇臂，开启气门；对于侧置气门式配气机构，它将凸轮的推力直接用来开启气门。挺柱在工作中，是在凸轮推力沿其轴线方向的分离与其本身重量、推杆重量、气门弹簧弹力等交替作用下，上下往复运动。此外，挺柱还受凸轮推力延其横向方向分力的作用，使其压向缸体。由于凸轮推力的作用，造成挺柱与凸轮、挺柱与缸体局部的严重磨损，不仅会影响正常的气门间隙，而且会引起噪声大、使用寿命低等。因此，为减小磨损，使磨损均匀，一般采用如下措施：1）将挺柱制成空心的筒形，以便减轻重量和增加承压面积；2）圆筒内底面做成球形凹坑与推杆的球头相配合，磨损较均匀；3）挺柱的底面采用图3-15所示结构，图a）中挺杆为平底的，挺杆的中心线与凸轮的对称线有一个偏心距e。图b）中挺柱底面为球面，凸轮外缘稍带有锥度，使球面与锥面的接触点偏离挺柱中心线，偏心距为e。上述二种结构，工作中挺柱既沿着轴线方向作往复运动，又绕轴线作小量转动，使挺柱与凸轮、缸体间的磨损较均匀。

    挺柱一般用钢或铸铁制成，表面经热处理以提高其硬度。

    在挺住体1中装有柱塞3，在柱塞上端压入支承座5.柱塞经常被弹簧8压向上方，其最上位置由卡环4来限制。柱塞下端的阀架2内装有碟形弹簧6和单向阀7，发动机润滑系中的机油从主油道经挺柱体侧面的油孔流入，并经常充满柱塞内腔及其下面的空腔。

    当气门关闭时，弹簧8使柱塞3连同压合在柱塞中的支承座5紧靠着推杆，整个配气机构中不存在间隙。

    当挺柱被凸轮推举向上时，推杆作用于支承座和柱塞3上的反力力图使柱塞克服弹簧8的力而相对于挺住体1向下移动，于是柱塞下部空腔内油压迅速增高，使单向阀7关闭，由于液体的不可压缩性，整个挺柱如同一刚体一样上升，这样便保证了必要的气门升程。当油压很高时，会有少许油液经柱塞与挺住体之间的配合间隙漏出去，但这不致影响正常的工作。同样，在气门受热膨胀时，柱塞也因受压而与挺柱作轴向相对运动，并将油液自下腔经上述间隙挤出，故使用液压挺柱时，可以不留气门间隙，而保证气门受膨胀时仍能与气门座密合。

    当气门开始关闭或冷却收缩时，柱塞所受压力减小，由于弹簧8的作用，柱塞向上运动，始终与推杆保持接触。同时柱塞下部的空腔中产生真空度，单向阀7被吸开，油液便流入而再度充满整个挺柱内腔。

    （三）推杆

    推杆3（图3-1）的功用是将挺柱传来的推力传给摇臂。为了减轻质量，推杆一般用空心的钢管制成，其上端焊一个圆形凹坑的端头，调整螺钉的球头座落其中，其下端焊一个球头，座落在挺柱的圆形凹坑中。二端头用钢制成，并经淬火和磨光，以保证其耐磨性。

    （四）摇臂

    摇臂的功用是将推杆传来的力改变方向和大小作用在气门上，用以开启气门。

    从图3-1可见，摇臂的两臂是不等长的。长臂用以开启气门，短臂拧入调整螺钉，这样的结构，可在一定的气门升程条件下，使挺柱、推杆上下移动的距离减小，从而减轻惯性力。短臂端有螺纹孔，用来调节气门间隙。长臂端，有圆弧形的工作表面压在气门的尾端上，须经淬火磨光。

    摇臂一般用钢材模锻制成，通过其中心孔的青铜衬套松套在摇臂轴上，两端用弹簧固定。

    国外还有一定无噪声摇臂其组成零件如图3-17所示。其中凸环1的作用是消除气门和摇臂之间的间隙，从而消除由此产生的冲击噪声。无噪声摇臂的工作过程如图3-18所示，凸环8以摇臂5的一端为支点，并靠在气门9杆部的端面上，当气门处在关闭位置时，在弹簧6的作用下，柱塞7推动凸环向外摆动，消除了气门间隙。气门开启时，推杆3便向上运动推动摇臂，由于摇臂已经通过凸环和气门杆部处在接触状态，因而不会发生冲击噪声。

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