配氣機(jī)構(gòu)按其功用可分兩組零件:以氣門(mén)為主要零件的氣門(mén)組和以凸輪軸為主要零件的氣門(mén)傳動(dòng)組。
氣門(mén)組包括氣門(mén)、氣門(mén)座、氣門(mén)導(dǎo)管、氣門(mén)彈簧、彈簧座及鎖緊裝置等零件。如圖4-2所示為柴油機(jī)廣泛采用的氣門(mén)組零件。
(1)氣門(mén)在壓縮和燃燒過(guò)程中，氣門(mén)必須保證嚴(yán)密的密封，不能出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。否則柴油機(jī)的功率會(huì)下降，嚴(yán)重時(shí)柴油機(jī)由于壓縮終了溫度和壓力太低，一直不能著火啟動(dòng)。氣門(mén)在漏氣情況下工作，高溫燃?xì)忾L(zhǎng)時(shí)間的沖刷進(jìn)氣門(mén)，使氣門(mén)過(guò)熱、燒損。
氣門(mén)是在高溫、高機(jī)械負(fù)荷及冷卻潤(rùn)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(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕和耐磨損的能力。
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(jī)構(gòu)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機(jī);后三者用于強(qiáng)化程度較高的中、大型柴油機(jī)，并以四氣門(mén)結(jié)構(gòu)的居多。
進(jìn)氣門(mén)由于工作溫度稍低，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(jié)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，然后將兩者焊接在起。
氣門(mén)錐而是氣門(mén)與氣門(mén)座之間的配合面，氣門(mén)的密封性就是依靠?jī)蓚€(gè)表面嚴(yán)密貼合來(lái)保證的。此外，氣門(mén)接受燃?xì)獾募訜崃康?5%要通過(guò)錐面?zhèn)鞒?。從有利于傳熱的觀點(diǎn)出發(fā)，氣門(mén)錐而與氣門(mén)座接觸的寬度應(yīng)愈寬愈好，但是接觸面愈寬，密封的可靠性就愈低，因?yàn)楣ぷ髅嫔系谋葔簻p小，雜物和硬粒不易被碾碎和排走。所以通常要求氣門(mén)錐面術(shù)時(shí)環(huán)帶的寬度在1~2mm之間即可。
氣門(mén)頂而上有時(shí)還銑出條狹窄的凹槽，主要用手研磨氣門(mén)時(shí)能將工具插入槽中旋轉(zhuǎn)氣門(mén)。氣門(mén)和氣門(mén)座配對(duì)進(jìn)行研磨，研磨后氣門(mén)即不能互換。
氣門(mén)錐面的錐角般為30°或45°.也有少數(shù)柴前發(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)滑動(dòng)位移也較小，從而使氣門(mén)的期損減輕。因此，有的柴油機(jī)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，廢氣中的炭煙微粒拉容易沉積附著在錐面上，影響密封性。因此，排氣門(mén)要求錐面上的比壓要高些，以利于積碳的排除，排氣門(mén)大多采用45°的錐角。為了制造和維修方便，不少柴油機(jī)進(jìn)，排氣門(mén)錐角均采用45°。
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。
氣門(mén)頭部的直徑對(duì)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。但直徑的大小受氣缸頂面的限制，考慮到進(jìn)氣租力對(duì)柴油機(jī)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。有些柴油機(jī)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(biāo)記，以免裝錯(cuò)。
氣門(mén)頭部邊緣應(yīng)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(qiáng)密封性能，有些柴油機(jī)在排氣門(mén)的密封錐面上，堆焊一層特種合金。
(2)氣門(mén)導(dǎo)管，氣門(mén)導(dǎo)管的主要功用是保證氣門(mén)與氣門(mén)座有精確的同心度，使氣門(mén)在氣門(mén)導(dǎo)管內(nèi)作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。此外，還擔(dān)負(fù)部分傳熱的任務(wù)。
氣門(mén)導(dǎo)管在250~300°C的高溫及潤(rùn)滑不良條件下工作，易磨損。氣門(mén)導(dǎo)管一一般選用灰鑄鐵或球墨鑄鐵制造;近年來(lái)，我國(guó)廣泛應(yīng)用鐵基粉末冶金加工氣門(mén)導(dǎo)管，它在潤(rùn)滑不良的條件下也能可靠工作，磨損很小。
為了防止氣門(mén)導(dǎo)管可能落人氣缸中，在導(dǎo)管露出氣缸蓋部分嵌有卡環(huán)。氣門(mén)與氣門(mén)導(dǎo)管之間通常留有一一定的間隙。 間隙過(guò)小會(huì)影響氣門(mén)的運(yùn)動(dòng)，在桿身受熱膨脹時(shí)還可能卡死;間隙過(guò)大則氣門(mén)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)有擺動(dòng)現(xiàn)象，使氣門(mén)座磨損不均勻。同時(shí)機(jī)油也容易從間院中漏人氣缸，造成燒機(jī)油等不良后果。
(3)氣門(mén)座圈，氣門(mén)座是與氣門(mén)密封錐面相配合的支承面，它與氣門(mén)共同保證密封性能，同時(shí)它還要把氣門(mén)頭部的熱量傳遞出去。
我門(mén)座可以直接在氣缸蓋或氣缸體上加工而成。為了提高氣門(mén)座表面的耐磨性，有時(shí)采用耐熱鋼，球展鑄鐵或合金傳鐵制成單獨(dú)的零件，然后壓人相應(yīng)的孔中。這個(gè)零件即稱(chēng)為氣地負(fù)有限，斷機(jī)產(chǎn)重所以排氣門(mén)南酒高那采用氣門(mén)座圈。有的增壓來(lái)油機(jī)，由于進(jìn)氣管中無(wú)真空度，所以進(jìn)氣門(mén)處得不到機(jī)油的潤(rùn)滑，而排氣r]處由于有廢氣中的油煙可起到潤(rùn)滑作用，所以進(jìn)氣門(mén)座有座圈，而排氣門(mén)座則沒(méi)有。
采用氣門(mén)座圈的優(yōu)點(diǎn)是提高了座面的耐磨性和壽命，更換和維修也比較方便。缺點(diǎn)是傳熱條件差，加工要求高，氣門(mén)座圈如工作時(shí)松脫則會(huì)造成事故。
格北壓的外表面有制成則能形成明柱形兩種，維形表面壓人席圓禮時(shí)，必須按規(guī)定的沖力將其壓緊。氣門(mén)座圈如壓人鋁合金”氣缸蓋中時(shí)，其配合表面常制成溝槽，當(dāng)氣門(mén)座圈壓人后，少量鋁金屬會(huì)擠人溝槽中，在對(duì)氣門(mén)座孔材“口時(shí)也會(huì)促使鋁合金擠人，以提高座圈在座孔中的緊固程度，防止松脫。
氣門(mén)座緊壓在氣缸蓋的座孔中，磨損后可以更換。氣門(mén)錐面是氣門(mén)與氣門(mén)座之間的配面，氣門(mén)的密封性就是依靠?jī)蓚€(gè)表面嚴(yán)密貼合來(lái)保證的。為了保證密封，每個(gè)氣門(mén)和氣門(mén)厘臺(tái)都要配對(duì)研磨，研磨后氣門(mén)不能互換。
(4)氣門(mén)彈簧，氣門(mén)彈簧的功用是保證氣門(mén)在關(guān)閉時(shí)能壓緊在氣門(mén)座上，而在運(yùn)動(dòng)時(shí)使傳動(dòng)件保持相互接觸，不致因慣性力的作用而相互脫離，產(chǎn)生沖擊和噪聲。所以氣門(mén)彈簧在安裝時(shí)就有較大的預(yù)緊力，同時(shí)有較大的剛度。
氣門(mén)彈贊的材料通常為高碳錳鋼、硅錳鋼和鎳鉻錳鋼的鋼絲，用冷繞成形后，經(jīng)熱處理而成。為了提高彈贊的疲勞強(qiáng)度，-般用噴丸或噴砂表面處理。氣門(mén)彈簧的形狀多為圓柱形螺旋彈簧。
氣門(mén)彈簧在工作時(shí)可能發(fā)生共振。當(dāng)氣門(mén)彈簧的固有振動(dòng)頻率與凸輪軸轉(zhuǎn)速或氣門(mén)開(kāi)閉的次數(shù)成倍數(shù)關(guān)系時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振。共振會(huì)使氣門(mén)彈簧加速疲勞損壞，配氣機(jī)構(gòu)也無(wú)法正常工作，因而應(yīng)盡力防止。
通過(guò)增加彈簧剛度來(lái)提高固有頻率是防止共振的措施之一。但剛度增加，凸輪表面的接觸應(yīng)力加大，使磨損加快，曲軸驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)所消耗的功也增加。有的柴油機(jī)采用變螺距彈簧來(lái)防止共振。工作時(shí)，彈簧螺距較小的一端逐漸疊合，有效圈數(shù)不斷減少，因而固有頻率也不斷增加。這種氣門(mén)彈簧在安裝時(shí)，應(yīng)將螺距較小的一端 靠近氣門(mén)座。
不少柴油機(jī)采用兩根氣門(mén)彈簧來(lái)防止共振。內(nèi)、外兩根氣門(mén)彈簧同心地安裝在一個(gè)氣門(mén)上。采用雙彈簧的優(yōu)點(diǎn)除了可以防止共振外，同時(shí)當(dāng)一根彈簧折斷時(shí)，另-根還可 繼續(xù)維持工作，不致產(chǎn)生氣門(mén)落人氣缸的事故。此外，在保證相同彈力的條件下，雙彈簧的高度可比一根彈簧的小，因而可降低整機(jī)高度。采用雙彈簧時(shí)，內(nèi)、外彈簧的螺旋方向應(yīng)相反，以避免當(dāng)一根彈簧折斷時(shí)，折斷部分卡人另根彈 簧中。
(5)氣門(mén)彈簧鎖緊裝置氣門(mén)彈簧裝，在氣門(mén)桿部外邊，其一端支承在氣缸蓋上，而另一端靠鎖緊裝置固定在彈簧座上。氣門(mén)彈簧鎖緊裝置主要有以下三種。
第一種氣門(mén)彈簧鎖緊裝置如圖4-3(a)所示，為鎖片式鎖緊裝置。該裝置的氣門(mén)桿尾部有凹槽，分為兩半的錐形鎖片卡在凹槽中，鎖片錐形外圓與彈簧座錐孔配合，在彈簧的作用下使鎖片不致脫落。這種氣門(mén)彈簧鎖緊裝置應(yīng)用最為普遍。
第二種氣門(mén)彈簧鎖緊裝置如圖4-3(b)所示，為鎖銷(xiāo)式鎖緊裝置。該裝置在氣門(mén)桿尾部鉆有小孔，在孔內(nèi)可插人一根鎖銷(xiāo)，鎖銷(xiāo)兩端露出在氣門(mén)桿外。彈簧座先放人氣門(mén)桿中。當(dāng)鎖銷(xiāo)插人孔中后，再將彈簧座提起，鎖銷(xiāo)即卡在彈簧座的凹槽中不致跳出。
第三種氣門(mén)彈簧鎖緊裝置如圖4-3(c)所示，為鎖環(huán)式鎖緊裝置。該裝置在氣門(mén)桿尾端制出錐面，大端靠尾部。彈簧座內(nèi)孔也做成錐面。為了能使彈簧座裝人氣門(mén)桿中，在彈簧座上銑有寬度略大于氣門(mén)桿直徑的缺口。氣門(mén)桿尾端加粗后，氣門(mén)導(dǎo)管如為整體，則氣門(mén)無(wú)法裝人氣們導(dǎo)管，因此必須分為兩半。顯然這種結(jié)構(gòu)在制造和裝配方面都比較麻煩。
(6)氣門(mén)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，許多新型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，為了改善氣門(mén)、氣門(mén)座密封錐面的工作條件，延長(zhǎng)氣門(mén)與氣門(mén)座的使用壽命，采用了如圖4-4所示的氣門(mén)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。氣門(mén)導(dǎo)管上套有一個(gè)固定不動(dòng)的支承盤(pán)5，支承盤(pán)上有若干條弧形凹槽，槽內(nèi)裝有鋼球4和回位彈資6,支承盤(pán)的上面套有蝶形彈簧3、支承圈2和卡環(huán)1,氣門(mén)彈簧下端落在支承圈2上。
當(dāng)氣門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，氣門(mén)彈簧的預(yù)緊力通過(guò)支承圈2將碟形彈簧3壓在彈簧支承盤(pán)5的上面，此時(shí)碟形彈簧3和鋼球4沒(méi)有接觸。當(dāng)氣門(mén)處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，氣門(mén)彈簧通過(guò)支承圈2壓縮碟形彈簧3，使碟形彈簧3和鋼球4接觸，鋼球4在碟形彈簧3的壓迫下，沿著彈簧支承盤(pán)5上的底面為斜坡的凹槽滾動(dòng)一定距離。這樣，幾個(gè)小鋼球就拖動(dòng)碟形彈簧3、支承圈2、氣門(mén)彈簧及氣門(mén)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度。當(dāng)氣門(mén)關(guān)閉后，鋼球和碟形彈簧脫離接觸，在回位彈簧的作用下回到坡面的高點(diǎn)上。氣門(mén)每開(kāi)啟一次，就旋轉(zhuǎn)一定角度，從而減少氣門(mén)座合面的積炭，改善密封性，并減少氣門(mén)與氣門(mén)座局部過(guò)熱與不均勻磨損。氣門(mén)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)多用于高速、大功率柴油機(jī)的進(jìn)氣門(mén)上。
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