柴油機氣門結構設計

1、柴油機氣門結構設計氣門是燃燒室的組成部分，又是氣體進、出燃燒室的通道，在工作中要承受極大的交變和沖擊載荷及高溫、高速燃氣的沖刷與腐蝕作用，工況極為苛刻。氣門設計的合理與否不僅與發(fā)動機的技術經(jīng)濟指標有關，還與整機的可靠性和氣門的使用壽命密切相關。氣門設計中除應進行詳盡的強度和剛度計算外，還應考慮氣流的通過能力、氣門與氣門座的密封、氣門的材料及冷卻、潤滑與磨損等。根據(jù)目前國內柴油機氣門設計的實際狀況，結合柴油機氣門的制造及配套情況，談一下筆者的認識。氣門屬配氣機構的關鍵基礎件，如圖1所示其主要結構包括盤外圓、盤錐圓、盤部厚度、頸部、桿部及鎖夾槽等部分。1、 盤外圓D為了獲得最佳容積效率，氣門頭部直

2、徑通常是越大越好，但因受燃燒時間的限制，進氣門直徑為氣缸直徑的4248%。即=56.764.8mm取用60mm。一般來說，考慮到吸氣作用，進氣門直徑要比排氣門大1520%,以改善充氣效率，即：=4851mm，取用50mm通常允許氣門頭部外圓伸出已精加工的氣門座之外約0.51.0mm，氣門盤外圓通常為氣口直徑的1.15倍。這樣可以使氣門座有足夠的寬度以利于氣門頭的傳熱。2、 錐面角度氣門頭部的密封錐度有和兩種，較大錐角可提高氣門頭部邊緣的剛度，保證其門追繳面與底座良好的自動對中作用和密封面的較大比壓，利于輾壓積碳。大多數(shù)氣門設計都采用錐面角，實踐證明錐面角不但能提供良好的密封性，而且能夠滿足氣門

3、座合的耐磨性要求，錐面積碳比較厚的柴油機，一般都用錐面角，由此可以獲得較好的座合和較高的座合壓力而不必減少密封面積，這樣積碳就容易被壓扁或擦掉。氣門與氣門座合面寬約為1.53.0mm，氣門座圈的錐角應比氣門密封錐角略大 （如圖2），這可形成一條較窄的座合面密封帶，提高座合壓力，限制積碳層厚度，改善熱傳導。氣門錐面寬度一般盤外圓的0.050.12倍，即=37.2mm。取4mm。3、 盤部厚度H為保證氣門頭部有足夠的剛度和盡可能輕的質量，在設計中應合理選取盤厚H尺寸，據(jù)資料表明，本設計中的爆發(fā)壓力為7.6MPa，氣門盤紙部厚度H為其徑的0.1倍即可滿足剛度要求。即H=0.1=6mm。4、 頸部過渡

4、錐角和過渡半徑R氣門頸部過渡錐角和過渡半徑R的大小對氣流有很大的影響，錐角應保證氣流的圓滑過渡，但更重要的是能夠保證氣門頸部表面各處的應力分布均勻。一般來說，排氣門的過渡角及過渡半徑R比進氣門要大些。R尺寸按（0.20.5）計算。值一般為，另外在均布壓力下，氣門頭的變形主要發(fā)生在盤外緣，在H一定情況下，氣門頭的剛性主要取決于和R的大小。R=（0.20.5）=12-30mm，進氣門取R=24mm，排氣門取R=20mm。取=，排氣門取=5、 桿部直徑d氣門桿部直徑主要是根據(jù)排氣門的耐久性要求確定，進氣門頭部直徑與桿部直徑的比值一般為（4.55.5）：1，為方便氣缸蓋加工，進排氣門導管直徑一般是相同

5、的，進排氣門也通常采用相同的桿部公稱尺寸，在實際設計中氣門直徑一般按等選取。常用的氣門桿部與導管的配合間隙:進氣門為0.040.08mm，排氣門為0.050.09mm。由于氣門與導管之間的間隙將影響氣門桿與氣門頭圓滑過渡處的氣門強度，因此最小間隙應選擇為使氣門桿在導管中沒有卡住的危險，氣門桿與導管之間的間隙，應是指在最高工作溫度下，能夠保留潤滑油膜，間隙增大促使氣門桿部溫度提高和積碳，這些都會使?jié)櫥Ч陆?，并導致?jié)氣門干部的擦傷與磨損。設計中取d=12mm.6、 氣門頸部形狀設計7、 鎖夾槽在氣門桿端部，自搖臂傳來的偏心壓力和氣門與搖臂的摩擦力是氣門桿部產(chǎn)生彎曲應力，慣性載荷與氣門彈簧力疊加

6、的作用加上氣體壓力，容易造成氣門鎖夾槽薄弱斷面處疲勞強度儲備不足。氣門鎖夾槽的設計方式有錐槽、方槽和圓弧槽三種。其中圓弧槽又可分為單道、雙道及多道圓弧槽，單道圓弧槽的結構形式實際上可適用于任何桿徑的氣門，這種設計與錐槽和方槽相比的主要優(yōu)點是圓弧槽減少額缺口的敏感性；雙道槽的圓弧形面具有較低的缺口敏感性，而且兩槽能產(chǎn)生附加的抗剪力；多道槽（34道）設計形式出具有雙道圓弧槽的優(yōu)點外，還便于在裝配時使鎖夾和鎖夾槽相互對接，而不單是用于夾緊氣門桿，這種夾鎖裝置靠槽與鎖夾的凹、凸緣之間的接觸面來支撐氣門，是氣門處于旋轉的自由狀態(tài)，而不受鎖夾和鎖帽組裝的制約，這類鎖夾要表面淬硬，而且氣門桿的鎖夾槽表面也要完全淬硬，以保證鎖夾槽與鎖夾的凹、凸緣接觸面的耐磨性要求。對于有些機型，還要在氣門桿靠近鎖夾槽處車出一道環(huán)槽，安裝彈簧卡圈，當氣門桿自鎖夾槽處斷裂時，卡圈被氣門導管擋住，氣門不致掉入氣缸中?？ㄈΠ疾鄣奈恢媚鼙ＷC氣門的下落量只比氣門最大升程大12mm即可。8、 氣門總長及桿部焊縫位置氣門桿部長度取決于氣缸蓋和氣門彈簧的設計，一般總希望短些，以便降低發(fā)動機的總高度，通常氣門桿部長度為進氣門盤外圓的2.53.5倍，或者為氣缸直徑的1.