发动机气门。 目的,装置,设计
 

内容

为了使任何汽车的四冲程内燃发动机工作,其装置包括许多彼此不同的零件和机构。 计时机制就是这样的机制。 其功能是确保气门正时的及时运行。 详细描述 这里.

简而言之,气体分配机构会在正确的时间打开进气/排气阀,以确保在执行气缸中特定冲程期间的过程正时。 在某些情况下,要求两个孔都封闭,而另一个则一个或两个都打开。

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让我们仔细研究一个使我们稳定这一过程的细节。 这是一个阀门。 它的设计有什么特殊性,它又如何工作?

 

什么是发动机气门

气门是安装在气缸盖中的金属零件。 它是气体分配机构的一部分,由凸轮轴驱动。

根据汽车的修改,发动机将具有较低或较高的正时。 在一些旧的动力装置修改中仍然可以找到第一个选项。 大多数制造商早就转向第二种气体分配机制。

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这样做的原因是这样的电动机更易于调整和维修。 要调节阀,只需卸下阀盖即可,无需拆卸整个装置。

 

设备的用途和功能

该阀是一个弹簧元件。 静止时,它紧密地封闭了孔。 当凸轮轴转动时,位于其上的凸轮将气门向下推,使其降低。 这打开了孔。 凸轮轴的布置在以下详细介绍 另一则评论.

每个部分都有其自己的功能,对于附近的类似元件,在结构上是无法执行的。 每个气缸至少有两个气门。 在更昂贵的型号中,有四个。 在大多数情况下,这些元件是成对的,并且它们打开不同的孔组:一些是入口,其他是出口。

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进气门负责将新鲜的混合气部分吸入气缸,并且在具有直接喷射的发动机中(描述为一种燃料喷射系统, 这里)-新鲜空气量。 此过程发生在活塞执行进气冲程的那一刻(从排气口的上止点开始,它向下移动)。

排气门具有相同的打开原理,只是它们具有不同的功能。 它们开了一个孔,用于将燃烧产物排出到排气歧管中。

发动机气门设计

所涉及的零件包括在气体分配机构的阀组中。 与其他细节一起,它们提供了气门正时的及时更改。

考虑阀门及其相关零件的设计特征,它们的有效运行取决于这些特征。

 

阀门

阀呈杆的形式,在杆的一侧上具有头部或提升阀元件,在另一侧上具有后跟或端部。 扁平部件设计为紧密密封气缸盖中的开口。 在the和杆之间进行平滑过渡,而不是台阶。 这样可以使阀流线型,从而不会对流体运动产生阻力。

在同一电动机中,进气门和排气门将略有不同。 因此,第一种零件的板比第二种零件的板宽。 其原因是当燃烧产物通过出气口排出时的高温和高压。

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为了使零件便宜,阀门分为两部分。 它们的成分不同。 这两个部分通过焊接连接。 排气阀盘的工作倒角也是一个单独的元素。 它由另一种类型的金属沉积而成,该金属具有耐热性以及抗机械应力性。 除了这些特性,排气门的端面不易生锈。 的确,许多阀门中的该部件均由与制成阀板的金属相同的材料制成。

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入口元件的头部通常是平的。 这种设计具有所需的刚性和易于执行的能力。 升级后的发动机可以安装凹盘阀。 该设计比标准设计轻一些,从而减小了惯性力。

至于出口对应物,其头部的形状可以是平的或凸的。 第二种选择更为有效,因为由于其流线型设计,它可以更好地从燃烧室中去除气体。 另外,凸板比平的对应板更耐用。 另一方面,这种元件较重,因此其惯性受到影响。 这些类型的零件将需要更硬的弹簧。

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同样,这类阀的阀杆设计与进气部件略有不同。 为了从元件提供更好的散热效果,导条应更厚。 这增加了部件对强力加热的抵抗力。 但是,该解决方案有一个缺点-它对去除的气体产生更大的抵抗力。 尽管如此,制造商仍使用此设计,因为废气是在强压力下排放的。

如今,强制冷却阀有了创新的发展。 该变型具有空心。 液态钠被泵入其腔中。 强烈加热(位于头部附近)时,该物质蒸发。 作为该过程的结果,气体从金属壁吸收热量。 随着气体上升,气体冷却并冷凝。 液体向下流到底部,在此重复该过程。

为了使阀确保接口的密封性,在阀座和阀瓣上选择了倒角。 也可以通过倒角来消除该步骤。 将阀安装在电动机上时,它们会与头部摩擦。

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阀座与头部之间的连接紧密度受法兰腐蚀的影响,出口部位经常会积碳。 为了延长气门寿命,某些发动机配备了附加机构,当出口关闭时,该机构会稍微转动气门。 这去除了产生的碳沉积物。

有时会发生阀杆断裂的情况。 这将导致零件掉入气缸中并损坏电机。 对于故障,曲轴进行几次惯性旋转就足够了。 为了防止这种情况,汽车阀门制造商可以为零件配备固定环。

关于气门跟的功能。 该零件受凸轮轴凸轮的影响而承受摩擦力。 为了使气门打开,凸轮必须用足够的力将其向下推以压缩弹簧。 该单元必须接受足够的润滑,并且不会很快磨损,必须进行硬化。 一些电机设计人员使用特殊的盖来防止杆磨损,该盖由可抵抗此类载荷的材料制成。

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为了防止阀门在加热过程中卡在套筒中,c附近的阀杆部分要比跟部附近的阀杆稍薄。 为了固定气门弹簧,在气门的末端开了两个凹槽(在某些情况下是一个),支架的衬套插入其中(一个放置弹簧的固定板)。

气门弹簧

弹簧会影响阀门的效率。 需要使头部和座椅紧密连接,并且工作介质不能穿透所形成的瘘管。 如果该部分非常硬,则凸轮轴凸轮或气门杆根部会很快磨损。 另一方面,弱弹簧将无法确保两个元件之间的紧密配合。

由于此元件在负载快速变化的条件下工作,因此可能会破裂。 动力总成制造商使用不同类型的弹簧来防止快速击穿。 在某些时候,将安装双重类型。 这种修改减少了单个元件上的负载,从而增加了其使用寿命。

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在这种设计中,弹簧将具有不同的旋转方向。 这样可以防止折断部分的颗粒进入另一个折弯之间。 弹簧钢用于制作这些元素。 产品成型后,进行回火。

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在边缘处,每个弹簧都经过磨削,以使整个轴承部分与阀头和连接到气缸盖的上板接触。 为防止零件被氧化,请在零件上涂一层镉并进行镀锌处理。

除经典的定时阀外,气动阀还可用于运动型车辆。 实际上,这是相同的元素,只是通过特殊的气动机构使其运动。 因此,达到了这样的运行精度,使得电动机能够产生令人难以置信的转速-高达20万转。

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这种发展出现在1980年代。 它有助于更​​清晰地打开/关闭孔,而弹簧是无法提供的。 该执行器由阀上方储气罐中的压缩气体提供动力。 当凸轮碰到气门时,冲击力约为10 bar。 气门打开,当凸轮轴减弱对其后跟的冲击时,压缩气体会迅速将零件返回其位置。 为了防止由于可能的泄漏而导致压力下降,该系统配备了一个额外的压缩机,该压缩机的储气罐压力约为200 bar。

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James Ellison,PBM Aprilia,CRT测试赫雷斯,2012年XNUMX月

该系统用于MotoGP类的摩托车。 发动机容积为20升的这种运输方式能够产生21-240千个曲轴转数。 具有类似机制的一种模型是Aprilia摩托车模型之一。 它的功率是令人难以置信的XNUMX hp。 没错,对于两轮车来说,这太多了。

气门导管

该部分在阀门操作中的作用是确保其直线运动。 套筒还有助于冷却杆。 该零件需要持续润滑。 否则,杆将承受恒定的热应力,并且套筒会快速磨损。

可以用于制造此类衬套的材料必须具有耐热性,承受恒定的摩擦力,从相邻部件中充分散热以及承受高温。 珠光体灰铸铁,铝青铜,带铬或铬镍合金的陶瓷可以满足这些要求。 所有这些材料都具有多孔结构,从而有助于将油保留在其表面上。

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排气阀衬套之间的阀杆间隙将比入口等效装置略大。 其原因是废气排出阀的热膨胀更大。

气门座

这是靠近每个气缸和阀盘的气缸盖孔的接触部分。 由于头部的这一部分面对机械应力和热应力,因此必须具有良好的耐热性和频繁的冲击力(在汽车快速行驶时,凸轮轴的转速很高,以至于气门实际上落入了阀座)。

如果气缸体及其缸盖由铝合金制成,则阀座必定由钢制成。 铸铁已经很好地应对了这种负载,因此这种修改形式的鞍座由头部本身制成。

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还可提供插入式鞍座。 它们由合金铸铁或耐热钢制成。 为了使元件的倒角不会磨损太多,它是通过将耐热金属分层来完成的。

刀片座以不同的方式固定在顶孔中。 在某些情况下,它会被压入,并在元件的上部形成凹槽,在安装过程中该凹槽会充满头部主体的金属。 这样可以创建由不同金属制成的组件的完整性。

通过将头部顶部扩口来固定钢制座椅。 有圆柱形和圆锥形的鞍座。 在第一种情况下,它们安装在挡块上,第二种情况下,其端部间隙较小。

发动机中的气门数

标准的四冲程内燃机每个气缸有一个凸轮轴和两个气门。 在此版本中,一部分负责注入空气混合物或仅注入空气(如果燃料系统具有直接注入功能),另一部分负责将废气排放到排气歧管中。

发动机改装更有效,每个气缸有四个气门-每个相位两个。 由于这种设计,可以用新的VTS或空气更好地填充腔室,并加快排气的排出和气缸腔的通风。 自上世纪70年代开始,汽车就开始配备此类电动机,尽管此类装置的开发始于1910年代上半叶。

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迄今为止,为了改善动力单元的操作,有一种发动机开发,其中有五个气门。 两个用于出口,三个用于入口。 大众汽车关注的车型就是这样的一个例子奥迪... 尽管在这种电动机中同步皮带的工作原理与经典型号相同,但是该机构的设计复杂,这使创新开发变得昂贵。

汽车制造商也使用类似的非标准方法。 奔驰奔驰该汽车制造商的某些发动机每个气缸配备三个气门(2个进气口,1个排气口)。 另外,两个火花塞安装在锅的每个腔室中。

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制造商根据燃料和空气进入的腔室的大小确定阀门的数量。 为了改善其填充,必须确保BTC的新鲜部分有更好的流入。 为此,您可以增加孔的直径,并增加板的尺寸。 但是,这种现代化有其自身的局限性。 但是很有可能安装一个附加的进气门,因此汽车制造商正在研发这种汽缸盖的改进方案。 由于进气速度比排气更重要(排气在活塞的压力下被去除),因此在使用奇数个气门的情况下,总是会有更多的进气元件。

阀门由什么制成

由于阀门在最高温度和机械应力的条件下运行,因此它们由能抵抗此类因素的金属制成。 最重要的是加热,并且还会遇到机械应力,即阀座和阀瓣之间的接触部位。 在高发动机转速下,气门会迅速沉入阀座中,从而在零件边缘产生冲击。 而且,在空气和燃料的混合物的燃烧过程中,板的薄边缘经受急剧的加热。

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除阀盘外,阀套也受力。 导致这些元件磨损的不利因素是在阀门快速运动期间润滑不足和持续的摩擦。

由于这些原因,对阀门有以下要求:

  1. 他们必须密封入口/出口;
  2. 在强力加热下,板的边缘不应因撞击到鞍座而变形;
  3. 必须精简流程,以免对传入或传出介质产生阻力;
  4. 该部分不应该很重;
  5. 金属必须坚韧耐用。
  6. 不应进行强烈的氧化(当汽车很少行驶时,头部的边缘不应生锈)。

柴油机中开孔的零件加热到700度,而汽油机中的零件加热到零以上900度。 由于如此强的加热,打开的阀不会冷却,因此情况变得复杂。 出口阀可由任何能承受高温的高合金钢制成。 如上所述,一个阀是由两种不同类型的金属制成的。 阀头由高温合金制成,阀杆由碳钢制成。

至于进气元件,它们通过与座椅接触而被冷却。 然而,它们的温度也很高-大约300度,因此不允许零件在加热时变形。

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阀门的原料中经常包含铬,这会增加其热稳定性。 在汽油,天然气或柴油的燃烧过程中,会释放一些会严重影响金属零件的物质(例如氧化铅)。 镍,锰和氮化合物可包含在阀头材料中,以防止不良反应。

最后。 对于任何人来说,在任何发动机中,随着时间的流逝,气门都会烧坏并不是什么秘密。 以下是有关原因的简短视频:

阀门在汽车发动机中烧坏的原因95%的驾驶员不知道
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