車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)間隙的確定與調(diào)整1刖言發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門(mén)機(jī)構(gòu)是整個(gè)配氣系統(tǒng)的重要組成部分。它的作用是在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，保證發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣階段能吸進(jìn)盡量多的燃?xì)饣旌蠚饣蚩諝?，同時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮和做功階段進(jìn)行可靠地密封。因氣門(mén)機(jī)構(gòu)承受來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒時(shí)的高溫，又受到來(lái)自進(jìn)氣的冷卻，所以其工作環(huán)境極為惡劣。氣門(mén)機(jī)構(gòu)隨發(fā)動(dòng)機(jī)類型的不同，在結(jié)構(gòu)上差別很大。對(duì)四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)而言，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不同，氣門(mén)機(jī)構(gòu)的型式也不一樣。另外，由于燃燒時(shí)溫度的作用，氣門(mén)桿因直接受燃?xì)饧訜岫斐蔁崤蛎洠蚨鵀榱耸箽忾T(mén)在任何情況下，甚至在發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱時(shí)都能保證可靠地密封，必須在氣門(mén)頭部預(yù)留一定的間隙，以便氣門(mén)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在受熱伸長(zhǎng)時(shí)氣門(mén)仍能配合緊密。氣門(mén)間隙的大小目刖廠家主要依靠經(jīng)驗(yàn)方法決定。若該間隙過(guò)小，則發(fā)動(dòng)機(jī)受熱時(shí)可能會(huì)關(guān)閉不嚴(yán)，形成漏氣以致使發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降和性能惡化。間隙過(guò)大，則會(huì)使傳動(dòng)系的零件之間產(chǎn)生撞擊，加速磨損，同時(shí)氣門(mén)的打開(kāi)時(shí)間減少，造成充量不足，致使發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降。因此，氣門(mén)間隙的確定是非常重要的。但是隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種不同氣門(mén)機(jī)構(gòu)層出不窮，故對(duì)氣門(mén)間隙的要求也不同。比如，有的發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)需要?dú)忾T(mén)間隙，而有的又不需要，有的發(fā)動(dòng)機(jī)給出冷態(tài)間隙，有的給出熱態(tài)間隙，還有的同時(shí)給出冷熱態(tài)間隙。種種不同的規(guī)定，常常給實(shí)際工作帶來(lái)極大的不便。本文將根據(jù)不同的氣門(mén)機(jī)構(gòu)，闡述氣門(mén)機(jī)構(gòu)與氣門(mén)間隙間的關(guān)系。2氣門(mén)機(jī)構(gòu)的類型2.1側(cè)置式氣門(mén)側(cè)置式氣門(mén)機(jī)構(gòu)的凸輪軸高置。氣門(mén)由凸輪驅(qū)動(dòng)挺柱，然后由挺柱推動(dòng)氣門(mén)。該機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)鏈較短、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)力響應(yīng)較好。過(guò)去我國(guó)一汽的ca10b汽油機(jī)就是采用這種系統(tǒng)。但是，因?yàn)檫@類發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道轉(zhuǎn)角太大，而且火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x較長(zhǎng)，不利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能，所以除小型割草機(jī)和掃雪機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)之外，大功率和高轉(zhuǎn)速的汽油機(jī)已基本不再使用該結(jié)構(gòu)。見(jiàn)圖1所示。2.2凸輪軸高置的頂置式氣門(mén)凸輪軸高置的頂置式氣門(mén)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式是由凸輪驅(qū)動(dòng)挺柱、推桿和搖臂，再由搖臂推動(dòng)氣門(mén)。我國(guó)一汽和二汽的ca141、eq6100就是采用這種機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)鏈較長(zhǎng)，不適于高速發(fā)動(dòng)機(jī)。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2所示。\*圖1凸輪軸高置的側(cè)置式氣門(mén)圖2凸輪軸高置的頂置式氣門(mén)2.3凸輪軸頂置式氣門(mén)凸輪軸頂置式氣門(mén)機(jī)構(gòu)是曲軸通過(guò)齒形帶或鏈條直驅(qū)凸輪軸，因而氣門(mén)機(jī)構(gòu)的剛性好，適用于高速發(fā)動(dòng)機(jī)，也是輕型車(chē)和轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)目前最常用的型式。它的工作方式一般有如下幾種：（1）凸輪直驅(qū)型；（2）凸輪壓搖臂，搖臂壓氣門(mén)型；（3）凸輪頂搖臂，搖臂壓氣門(mén)型。以上各種機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3（a）、（b）、（c）所示。（a）凸輪直驅(qū)型（b）凸輪壓搖臂型（c）凸輪頂搖臂型圖3凸輪軸頂置式氣門(mén)3各種氣門(mén)機(jī)構(gòu)與氣門(mén)間隙的關(guān)系氣門(mén)機(jī)構(gòu)與間隙之間的關(guān)系是根據(jù)具體結(jié)構(gòu)類型來(lái)確定的。一般來(lái)說(shuō)，氣門(mén)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)鏈越長(zhǎng)所承受的熱負(fù)荷越大，則該間隙就應(yīng)越大，反之亦然。在上述各類氣門(mén)機(jī)構(gòu)中，側(cè)置式氣門(mén)和凸輪軸高置的頂置式氣門(mén)都是需要?dú)忾T(mén)間隙的。在凸輪軸頂置式氣門(mén)機(jī)構(gòu)中，凡采用液壓挺柱的都不需要常規(guī)的氣門(mén)間隙。如德國(guó)的bmw公司94年生產(chǎn)的316i/318i轎車(chē)用4缸機(jī)、美國(guó)福特公司的cvh系列汽油發(fā)動(dòng)機(jī)均采用這種帶液壓挺柱的機(jī)構(gòu)。這類機(jī)構(gòu)氣門(mén)桿身產(chǎn)生的熱膨脹是由液壓機(jī)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?。但如果不是液壓挺柱機(jī)構(gòu)，即使是頂置凸輪軸，也應(yīng)該有氣門(mén)間隙。如德國(guó)大眾汽車(chē)公司的高爾夫轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)，就曾采用凸輪直驅(qū)式的頂置式凸輪機(jī)構(gòu)，其氣門(mén)間隙的調(diào)整是通過(guò)墊塊來(lái)進(jìn)行的，墊塊按0.05mm為一檔分組進(jìn)行調(diào)整。近年來(lái)，新推出的高爾夫轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)雖仍然采用同樣的氣門(mén)機(jī)構(gòu)，但氣門(mén)頭部的墊塊則改用了新型的液壓墊塊，免去了調(diào)間隙的麻煩。采用同樣結(jié)構(gòu)的還有1993年德國(guó)奔馳公司生產(chǎn)的om600系列四氣門(mén)轎車(chē)用柴油機(jī)、美國(guó)福特公司的tci1.8升轎車(chē)用柴油機(jī)、德國(guó)大眾汽車(chē)公司的tdi1.9升轎車(chē)用柴油機(jī)、桑塔納和捷達(dá)牌轎車(chē)用發(fā)動(dòng)機(jī)等等。這種帶液壓機(jī)構(gòu)的挺柱見(jiàn)圖4所示。圖4液壓挺柱示意圖4氣門(mén)間隙的確定氣門(mén)頭部頂面直接與高溫燃?xì)饨佑|，所以進(jìn)排氣門(mén)都受熱，而且排氣門(mén)在排氣過(guò)程中還要受到高溫燃?xì)獾臎_刷，尤其在排氣門(mén)剛開(kāi)啟時(shí)氣缸內(nèi)壓力還比較高，此時(shí)排氣門(mén)開(kāi)度較小，高溫燃?xì)庖院芨叩乃俣葟臍忾T(mén)與氣門(mén)座之間沖出，所以排氣門(mén)的受熱更嚴(yán)重。在汽油機(jī)中，進(jìn)氣門(mén)的溫度達(dá)300°C?500°C，排氣門(mén)溫度可高達(dá)600C?800C，強(qiáng)化后的高速柴油機(jī)排氣門(mén)溫度也可達(dá)到上述水平。經(jīng)研究表明，氣門(mén)所受到的熱約76%由氣門(mén)座散走，其余經(jīng)氣門(mén)桿和氣門(mén)導(dǎo)管散走［1］。排氣門(mén)溫度的分布見(jiàn)圖5所示。圖中上部表示沿氣門(mén)的徑向溫度分布，右側(cè)表示出沿氣門(mén)軸向的溫度分布。(a)汽油機(jī)(b)柴油機(jī)圖5排氣門(mén)典型溫度分布4.1氣門(mén)間隙的精確計(jì)算氣門(mén)間隙的計(jì)算是沿著氣門(mén)座密封帶起，經(jīng)氣門(mén)頭、氣門(mén)體、搖臂、搖臂軸到缸蓋，再回到氣門(mén)座構(gòu)成一個(gè)封閉型熱膨脹環(huán)來(lái)進(jìn)行計(jì)算。由氣門(mén)體在發(fā)動(dòng)機(jī)最高熱狀態(tài)時(shí)與常溫狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的熱膨脹與其余各項(xiàng)對(duì)應(yīng)的熱膨脹量之差值，得出氣門(mén)冷態(tài)間隙值6。'二乙1-勺式中al為氣門(mén)材料的熱膨脹系數(shù)，ai為搖臂、搖臂軸以及缸蓋對(duì)應(yīng)材料的線性熱膨脹系數(shù)。式中的前一項(xiàng)61為氣門(mén)體的熱膨脹量，后一項(xiàng)62為構(gòu)成封閉熱膨脹環(huán)的其余各項(xiàng)的熱膨脹量。其中6t(l)為氣門(mén)體的溫度分布規(guī)律。4.2氣門(mén)間隙的近似估算在實(shí)際工作中，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)之初，并不清楚氣門(mén)機(jī)構(gòu)真實(shí)的熱狀態(tài)，故難以精確給出氣門(mén)體的溫度分布規(guī)律。因此，除了參照同類機(jī)型的數(shù)值外，還可以采用近似估算方法。此方法是將氣門(mén)的溫度區(qū)簡(jiǎn)略分為兩個(gè)，一個(gè)是高溫區(qū)，即氣門(mén)頭部及桿身接合部12；另一為低溫區(qū)，即桿身部分11，其氣門(mén)體如圖6所示。這樣氣門(mén)在承受最高熱負(fù)荷時(shí)，整個(gè)氣門(mén)的熱膨脹量可按下式進(jìn)行計(jì)算，并求得氣門(mén)間隙6,計(jì)算方法如下：6=61+62-63=a1(6t1l1+6t2l2)-a26t3l0(3)圖6氣門(mén)體示意圖式中a1是氣門(mén)材料的熱膨脹系數(shù)，a2是缸頭材料的熱膨脹系數(shù)，61、62為氣門(mén)的熱膨脹量，63為缸蓋的熱膨脹量，6t1是11段的平均溫度，6t2是12段的平均溫差，6t3是缸蓋氣門(mén)底座至搖臂軸支點(diǎn)的距離10的平均溫差。。5冷熱態(tài)氣門(mén)間隙之間的關(guān)系發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)間隙的大小一般給出冷態(tài)數(shù)值，但也有給出熱態(tài)間隙的，有的發(fā)動(dòng)機(jī)冷、熱態(tài)的氣門(mén)間隙數(shù)值同時(shí)給出，這就給檢查與調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門(mén)間隙大小帶來(lái)了很大的方便。但發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)間隙的冷熱態(tài)數(shù)值是不同的，通常鋁合金缸蓋熱態(tài)間隙要比冷態(tài)間隙稍大一些，約0.05mm左右。由于氣門(mén)間隙是補(bǔ)償氣門(mén)受熱膨脹量的，所以熱態(tài)氣門(mén)間隙數(shù)值要比冷態(tài)的大些。出現(xiàn)這種情況的原因是測(cè)定氣門(mén)間隙時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)已停止工作，原來(lái)考慮到給氣門(mén)熱膨脹的補(bǔ)償此時(shí)已經(jīng)不存在。另外，不同材料對(duì)氣門(mén)間隙亦有影響，鋁合金缸蓋材料的溫升造成自身的熱膨脹量要比采用合金鋼材料的氣門(mén)桿身的熱膨脹量來(lái)得大，因此兩者之間在熱態(tài)時(shí)的氣門(mén)間隙要比冷態(tài)時(shí)稍大一些。比如我國(guó)的462型汽油機(jī)，其冷態(tài)間隙為0.13mm?0.18mm，但在熱態(tài)時(shí)為0.15mm?0.23mm[2]。又如美國(guó)克萊斯勒的1.6升發(fā)動(dòng)機(jī)，冷態(tài)間隙進(jìn)氣門(mén)為0.25mm，排氣門(mén)為0.30mm，其熱態(tài)間隙進(jìn)氣門(mén)為0.30mm，排氣門(mén)為0.35mm[3]。若缸蓋是鑄鐵的，則氣門(mén)間隙在熱態(tài)時(shí)與冷態(tài)時(shí)基本一致或熱態(tài)要比冷態(tài)略小，原因是鑄鐵的熱膨脹系數(shù)比氣門(mén)材料的膨脹系數(shù)要稍小一些。6結(jié)論發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門(mén)間隙是影響其性能的重要參數(shù)，也是日常維修和保養(yǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)經(jīng)常要接觸到的技術(shù)參