第3章 配气系统零部件的热处理
3.1概述
汽车配气系统的作用是按发动机每一气缸内所进行的工作循环和点火次序要求，定时开启和关闭进、排气门，使新鲜的充气（汽油机为可燃烧混合气，柴油机为空气)得以及时进入气缸，并迅速将废气及时排出气缸。它是决定发动机性能的重要机构，气门式配气系统是由气门组和气门传动组等零件组成的。该系统的主要部件有凸轮轴、气门以及相关零件等，图3-1所示为一般发动机的气门驱动系统，从图中可以看出由活塞驱动的曲轴带动传动带、凸轮轴运转，然后顶压气门（或气阀)，来完成开闭的全过程。
图3-1 一般发动机的气门驱动系统
1—正时皮带 2—液压式气门间隙自动调节装置 3—凸轮轴 4—气门 5—活塞 6—曲轴 7—曲轴皮带轮 8—张紧轮 9—凸轮轴皮带轮
3.1.1气门组的构成与作用
气门及其相关零件通称为气门组，安装在气缸盖上的进、排气门能够平稳工作，完全是组成气门组的多个零件共同作用的结果。
1.气门
发动机是汽车、拖拉机、内燃机车、船舶与舰艇、工程机械、坦克、活动电站等的动力源，而气门是发动机的关键部件，气门用材包括合金结构钢、耐热钢、高温合金等，通常进气门工作温度在400℃以下，而排气门则在500～850℃的高温燃气腐蚀介质中，要求有足够的高温强度、塑性、硬度和良好的耐蚀性。
气门由头部和杆部组成，气门头部有30°或45°的锥面，通常进气门的锥面为30°，而排气门为45°。要求气门杆与圆弧的过渡部分圆滑，以提高强度，改善头部的散热性，从而减小气流的阻力。气门杆部为圆柱形，是气门运动的导向部分，磨光的表面与气门导管保持一定的间隙，以减少磨损和有利于较好的散热。气门尾端由于气门弹簧座的固定方式不同，有不同的结构，一种在气门杆部的尾端制有环槽，另一种在其尾端制有锁孔，根据发动机的要求不同可进行选择。
图3-2 气门导管及其安装
1—气门导管 2—卡环 3—气缸盖 4—气门座
2.气门导管
气门导管为一个空心的圆柱体，使气门杆部从其中穿过，为气门的支撑导向零件。气门导管能够保证气门沿自身的轴线上下运动，使气门与气门座能正确地贴合和对中，同时使气门头部热量的一部分通过气门杆向气缸盖散发。气门导管是嵌压在缸盖的孔中的，其工作温度在200℃左右。气门杆部在其中运动时，仅靠配气系统飞溅的机油润滑，因此导管磨损严重，大多采用灰铸铁、球墨铸铁或铁基粉末冶金材料制造。为保证正常的工作，气门杆与气门导管的间隙为0.05～0.12mm，以确保气门杆部的上下运动。气门导管及其安装如图3-2所示。
3.气门油封
它是一橡胶密封圈，主要起密封气门导管、防止机油泄漏到气缸内的作用。
4.气门弹簧座
气门弹簧座为气门的弹簧基座，它由上、下两个金属环状的气门弹簧座组成。
5.气门弹簧
气门弹簧是由弹簧钢丝卷制成的圆柱形螺旋弹簧，是提供关闭气门作用力的零件，气门是由凸轮轴顶压打开的，气门的关闭则是靠弹簧的反弹力将气门压向凸轮来实现的。安装时将气门杆部插入导管中，在导管与气门外套装弹簧，再装上弹簧座，然后将锁片嵌入气门杆部的切槽中。
6.气门锁片
通过气门导管、气门弹簧等来固定气门的锁止零件。
7.气门座
安装在气门的进、排气孔上，气门关闭时确保气门的工作面与气门座的工作面紧密贴合，来防止混合气体的泄漏。气门组的构成如图3-3所示。
气门组（气门及相关零件):配置一根气门弹簧的标准型的进、排气门机构的组成零件。气阀组件的结构示意图如图3-4所示。
图3-3 气门组的构成
1—气门锁片 2—气门弹簧上座 3—气门弹簧 4—气门油封 5—气门弹簧下座 6—气门导管 7—气门
图3-4 气门组件的结构示意图
3.1.2气门传动组的构成与作用
发动机的配气系统除了气门组以外，与之密切相关的是气门传动组，它是由凸轮轴、正时齿轮、挺杆以及推杆、摇臂和摇臂轴等组成的，其作用为使进、排气门能按配气系统的要求定时开启和关闭气门，并保证气门有足够的开度，确保发动机的正常工作。
1)凸轮轴。凸轮轴用于控制气门开闭，并驱动燃油泵、机油泵和分电器等工作。凸轮轴上有进气凸轮、排气凸轮、轴颈、驱动机油泵及分电器的齿轮、推动燃油泵摇臂的偏心轮等，进气和排气凸轮是凸轮轴的重要组成部分，它们在凸轮轴上的排列顺序由进、排气道的布置来决定。
2)正时齿轮及正时链条或正时带轮。曲轴与凸轮轴的传动通常是由正时齿轮、正时链条或正时传动带来完成的，四冲程发动机曲轴旋转两周，凸轮轴旋转一周，使进、排气门各开、闭一次，并且气门开闭时机须与各缸工作循环的需要相适应。
3)气门挺杆。挺杆的作用是将凸轮的推力传给推杆或气门。挺杆的类型有菌式、筒形非液压式、筒形液压式、滚轮式等，筒形液压式挺杆无气门间隙，可以减少发动机的噪声，但精度要求严、成本高，多应用于高级轿车发动机。
4)气门推杆。其作用是将挺杆的推力传给摇臂，驱动气门开启。推杆的上、下端头经热处理并抛光或磨削，以提高耐磨性，杆身有实心和空心两种。
5)摇臂及摇臂轴总成。其作用是改变推杆（下置凸轮轴式)、挺杆（中置凸轮轴式)或凸轮（上置凸轮轴式)的推力方向，使气门开启。摇臂轴总成固定在气缸盖上部，主要由摇臂、摇臂轴、汽车发动机轴支座等组成，摇臂制成两臂不等长的形式，这样使挺杆、推杆以较小的升程就能获得气门较大的开度。摇臂长臂一端与气门杆相对应，短臂一端装有调整螺钉及螺母，用来调整气门脚间隙。摇臂轴为空心轴，与摇臂轴支座、摇臂有贯通的润滑油道，以润滑配气机构部分的摩擦表面。
3.1.3柴油机针阀体的作用
喷油器为由针阀体与针阀组成的一对最重要的精密偶件，针阀体是柴油机上喷油系统的重要部件。在工作过程中，针阀相对于针阀体作高速滑动摩擦，柴油机的闭式喷油器内的针阀是保证按时开启与关闭高压燃油的关键部件。油自斜油道进入针阀体与针阀的环形油腔中，使针阀上端承压锥面受到向上的油压，超过调压弹簧预紧力后，针阀上移，高压喷油经针阀体头部的喷孔喷入燃烧室内。燃油得到雾化，在气缸内灼热空气和加热与燃烧室内较强的空气涡流的作用下，蒸发、扩散、与空气混合，形成浓度极不均匀的可燃混合气，达到一定的自燃温度和混合气浓度后，最后自行发火燃烧做功。