侧置式和顶置式气门配气系统的功用差别

摘要：配气装置的构成形式较多，按照气门相对于气缸的位置不同可分为侧置式（SV）和顶置式（OHV/OHC）两种形式，两者在构成、性能和适用场景上有显着区别。选择侧置式气门配气装置布置的燃烧室横向面积大，构成不紧凑，而高度又受气流和气门运动的限制不能太小，所以当压缩比大于7.5时，燃烧室就很难设计。对于柴油机，因为压缩比无法偏低，所以广泛选用顶置式气门配气系统。

      气门式配气装置由气门组（气门、气门导管、气门座及气门弹簧等）和气门传动组（推杆、摇臂、凸轮轴和正时齿轮等）组成，其结构布置如图1所示，机理如图2所示。其中，气门组由气门、气门导管、气门座、气门弹簧、气门弹簧座及气门锁片（或锁销）等零件组成。气门组主要用来开启与关闭进气门与排气门，保证气缸的可靠密封。因此，作业中要点：气门头部与气门座贴合紧密；气门导管有良好的导向性；气门弹簧上下端面与气门杆中心线垂直，以保证气门头部在落座时不偏斜；气门贴合的弹力足够使气门迅速闭合，并能够保证关闭时紧压在气门座上。

      侧置式气门配气机构的进、排烟门都布置在汽缸的一侧，这种配气系统具有组成简单、零件数目少等优势。但由于燃烧室结构不紧凑，热量损失较大，气道比较曲折，气门升程受到一定限制而影响充气和排烟，从而使柴油机动力性和经济性的提升受到限制。目前这种型式的配气系统已趋于淘汰。其构成如图3（左）所示。

      顶置式气门配气系统由凸轮轴、挺柱、推杆、气门摇臂和气门等零件构造。进、排烟门都规划在汽缸盖上，气门头部朝下，尾部朝上。如凸轮轴为了传动方便而靠近主轴，则凸轮与气门之间的距离就较长。中间必须通过挺柱、推杆、摇臂等一系列零件才能驱动气门，使装置较为复杂，整个系统的刚性较差。顶置式气门配气装置工作过程如图4所示。

（1）凸轮轴由主轴通过齿轮驱动。当柴油发电机作业时，凸轮轴即随主轴转动，对于四冲程柴油发电机而言，凸轮轴的转速为主轴转速的1/2，即曲轴转两转完成一个作业循环，而凸轮轴转一转，使进、排烟门各开启一次。

（2）当凸轮轴转到凸起部分与挺柱相接触时，挺柱开始升起。通过推杆和调节螺钉使摇臂绕摇臂轴转动，摇臂的另一端即压下气门，使气门开启。在压下气门的同时，内、外两个气门弹簧也受到压缩。

（3）当凸轮轴凸起部分的较高点转过挺柱平面以后，挺柱及推杆随凸轮的转动而下落，被压紧的气们弹簧通过气门弹簧座和气门锁片，将气门向上抬起，最后压紧在气门座上，使气门关闭。气门弹簧在装配时就有一定的预紧力，以保证气门与气门座贴合紧密而不致漏气。

      气门主要由气门杆部和头部两部分组成。气门的作业要素比较恶劣，进气门承受570～670kPa的压强，排烟门承受1050～1200 kPa的压强；气门头部承受气体压力、气门弹簧力等；冷却和润滑条件差；汽缸中燃烧生成物中的物质对气门也有一定的腐蚀功能。因此，要求气门具备强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨等性能。

      气门头部的结构形式详细有平顶、凸顶、凹顶三种形式。为了减小进气阻力，提高汽缸的充气效率，多数柴油机进气门头部直径比排烟门大。当两气门一样大时，气门通常有标记。

      气门头部与气门座圈的接触面是一个圆锥斜面，这个斜面与气门顶部平面之间的夹角称为气门锥角。气门锥角通常为45°，也有30°。

      气门锥角功用是获得较大的气门座合压力，提升密封性和导热性；气门落座时有较好的对中、定位作用；防止气流拐弯过大而减少流速。气门锥角越小，气门口通道截面越大，通过能力越强，落座压力越大柴油发电机厂家排行榜，密封和导热性也越好。另外，锥角大时，气门头部边缘的厚度大，不易变形。

      进气门锥角主要是为了获得大的通道截面，其本身热负载较小，往往选择较小的锥角，多用30°，有利于提高充气效率。排气门则因热负载较大而用较大的锥角，一般为45°，以加强散热（大约75%的气门热量从气门座处散失）和防范受热变形。也有的柴油机为了制造和维修方便，二者都用45°。

      如果进气门的气门锥角为45°，而排气门的气门锥角为30°，会发生什么样的后果?

       气门头部直径越大，气门口通道截面就越大，进、排气阻力就越小。由于较大尺寸受燃烧室构造的限制，考虑进气阻力比排气阻力对柴油机性能的危害大得多，为尽量减轻进气阻力，进气门直径大于排烟门。另外，排烟门稍小些，还不易变形。气门头部边缘应保持一定厚度，一般为1～3mm，以防作业中冲击故障和被发热烧蚀。为保证具备良好的密封性，装配前应将气门头与气门座密封锥面互相配对研磨。气门头部的热量是通过气门座和气门杆经气门导管传给气缸盖的。气门头部向气门杆过渡部分的几何形状应尽量做到圆滑，以防应力集中增加强度，还可减小气流阻力。

      气门杆部与气门头部制成一体，呈圆柱形，装在气门导管内起导向和散热的功用，其表面应具有较高的加工精度，并经热解决以保证同气门导管的配合精度和耐磨性。气门杆尾端的形状决定气门弹簧座的固定方法柴油发电机，主用的构成是锁片式和锁销式两种。选取剖分或两半的锥形锁片来固定弹簧座时，气门杆的端部切出环槽，利用剖分成两半且外表面为锥面的气门锁片与弹簧座的锥形内表面来固定弹簧座，其构成简易、作业可靠、解体方便，因此得到广泛的应用。采取锁销式构成时，在气门杆尾端钻一径向通孔，锁销插在通孔内来支承气门弹簧座，而气门弹簧座的边缘又可阻止锁销的松脱。

      柴油机高速化后，进气管中的真空密度显着增高，气门室中的机油会通过气门杆与导管之间的间隙被吸入进气管和气缸内，除增加机油的消耗外，还会在气门和燃烧室出现积碳。为此，柴油机的气门杆上部都设有机油防漏系统。

① 顶置气门（OHV）：气门设计在气缸盖顶部，但凸轮轴仍位于汽缸体，通过推杆和摇臂驱动气门。

② 顶置凸轮轴（OHC/DOHC）：气门和凸轮轴均位于气缸盖顶部，凸轮轴直接通过摇臂或液压挺柱驱动气门（无需推杆）。

（1）侧置式气门：机械部件少，保养大概，但气门间隙调节频繁。已逐渐被淘汰，仅用于低端摩托车、小型农用机械或老式柴油机。

② OHC/DOHC：维保更复杂，但气门控制更精准，适用高转速柴油机，是现代柴油机主流规划康明斯。

综上所述，侧置式气门具备大概、低效性质，适用低速低负载场景；而顶置式气门具备有效、复杂特征，适用高转速高功率需求，是现代柴油机的主流布置。尤其是OHC/DOHC顶置式气门凭借更高的热效率和动力性能，已成为柴油机发展的必然方向，而侧置式气门仅存在于历史或特殊应用中。