侧置式和顶置式气门配气装置的功能区别

　　摘要：配气系统的结构形式较多，按照气门相对于汽缸的位置不同可分为侧置式（SV）和顶置式（OHV/OHC）两种形式，两者在构造、性能和适用场景上有显着差别。采用侧置式气门配气装置布置的燃烧室横向面积大，构造不紧凑，而高度又受气流和气门运动的限制不能太小，故而当压缩比大于7.5时，燃烧室就很难设计。对于柴油发电机，由于压缩比无法太低，所以广泛采取顶置式气门配气装置。

　　      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）结构，其组成设计如图1所示，原理如图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）等零件构成。气门组具体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，作业中要求：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。

　　      侧置式气门配气系统的进、排烟门都设计在气缸的一侧，这种配气装置具有构成简单、零件数目少等长处。但因为燃烧室组成不紧凑，热量损失较大，气道比较曲折，气门升程受到一定限制而危害充气和排气，从而使柴油发电机动力性和经济性的提升受到限制。目前这种型式的配气装置已趋于淘汰。其构成如图3（左）所示。

　　      顶置式气门配气装置由凸轮轴、挺柱、推杆、气门摇臂和气门等零件构成。进、排气门都布置在气缸盖上，气门头部朝下，尾部朝上。如凸轮轴为了传动方便而靠近曲轴，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，整个装置的刚性较差。顶置式气门配气机构作业程序如图4所示康明斯发电机组。

　　（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，凸轮轴的速度为主轴速度的1/2，即主轴转两转完成一个作业循环，而凸轮轴转一转，使进、排气门各开启一次。

　　（2）当凸轮轴转到凸起部分与挺柱相接触时，挺柱开始升起。通过推杆和调整螺钉使摇臂绕摇臂轴转动发电机维修，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最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。气门弹簧在安装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。

　　      气门详细由气门杆部和头部两部分结构。气门的工作条件比较恶劣，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；冷却和润滑要素差；气缸中燃烧生成物中的物质对气门也有一定的腐蚀用途。因此，要点气门具备强度和刚度大、耐热、耐腐蚀、耐磨等性能。

　　      气门头部的构造形式详细有平顶、凸顶、凹顶三种形式。为了减轻进气阻力，提高气缸的充气效率，多数柴油发电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。气门锥角一般为45°，也有30°。

　　      气门锥角功用是获得较大的气门座合压力，提高密封性和导热性；气门落座时有较好的对中、定位作用；防止气流拐弯过度而减小流速。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，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。

　　      进气门锥角详细是为了获得大的通道截面，其本身热负荷较小，往往采取较小的锥角，多用30°，有利于提升充气效率。排烟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）和预防受热变形。也有的柴油发电机为了制造和检修方便，二者都用45°。

　　      如果进气门的气门锥角为45°，而排烟门的气门锥角为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。由于最大尺寸受燃烧室组成的限制，考虑进气阻力比排烟阻力对柴油发电机性能的危害大得多，为尽量减少进气阻力，进气门直径大于排气门。另外，排气门稍小些柴油机修理，还不易变形。气门头部边缘应保持一定厚度，一般为1～3mm，以防工作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，还可降低气流阻力。

　　      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能，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，主用的构造是锁片式和锁销式两种。选择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，其构成大概、作业可靠、解体方便，因此得到广泛的运用。采用锁销式结构时，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。

　　      柴油发电机高速化后，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发生积碳。为此，柴油发电机的气门杆上部都设有机油防漏装置。

　　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汽缸盖顶部，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，维保简单，但气门间隙调节频繁。已逐渐被淘汰，仅用于低端摩托车、小型发电机组械或老式柴油发电机。

　　② OHC/DOHC：维护更复杂，但气门控制更精准，适合高转速柴油发电机，是现代柴油发电机主流布置。

　　综上所述，侧置式气门具备大概、低效性质，适用低速低负荷场景；而顶置式气门具备有效、复杂特点，实用高转速高容量需求，是现代柴油发电机的主流规划。尤其是OHC/DOHC顶置式气门凭借更高的热效率和动力性能，已成为柴油发电机发展的必然方向，而侧置式气门仅存在于历史或特殊应用中。