差之毫厘,谬以千里

在发动机中,并非所有元件都承担与气门及其相关部件一样高的负载和摩擦应力。 在高达800ºC的温度下,又红又烫的气门每秒钟撞击气门座圈超过70次,因此必须能耐受周围的高温以及废气的腐蚀。 在每个气门升程中,强有力的的气门弹簧会产生巨大的加速力和回缩力。

在气门座圈和气门导管的配合下,气门形成一个封闭系统,该系统必须能承受极高的负载与应力。 因此,我们的计划中不仅包括气门,同样也包括其摩擦关联部件、气门座圈与气门导管。 同时开发一个系统中的几种产品,使我们在优化耐磨特性和成本最小化方面占尽优势。

马勒制造的高品质气门在全球数个生产基地被用于内燃机。 我们的计划包括各种设计与型号的气门,其导杆直径为5到12 mm不等,而气门长度在80到210 mm不等,专用于轿车与商用车。 马勒凭借其专家的技术专业知识、高生产力和产品的出色品质,成为当今世界最主要的气门制造商之一。

我们将最先进的生产技术与高产量相结合,确保产品的质量水准。 例如,我们在生产锻件时使用等离子粉末法,或者使用高速打磨法进行机械抛光。 为确保气门能耐受高负载,我们的气门配备了加强型气门座圈,并根据需要通过镀铬或氮化处理增强硬度。 对于每种应用,都有大量的材料可供选择。 对于极端条件下的特殊应用,钠填充空心气门可用于降低热负载。

气门导管根据气门座圈使气门处于重心位置,从而抵消水平方向的力对气门轴产生的影响。 此外,导管还需将产生的热量散发至气缸顶。根据具体发动机设计,进气端与排气端可采用相同或不同的气门导管。 其材料范围包括灰口铸铁、黄铜和各种合金的烧结材料。

气门座圈的任务是密封燃烧室,防止压力损失。 此外,它还发挥散热作用。 气门座圈的另一项重要任务是防止气门陷入硬度较低的气缸盖材料中。气门座圈主要由铬钢合金制成。 目前,烧结材料的使用也日益增多。

气门设计的抉择是一项最艰巨的挑战。 我们的气门设计用于各种工作条件,以使其能承受极端的机械、化学与热负载,确保最佳的散热性能。

材料

奥氏体钢

马氏体钢

类型

单金属气门

双金属气门

气门座

等离子粉末表面处理

感应硬化

气门杆头感应硬化

外形硬化

整体硬化

杆头表面硬化

空心气门:

气门杆尺寸:> 6 mm

孔密封:

- 激光焊接

- 摩擦焊接

钠填充

角焊外形

角焊外形

翻转,打磨

锻造效果

气门头顶部表面

加工后

锻造效果

有无球面凹口

气门杆头外形

1–3沟槽

特殊设计

气门长度

80–210 mm

气门头直径

18–65 mm

气门杆直径

5–12 mm

表面处理

盐浴氮化

涂镀硬铬

(涂层厚度:3–35 µm)

气门机构元件

尽管现代内燃机的行驶里程日益提高——或者也正是因为如此:气门行业空前繁荣。 汽车修理厂越来越多地遇到需要更换气门的车辆。 不过,有几个事项需要注意。

由于忽视保养,更换气门是汽车修理厂营业额中的“常客”。 这是因为气门损坏的原因除正常磨损外,在很多情况下还包括同步皮带老化磨损、链条断裂或机油更换不及时等。 另一个导致气门损坏的常见原因是:驾驶操作错误,例如在发动机高速运行时,粗心导致变为低速挡,最终导致气门弯曲或断裂。 不容忽视的情况还包括新气门刚换上没多久就又坏了,这是安装错误(可避免的)造成的。

气门——必须具备理想的密闭性

气门负责密封燃烧室,同时确保充气交换的最佳效果。 由于气门始终处于运动状态,并且是在摩擦较大,而且受腐蚀气体或废气影响的条件下,它们必然出现自然磨损。 而在极端条件下,如机械或热过载,会加速气门的磨损。 因此,一旦发现任何损坏的迹象,通常都必须更换气门。

循环利用气门有何危险?

对旧气门进行“翻新”是一种冒险行为。 通常用肉眼无法识别出气门的损坏程度。 气门材料可能受热过载,或者机械过载影响,它们已导致其元件出现初始裂纹。 同时,一般也很难估计密封贴面与硬化区域是否足够结实,可用于再加工(以及磨损度是否允许进行再加工),或者气门座圈角度是否真的能打磨正确。 这种翻新没有任何经济意义,而且任何讲信誉的汽车修理厂都不应该冒着损坏发动机的极大风险,去使用旧气门。

拆分——使用正确的工具很重要

为避免在气缸盖上造成无法修复的损伤,在拆卸过程中,必须将气门弹簧垫起来,例如使用气门弹簧压缩工具,或者气门弹簧张紧装置(见图 1). 气门锁扣最好用磁棒取下来。

提示:为避免部件安装错误,建议在丢弃前,将拆卸下来的气门同新气门进行对比,对比内容包括气门杆直径、总长度、气门头直径与气门座角度。

安装:别忘了还要检查气门导管与气门座圈!

在安装新气门前,还应对气门导管与气门座圈的状况进行检查。 若发现严重的磨损痕迹,必须对其进行再加工,或者必须更换。 然后,将新气门从下方通过气门导管插进去。

更换气门导管、扩孔

气门轴与气门导管之间的松动部分是否过大? 在这种情况下,必须将气门导管连同气门一起更换。 将新的气门导管插入或套上以后,建议将孔扩大一些。 只有这样才能确保孔拥有适当直径,而且是圆形且无毛刺,从而与新气门一起发挥出卓越性能。 由于扩孔是一种准确度和加工精度极高的加工方式,因此必须手动进行,同时还需使用切削油进行润滑(见图 2).

气门座圈已磨损?

在这种情况下,应对其进行再加工,或者更换新的气门座圈。 只有在气门座圈的导轨与密封表面完全对齐的情况下,新气门才能提供出色的密封效果。

密封与气门凹槽

新气门插入后,必须检查气门凹槽是否适当。 在下一步操作中,应借助组装套管安装气门杆密封件。 (大多数密封件制造商会将组装套管连同气门杆密封件一同提供,以防止非常敏感的密封件密封唇口被损坏。)

气门弹簧弯曲?

继续进行安装前,确保气门弹簧在气缸盖中处于正确位置。 出于某些发动机设计的原因,可能出现的危险情况是气门弹簧安装后形成一定角度。 在随后的发动机启动过程中, 该弹簧可能会朝向发动机组的一侧移动 而气门弹簧座发生严重弯曲后,可能导致气门立即脱落或破损,最终导致发动机损坏(见图 3).

新气门——新锁夹

在气门工作过程中,气门锁夹会自行固定在气门上。 因此,旧的气门锁夹无法与新气门完全贴合。 特别是如果将个别气门的锁扣互相随意安装,就有导致负载、弯曲应力与压力峰值不均衡的危险,进而导致锁夹槽区域的气门被破坏(见图 4). 简言之,选用新的气门锁夹可防止发动机损坏。 为了方便汽车修理厂开展工作,也为了确保修理工作更安全,我们将气门锁夹也加入到计划中。 因此,MAHLE Original与Perfect Circle气门均含有配套的锁夹。

自如转动

多沟槽气门应能在其锁夹中自如转动。 气门在发动机工作时的转动为密封与散热提供帮助,降低气门底座的磨损,防止沉淀物在密封表面累积。 因此应检查气门能否自如转动。若气门无法自如转动,就会一直紧压气缸盖。

所有气门都具有真正的气密性吗?

通过真空测试即可确定问题的答案。 或者,还可使用低密度液体(如汽油或刹车清洁剂)检查气门的密封性。 首先将气缸盖向上掀开,然后将液体倒入气门头即可。 若液体随后排干,则证明气门未正确密封(见图5)。

气门——交付时已打磨

与过去不同,现在的气门都无须进一步打磨。 气门的密封表面采用马勒高精度技术生产而成。凭借预调刀具的精确性,气门座的加工精度可为气门提供完美的密封效果。

液压气门间隙调整? 请等待!

如果使用液压气门升降杆启动气门,建议在组装完毕后将发动机放置12小时再启动。 必须提供这段时间使多余的机油从液压气门升降杆中排出。 另一种做法是在安装前,就将液压气门升降杆排空。

全部计划——成套设备与单件设备

MAHLE Original与Perfect Circle气门计划根据原始设备市场的需求,采用不同材料与设计,涵盖大量轿车与商用车应用。 所有气门类型均可单独提供,为以客户与需求为导向的修理服务提供坚实基础。

图 1:有助于气门拆卸的工具:气门弹簧张紧装置

图 2:手动扩张气门导管开孔时,应使用切削油。

图 3:注意——如果弹簧安装完后是弯曲的,气门可能会损坏,导致发动机发生故障。

图 4:磨损的气门锁夹与新气门无法匹配,因此经常导致气门损坏。

图 5:出于安全考虑:必须通过真空测试检查气门是否密封良好。

密封圈看上去与其它的圈类似。 不过它们的功能却远胜过后者。 而且,这也是它们的职责所在。 它们在相应的高负载条件下,必须在发动机中发挥特殊作用。 即:与气门一起,确保燃烧室的密封性。 它们还必须防止气门紧压气缸盖。 此外,它们还要吸收燃烧产生的热量,然后传递至气缸盖。 由于铝、钢合金的材料属性不同,气门座密封圈几乎是铝制气缸盖不可或缺的一部分,其作用是确保燃烧室具有充分的密封性。

生产工艺简介

气门座密封圈的生产工艺分两种:离心浇铸法与烧结法。 离心浇铸的更为传统的方法——这是一种特殊的铸造工艺,其中熔融钢合金被倒入围绕中心轴转动的铸模中。 在离心力作用下,熔融物紧压着铸模的外壁。 熔融物固化后,就呈现出铸模的形状,形成外形与铸模内部相同的空心铸件。

而在烧结工艺中,首先将材料磨成粉状,使粉末颗粒之间的内聚力达到最低水平。 然后,这种被称之为“生坯”的预粉碎材料在低于熔融温度的热处理中,被进一步压紧和硬化。 根据发动机的具体要求与应用,烧结工艺中使用的粉状材料会有不同。 粉状混合物的选择取决于特定条件,例如密封圈以后的工作温度以及必要求的耐磨损性。 这样可使定制设计的密封圈完全符合其之后在发动机中的用途。

图 1:通过铣削方式去除气门座密封圈

图 2:铣削之后即可看到密封圈的残余部分

更换密封圈:可使用费劲的办法——也可用另一种更省力的方式

只有将旧密封圈去除,才能安装新的气门座密封圈。 广泛采用的办法是将旧气门与磨损的气门座密封圈焊接在一起,然后用锤子将密封圈从底座上敲掉——这种办法很费劲,通常会对气缸盖造成难以预见的间接损害。 更省力的方式:通过铣削方式去除磨损的密封圈(见图1和2), 而铣头通过气门导管实现对中。 然后,如有必要,可对密封圈底座进行抛光,使其与新气门座密封圈的尺寸相匹配(见图 3). 加工完毕后,必须将气缸盖垫圈中的碎片清理干净。

图 3:加工气门座密封圈底座的铣头

安装过程:冷热并用,双管齐下

将气门座密封圈安装在气缸盖上的办法有以下几种。

  • 在室温条件下,将气门座密封圈插入位于气缸盖上的底座中。
  • 在室温条件下,将气门座密封圈插到预热的气缸盖上。
  • 用液态氮(见图4)冷却密封圈, 然后将其安装到保持在室温的气缸盖上。
  • 加热气缸盖,同时冷却气门座密封圈——这是效果最佳的组装方式,不费吹灰之力。

图 4:用液态氮冷却气门座密封圈以便于安装。

图 5:裂开的隔板:过度重叠导致的结果

重叠——修理过程中的重要细节

在将气门座密封圈安装到气缸盖上时,密封圈与其在气缸盖上的底座之间必须存在适当的重叠。 若重叠部分过大,则在插入气门座密封圈时,会导致铝制部分严重变形,进而导致气缸盖出现塑性变形,并且有可能使密封圈无法安装到位。 此外,过多重叠可能导致应力开裂,特别是在气门座密封圈之间的狭窄区域(见图 5). 若重叠部分过小,会有使气门座密封圈在工作期间从底座中脱离的危险。

最终阶段:加工过程

安装完毕后,需要对密封圈进行加工。 这是因为气门的接触面必须与气门的角度严格匹配(见图 6). 完成最后加工后,必须再次仔细清理气缸盖,防止碎片在随后的安装过程中进入发动机。

图 6:更换新气门座密封圈后的最佳安装效果

MAHLE Original气门座密封圈——您的最佳选择

MAHLE Original气门座密封圈采用各种材料制成。 在高温条件下,采用铸铁合金制造的气门座密封圈耐磨性好、硬度高。 在用钢合金制成的气门座中,铬成分含量高,其特点是具有适当的耐磨与抗冲击性,并且在高温下还具有出色的热稳定性与形状稳定性。 烧结金属合金在摩擦与冲击应力下,表现出优异的耐磨性,主要用于现代高性能自吸式发动机和汽油、柴油与天然气增压式发动机。 更换密封圈时,确保替换产品材质与原有产品相同。 MAHLE Original提供广泛的高品质气门座密封圈,适用于众多应用。 更多详细信息,可查阅现行的“气门机构元件”目录。

气门决定着有多少新的油气混合物能进入燃烧室。 气门对燃烧混合物的排放起控制作用。它们必须保证严谨的气密性,并且必须始终如此。 此外,它们还必须在发动机运行时,时刻保持可靠性。 简言之:气门的责任非常艰巨。

要知道,气门头与其密封表面一起,每秒撞击气门座的次数高达70次。 撞击的惯性力以及气门弹簧的作用力与燃烧压力一起,成为各元件面临的巨大挑战。 特别是排气门,废气可使其加热到高达800 °C。 在密封表面相互接触的短暂瞬间,热量必须尽量多得从气门座传递到气缸盖上。 然而,带给气门压力的并非只有废气热量,还有腐蚀性化学成份,后者可产生沉淀物和导致腐蚀。

选用的材料至关重要

若要确保即使在极端条件下,内燃机气门也能可靠地工作,就必须为气门选用最好的材料。 因此,马勒气门采用了能完全满足要求的高级合金材料。 这些材料是与发动机制造商密切合作开发的结晶。

根据不同要求,将不同材料组合起来,充分利用各自的优势属性,为气门的不同部分提供最佳支持。 例如,在马勒双金属气门中,气门头由高合金钢制成,其与气门轴相连以抵抗化学物质与热的侵袭。 实际气门轴必须经过硬化,拥有高强度。

根据具体需求,马勒气门经过进一步优化,以降低磨损度并延长使用寿命。 优化的做法就是对气门座进行硬化处理,或者用特殊合金(钴铬钨硬质合金)进行堆焊,将密封表面覆盖。 气门轴通常会经过氮化或镀铬处理,以提高其滑动和耐磨属性。

使液态金属始终保持低温

在极端热负载条件下工作的发动机有一个特殊的亮点:钠填充空心孔气门。 此类马勒气门有一个很深的孔,直接从气门头延伸至气门轴。 该孔的三分之二用钠填充,然后封闭起来。 发动机运行时,填充的钠变成液体,变成卓越的导热体。 随着往复的上下运动,热量被液体钠从气门头传递至气门轴,然后又通过气门导管消散至气缸盖并最终传递至冷却液回路。

简介:钠填充空心气门

马勒气门——来自生产线的信息

马勒是批量生产钠填充空心气门的世界领先者,我们采用最先进的灵活性生产设施,生产轴长在80至120 mm之间不等的气门。 灵活的技术确保高质量标准,并且甚至能进行小批量的商业生产。 同时,对于我们的汽车零部件市场客户,马勒与国际汽车行业的密切合作也能使其受益匪浅。 我们能提供面向轿车与卡车发动机的全面性气门计划,目前该计划中已包括超过400种产品。

除适用于奥迪、宝马、雪铁龙、福特、欧宝、标志、雷诺、大众和沃尔沃的气门产品系列获得显著扩展外,面向阿尔法、菲亚特与蓝旗亚等意大利制造商的项目也得到了相当大的扩展。 与此同时,我们在商用车领域(道依茨、MWM与帕金斯等)也有所扩张。

关于计划中的新增产品,详见我们现行的《气门产品目录2005》,该资料可向您的批发商订购。