□余海洋

一、引言

气门锁夹是汽车发动机气门组件中的一个关键重要零件，一般安装在气门头部，并与气门弹簧上座配合装配，其作用是连接气门与气门弹簧，保证发动机在运转过程中气门与气门弹簧同步随动,以实现配气机构的运动功能，并且使气门在关闭时具有良好的密封性能。在燃烧室高温条件下，气门头部同时受到燃烧气体的压力、气门弹簧力以及配气机构的惯性力等作用，气门与气门座圈之间不断拍打，使气门头部及气门座圈极易产生变形而使燃烧室发生泄漏，影响发动机性能及寿命。以前常用气门锁夹结构一般为单槽结构，为保证气门锁夹锁紧可靠，在设计时使两片锁夹相对的分开面不接触，而使气门锁夹内表面凸起环带与气门杆锁夹槽完全贴合，以保证气门锁夹锁紧气门杆锁夹槽。这种结构使得气门、气门锁夹及气门弹簧座几乎成为一个整体，气门弹簧在压缩与恢复的过程中带动这一个整体一起旋转，这就使得气门的转动变得极为困难，气门头部受热不均而易产生变形，气门与气门座圈之间的磨损也不均匀，从而使气门密封性能降低。随着现代发动机性能的不断提高，特别是小排量发动机功率的越来越高，发动机的热负荷也越来越大，这就对气门的密封性能提出了更高的要求，所以，单槽气门锁夹结构慢慢被三槽气门锁夹结构所替代。

二、三槽气门锁夹

气门杆顶部带有三道锁夹槽的气门称为三槽气门，对应带有三道凸起环带锁紧气门的锁夹称为三槽气门锁夹。三槽气门锁夹的内表面设计有三个凸起的环带，环带与气门杆部的三个锁夹槽匹配并预留一定的配合间隙，当两片锁夹抱紧后，气门与气门锁夹之间的摩擦力很闲，可在气门锁夹内自由转动，这就使得气门的旋转变得更加容易。

三槽气门结构具有受力分布均匀的优点，同时，也使在装配时锁夹和锁夹槽的相互对接不单靠夹紧气门杆，而是靠槽与锁夹的凸、凹之间的接触面支撑气门，从而使气门处于旋转的自由状态，而不受锁夹和弹簧座的制约。这种“自由气门”凭借发动机工作时的振动以及通过摇臂或凸轮顶杆传递的摩擦作用使气门旋转。发动机在工作时，气门旋转能有效地平衡气门各部分的温升，改善气门密封面的工作情况，避免局部热变形引起的高温有害气体冲刷，减少热腐蚀和热疲劳，气门密封面温度均匀，减小气门头部变形，减小泄露。同时，由于气门的旋转在密封面上产生轻微的摩擦，起到自洁的作用，减少气门的磨损和积碳，避免气门烧蚀，气门旋转能够有利于润滑油进入气门导管的推力面，加强润滑效果，使气门杆模式均匀，从而提高发动机使用寿命[1]。

鉴于三槽气门机构的以上优点，三槽气门锁夹也被越来越广泛地使用。虽然气门锁夹自身体积较小，但气门锁夹与气门头部凹槽和气门弹簧座匹配精度要求较高，以减少不必要的噪声，提高使用寿命。所以，在生产过程中对锁夹的加工精度及产品加工尺寸一致性检查的工作就显得尤为重要。

三、三槽气门锁夹检测项目分析

从三槽气门锁夹的设计及功能上分析来看，气门锁夹的锥面几何尺寸和形状特征、锁夹内径、锁夹凸起环带几何尺寸和装配位置均为关键或重要特征，需要重点检测及质量管控。

(一)锁夹锥面检测。气门锁夹的外锥面与气门弹簧上座的内锥面配合，配合接触面积的大小，直接决定了二者之间的定位力矩[2]。若气门锁夹的外锥面与气门弹簧上座的内锥面形状误差较大，以致相互贴合不好，导致实际接触面积减小，在高接触应力下，易于磨损或受到挤压，从而使气门锁夹下沉。发动机在高速运转下，由于配气机构的振动，可能产生锁夹飞脱，使气门机构运转失效，发动机无法正常运转，甚至导致发动机损坏。为了避免以上状况发生，在锁夹的设计要求上需要对锁夹的锥面尺寸精度提出相应的控制目标，因此，在生产的过程中，锁夹锥面的尺寸及形状特征是需要检测和控制的关键特征，其检测项目包括外锥面的角度检测、外锥面的直线度检测、外锥面的跳动检测和外锥面生产一致性检测。

(二)锁夹内径的检测。气门锁夹安装在气门弹簧上座内，气门锁夹外圆面在气门弹簧的作用下，始终与气门弹簧座接触，锁夹两片结合面相互接触，在锁夹内径尺寸设计上，要求锁夹内径略大于气门杆部外径，保证锁片内表面与气门杆部不接触，气门在锁片内圆周方向不受约束，可以自由旋转。因此，锁夹内径也是检测和控制的重要特征之一。

(三)锁夹凸起环带检测。气门锁夹一般对称分成两片，环抱在气门杆的锁夹槽部位，气门锁夹的内表面有三个凸起的环带，环带与气门杆顶部的三个锁夹槽匹配，从锁夹功能要求来看，在设计时要求锁夹凸起环带直径大于气门杆凹槽部分直径，两片气门锁夹对合抱紧后，气门在气门锁夹内可以自由转动。锁夹凸起环带直径及位置尺寸将影响到气门是否可以自由旋转，直接决定了三槽气门锁夹的优点是否能够实现，因此，锁夹凸起环带直径及位置尺寸也是在生产加工过程中需要检测和控制的重要特征。

(四)装配位置检测。理论上气门装配完后，气门顶端距离弹簧座的高度与弹簧座至锁夹的高度为制造过程中的控制尺寸[3]。通常，气门顶端到弹簧座的高度随设计标准而定，在检测中用于对气门弹簧座装配位置的判断，而气门锁夹到弹簧座的高度则需有严格的要求，为满足工程要求，锁夹到弹簧座的高度差需满足-0.8mm～0.8mm的尺寸范围。因三槽气门锁夹独特的结构和其需要实现的功能，在满足几何尺寸关系的同时，在气门杆顶端面施加一定的静压力的情况下，气门应该能够仍然自由旋转，气门锁夹的外锥面和气门弹簧座的下锥面之间的配合能够实现自锁，而气门锁夹的位置不发生变化。因此，在气门锁夹生产过程中，需要采用特定的工装与气门锁夹进行配合，以满足在对气门顶杆施加一定静压力的情况下，检测气门锁夹装配位置变化情况。

四、结语

三槽气门锁夹因其自身结构特点，能够有效提高气门旋转性能，提高气门的密封性，延长气门的使用寿命，因此，三槽气门锁夹的应用也越来越广泛。在三槽气门锁夹的生产过程中，生产质量的把控也需要越来越严格。本文通过对三槽气门锁夹结构和功能的研究，分析其几个关键和重要的尺寸与形状特征，为生产现场的检测项目确定和质量管控方向提供一定的参考依据。