劉玲，張國民，張鋮，陳競

(濰柴動力揚(yáng)州柴油機(jī)有限責(zé)任公司，江蘇揚(yáng)州 225000)

0 引言

發(fā)動機(jī)長期使用后的摩擦、磨損以及安裝、調(diào)整維修不當(dāng)?shù)榷紩?dǎo)致發(fā)動機(jī)各部件的配合間隙過大，從而引起發(fā)動機(jī)各種故障。在這些故障中，配氣機(jī)構(gòu)故障的比例很大，而氣門間隙異常故障在配氣機(jī)構(gòu)故障中占很大比例，因此必須對氣門間隙加以重視[1]。

氣門間隙是指氣門處于完全關(guān)閉狀態(tài)下?lián)u臂碰頭與氣門桿尾部(頂置式)之間的間隙[2]。發(fā)動機(jī)在冷態(tài)時需預(yù)留氣門間隙[3]。為保障發(fā)動機(jī)在高負(fù)荷工況時熱膨脹狀態(tài)下氣門桿部與搖臂之間仍留有合適的間隙，以確保氣門能夠正常開啟、關(guān)閉。氣門間隙便于檢查和調(diào)整，因此在發(fā)動機(jī)生產(chǎn)和用戶使用過程中，可通過查看氣門間隙來判斷配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)。發(fā)動機(jī)運(yùn)行一段時間之后，配氣機(jī)構(gòu)零件產(chǎn)生磨損或松動，氣門間隙發(fā)生改變，對柴油機(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生影響，因此需要定期檢查和調(diào)整氣門間隙，以保證發(fā)動機(jī)的正常運(yùn)行。

1 氣門間隙的檢查和調(diào)整

氣門間隙的檢查和調(diào)整是發(fā)動機(jī)維護(hù)、保養(yǎng)和維修中必須進(jìn)行的一項(xiàng)工作，氣門間隙分為冷間隙和熱間隙2種。不同材質(zhì)對氣門間隙有一定影響，鑄鐵缸蓋的氣門間隙在熱態(tài)時與冷態(tài)時基本一致或熱態(tài)間隙比冷態(tài)略小，而鋁合金缸蓋的熱態(tài)間隙比冷態(tài)稍大一些[4]。

發(fā)動機(jī)冷機(jī)狀態(tài)下測量的氣門間隙即為冷間隙，氣門間隙絕大多數(shù)指冷間隙[5]。氣門間隙的檢查和調(diào)整一般在冷態(tài)下進(jìn)行，調(diào)整前應(yīng)檢查各傳動零部件狀態(tài)：挺桿能靈活轉(zhuǎn)動、氣門彈簧不能有斷裂現(xiàn)象、上座卡簧不能磨損或缺失、橫橋上接觸面平整光滑、調(diào)整螺釘轉(zhuǎn)動靈活等[6]。

氣門間隙常規(guī)調(diào)整方法有逐缸調(diào)整法和兩次調(diào)整法[7]。兩種方法除氣門調(diào)整的次序不同，其他步驟相同，包括[8]：1)轉(zhuǎn)動曲軸，使所調(diào)氣門處于完全關(guān)閉的狀態(tài)。2)旋松鎖緊螺母使搖臂與氣門桿頂部留有間隙，檢查推桿是否在挺柱球窩中心，搖臂調(diào)整螺釘是否在推桿球窩里。3)按照設(shè)計(jì)要求，選擇合適的塞尺插入氣門桿或氣門橋端面與搖臂之間，同時旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺釘，直至拉動塞尺感到稍有阻力后用鎖緊螺母鎖緊調(diào)整螺釘。4)調(diào)整完畢后，再用塞尺復(fù)查一次，如有變化需要重新調(diào)整。

2 氣門間隙變化的影響

發(fā)動機(jī)的氣門間隙是影響其性能的重要參數(shù)，對某機(jī)型不同氣門間隙下的性能參數(shù)進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)存在較大差異，如表1和圖1所示。

表1 兩種不同氣門間隙對應(yīng)的性能參數(shù)

圖1 兩種氣門間隙對應(yīng)的性能曲線

發(fā)動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，氣門及傳動件、驅(qū)動件都會有不同程度的磨損，鎖緊螺母可能松動，導(dǎo)致氣門間隙發(fā)生變化[9]。氣門間隙過大，氣門開度減小，開啟持續(xù)時間縮短，配氣相位將發(fā)生改變，導(dǎo)致配氣機(jī)構(gòu)零件的撞擊增加，磨損增大；間隙過小，氣門及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)在工作后受熱膨脹，氣門關(guān)閉不嚴(yán)，造成漏氣、功率下降，甚至燒損氣門[10]。

根據(jù)試驗(yàn)驗(yàn)證，正常的零部件磨損造成的氣門間隙變化可以接受，只需定期進(jìn)行調(diào)整。但當(dāng)氣門間隙出現(xiàn)異常變化，例如調(diào)整好的氣門間隙，在重新檢查或者使用不久后就發(fā)生變化，或氣門間隙變化過大，則需要分析原因，解決問題。

3 氣門間隙異常變化的原因分析

氣門間隙的理論數(shù)值在開發(fā)初期根據(jù)凸輪軸型線等相關(guān)參數(shù)仿真模擬計(jì)算確定，為保證發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須定期調(diào)整氣門間隙，使其在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。但是，發(fā)動機(jī)在使用過程中會由于各種原因?qū)е職忾T間隙異常變化，下面以幾個故障現(xiàn)象為研究對象對氣門間隙異常變化的原因進(jìn)行分析。

3.1 推桿導(dǎo)致的氣門間隙異常變化

某非道路柴油機(jī)行駛1800 km后，調(diào)整氣門間隙時，發(fā)現(xiàn)4缸排氣門的氣門間隙增大至1.25 mm，檢查發(fā)現(xiàn)該推桿頭部存在異常磨損；更換新件后，將氣門間隙調(diào)整至0.40 mm，繼續(xù)行駛500 km，復(fù)查氣門間隙，增大至0.60 mm，檢查發(fā)現(xiàn)該推桿頭部存在缺陷。對故障推桿和新推桿進(jìn)行比對分析，發(fā)現(xiàn)推桿球頭、球窩表面加工精度較差，可見明顯的加工痕跡。對推桿進(jìn)行硬度和金相分析，新舊推桿球頭、球窩截面組織形態(tài)正常，金相組織均為馬氏體，滿足使用要求，見圖2；新舊推桿球頭、球窩已淬透，截面硬度分布正常，見圖3。

圖2 新舊件球頭、球窩金相組織檢測

圖3 新舊件球頭、球窩硬度檢測

由推桿的形貌和材料分析可以得出，推桿球頭、球窩表面加工精度較差，對氣門間隙的異常偏大存在一定影響。

3.2 挺柱導(dǎo)致的氣門間隙變化

某柴油機(jī)圖紙要求進(jìn)氣門間隙為(0.30±0.03) mm，排氣門間隙為(0.40±0.03) mm，在擴(kuò)散件開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)，其氣門間隙變化大，且后期變化趨于平緩，試驗(yàn)中氣門間隙如表2所示。耐久試驗(yàn)后拆檢發(fā)現(xiàn)推桿球頭磨損異常，如圖4所示。

表2 試驗(yàn)過程中的氣門間隙

圖4 推桿頭部異常磨損

挑選2個挺柱進(jìn)行相關(guān)檢測發(fā)現(xiàn)，挺柱球窩偏心量超差，圖紙要求(0.7±0.1) mm，實(shí)測只有0.28、0.29 mm，偏心量小導(dǎo)致底部接觸，由于中心定位尖角作用，挺柱會一直與刮推桿球頭摩擦，磨損加劇，推桿球頭磨損異常；同時由于偏心量較小，挺柱與推桿之間存在虛點(diǎn)接觸，導(dǎo)致試驗(yàn)初期氣門間隙變化大，運(yùn)行一段時間后虛點(diǎn)壓實(shí)，試驗(yàn)后期氣門間隙變化平緩。

3.3 氣門與氣門座圈導(dǎo)致的氣門間隙異常變化

表3 氣門下沉量實(shí)際測量結(jié)果 mm

某市場返回故障機(jī)，圖紙要求氣門下沉量為0.45～0.80 mm。用戶使用過程中發(fā)現(xiàn)2缸、3缸排氣門氣門間隙為0，3缸排氣門推桿彎曲，拆檢發(fā)現(xiàn)排氣門與氣門座圈的磨損異常，測量氣門下沉量，實(shí)際測量結(jié)果見表3。

氣門下沉量增大直接導(dǎo)致氣門間隙減小，進(jìn)而使推桿發(fā)生彎曲。對氣門下沉量的變化進(jìn)行分析，對氣門及氣門座圈材料等進(jìn)行排查，并對氣門與氣門座圈密封帶接觸應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，氣門與氣門座圈相關(guān)參數(shù)見表4。

表4 排氣門與氣門座圈相關(guān)參數(shù)

由表4可知，氣門與氣門座圈接觸應(yīng)力達(dá)158 MPa，遠(yuǎn)高于推薦值，接觸壓力增大是該磨損的主要原因。

針對上述分析，加大氣門與氣門座圈之間的接觸面，降低其接觸應(yīng)力，并對氣門與氣門座圈密封帶接觸應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，改進(jìn)后氣門與氣門座圈相關(guān)參數(shù)見表5。

表5 改進(jìn)后排氣門與氣門座圈相關(guān)參數(shù)

圖5 改進(jìn)后試驗(yàn)前后氣門下沉量情況

為了驗(yàn)證改進(jìn)效果，搭載改進(jìn)后的氣門與座圈進(jìn)行耐久試驗(yàn)，試驗(yàn)后拆檢測量氣門下沉量，下沉量試驗(yàn)前后數(shù)據(jù)對比如圖5所示，磨損滿足要求，故障解決。

4 結(jié)語

氣門間隙是影響發(fā)動機(jī)性能的重要參數(shù)，必須定期檢查及調(diào)整。氣門間隙是配氣機(jī)構(gòu)所有零部件間隙累加的結(jié)果，任一零件的異常，都會造成氣門間隙的異常變化；從前面3個故障案例分析可知，推桿的加工精度、挺柱的偏心量、氣門與氣門座圈密封面寬度也有可能造成氣門間隙的異常變化。