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故障檢修與技術維護 |
柴油機的氣門挺桿、推桿和彈簧的質量維修 |
摘要：配氣機構由氣門傳動組和氣門組兩組組成，其中氣門傳動組包括曲軸正時齒輪、凸輪軸正時齒輪、凸輪軸、挺柱、推桿、搖臂、氣門間隙調整螺釘及鎖止螺母、搖臂軸；而氣門組包括氣門、氣門導管、氣門彈簧、氣門彈簧座、氣門油封、氣門座等組成。為了保證柴油機工作過程的正常進行，在大修后和使用柴油機時必須對配氣機構進行調整或檢修。
一、配氣機構工作原理和組成
1、工作原理
配氣機構是柴油機中的一個重要部件，它的作用是控制氣門的開閉，使燃油和空氣按照一定的時間和順序進入燃燒室，從而實現燃燒過程。配氣機構的工作原理是通過凸輪軸和氣門桿等部件的配合，使氣門在適當的時候打開和關閉，從而控制氣體的進出。
配氣機構的核心部件是凸輪軸，它是由一根長條形的軸和一系列凸起的凸輪組成。凸輪軸的轉動是由發動機的曲軸帶動的，凸輪的形狀和數量決定了氣門的開閉時間和順序。當凸輪軸轉動時，凸輪的凸起部分會推動氣門桿，使氣門打開，當凸輪轉動到凸起部分離開氣門桿時，氣門就會關閉。
除了凸輪軸，配氣機構還包括氣門桿、氣門彈簧、氣門座等部件。氣門桿是連接凸輪軸和氣門的部件，它的長度和形狀也會影響氣門的開閉時間和順序。氣門彈簧的作用是使氣門回到關閉位置，防止氣門在高速運動時失控。氣門座則是氣門的支撐部件，它的材料和形狀也會影響氣門的密封性和耐磨性。
配氣機構的工作原理（如圖1所示）是通過凸輪軸和氣門桿等部件的配合，使氣門在適當的時候打開和關閉，從而控制氣體的進出。在發動機的工作過程中，配氣機構的工作狀態會受到多種因素的影響，如發動機轉速、負荷、溫度等。因此，為了保證發動機的正常工作，需要對配氣機構進行定期檢查和維護，以確保其正常運轉。
2、結構組成
配氣機構的結構組成主要包括凸輪軸、凸輪、氣門、氣門彈簧、推桿、滑塊、氣門導桿、搖臂、氣門座、氣門蓋等，如圖2所示。
（1）凸輪軸
凸輪軸是配氣機構的核心部件，它通過傳動系統與曲軸相連，以固定的轉速帶動凸輪旋轉。凸輪的形狀根據氣門的開啟和關閉時間、升程和延遲等要求而設計。凸輪軸上通常有多個凸輪，每個凸輪對應一個氣門，通過凸輪軸的旋轉，氣門可以按照事先設定的時序精確地開啟和關閉。
（2）氣門
氣門是配氣機構中最重要的部件之一，它負責控制氣缸內氣體的流動。氣門通常由氣門頭、氣門桿和氣門座組成。氣門頭位于氣缸蓋上方，可以通過氣門彈簧和凸輪軸的作用實現開啟和關閉。氣門桿與氣門頭相連，通過氣門導桿傳遞凸輪軸的旋轉力矩，使氣門能夠按照既定的規律開啟和關閉。氣門座位于氣缸蓋上，起到固定氣門的作用。
（3）氣門彈簧
氣門彈簧是配氣機構中非常重要的部件，它負責將氣門頭與氣門座連接在一起，并提供足夠的彈力使氣門能夠恢復到關閉位置。氣門彈簧通常采用螺旋形狀，具有一定的彈性和抗疲勞性能。氣門彈簧的剛度和自由長度需要根據氣門的質量和運動速度來設計，以確保氣門能夠在高速運動時依然可靠地關閉。
（4）推桿
推桿是凸輪軸和氣門之間的傳動部件，它的作用是將凸輪軸上的旋轉運動轉化為線性運動，推動氣門的開啟和關閉。推桿通常由鋼材制成，具有足夠的強度和剛度以承受高速運動和較大的載荷。推桿的形狀和長度需要根據氣門的位置和運動軌跡來設計，以確保氣門能夠按照既定的規律開啟和關閉。
（5）滑塊
滑塊是配氣機構中的傳動部件之一，它通常由鑄鐵或鑄鋼制成，具有一定的強度和耐磨性。滑塊與凸輪軸相連，通過滑動接觸的方式將凸輪的旋轉運動轉化為推桿的線性運動。滑塊的表面通常涂有一層潤滑劑，以減少摩擦和磨損，并保持良好的工作狀態。
（6）氣門導桿
氣門導桿是配氣機構中的傳動部件之一，它通常由合金鋼制成，具有較高的強度和耐磨性。氣門導桿的作用是將凸輪軸上的旋轉運動傳遞給搖臂，使搖臂能夠帶動氣門的開啟和關閉。氣門導桿的長度和直徑需要根據搖臂和氣門的位置來設計，以確保氣門能夠按照既定的規律開啟和關閉。
（6）搖臂
搖臂是配氣機構中的傳動部件之一，它通常由鑄鐵或鑄鋼制成，具有較高的強度和剛度。搖臂的作用是將氣門導桿的線性運動轉化為氣門的開啟和關閉，通過搖臂的杠桿原理，可以放大氣門的運動幅度和力量。搖臂的形狀和長度需要根據氣門的位置和運動軌跡來設計，以確保氣門能夠按照既定的規律開啟和關閉。
（7）氣門座和氣門蓋
氣門座和氣門蓋是配氣機構中的固定部件，它們分別位于氣門和氣缸蓋上，起到固定和密封的作用。氣門座通常由鑄鐵或鑄銅制成，具有一定的強度和耐磨性，能夠承受氣門的開啟和關閉力量。氣門蓋通常由鋁合金制成，具有較小的質量和良好的散熱性能，能夠有效保護氣門和氣門座。
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圖1 柴油機配氣機構原理圖 |
圖2 柴油機配氣機構結構圖 |
二、氣門挺桿檢修方法
1、工作質量：
（1）柴油發電機組的氣門挺桿不允許有嚴重擦傷、磨損和疲勞剝落；
（2）推桿彎曲度不允許過大；
（3）氣門彈簧應具
2、維修方法：
（1）挺桿內部球形凹坑磨損量過大時，一般應更換新件。
（2）若底面磨損不大時，可用研磨的方法將其磨平。
（3）若磨損量較大，則需在磨床上磨平。
（4）桿身的磨損若較大時，可將挺桿進行多孔鍍路，加大直徑。
（5）普通挺桿修理方法：
輕微的傷痕或麻點，用油石修整。裂紋、嚴重刮傷或偏磨，更換。
（7）對于彎曲度過大的推桿必須校直；若推桿兩端接頭磨損嚴重，應予更換。
（8）若推桿是整體的，可對其上、下端面用堆焊的方法修復。
3、技術要求：
（2）桿身與導向孔的配合間隙
（3）推桿是一根鋼管，兩端有球座和球頭，分別凸焊在鋼管兩頭。由于推桿較長，使用中容易彎曲，技術要求規定推桿全跳動必須小于0.38mm，否則應進行校正。
（4）密封性檢查：用液力挺桿檢驗儀，如圖4所示，檢查挺桿壓力、時間、長度關系。
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圖3 氣門挺桿導向孔示意圖 |
圖4 液力挺桿檢測儀 |
三、氣門彈簧檢修方法
氣門彈簧經常遇見故障問題是因為長期受壓縮，造成塑性變形而影響到自由長度變短、彈力減弱、簧身歪斜，嚴重的話可能出現彈簧折斷。氣門彈簧的檢測關鍵是觀察有無裂紋或折斷，測量彈簧自由長度和垂直度，測量彈簧彈力，氣門彈簧不可以修理，必要時只能更換；
（1）氣門彈簧的氣門彈簧垂直度可用直角尺實行測量（如圖5所示），氣門彈簧的垂直度大多數應不大于1.5～2.0mm，若氣門彈簧的垂直度不符合標準，應更換氣門彈簧；
（2）氣門彈簧的彈力應在專用彈簧檢驗儀上實行檢測（如圖6所示），用檢驗儀對氣門彈簧施加壓力，在限定壓力下的氣門彈簧高度，或限定氣門彈簧高度下的壓力，應符合標準不然應更換氣門彈簧。
（3）舊氣門彈簧的自由長度小于同一型號新彈簧約4mm時，必須更換新件。
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圖5 氣門彈簧傾斜度檢查 |
圖6 氣門彈簧質量檢測器 |
四、搖臂檢修方法
1、工作質量：
（2）搖臂軸
2、維修方法：
（2）搖臂與氣門
（3）若出現凹坑時，可用堆焊的方法
（5）若在檢查中發現襯套與軸磨損量較小時，可將軸轉過180°裝復使用。
（6）檢查搖臂球面部位，輕微的磨損溝痕用油石或磨光機修磨，磨損嚴重時更換搖臂。
（7）帶氣門間隙調整螺釘的搖臂，檢查調整螺釘、鎖緊螺母和搖臂上的螺孔，損壞時更換，
（8）帶軸承的浮動搖臂，若軸承磨損嚴重或損壞應更換搖臂。
（9）有搖臂軸的，檢查搖臂與軸配合間隙，間隙超過允許極限，應更換零件或總成。
（10）檢查搖臂軸彎曲變形，超過允許極限，應校正或更換搖臂軸。
3、技術要求：
（2）搖臂軸的磨損量超過
（3）氣門擺臂孔徑的檢查
測量氣門搖臂的孔徑，當搖臂軸與搖臂孔徑配合間隙超過規定值時，應更換新件。配合間隙：>0.10mm。
（4）氣門搖臂軸直線度誤差在100mm長度上≤0.03mm
（5）搖臂支座孔檢查
測量搖臂支座孔，當孔經超過使用極限時，應更換新搖臂支座。
（6）搖臂軸磨損量檢查
測量搖臂軸的直徑，當搖臂軸磨損后的尺寸超過使用極限時，應更換新的搖臂軸。ø22（-0.020~-0.040）mm；
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圖7 柴油機搖臂裂紋或穴蝕現象. |
圖8 檢查搖臂支架有無裂紋或損壞 |
五、配氣機構檢查與調整
1、氣門間隙的檢查與調整
在冷態下的柴油機，當氣門處于關閉狀態時，氣門驅動機構與氣門之間必須有一定的間隙，這個間隙通常稱為氣門間隙。由于氣門受熱不均勻，排氣門溫度高于進氣門溫度，故排氣門間隙要大于進氣門間隙。康明斯柴油機使用說明書規定：冷態時的進氣門間隙為0. 35 mm，排氣門間隙為0. 45 mm。氣門間隙是在組裝調整配氣機構時預先留定的，柴油機的結構不同，氣門間隙的數值也不相同。
因為柴油機工作時，氣門和氣門驅動機構都會因受熱膨脹而伸長。如果不留氣門間隙或氣門間隙留得太小，則必將導致氣門關閉不嚴而漏氣，造成柴油機動力性和經濟性下降；還可能由于高溫燃氣的泄漏而出現氣門桿卡住及氣門燒損等事故。但如果氣門間隙過大，一方面加劇了氣門傳動機件的沖擊和磨損，另一方面使氣門晚開早關影響進氣量和排氣量，使柴油機功率下降，嚴重時還會將氣門燒損。因此，柴油機總裝后要對氣門間隙進行仔細地檢查和調整，如圖9所示。
2、配氣正時的檢查與調整
配氣正時是指柴油機每個氣缸的進、排氣門的開啟、關閉符合配氣相位圖的要求（如圖10所示），各個氣缸進、排氣門開啟和關閉順序，均按柴油機發火順序的規定。如果柴油機配氣不正時，將會影響到新鮮空氣的吸入和廢氣排放的完全，從而影響柴油機的動力性和經濟性，甚至會使柴油機不能啟動或造成活塞撞擊氣門的嚴重事故。當柴油機經長期運轉，齒輪、凸輪、軸承、軸等有關零部件發生較大的磨損和變形之后，一般均應檢查其配氣正時。在調換有關零部件或進行修理之后，也要檢查其配氣正時。
所謂柴油機的配氣正時，也就是凸輪相對于活塞在氣缸中所處的位置而處于對應相位，以便準時地控制氣門的啟閉。凸輪軸通過正時齒輪傳動裝置與曲軸聯系，要達到以上的要求，必須使凸輪軸與曲軸之間符合一定的相位關系，所以柴油機配氣正時的調整和校驗，歸根到底就是準確調整凸輪軸相對于曲軸的相位。
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圖9 柴油機氣門間隙兩次調整法 |
圖10 柴油機配氣相位圖 |
總結：
發動機配氣機構的結構組成包括凸輪軸、凸輪、氣門、氣門彈簧、推桿、滑塊、氣門導桿、搖臂、氣門座、氣門蓋等。這些部件通過精確的設計和配合，實現了氣門的準確控制和運動，保證了柴油機的正常工作。配氣機構的結構組成是柴油機工作原理的重要體現，對于提高柴油發電機組的效率和性能具有重要意義。
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