故障檢修與技術維護

產生氣門座圈松動的原因及其拆裝技術

 

摘要：通常氣門座圈松動后柴油發電機會發出一種“嚓、嚓、嚓”的敲擊聲。在機器將要熄火的瞬間，響聲尤為明顯。本文中康明斯公司重點闡述了柴油發電機氣門座松動時的外在表現及判斷方法，分析了柴油發電機組氣門座松動產生的原因，同時介紹了氣門座圈拆卸與安裝技術要點。

 

一、氣門座圈的作用和材質要求

 

1、氣門座圈作用

      汽缸蓋的進、排氣道與氣門錐面相貼合的部位稱為氣門座。它與氣門錐面緊密貼合以密封汽缸，同時接受氣門頭部傳來的熱量，上直接鏜出，但大多數發動機的氣門座是用耐起到對氣門散熱的作用。氣門座可在汽缸蓋熱合金鋼單獨制成座圈，稱氣門座圈（見圖1和圖2），將其壓入汽缸蓋中，以提高使用壽命和便于維修更換。其缺點是導熱性差，加工精度高，在工作時座圈可能因加工精度差造成脫落，造成重大事故。

 

圖1 康明斯氣門座圈實物圖

圖2  柴油機氣門座圈裝配外觀圖

 

2、密封性要求

      為保證氣門座與氣門的密封性，氣門座上加工有與氣門相適應的錐角和錐面，氣門座的錐角由3部分組成，如圖3所示。其中，45°（30°）的錐面與氣門密封錐面貼合。要求密封錐面的貼合寬度b為1～2.5 mm，以保證一定的座合壓力，使密封可靠，同時又有一定的導熱面積。有些發動機的氣門錐角比氣門座錐角小0.5°～1°，該角稱為密封干涉角，如圖4所示。密封干涉角有利于磨合期加速磨合。磨合期結束，干涉角逐漸消失，恢復了全錐面接觸。

 

圖3  柴油機氣門座圈錐角示意圖

圖4  柴油機氣門座圈干涉角位置圖

 

3、材質要求

      柴油發電機的氣門座有些是用耐磨合金鑄鐵制成鑲圈，鑲在汽缸蓋上。這種結構的氣門座，磨損后易于更換，而不至于報廢整個汽缸蓋。氣門座圈壓入汽缸蓋時會產生一定的裝配應力，工作狀態下氣門座圈（特別是進氣門座圈）圓周上的溫度分布是不均勻的，因而易產生一定的熱應力，而引起座圈的翹曲變形。所以，在結構上要求一定的壁厚和一定的高度，以增強其剛性，并確保它與氣門密封錐面貼合良好。進氣門座圈內孔一般還制成截面漸擴型式，以對進氣流起引導作用，減小流阻。為達到上述要求，氣門座圈一般采用中銅（含銅量為0.8%～1.2%）鉻鉬合金鑄鐵材料。但隨著柴油發電機的高速化趨向，往往要求采用耐磨性能和熱強度更好的高鉻（含鉻量為12.5%～14%）合金鑄鐵材料。這兩種材料的硬度均須低于氣門頭部硬度3～5個洛氏單位，以達到良好匹配，并且使切削性能不至于惡化。

      應該注意并需要知道，在柴油發電機使用過程中，氣門座會發生松動現象，引起氣門間隙的變化，使發電機組功率下降，甚至無法工作。

 

二、氣門座圈松動的原因與判斷

 

1、氣門座松動時表現

      氣門座松動時，會有以下外在表現：

（1）柴油發電機突然出現異響，汽缸上部有明顯的敲擊聲。著火時出現“缺腿”現象，功率下降、嚴重者不能工作。

（2）排氣管出現有規律的、間斷的冒白煙（有時冒黑煙）現象，并多呈霧狀。

（3）加大油門或加大負荷作業時，有嚴重的氣門敲擊活塞聲。

（4）有竄氣現象，嚴重時從曲軸箱通氣孔向外竄氣。

2、氣門座松動故障的判斷方法

（1）柴油發電機工作時，用手觸摸進氣支管有燙手的感覺，且該缸進氣支管比其他缸熱，說明進氣門座松動。再對進氣支管旁邊側耳聽診，會有“啪、啪”的響聲，這是在壓縮行程中，可燃混合氣體倒流進入空氣濾清器的緣故。

（2）側耳聽診在排氣支管處有“撲、撲”的響聲，且柴油發電機在工作時，該缸的排氣支管比其他缸的排氣支管溫度低，則說明排氣門座松動。

（3）在小油門工況下，逐缸擰松高壓油管，當松開某缸高壓油管，冒白煙現象消失，并聽到“嚓、嚓”的聲音，伴隨這種聲音的還有一股氣流聲（柴油發電機將要熄火時刻聽得非常清楚），則可斷定該缸氣門座松動。

（4）若是該缸氣門座松動或脫落，該缸會產生漏氣、壓縮壓力不足、壓縮壓力比其他缸的壓縮壓力小，或無壓縮力。在壓縮過程中進氣或排氣支管會出現明顯的“嘶、嘶”漏氣響聲。

（5）熄火進行檢查，氣門座松動的氣門桿常升不到最高點。調好氣門間隙后，搖轉曲軸復查時，其間隙會出現時大時小，氣門在導管內的往返運動有滯澀或發卡現象。

3、氣門座松動的原因

（1）氣門座嚴重磨損、下陷量過大，氣門座燒損或產生裂紋等都會造成氣門座松動；缸蓋螺栓扭力不均或柴油發電機在高溫時驟加冷水，使缸蓋變形或產生裂紋，也會導致氣門座松動。

（2）在生產裝配或修理時，選購、更換的氣門座圈外徑過小，使鑲嵌緊度不夠，也會造成氣門座松動。維修時，擴銑氣門座圈孔座的精度不夠（圓柱度及圓度超限）、表面粗糙度不合格等，使座圈鑲入座孔后配合緊度不夠，接合不牢，造成氣門座圈變形、松脫。

（3）柴油發電機長期超負荷作業或使用時間較長，經高溫高壓氣體不斷沖擊，致使座圈與座孔的配合逐漸松動。另外，汽缸蓋上的氣門座孔經過多次拆裝，座孔口徑增大，若配上原來尺寸座圈，氣門座圈也會松動。

 

圖5  氣門座邊緣厚度檢查

圖6  氣門座的檢測方法

 

 

三、氣門座圈的拆裝

 

1、拆卸

      由于氣門座圈與汽缸蓋座圈孔是過盈配合，因此，在更換拆卸氣門座圈時，要用專用的工具進行拆卸（如圖7）。若沒有氣門座圈拉出器，可用舊氣門閥在砂輪機上磨削成鏨子后，將舊氣門閥分別從進、排氣管安裝座孔插入氣門座圈凸緣或貼合面之間，然后用錘子敲擊舊氣門閥頭部。這樣轉過幾個角度，進、排氣門座圈便能卸下。

2、安裝

（1）加大尺寸法

      即重新車制加工氣門座圈。只需稍微加大氣門座圈的外徑尺寸，提高其配合緊度，實際尺寸應根據氣門座孔的口徑尺寸來確定。冷鑲時過盈量為0.10～0.15 mm，熱鑲時過盈量為0.2～0.25 mm。氣門座圈其余的尺寸，如高度、內徑、斜面、角度等技術要求應和原來的氣門座圈相同。

（2）冷鑲法

      將氣門座圈放正于汽缸蓋座孔后，分別用原機型的廢舊進、排氣門閥頭部圓面對準進、排氣門座圈（要基本保持同心），然后用錘子平穩地敲擊氣門桿頂部，就能把氣門座圈裝上。

（3）膠粘法

      即選購原來型號的氣門座圈，用磷酸一氧化銅無機膠粘接，具體操作方法是：

① 先將缸蓋上的氣門座孔、氣門座圈的臟污、積碳清除干凈，然后用脫脂棉沾上丙酮擦去接合面上的油漬。

② 制膠時，將固體粉狀的氧化銅與液態磷酸，按1 mL磷酸溶液加3.5～4.5 g氧化銅粉配比，并按使用說明攪拌均勻。

③ 將配制的粘膠厚薄均勻地涂在座孔與座圈的接合面上，把座圈裝入座孔內，再用小錘輕輕敲擊座圈，經過振動使粘膠充分填滿縫隙。

④ 在室溫下自然固化3～4 h后，即可鉸削研磨氣門，如圖8所示。

 

圖7  氣門座圈拆除工具

圖8  氣門座手工鉸削示意圖

 

 

總結：

      為提高柴油發電機配氣系統的可靠性與耐久性，對于工作條件惡劣的進排氣門座大多采用合金鑄鐵材料制做.但是隨著機器運轉時間的增長，往往會發生氣門座松動的故障，從而導致柴油發電機功率下降，排氣冒煙，曲軸箱竄氣及缸蓋部分出現敲擊聲等的不良后果，嚴重時發動機停止運轉。以上所述，就是對排氣門座松動的原因分析和解決辦法。

 

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