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产生柴油发电机气门异响的原因分析
发布时间:2018-11-19 16:37:02  ▏阅读:

摘要:气门响主要是因为气门间隙增大而造成的,如果气门间隙过大就将会对气门的开启和关闭时刻及精度造成直接影响,进一步将有可能会对发动机的正常工作性能造成不良影响。因此,调整气门间隙是发动机维护中必须完成的项目之一,也是重要的工作内容。调整是否得当将直接影响发动机的动力性和经济性,值得维修人员关注。本文系统阐述发动机异响的主要来源、异响的七大特征以及气门异响的典型故障案例与排除方法,为柴油发电机气门间隙调整与异响诊断提供技术指导。

 

一、发动机异响的主要来源

 

发动机异响的来源广泛,涉及从外围附件到内部核心运动部件的各个环节。了解异响的可能来源,是快速定位故障的第一步。发动机异响的主要来源有以下十三类:

1. 发动机附属旋转部件的异响

(1)发电机轴承异响:发电机前后端轴承磨损或润滑不良时,会产生连续的“沙沙”或“嗡嗡”声,随转速升高而加剧。严重时轴承保持架损坏,会产生金属撞击声。

(2)空调压缩机异响:压缩机内部活塞或斜盘磨损、离合器轴承损坏时,会产生周期性敲击声,空调开启时异响出现或加重。

(3)动力转向液压泵异响:液压泵缺油、内部磨损或皮带松驰时,会产生“嘶嘶”或“呜呜”声,转动方向盘时异响变化。

(4)水泵异响:水泵轴承磨损或叶轮碰擦泵壳时,产生“咕噜”或“嘎嘎”声,冷却液温度升高后可能加重。

(5)冷却风扇异响:风扇叶片松动、变形或轴承磨损时,产生“呼呼”或“咔嗒”声,风扇离合器接合时明显。

2. 驱动皮带打滑异响

(1)皮带松驰:皮带张紧力不足时,在加速或负载变化时产生尖锐的“吱吱”声,冷启动时尤为明显。

(2)皮带老化磨损:皮带表面硬化、龟裂或磨损后,摩擦力下降,产生连续或间歇的尖叫声。皮带边缘纤维裸露或出现剥离时,异响更为严重。

(3)皮带轮槽磨损:皮带轮V型槽磨损变宽后,皮带与轮槽配合不良,产生打滑异响,通常伴随皮带早期磨损。

3. 正时皮带或链条异响

(1)正时皮带老化:皮带齿磨损或皮带拉伸后,产生“沙沙”或“咔嗒”声,严重时可能导致跳齿,影响配气正时。

(2)正时链条拉伸:链条长期使用后伸长,张紧器行程用尽,链条与链轮啮合不良,产生“咔啦咔啦”的金属摩擦声,转速升高时加剧。

(3)张紧器或导向轨失效:张紧器液压不足或导向轨磨损,链条无法保持适当张力,产生撞击声,冷启动时尤为突出。

4. 气门机构异响

(1)气门间隙过大:气门杆端与摇臂之间间隙超过规定值时,产生清脆有节奏的“嗒嗒”敲击声,转速升高时频率加快。

(2)气门杆与导管间隙过大:气门杆在导管内晃动,产生间歇性的“咔嗒”声,伴随气门密封不严和机油消耗增加。

(3)气门弹簧折断:弹簧断裂后气门无法正常关闭,产生无规律的异响,同时伴随发动机功率下降和排气管放炮。

(4)凸轮轴磨损:凸轮桃尖磨损后,气门升程减小,开启时间缩短,产生沉闷的敲击声,同时发动机功率下降。

5. 活塞销运动部件异响

(1)活塞销与销座间隙过大:活塞销在销座内松旷,产生清脆的“嗒嗒”声,转速变化时异响明显。

(2)活塞销与连杆小头衬套间隙过大:衬套磨损后,活塞销在连杆小头内移动,产生“咔嗒”声,断火后异响减弱或消失。

(3)活塞销装配过紧:冷机时无异响,温度升高后因膨胀产生异响,伴随发动机功率下降。

6. 活塞与气缸敲击异响

(1)活塞与气缸壁间隙过大:冷启动时产生沉闷的“铛铛”敲击声,温度升高后间隙减小,异响减轻或消失。空负荷急加速时异响更明显。

(2)活塞裙部磨损或变形:活塞裙部椭圆度改变,在气缸内摆动产生敲击声,随转速升高而加重。

(3)连杆弯曲:连杆弯曲导致活塞在气缸内偏磨和敲击,异响在怠速时较为清晰,且伴随气缸偏磨现象。

7. 活塞环相关异响

(1)活塞环金属敲击声:活塞环磨损或弹力下降后,在环槽内晃动,产生清脆的“咔嗒”声,低速时较为明显。

(2)活塞环漏气异响:活塞环密封不良,高压燃气从环口窜入曲轴箱,产生“嘶嘶”漏气声,伴随曲轴箱窜气量增大和机油消耗增加。

(3)活塞环折断异响:活塞环断裂后在环槽内撞击,产生无规律的金属敲击声,伴随功率下降和排气冒蓝烟。

8. 曲轴颈与轴承之间异响

(1)主轴承异响:曲轴主轴瓦磨损或间隙过大时,产生沉闷的“铛铛”声,随负荷增大而加重,突然加速时异响明显。

(2)连杆轴承异响:连杆轴瓦磨损或烧蚀后,产生较清脆的“铛铛”声,断火后异响明显减弱或消失。

(3)轴承合金烧蚀脱落:轴承合金因润滑不良烧熔脱落,产生连续的金属摩擦声,伴随机油压力严重下降。

9. 曲轴平衡轴颈与轴承之间异响

(1)平衡轴承磨损:曲轴平衡重轴承磨损时产生沉闷的异响,与主轴承异响相似但位置偏于发动机前部或后部。

(2)平衡轴松动:平衡轴固定螺栓松动时,产生周期性振动和敲击声,随转速升高而加剧。

10. 爆震声(燃烧敲击)

(1)供油提前角过大:喷油过早,燃油在压缩冲程初期即着火,燃烧压力急剧上升,产生尖锐的敲击声(敲缸)。

(2)燃油品质不良:十六烷值过低的燃油滞燃期延长,着火延迟后燃烧速率过快,产生爆震声。

(3)喷油器雾化不良:燃油雾化质量差,燃烧不平稳,产生间歇性敲击声。

11. 进排气系统漏气声

(1)进气歧管漏气:进气歧管垫片损坏或安装不紧时,产生“嘶嘶”吸气声,怠速时发动机抖动。

(2)排气歧管漏气:排气歧管垫片烧蚀或螺栓松动,产生“噗噗”排气声,加速时明显。

(3)排气波纹管破损:排气管波纹管开裂,产生漏气声,废气可能进入机舱。

12. 回火声

(1)进气门漏气:进气门密封不严,燃烧室的高温燃气在进气冲程窜入进气管,产生“回火”爆炸声。

(2)配气相位错误:进气门提前开启角过大或延迟关闭角过大,导致进气管内出现回火。

(3)供油过晚:燃油在膨胀后期才燃烧,未燃燃油进入排气管,产生放炮声。

13. 放炮声

(1)排气门漏气:排气门密封不良,废气窜入气缸影响进气,导致燃烧不正常,排气管放炮。

(2)供油提前角过小:燃油燃烧滞后,在排气管内继续燃烧,产生“放炮”声。

(3)喷油器滴油:喷油器雾化不良或滴油,在排气管内积聚燃油,高温下突然燃烧产生放炮声。

 

二、发动机异响的七大特征

 

发动机异响的声音与正常的发动机声音有明显区别,异常声音有时比较刺耳,且在不同工况下表现不尽相同。理解和掌握异响的七大特征,是准确诊断故障的关键。

1. 异响的音频特征

指发动机异响的不同声调。例如:曲轴主轴承响声沉闷“铛铛”响,气门脚响声清脆“嗒嗒”响。这些异响声的不同源于柴油机上各零部件制造的选材、形状、尺寸大小、设计以及加工工艺等的不同。例如活塞选用铝合金,气缸选用钢铁,机体用铸铁等,不同材料的振动频率和阻尼特性差异导致声音特征不同。维修人员通过声音的高低、清脆或沉闷程度,可初步判断故障部位。

2. 异响的转速特征

异响常与发动机转速有关,大多数常见异响取决于发动机的转速状态:

(1)异响仅在怠速或低速运转时存在,一般由活塞与缸壁间隙过大、活塞销装配过紧或连杆轴承装配过紧、挺杆与其导孔间隙过大、配气凸轮轮廓磨损等原因引起。

(2)维持在某转速时声响紊乱,急减速时相继发出短暂声响,一般为凸轮轴正时齿轮破裂或其固定螺母松动、曲轴折断、活塞销衬套松旷、凸轮轴轴向间隙过大或其衬套松旷等原因引起。

3. 异响的负荷特征

发动机上不少异响与其负荷有明显的关系:

(1)某缸断火(切断供油),异响顿无或减轻,原因一般有:活塞敲缸、连杆轴承松旷、活塞环漏气、活塞销折断等。

(2)某缸断火,声响加重或原来无响反而出现声响,原因有:活塞销铜套松旷、活塞裙部锥度过大、活塞销窜出、连杆轴承盖固定螺栓松动过甚或连杆轴瓦合金烧熔脱净、飞轮固定螺栓松动过甚等。

(3)相邻两缸断火异响减轻或消失,原因有:曲轴轴承松旷等。

4. 异响的温度特征

发动机异响与温度有关。有时低温发响,温度升高后声响减轻甚至消失;有时温度升高后有声响,温度降低后减轻或消失。例如活塞和气缸因选材不同导致热膨胀系数不一样——冷机时有异响而机温升高后异响减轻或消失,是因为冷机间隙过大有异响,温度升高后活塞膨胀较大使间隙减小,异响消失。

5. 异响的缸位特征

指对某一缸或相邻两缸断火(油)后和复火(油)后的异响变化。例如活塞敲缸断火后消失而复火时异响又随之产生;某些缸的曲轴轴瓦因润滑不良或合金烧蚀或装配不达标而产生异响,断火后异响消失。

6. 异响的工作循环特征

发动机的异响故障往往与发动机的工作循环有明显的关系,尤其是曲柄连杆机构和配气机构的异响都与工作循环有关。例如四行程发动机,凡由曲柄连杆机构引起的声响均为发动机作功一次发响两次(曲轴每转一圈发响一次);凡由配气机构引起的声响均为发动机作功一次发响一次(曲轴每转两圈发响一次)。

7. 异响的听诊位置特征

异响与听诊位置的关系密切:气门响在气缸盖位置最佳听诊;主轴承在气缸体下部位置;活塞敲缸在缸体上部;进排气异响在发动机的两侧;正时链条或正时链轮异响在发动机的前端;连接不稳定一般在发动机的后侧。使用听诊器或长柄螺丝刀(木柄贴耳)可准确定位声源。

8. 异响伴随现象特征

发动机在发生某些异响故障时,常常伴随出现其他故障现象。例如:主轴承和连杆轴承响常伴随机油压力低;点火漏电声响常伴随发动机抖动;活塞敲缸伴随着排气冒蓝烟;节气门异响伴随着排气滞喘。

 

三、气门异响的故障案例

 

1. 故障现象

康明斯柴油发电机启动后,在气门室罩内出现一种不正常的响声,转速提高时响声加大,且在气缸内发出有节奏的沉重敲击声。

2. 故障分析

康明斯柴油发电机启动后,听到在气门室内有不正常的响声,转速提高、响声加大,且在气缸内发出有节奏的沉重敲击声,一般是由于柴油发电机供油提前角或气门间隙调整不正确所造成。气门间隙过大时,气门杆端与摇臂之间的撞击声清脆而有节奏;供油提前角过小时,燃烧滞后产生的敲击声则沉闷且随负荷增大而加重。

3. 故障原因

(1)气缸内气门脚响(间隙过大或磨损);
(2)气门间隙过大(最常见原因);
(3)气门杆与气门导管间隙过大;
(4)气门被卡死(积碳或变形);
(5)凸轮轴磨损严重(凸轮桃尖磨损导致升程不足);
(6)气门弹簧折断(弹力丧失,气门无法完全关闭);
(7)供油提前角过小(燃烧滞后产生敲击)。

4. 故障排除方法

(1)拆下气门室罩壳,对气门间隙进行检查,如图1所示。转动飞轮至“0”刻度,使柴油发电机第一气缸处于压缩冲程上止点,用塞尺分别检查第一、二、三气缸的进、排气门间隙,未发现异常。继续按柴油发电机转动方向转动飞轮至第四气缸压缩冲程上止点,检查第二气缸排气门、第三气缸进气门、第四气缸进、排气门间隙,结果发现只有第三气缸进气门不正确,间隙约为0.6 mm。经调整至规定值后,启动柴油发电机至700 r/min时,气门室罩壳内的节奏恢复正常。

(2)按柴油发电机的各项要求,对供油提前角进行检查,检查结果发现高压油泵第一缸刚开始供油时,柴油发电机供油提前角为10°。松开高压油泵传动盘的两个固定螺钉,反盘车到指针对准飞轮刻度28°为止,固紧两个螺钉,然后启动柴油发电机,气缸内沉重敲击声消失。

(3)各缸气门间隙应一致调整,以免工作时发动机运转不平衡。调整气门间隙时,所调气门必须处于完全关闭状态,调整后的间隙值才准确。调整前,注意检查摇臂头的工作面——发动机运转过程中,摇臂头弧形工作面不断与气门杆端碰撞、滑动和研磨,如果润滑不良会造成磨损和磨坑。在严重情况下,气门杆的末端会卡在凹坑中,摇臂会断裂。因此,应根据磨损情况进行修理或更换新零件,以免影响调整精度。

 

柴油发电机组气门间隙调整法.png

图1  柴油发电机组气门间隙调整法

 

 

总结

发动机异响的诊断是一项融合听觉经验、理论知识和系统分析的综合技能。了解异响的十三种可能来源,掌握异响的音频、转速、负荷、温度、缸位、工作循环、听诊位置和伴随现象八大特征,是准确判断故障性质的基础。气门异响作为最常见异响类型之一,其典型特征为清脆有节奏的“嗒嗒”声,主要源于气门间隙过大,但也可能因气门杆与导管磨损、凸轮轴磨损或气门弹簧折断等原因引起。在排除气门异响故障时,应遵循“先外后内、先简后繁”的原则——首先通过逐缸压缩上止点法检查并调整气门间隙,然后检查供油提前角。调整气门间隙时应注意:各缸间隙值必须一致;调整前检查摇臂工作面磨损情况;调整后盘车复查确认。准确的间隙调整不仅消除异响,还能保障发动机的动力性、经济性和可靠性。对于无法通过调整解决的异响(如凸轮轴磨损、气门弹簧折断),应更换相应零部件后再行调整。掌握系统的诊断思路和规范的操作方法,是快速、准确排除气门异响故障的根本保证。


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