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故障检修与技术维护 |
发动机气门异响特性和原因分析 |
摘要：正常运转的发动机，在设定转速和工况条件下，都会发出一定频率且有规律的声响，此声音波长，衰减系数等存在一定差异。发动机异响是指柴油发电机组在正常工作中发出的超过技术文件规定的不正常的响声。这种异常响声分为气体与金属的冲击声响和金属与金属之间的敲击异响两大类，该现象一般与转速、负荷、温度、缸位、工作循环、润滑条件等多种因素有关，异响部位不同，其振动区域、伴随现象也不相同，且许多异响具有明显的声调特征。当发动机发生异常响声，如不及时处理，则会加速发动机磨损，严重者甚至导致发动机报废。本文主要汇总了发动机主要几种不同异响表现特征，结合诊断方法理论分析，对进一步查找原因给出了参考方向。
一、异响特性分析和关联因素
1、声调特征
发动机异响的声调特征包括象声性、连续性、节奏性及频率、振幅、声级等。如主轴承响为沉闷的“当当”声，而气门脚响为较为清脆的“嗒嗒”声。
2、转速
① 活塞敲缸响、活塞销响、气门脚响等在怠速或低速时异响较为明显。
② 连杆轴承响、气门座圈响、气门烧损响、凸轮轴响等在中速时异响较为明显。
③ 曲轴轴承响、连杆轴承响、活塞环响等在稳定转速下异响不明显，而急加速时明显。
3、负荷
许多异响与发动机负荷有关，负荷变化时异响加重或减弱。如曲轴主轴承响、连杆轴承响、活塞敲缸响、点火敲击响等均随负荷增大（爬坡、加速、满载等）而增强，随负荷减小而减弱。而有些异响与负荷无关，如气门响，负荷变化时异响不变。
4、温度
有些异响与发动机温度有关，而有些异响与发动机温度无关或关系不大。
① 活塞敲缸响在低温时响声明显，温度升高后异响减弱或消失。
② 发动机过热引起的早燃突爆声，活塞因变形、配合间隙过小引起的敲缸异响等在低温时响声不明显，温度升高后异响明显或加重。
③ 主轴承响、连杆轴承响、气门脚响等受温度影响较小。
5、缸位
单缸断火或复火时响声有明显变化的异响称为发动机上缸或响声上缸。
① 连杆轴承响、活塞环响、因气缸配合间隙过大造成的活塞敲缸异响等在单缸断火时响声减轻或消失。
② 活塞销窜出或松旷响、连杆轴承盖螺栓松动响、活塞因裙部锥度过大造成的敲缸等，在单缸断火时响声明显加重。
③ 曲轴主轴承响单缸断火响声变化不明显，相邻两缸断火时响声减轻或消失④气门脚响，且在单缸断火时响声不变或变化不明显。
6、工作循环
发动机异响与工作循环有很大关系，尤其是曲柄连杆机构和配气机构。一般曲柄连杆机构异响每工作循环发响2次，配气机构异响每工作循环发响1次。
7、润滑条件
对于曲柄连杆机构和配气机构异响，润滑不良均会明显加重。
8、异响听诊部位和振动区域
常见异响在发动机上引起振动的区域为气缸盖部位、气缸体中上侧部位、气缸体下侧部位、油底壳与曲轴箱分界面部位及正时齿轮室部位和加机油口部位（或曲轴箱通风管口部位）。
9、伴随现象
发动机出现异响时，常常伴随有其它故障现象出现。如机油压力降低、排气管排烟颜色异常、功率下降、运转无力、燃油消耗过大、个别缸不工作或工作不良、振抖、运转不稳定、回火、放炮、机油变质、排气管有“突突”声、加机油口脉动冒烟等。
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图1 气门组工作原理图 |
图2 气门工作状态示意图 |
二、异响部位听诊方法
根据发动机在不同工作情况、不同部位发出的声响及声响的规律，借助于听棒、螺丝刀、胶管和听诊器（如图3所示）等工具监听某部细微声音，判断哪些是正常的，哪些是异常的。按照图4所示，不同异响部位的检查方法如下：
1、A—A区域可听察的故障
在该区城，可用螺丝刀子触试气缸盖各缸燃烧室部位或触试与主轴承、气门等相对的部位。这样可以辅助诊断活塞顶碰缸盖、气缸凸肩（因磨损过甚所致）、气门座圈脱出、曲轴折断和主轴承松旷等故障。
2、B—B区域可听察的故障
在该区域的气门室一侧，可听察气门组合件及挺杆等发响。如在气门室对面，用螺丝刀触试，可辅助诊断活塞敲缸一类故障，如拆下加机油口盖，用耳听察，可辅助判明活塞销、连杆轴承、活塞环漏等故障。
3、C—C区域可听察的故障
在该区域，用螺丝刀子触试凸轮轴的前、后衬套部位或触试正时齿轮室盖部位，可辅助诊明凸轮轴正时齿轮破裂或其固定螺母松动、凸轮轴衬套松旷等故障。
4、D—D区域可听察的故障
在该区域，用螺丝刀子触试气缸体与油底壳分开面的附近（凸轮轴的对面），可以辅助诊明主轴承发响或曲轴断裂等故障。两个部位，加油口和正时齿轮盖部位。
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图3 柴油机故障听诊工具 |
图4 柴油发动机异响部位图 |
三、气门异响现象和原因
1、气门室异响
柴油发电机在怠速时，可清楚地在气门室罩盖处听到“喀哒喀哒”的响声且有时带“嗡”声。严重时发动机的加速性能下降，伴有启动困难和个别缸工作不良的现象。
（1）原因
① 气门弹簧质量差，弹力过弱或歪斜，检查方法如图5和图6所示。
② 气门弹簧断裂。
（2）诊断与处理方法
① 气门弹簧响声主要是由于弹簧断裂引起的，它的声音没有气门脚响的余音干净。气门弹簧是否断裂，拆开气门室罩盖就可以看出。在响声不很明显的情况下可改变转速，当柴油机转速改变时，气门弹簧会发出明显的无节奏的异响。
② 在静态下，可打开气门室罩盖，用旋具撬动弹簧检查，也可用旋具滑动敲击弹簧，若声音不同于其他弹簧，有沙哑声，则说明该弹簧有裂纹或折断，应及时更换。
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图5 气门弹簧垂直度检查示意图 |
图6 气门弹簧自由长度和失真检测 |
2、气门座圈松动响
响声比气门脚响的声音破碎，随转速变化时大时小，冷机运转时响声易出现。
（1）原因
① 气门座圈的材质和加工精度不符合要求，受温度变化的影响而松动。
② 装配过盈量不足，座圈与孔配合不紧。
（2）诊断与处理方法
在气缸处于压缩冲程，进、排气门均关闭的状态下，利用高压空气从喷油器安装孔处充气，用纸点着火放在排气管出口处或进气口处。若火苗向外吹动，说明排气门座圈或进气门座圈松动，应予以更换或重新安装。
3、气门漏气响
气门漏气响在气门室外，在高负荷、低转速时较为明显，响声随负荷增加而增强，主要原因是在铰削气门座时，由于操作不当或气门导管内孔磨损过甚，使气门座歪斜或气门间隙小，致使气门烧蚀引起气门关闭不严而漏气响。
处理方法：拆下气缸盖，研磨气门，检查气门弹簧弹力，重新调整气门间隙。
4、气门敲击响
在发动机怠速运转时发生气门杆尾端与其驱动件之间发生连续不断的敲击声，随转速增大而增强，发动机温度改变或断火时声响无变化。
（1）主要原因：
① 调整好的气门间隙有变动（锁止不牢、气门杆与驱动件之间磨损），气门未调整好。
② 气门调整螺钉磨损，锁紧螺母松动，气门间隙过大或不一致。
③ 气门弹簧座磨损起槽，气门杆与导管磨损过甚，如图7所示。
（2）处理方法：
① 重新调整好气门间隙，更换磨损严重的部件。
② 若调整螺钉上的锁紧螺母松动，应予以锁牢
③ 气门弹簧折断，应更换。
5、气门座响，座圈脱落
气门座圈表面粗糙，加工精度不合格，座圈的过盈量选配不当造成松旷，选材不当遇热后变形过大，或气门座的镶配工艺不合要求。
处理方法：按照装配工艺要求重新镶配气门座，上端面与体平面齐平，高出部分要修平，检查方法如图8所示。
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图7 气门导管过度磨损区域示意图 |
图8 气门座凹陷度检查 |
总结：
发动机主要有两大机构和五大系统组成，一般发动机异响主要集中产生在曲柄连杆机构和配气机构，其中曲柄连杆机构异响主要包括：曲轴主轴兀异响、连杆轴瓦异响、活塞销异响、活塞敲缸响等，配气机构异响主要包括缸盖气门异响、气门挺柱异响、凸轮轴异响、正时链条异响等。异响原因主要是因为零部件配合间隙变大、零件自身质量问题、装配面有损伤或其他装配原因等，在发动机正常工作过程中，配合的零件之间相互冲击或干涉，导致零部件振动，产生异响。异响会加快发动机内部磨损，大大降低发动机经济性、动力性及燃油排放性能，最终影响发动机寿命，导致异常报废。
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