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柴油发电机气门间隙的调整原理、方法及注意事项
发布时间:2023-07-31 01:01:16  ▏阅读:

摘要:柴油发电机工作时,气门因温度升高而产生热膨胀。若气门及其传动件在冷态时无间隙或间隙过小,受热膨胀后势必导致气门关闭不严,造成柴油发电机在压缩和做功行程中漏气,进而使功率下降,严重时甚至无法起动。因此,在柴油发电机冷态装配时,须预留适当的气门间隙,以补偿气门受热后的膨胀量。本文系统阐述气门间隙的物理意义、对发动机性能的影响、不同调整方法的原理与操作步骤,并总结气门间隙调整的注意事项,为柴油发电机的维护与修理提供技术指导。

 

一、气门间隙位置及其对工作状态的影响

 

气门间隙是指气门在完全关闭状态下,气门杆尾端与气门传动组零件(如摇臂或挺杆)之间的预留间隙。

1. 气门工作状态与可调性判定

依据驱动凸轮所处工作位置的不同,气门可划分为可靠关闭状态不可靠关闭状态打开状态三种工况,其对气门间隙调整的可行性具有决定性影响。

(1)可靠关闭状态(图1):凸轮基圆与挺杆底面接触,挺杆处于最低点,气门间隙保持最大,此时气门处于完全关闭且不受凸轮桃尖干涉的状态,因此可进行气门间隙调整。一般而言,当气门远离开始开启时刻60°以上曲轴转角时,即可认定为可靠关闭状态。

(2)不可靠关闭状态(图2左):气门距开始开启时刻60°以内时,凸轮桃尖末端已与挺杆底面接触,挺杆开始上升,此时气门虽未被顶开,但气门间隙已明显减小,因此不可进行调整。若在此状态下调整,实际间隙将小于设定值,导致发动机热态时气门关闭不严。

(3)打开状态(图2右):凸轮桃尖与挺杆底面完全接触,挺杆已明显上升,气门间隙完全消除,气门头部离开气门座处于开启位置。气门处于打开状态时显然不能对气门间隙进行调整

2. 气门间隙对发动机性能的影响

(1)气门间隙过大的影响

● 传动零件之间及气门与气门座之间产生额外撞击,发出周期性“嗒嗒”异响,并加速摇臂头、气门杆端和凸轮表面的磨损;

● 气门开启持续时间缩短(实际开启相位滞后、关闭提前),造成进气不充分、排气不彻底,导致充气效率下降、功率降低、燃油消耗率升高;

● 配气机构运动件之间产生较大的动载荷,降低零部件寿命。

(2)气门间隙过小的影响

● 柴油发电机受热后,气门杆因热膨胀伸长,可能导致气门关闭不严、漏气;

● 压缩和做功行程中高温气体从气门缝隙窜出,造成功率下降;

● 高温燃气持续冲刷气门密封面,导致气门及座圈烧蚀;

● 在极端情况下,气门与活塞顶部发生干涉碰撞,造成活塞损坏或气门弯曲断裂。

不同柴油发电机的标准气门间隙大多不尽相同,一般冷态进气门间隙在0.25~0.35 mm范围,排气门间隙在0.30~0.45 mm范围(具体数值以各机型维修手册为准)。在装配或维修柴油发电机时,气门间隙应严格按照技术文件规定的标准值进行预设。

 

气门可靠关闭状态图-柴油发电机组.png

图1 气门可靠关闭状态图

气门不可靠关闭和打开状态图-柴油发电机组.png

图2 气门不可靠关闭和打开状态图

 

二、气门间隙调整方法

 

气门间隙调整方法主要有逐缸调整法两次调整法两种,其中两次调整法在实际生产中应用更为广泛。

1. 逐缸调整法

该方法的操作特点是:每盘转一次柴油发电机曲轴,完成一个气缸的气门间隙调整。例如,六缸柴油发电机若采用逐缸调整法,需盘转六次曲轴才能完成所有气门间隙的调整。

逐缸调整气门是在该缸活塞处于压缩行程上止点时进行的。具体操作方法如下:

(1)将柴油发电机曲轴盘转至1缸压缩上止点(即1缸进排气门均处于关闭状态,且分火头指向1缸位置);

(2)完成1缸进气门和排气门间隙的调整;

(3)按柴油机发火顺序(如六缸机为1—5—3—6—2—4),依次将曲轴盘转至下一缸压缩上止点;

(4)逐缸完成各缸进排气门间隙的调整。

逐缸调整法作业效率较低(六缸机需盘转六次),因此在实际维修中应用较少,但对于配气机构严重磨损或经过大修的发动机,逐缸法可获得更高的调整精度。

2. 两次调整法

两次调整法指盘转两次曲轴即可完成对所有气门间隙的调整。其关键在于正确确定哪些气门在当前位置处于可靠关闭状态。生产实践中较多采用两次调整法,即摇转曲轴使第一缸活塞处于压缩上止点,调整其中一半数量的气门;然后将曲轴转动一周(360°曲轴转角),再调整其余半数气门的间隙。

以工作次序为1—3—4—2的四缸四冲程发动机为例

当1缸活塞到达压缩行程上止点时,可调气门为:1缸的进、排气门,2缸的进气门,3缸的排气门(假设气门由前向后排列)。然后摇转曲轴一圈,使4缸活塞处于压缩行程上止点,再调整2缸的排气门,3缸的进气门,4缸的进、排气门。此即记忆法调整,要求维修人员熟记各缸可调气门顺序。

调整时,一边拧动调整螺钉,一边将厚薄规(塞尺)插入气门杆端与摇臂之间来回拉动,当感到有轻微阻力且厚薄规能平顺通过时即为合适间隙,然后锁紧调整螺钉并重新检查一遍,直至符合标准值(如图3所示)。

逐缸法需摇转曲轴次数多、耗时长,但对于磨损较严重的发动机,用逐缸法检调气门间隙比较精确。两次法调整气门间隙比较省时省力,但对于不同机型需记忆不同的可调气门顺序号,对维修人员的技术熟练程度有一定要求。

3. “双排不进”法(两次调整法的记忆口诀)

两次调整法也可用“双排不进”口诀快速记忆,如图4所示。该口诀的核心依据是:气门只有处于可靠关闭状态时才可进行调整。下面对四缸和六缸柴油发电机在1缸压缩上止点时的可调气门进行分析。

(1)四缸机可调气门确定(发火顺序1—3—4—2)

通过工作循环分析,1缸处于压缩上止点时,各缸所处行程及气门状态如下,可推导出可调气门:

● 1缸:压缩行程(进排气门均关闭)——(进、排气门均可调)

● 3缸:排气行程(排气门开启中)——(仅排气门可调)

● 4缸:进气行程(进气门开启中)——(进排气门均不可调)

● 2缸:做功行程(进气门已关闭,排气门尚未开启)——(仅进气门可调)

因此,1缸压缩上止点可调气门为:1缸进气门、排气门;3缸排气门;2缸进气门。

同样方法可分析出1缸排气上止点(即4缸压缩上止点)可调气门为:4缸进气门、排气门;2缸排气门;3缸进气门。这样,盘转两次曲轴即可完成全部气门间隙调整。

四缸机气门调整口诀为双排不进(按发火顺序1—3—4—2,对应1缸双、3缸排、4缸不、2缸进),也可简化为:奇排偶进(3缸排、2缸进;1缸双、4缸不可调)。

(2)六缸机可调气门确定(发火顺序1—5—3—6—2—4)

1缸处于压缩上止点时各缸状态分析:

● 1缸:压缩行程——(进、排气门均可调)

● 5缸:排气行程(进气门关闭,排气门开启)——(仅排气门可调)

● 3缸:排气行程(进气门关闭,排气门开启)——(仅排气门可调)

● 6缸:进气行程(进气门开启中)——(进排气门均不可调)

● 2缸:做功行程(进气门已关闭)——(仅进气门可调)

● 4缸:做功行程(进气门已关闭)——(仅进气门可调)

1缸压缩上止点可调气门为:1缸进气门、排气门;3、5缸排气门;2、4缸进气门。

1缸排气上止点(即6缸压缩上止点)可调气门为:6缸进气门、排气门;2、4缸排气门;3、5缸进气门。

六缸机气门调整口诀为双排排不进进(按发火顺序1—5—3—6—2—4,对应1缸双,3、5缸排,6缸不,2、4缸进),也可简化为:奇排偶进(3、5缸排,2、4缸进;1缸双,6缸不可调)。

 

柴油机气门间隙调整示意图.png

图3  气门间隙两次调整法

气门间隙双排不进调整法.png

图4  气门间隙双排不进调整法

 

三、气门间隙检查与调整的注意事项

 

气门间隙调整的精度直接影响配气机构的正常工作,操作过程中须严格遵循以下规范与注意事项:

(1)严格遵循厂家规定

应根据发电机组生产厂家提供的技术文件(使用说明书或维修手册)中关于气门间隙调整的具体要求和规定值进行操作,不得随意变更。不同机型、不同工况(自然吸气/增压、机械泵/电控共轨)的标准间隙值存在差异,即使同一排量但不同代际的发动机,其气门间隙也可能不同。

(2)注意温度对间隙的影响

气门摇臂、气门杆和气缸盖的温度会对气门实际间隙产生显著影响。金属材料的热膨胀系数决定了热态间隙小于冷态间隙。一般来说,热机状态调整的气门间隙值应比冷机状态的标准值小(通常相差0.03~0.05 mm)。部分发电机组要求在冷机状态(发动机停机冷却至室温,通常低于40 ℃)调整,部分发电机组在热、冷态均可调整但其间隙值各不相同。应以维修手册中明确规定的调整状态和对应数值为准,不得混淆热机值与冷机值。

(3)各缸气门间隙应调整一致

同一台发动机所有气缸的进气门间隙应保持一致(偏差不应超过±0.02 mm),所有排气门间隙也应保持一致。若各缸间隙不一致,将导致各缸进气量和排气程度不同,发动机运转不平稳,产生振动和功率波动,严重时还会造成个别气缸因间隙过小导致气门烧蚀或因间隙过大导致异响加剧。

(4)气门必须处于完全关闭状态

气门间隙调整时,所调气门必须处于完全关闭状态(即凸轮基圆与挺杆接触,气门座与气门头锥面完全贴合),此时调整得到的间隙值才是准确的。若气门处于不可靠关闭或微开状态(如凸轮正在过渡到桃尖的起始阶段),调整结果将严重偏差,且锁紧后可能造成气门始终无法完全关闭。

(5)检查摇臂头工作面状况

调整前应仔细检查摇臂头弧形工作面的磨损情况。发动机长期运行中,摇臂头弧面不断与气门杆端部产生撞击和滑磨,尤其在润滑不良时会引起磨损、磨出凹坑,严重时气门杆端部可能卡入凹坑导致摇臂折断或气门杆弯曲变形。应根据磨损情况予以修复(磨平弧面)或更换摇臂,否则即使间隙调整准确,实际工作状态也会因接触面形状异常而无法保证气门正常开闭。

(6)厚薄规使用规范

使用厚薄规(塞尺)测量间隙时,应选择与目标间隙值接近的组合片(通常用单片或两片叠加)。插入后应感到有轻微的阻滞力但能平顺滑过,不应过紧(说明间隙过小)或过松(说明间隙过大)。锁紧调整螺钉后须重新复查,确保锁紧过程中调整螺钉未发生转动导致间隙值改变。

(7)厚薄规的选择与校准

厚薄规使用前应检查各片有无弯曲、锈蚀或磨损,弯曲或磨损的厚薄规会导致读数偏小或无法平顺通过。每次使用后应用清洁布擦拭干净并涂防锈油,按顺序收纳于保护套内,避免因变形或锈蚀影响测量精度。厚薄规应定期校准,通常每半年或根据使用频率进行一次标准块比对校准,确保其厚度值准确可靠。

(8)锁紧螺母的拧紧技巧

调整至规定间隙后,在锁紧调整螺母(或锁紧螺钉)时,应用固定扳手固定调整螺钉,同时用另一扳手拧紧锁紧螺母,防止调整螺钉随螺母转动。锁紧力矩应按厂家规定值执行,过紧可能导致螺纹损坏,过松则可能在运行中因振动而松脱。锁紧后必须重新检查间隙,若锁紧前后间隙发生变化,应松开后重新调整。

(9)摇臂与气门杆端部的接触检查

调整完成后,应检查摇臂与气门杆端部的接触位置——摇臂弧面应居中接触气门杆端部中心区域,不得偏置或出现线接触。若接触位置偏移严重,应检查气门导管是否磨损或气门是否弯曲。此项检查应在锁紧后进行,确保调整后的接触状态符合设计要求。

(10)调整后的全面复查

全部气门调整完毕后,应再次盘转曲轴至少两圈(确保所有气缸均经过一个完整工作循环),逐缸复查各气门间隙是否仍在标准范围内,防止漏调或误调。确认无误后方可启动发动机进行热态复查(若机型手册要求热态检查)或试运行。

(11)记录与建档

每次气门间隙调整后,应将调整日期、发动机运行小时数、调整前各缸间隙值、调整后各缸间隙值及调整人员等信息记录于设备维护档案中。通过长期记录积累,可建立各缸气门间隙的变化趋势,提前发现气门座圈磨损、气门杆热伸长异常等潜在故障。

(12)调整后的试机验证

调整完毕后,启动柴油发电机并怠速运转3~5分钟,听察气门机构有无异常敲击声。若仍有明显“嗒嗒”异响,应停机检查对应气缸的间隙是否过大或摇臂是否磨损;若发动机运转不平稳或排气管有规律性“突突”声,应检查是否有气门间隙过小导致关闭不严。在发动机达到正常工作温度后,若机型允许热态检查,建议再次复查热态间隙并记录对比值。

 

 

 

总结

气门间隙的合理设置是保证柴油发电机配气机构正常工作的前提。间隙过大或过小均会严重影响发动机的动力性、经济性和可靠性。在维修实践中,应根据凸轮工作位置准确判断气门是否处于可靠关闭状态,选用逐缸法、两次法或“双排不进”口诀法进行高效准确的调整。调整时须严格遵守厂家规定的间隙值和温度条件,注意检查摇臂工作面磨损情况,使用经过校准的厚薄规,精确控制锁紧力矩并复查确认。对于不同缸数的柴油发电机,应熟记其对应的可调气门规律(四缸“双排不进”、六缸“双排排不进进”),以提高维修作业的效率和准确度。规范的气门间隙调整是确保柴油发电机组动力输出、降低油耗、延长气门组件寿命的重要保障措施,也是维修人员必须熟练掌握的基本技能之一。


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