新聞主題	柴油發(fā)動機氣門彈簧斷裂癥狀與原因

 

摘要：氣門彈簧在柴油機工作時承受扭力，所以在氣門彈簧圓截面上的應力分布是不均勻的，從近中心的原點到邊緣各點，應力逐漸遞增，表面所受的應力最大，就表面各點而言，正內側表面承受的應力最大，且受平面應力的作用，因此一旦氣門彈簧表面存在缺陷，缺陷處極有可能產生最大的應力集中，從而導致彈簧的早期斷裂。

 

一、斷裂癥狀表征和引發(fā)后果

 

      氣門彈簧折斷時，會產生一種連續(xù)而雜亂的金屬敲擊聲，例如，在中間氣門室內發(fā)出“嚓、嚓"的聲音；有時空氣濾清器回火或排氣管“放炮”聲音。這種情況的發(fā)生往往是由于氣門彈簧折斷所致。

1、氣門敲擊響

      在發(fā)動機怠速運轉時發(fā)生氣門桿尾端與其驅動件之間發(fā)生連續(xù)不斷的敲擊聲，隨轉速增大而增強，發(fā)動機溫度改變或斷火時聲響無變化。

2、氣門漏氣響

      氣門漏氣響在氣門室外，在高負荷、低轉速時較為明顯，響聲隨負荷增加而增強，主要原因是氣門座歪斜或氣門間隙小，致使氣門燒蝕引起氣門關閉不嚴而漏氣響。

3、易落入氣缸

      因氣門彈簧折斷，頂置式氣門桿尾端凹槽內的兩塊剖分錐形鎖片失去氣門彈簧的張緊力而掉落，氣門因無支承而落入缸孔內。

4、發(fā)生異響

      因氣門彈簧折斷，側置式發(fā)動機雖然氣門不會掉入缸內，但氣門不能打開，不能進、排氣，并且發(fā)動機將產生紊亂的金屬敲擊聲。

 

二、氣門彈簧折斷的原因

 

       氣門彈簧斷裂的原因，除制造上存在缺陷外，使用方法不當也可能使其遭受早期損壞，常見的原因如下：

1、疲勞磨損

      一般氣門彈簧折斷的原因是使用日久，已到達了其使用壽命的限度。有時因材料不好，也會過早折斷。

      氣門彈簧的壽命與發(fā)動機的轉速有很大關系，因為發(fā)動機的轉速過高或超出了氣門彈簧的臨界速度，就可使彈簧內部發(fā)生極高的危險應力而造成折斷。為了防止這種情況的發(fā)生，有些農用車氣門彈簧各圈間的距離略有不同，稱為非等節(jié)距彈簧，一端圈間距較密，在安裝時應注意較密的一端在上面。如果使用高頻率（頻率為每分鐘振動的次數）彈簧、雙重氣門彈簧也可避免劇烈振動現象（稱為共振現象）的發(fā)生。

2、彈簧表面缺陷

     因保管不當， 如庫存的經磷化處理的氣門彈簧，沒有涂防銹油或防銹油質量差時，造成彈簧表面形成麻點和腐蝕坑。而當彈簧承受較大扭力時，在腐蝕坑處易引起應力集中，使氣門剛度增大，最終導致彈簧疲勞斷裂。

3、彈簧中心線歪斜

      氣門彈簧的2個端面若與彈簧中心線不垂直，則彈簧長期在高速下工作，其金屬材料易因疲勞而斷裂。

4、氣門導管竄動或凸輪軸軸承松動

      使用中，若發(fā)生氣門導管竄動現象，極有可能導致氣門彈簧在被壓縮時因受彎曲應力的作用而折斷，凸輪軸軸承松動會引起氣門彈簧產生共振，也會促使其折斷。

5、操作不當

      柴油發(fā)動機在運轉過程中若轉速經常性突然變化，會使氣門彈簧被壓縮和伸張的頻率突然猛增，導致其疲勞斷裂。

6、錯誤安裝

      裝配氣門彈簧時有的機型有特殊要求，例如五十鈴6BBI柴油發(fā)動機要求將彈簧涂有藍色的一面朝向氣缸蓋上平面，否則彈簧易折斷。

7、氣門彈簧質量次

      如彈簧的鋼絲材料、鋼絲直徑、中徑、有效圈數與原廠家設計的不同時，發(fā)動機轉速的角頻率很容易達到氣門彈簧的固有頻率，產生共振，造成彈簧折斷。

      彈簧的材料為0.5%～1.0%的碳鋼，良好者則用合金鋼制造。若所用材料不合規(guī)格，熱處理不當，加工不良，都可造成氣門彈簧壽命的縮短。

8、間隙過大或過小

（1）配合間隙過大

      氣門桿與氣門導管配合間隙過大，氣門往復運動時歪歪斜斜，引起彈簧上下彈跳，使氣門彈簧內應力發(fā)生變化，造成折斷。

（2）氣門的間隙過小

      高溫時由于氣門和導管的膨脹系數不一樣，從而引發(fā)氣門在導管內活動時受到的阻力過大，造成氣門彈簧折斷故障。

（3）氣門下陷量不足

      氣門在氣門座中的下陷量太少，氣門下陷不足夠導致的。所以當在運轉的時候，活塞就會頂撞到氣門，經過活塞的多次沖擊，這就會使氣門桿斷裂，氣門彈簧被折斷。

 

三、檢查和測量方法

1、缺口檢查

      不得再次使用第一圈中有缺口磨損的氣門彈簧。

（1）彈簧的兩端會磨損第一圈，形成磨損缺口。

（2）如果能夠看到或感覺到磨損缺口，不得再使用氣門彈簧。

（3）通常具有這些缺口的彈簧會產生“咔嗒”的噪音。

（4）壓縮彈簧，直到第一圈的端部完全壓縮，以檢查有無“咔嗒”聲。

      由于大的缺口將造成“咔嗒”聲。因此，要檢查彈簧的兩端有無“咔嗒”聲。

2、氣門彈簧垂直度的檢查

      先將彈簧垂直放在平板上，用一直角尺靠在彈簧最下邊一圈上，然后將彈簧旋轉一周，測量最上邊一圈彈簧與直角尺距離的最大值，通常情況下，氣門彈簧對垂直線的傾斜距離為1~1.5mm，若超過此值最好換用新件。

3、自由長度和彈力測量

      使用氣門彈簧壓縮測試儀（零件號 3375182）檢查所示測試高度處的彈簧力和張力。

      氣門彈簧壓縮測試儀是一種專門用來測試彈簧彈力大小的裝置，可以由此得知彈簧的自由長度和彈性。

 

4、對比觀察法

      當現場無專業(yè)工具時，可以從市面上找一根相同的彈簧來進行比較，如果彈簧受壓后的圈距相同，則代表我們的彈簧還可以用，否則我們就應該更換新的彈簧。

 （1）新氣門彈簧的檢查方法：

      將彈簧夾在臺虎鉗上壓縮到最小長度，使圈與圈之間盡可能沒有空隙，并保持48h，如果彈簧表面有瑕疵存在，在經過這種壓縮處理后就會斷裂，這是因為彈簧內部應力在瑕疵附近高度集中致使彈簧斷裂。

（2）舊新氣門彈簧的檢查方法：

      氣門彈簧彈力的強弱可用對比法加以識別，具體做法是先將被檢查的一只舊氣門彈簧與一只新氣門彈簧串聯在一起，并且中間用一鋼片墊圈隔開。然后在一只氣門彈簧上加一定的壓力，觀察新舊彈簧壓縮的程度，若舊彈簧的彈力不足，則此時必定先被壓下去。

 

圖1  氣門彈簧垂直度測量

圖2  氣門彈簧測試儀檢查彈力

 

 

四、氣門彈簧拆裝步驟

 

1、拆卸

（1）拆下氣缸蓋。

（2）如圖3所示，使用合適尺寸的套筒和塑料錘，輕輕地敲擊彈簧擋圈，以松開氣門鎖片。

（4）安裝氣門彈簧壓縮器。壓縮彈簧，拆下氣門鎖片。

（5） 拆下氣門桿油封，如圖4所示。

（6）拆下氣門彈簧座平墊圈，如圖5所示

      使用壓縮空氣和磁棒，拆下彈簧座平墊圈。按正確的順序擺放氣門彈簧座平墊圈。

（7）拆下半圓鍵，如圖6所示。

      拆下凸輪軸半圓鍵，將每個軸承蓋的固定螺栓松幾圈，用軟錘(橡皮錘)敲振凸輪軸后部，使軸承蓋振松。

 

圖3  柴油機氣門彈簧拆卸圖	圖4  柴油機氣門桿油封拆卸工具
圖5  柴油機氣門彈簧座平墊圈拆卸.	圖6  柴油機凸輪軸半圓鍵拆卸

 

2、安裝

（1）在氣門桿上涂抹一層新的發(fā)動機機油。將氣門安裝到氣門導管中。

（2）檢查并確認氣門能平穩(wěn)地上、下移動。

（3）將彈簧座安裝在氣缸蓋上。

（4）如圖7所示，用氣門桿密封件安裝工具安裝新的氣門密封件。

注意：排氣門密封件上有黑色彈簧標記；進氣門油封上有白色彈簧標記；它們不可互換。

（5）安裝氣門彈簧和彈簧擋圈。將帶有緊密纏繞彈簧圈的氣門彈簧端部朝向氣缸蓋放置。

（6）安裝氣門彈簧壓縮器，如圖8所示。壓縮氣門彈簧并安裝氣門鎖片。

（7）拆下氣門彈簧壓縮器。

（8）用塑料錘輕輕敲擊每個氣門桿端部2次或3次，以確保氣門和氣門鎖片正確就位。僅允許沿著氣門桿的軸線敲擊氣門桿，這樣不會弄彎氣門桿。

 

 

圖6  柴油機氣門密封件安裝圖

圖7  柴油機氣門彈簧安裝圖

 

總結：

 

      在拆裝柴油機氣門機構后，要進行調試和檢查，確保氣門的密封性和開啟順序等符合技術要求；同時要注意氣門彈簧的平衡性，避免出現不平衡的情況，以免影響發(fā)動機的性能和壽命。總之，氣門的拆裝需要注意安全，比如拆裝氣門時，要根據氣門彈簧的壓縮情況，將氣門彈簧的頂部或底部先取下，避免彈簧彈出傷人。其次，必須使用專門的工具和設備，保持作業(yè)區(qū)域的干凈和整潔，以保證柴油發(fā)電機組的性能和壽命。

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