故障檢修與技術(shù)維護

發(fā)動(dòng)機氣門(mén)異響特性和原因分析

 

摘要：正常運轉的發(fā)動(dòng)機，在設定轉速和工況條件下，都會(huì )發(fā)出一定頻率且有規律的聲響，此聲音波長(cháng)，衰減系數等存在一定差異。發(fā)動(dòng)機異響是指柴油發(fā)電機組在正常工作中發(fā)出的超過(guò)技術(shù)文件規定的不正常的響聲。這種異常響聲分為氣體與金屬的沖擊聲響和金屬與金屬之間的敲擊異響兩大類(lèi)，該現象一般與轉速、負荷、溫度、缸位、工作循環(huán)、潤滑條件等多種因素有關(guān)，異響部位不同，其振動(dòng)區域、伴隨現象也不相同，且許多異響具有明顯的聲調特征。當發(fā)動(dòng)機發(fā)生異常響聲，如不及時(shí)處理，則會(huì )加速發(fā)動(dòng)機磨損，嚴重者甚至導致發(fā)動(dòng)機報廢。本文主要匯總了發(fā)動(dòng)機主要幾種不同異響表現特征，結合診斷方法理論分析，對進(jìn)一步查找原因給出了參考方向。

 

一、異響特性分析和關(guān)聯(lián)因素

 

1、聲調特征

      發(fā)動(dòng)機異響的聲調特征包括象聲性、連續性、節奏性及頻率、振幅、聲級等。如主軸承響為沉悶的“當當”聲，而氣門(mén)腳響為較為清脆的“嗒嗒”聲。

2、轉速

① 活塞敲缸響、活塞銷(xiāo)響、氣門(mén)腳響等在怠速或低速時(shí)異響較為明顯。

② 連桿軸承響、氣門(mén)座圈響、氣門(mén)燒損響、凸輪軸響等在中速時(shí)異響較為明顯。

③ 曲軸軸承響、連桿軸承響、活塞環(huán)響等在穩定轉速下異響不明顯，而急加速時(shí)明顯。

3、負荷

      許多異響與發(fā)動(dòng)機負荷有關(guān)，負荷變化時(shí)異響加重或減弱。如曲軸主軸承響、連桿軸承響、活塞敲缸響、點(diǎn)火敲擊響等均隨負荷增大（爬坡、加速、滿(mǎn)載等）而增強，隨負荷減小而減弱。而有些異響與負荷無(wú)關(guān)，如氣門(mén)響，負荷變化時(shí)異響不變。

4、溫度

      有些異響與發(fā)動(dòng)機溫度有關(guān)，而有些異響與發(fā)動(dòng)機溫度無(wú)關(guān)或關(guān)系不大。

① 活塞敲缸響在低溫時(shí)響聲明顯，溫度升高后異響減弱或消失。

② 發(fā)動(dòng)機過(guò)熱引起的早燃突爆聲，活塞因變形、配合間隙過(guò)小引起的敲缸異響等在低溫時(shí)響聲不明顯，溫度升高后異響明顯或加重。

③ 主軸承響、連桿軸承響、氣門(mén)腳響等受溫度影響較小。

5、缸位

      單缸斷火或復火時(shí)響聲有明顯變化的異響稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機上缸或響聲上缸。

① 連桿軸承響、活塞環(huán)響、因氣缸配合間隙過(guò)大造成的活塞敲缸異響等在單缸斷火時(shí)響聲減輕或消失。

② 活塞銷(xiāo)竄出或松曠響、連桿軸承蓋螺栓松動(dòng)響、活塞因裙部錐度過(guò)大造成的敲缸等，在單缸斷火時(shí)響聲明顯加重。

③ 曲軸主軸承響單缸斷火響聲變化不明顯，相鄰兩缸斷火時(shí)響聲減輕或消失④氣門(mén)腳響，且在單缸斷火時(shí)響聲不變或變化不明顯。

6、工作循環(huán)

      發(fā)動(dòng)機異響與工作循環(huán)有很大關(guān)系，尤其是曲柄連桿機構和配氣機構。一般曲柄連桿機構異響每工作循環(huán)發(fā)響2次，配氣機構異響每工作循環(huán)發(fā)響1次。

7、潤滑條件

      對于曲柄連桿機構和配氣機構異響，潤滑不良均會(huì )明顯加重。

8、異響聽(tīng)診部位和振動(dòng)區域

      常見(jiàn)異響在發(fā)動(dòng)機上引起振動(dòng)的區域為氣缸蓋部位、氣缸體中上側部位、氣缸體下側部位、油底殼與曲軸箱分界面部位及正時(shí)齒輪室部位和加機油口部位（或曲軸箱通風(fēng)管口部位）。

9、伴隨現象

      發(fā)動(dòng)機出現異響時(shí)，常常伴隨有其它故障現象出現。如機油壓力降低、排氣管排煙顏色異常、功率下降、運轉無(wú)力、燃油消耗過(guò)大、個(gè)別缸不工作或工作不良、振抖、運轉不穩定、回火、放炮、機油變質(zhì)、排氣管有“突突”聲、加機油口脈動(dòng)冒煙等。

 

 

圖1  氣門(mén)組工作原理圖

圖2  氣門(mén)工作狀態(tài)示意圖

 

 二、異響部位聽(tīng)診方法

 

      根據發(fā)動(dòng)機在不同工作情況、不同部位發(fā)出的聲響及聲響的規律，借助于聽(tīng)棒、螺絲刀、膠管和聽(tīng)診器（如圖3所示）等工具監聽(tīng)某部細微聲音，判斷哪些是正常的，哪些是異常的。按照圖4所示，不同異響部位的檢查方法如下：

1、A—A區域可聽(tīng)察的故障

      在該區城，可用螺絲刀子觸試氣缸蓋各缸燃燒室部位或觸試與主軸承、氣門(mén)等相對的部位。這樣可以輔助診斷活塞頂碰缸蓋、氣缸凸肩（因磨損過(guò)甚所致）、氣門(mén)座圈脫出、曲軸折斷和主軸承松曠等故障。

2、B—B區域可聽(tīng)察的故障

      在該區域的氣門(mén)室一側，可聽(tīng)察氣門(mén)組合件及挺桿等發(fā)響。如在氣門(mén)室對面，用螺絲刀觸試，可輔助診斷活塞敲缸一類(lèi)故障，如拆下加機油口蓋，用耳聽(tīng)察，可輔助判明活塞銷(xiāo)、連桿軸承、活塞環(huán)漏等故障。

3、C—C區域可聽(tīng)察的故障

      在該區域，用螺絲刀子觸試凸輪軸的前、后襯套部位或觸試正時(shí)齒輪室蓋部位，可輔助診明凸輪軸正時(shí)齒輪破裂或其固定螺母松動(dòng)、凸輪軸襯套松曠等故障。

4、D—D區域可聽(tīng)察的故障

      在該區域，用螺絲刀子觸試氣缸體與油底殼分開(kāi)面的附近（凸輪軸的對面），可以輔助診明主軸承發(fā)響或曲軸斷裂等故障。兩個(gè)部位，加油口和正時(shí)齒輪蓋部位。

 

圖3  柴油機故障聽(tīng)診工具

圖4  柴油發(fā)動(dòng)機異響部位圖

 

三、氣門(mén)異響現象和原因

 

1、氣門(mén)室異響

3、氣門(mén)漏氣響

      氣門(mén)漏氣響在氣門(mén)室外，在高負荷、低轉速時(shí)較為明顯，響聲隨負荷增加而增強，主要原因是在鉸削氣門(mén)座時(shí)，由于操作不當或氣門(mén)導管內孔磨損過(guò)甚，使氣門(mén)座歪斜或氣門(mén)間隙小，致使氣門(mén)燒蝕引起氣門(mén)關(guān)閉不嚴而漏氣響。

      處理方法：拆下氣缸蓋，研磨氣門(mén)，檢查氣門(mén)彈簧彈力，重新調整氣門(mén)間隙。

4、氣門(mén)敲擊響

      在發(fā)動(dòng)機怠速運轉時(shí)發(fā)生氣門(mén)桿尾端與其驅動(dòng)件之間發(fā)生連續不斷的敲擊聲，隨轉速增大而增強，發(fā)動(dòng)機溫度改變或斷火時(shí)聲響無(wú)變化。

（1）主要原因：

① 調整好的氣門(mén)間隙有變動(dòng)（鎖止不牢、氣門(mén)桿與驅動(dòng)件之間磨損），氣門(mén)未調整好。

② 氣門(mén)調整螺釘磨損，鎖緊螺母松動(dòng)，氣門(mén)間隙過(guò)大或不一致。

③ 氣門(mén)彈簧座磨損起槽，氣門(mén)桿與導管磨損過(guò)甚，如圖7所示。

（2）處理方法：

① 重新調整好氣門(mén)間隙，更換磨損嚴重的部件。

② 若調整螺釘上的鎖緊螺母松動(dòng)，應予以鎖牢

③ 氣門(mén)彈簧折斷，應更換。

5、氣門(mén)座響，座圈脫落

      氣門(mén)座圈表面粗糙，加工精度不合格，座圈的過(guò)盈量選配不當造成松曠，選材不當遇熱后變形過(guò)大，或氣門(mén)座的鑲配工藝不合要求。

      處理方法：按照裝配工藝要求重新鑲配氣門(mén)座，上端面與體平面齊平，高出部分要修平，檢查方法如圖8所示。

 

圖7  氣門(mén)導管過(guò)度磨損區域示意圖

圖8  氣門(mén)座凹陷度檢查

 

總結：

      發(fā)動(dòng)機主要有兩大機構和五大系統組成，一般發(fā)動(dòng)機異響主要集中產(chǎn)生在曲柄連桿機構和配氣機構，其中曲柄連桿機構異響主要包括：曲軸主軸兀異響、連桿軸瓦異響、活塞銷(xiāo)異響、活塞敲缸響等，配氣機構異響主要包括缸蓋氣門(mén)異響、氣門(mén)挺柱異響、凸輪軸異響、正時(shí)鏈條異響等。異響原因主要是因為零部件配合間隙變大、零件自身質(zhì)量問(wèn)題、裝配面有損傷或其他裝配原因等，在發(fā)動(dòng)機正常工作過(guò)程中，配合的零件之間相互沖擊或干涉，導致零部件振動(dòng)，產(chǎn)生異響。異響會(huì )加快發(fā)動(dòng)機內部磨損，大大降低發(fā)動(dòng)機經(jīng)濟性、動(dòng)力性及燃油排放性能，最終影響發(fā)動(dòng)機壽命，導致異常報廢。

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