故障檢查與技術維護

柴油發電機氣門頸部斷裂、盤部和桿部失效的維修方法

 

康明斯柴油發電機進、排氣門是在柴油發電機工作過程中密封燃燒室和控制柴油發電機氣體交換的精密零件，是保證柴油發電機動力性能、經濟性能、可靠性、耐久性的重要零件。

氣門的工作條件惡劣，進氣門的工作溫度可達300～400℃，排氣門的工作溫度可達700～900℃。進氣門主要受反復沖擊的機械負荷，排氣門除受反復沖擊的機械負荷外，還受高溫氧化性氣體的腐蝕以及熱應力（即氣門盤部因溫度梯度產生的應力）、錐面熱脹應力（即氣門的堆焊材料與基體材料膨脹系數不同產生的附加應力）、和燃燒時氣體壓力等共同作用，氣門在落座時還承受由慣性引起的沖擊交變載荷及彈簧壓力、高溫腐蝕氣體的高速沖刷力等。

進排氣門結構示意圖

 

氣門在設計、材質與制造合理的條件下，氣門的失效主要為磨損與疲勞斷裂，磨損主要在氣門與配氣機構中相關接觸件的磨損，它除了降低柴油發電機的效率外，還因改變氣門與相關件的相互位置及受力狀態而間接促進氣門疲勞斷裂；氣門的疲勞斷裂主要是受到高頻率的張壓交變壓應力，沖擊交變應力、彎曲、冷熱、及燃氣腐蝕的單一或綜合作用造成的。如果柴油發電機裝配、修理、使用方面不按技術規程要求進行，氣門配合的相關件質量不合格，氣門很容易發生失效，并且主要發生在盤部單薄處、頸部及鎖夾槽等應用力集中處。因為氣門失效的原因是多方面的，且較為復雜，康明斯公司在本文中不能逐一敘述，現就常見的幾種氣門失效模式故障分析。

一、氣門頸部斷裂

　　

1、超速超載，溫度過高，材料強度下降

柴油發電機過載超速是很普遍的現象，由于過載運行一般會加劇柴油發電機內溫度大幅提升，當氣門實際工作溫度高于設計的柴油發電機氣門工作溫度極限時，造成氣門疲勞強度的下降，腐蝕燃的產生及活化，特別是工作溫度較大的地方超過允許上限時，材料組織的就會發生變化，如氣門馬氏體材料的局部退火金相組織轉變，導致硬度和強度下降；而奧氏體材料，正常組織是奧氏體加均勻分布的顆粒狀化物，塑性比較好，當溫度升高，組織發生質的變化時，如奧氏體基體上有較多的層狀析出物，或析出聚集長大成帶尖角與鋒棱且相當部分沿奧氏體晶界分布的粗片碳化物，它將分割塑性好的基體，并成為成千上萬的潛在微裂紋萌生處，增大了氣門應力疲勞，導致氣門頸部早期疲勞斷裂。

2、氣門間隙過大

間隙過大，將會造成氣門在運動過程中擺動，桿部異常磨損，氣門溫度升高，落座不正，受力不均勻等，導致氣門頸部斷裂。

氣門間隙過大示意圖

 

3、氣門座松脫

氣門座松脫，將會造成氣門單邊落座而產生交變彎曲應力，導致氣門頸部斷裂。

4、氣門彈簧折斷或鎖夾脫落

氣門彈簧折斷（有些用戶在維修時更換氣門后不更換彈簧）或鎖夾脫落（鎖夾與氣門不匹配），將會造成氣門掉缸，導致氣門被活塞頂斷。

5、氣門座口與氣門導管不同心

不同心會出現氣門桿部單邊磨損或異常磨損痕跡，造成氣門單邊落座而產生交變彎曲應力，導致氣門頸部斷裂。

6、活塞與氣門撞擊

氣門與活塞接觸導致氣門頸部斷裂，其表現形式為活塞頂面與氣門相對應的位置有與氣門尺寸相符合的重復撞擊痕跡，氣門盤部無積碳，呈旋轉摩擦的光亮面。

氣門機構示意圖-

 

二、氣門盤部失效

氣門在工作過程中所受的熱量，約75％通過盤部與座圈接觸而散熱，約25％通過桿部與導管接觸而散走，若氣門錐面與座圈在某一點接觸，盤部此部分不能通過閥座散熱而溫度急劇升高，以到熔化，再加上氣門錐面與座圈密封不良，高溫燃氣從此沖刷而導致盤部此部分燒熔而產生月牙形燒蝕或掉塊。

1、氣門制造問題造成的盤部裂開掉塊

氣門堆焊時造成局部應力集中沒有完全消除，或存在裂紋，在氣門工作時加劇應力釋放，導致氣門掉塊的發生外。

2、氣門座合面嚴重磨損后疲勞掉塊

原因是氣門間隙過大,落座時對座圈沖擊力大,氣門密封接觸帶過寬，使用不合格（如含硫量過高）的燃料,長期超負荷工作等導致氣門錐面異常磨損。

3、氣門錐面局部燒蝕（俗稱“燒口”）

座合面密封不良漏氣是引起燒熔燒傷的直接原因。

柴油發電機過熱引起的氣門變形，更換氣門時與氣門座研配不良，氣門間隙過小，氣門彈簧彈力不足，過多的積碳使氣門發卡以及座合面上沉積等都會造成座合面密封不良。

氣門失效示意圖

 

三、氣門桿部失效

1、氣門桿部彎曲

原因是鎖夾脫落或氣門、氣門導管與座圈不同心。

氣門安裝時，若鎖夾使用不匹配，安裝不好或受強烈震動沖擊等，鎖夾會脫落或失效，氣門將掉入缸內被活塞頂彎，其表現形式為氣門鎖夾槽部位完好，氣門桿部彎曲。

氣門與氣門導管不同心或與座圈不同心，輕則造成氣門桿部彎曲，重則造成氣門頸部斷裂。

2、氣門桿部嚴重磨損

原因是導管內孔小于有關規定造成導管內孔與氣門桿配合間隙過小或潤滑不良，導致氣門運動狀態異常，磨損嚴重或氣門損壞。

3、氣門鎖夾槽部斷裂

原因是鎖夾的內凸筋若與氣門鎖夾槽形不符，將會嚙傷鎖夾槽；搖臂與氣門接觸位置不正確，氣門桿端將會受到側向推力都會造成氣門鎖夾槽部斷裂，其表現形式為鎖夾槽部可見明顯的咬嚙傷痕或氣門桿端面可見明顯的受側向推力的磨痕。

另外，因氣門彈簧斷裂、氣門座圈脫落、正時鏈條斷裂、氣門導管斷裂、配氣相位錯誤、柴油發電機超速（飛車）等原因均會導致氣門失效。

氣門鎖夾槽部示意圖

 

四、安裝氣門的注意事項

基于上述氣門失效原因，要求安裝氣門時應按以下執行：

1、氣門是柴油發電機的重要零件，工作時受強烈的機械負荷、高溫和化學腐蝕，應正確安裝。在裝配過程中不得磕碰，不可受側向力，否則將使氣門變形變位，影響氣門密封，導致氣門早期損壞。

2、更換新氣門時，應同時更換新的氣門導管和氣門彈簧。使用舊的導管將增加機油消耗和積碳，而積碳將導致氣門工作溫度升高，影響氣門使用壽命，舊的氣門彈簧因彈力降低，對氣門壽命是有害的。新導管裝入缸蓋后，應用鉸刀校正導管的圓度和內孔尺寸，使氣門桿與導管孔的間隙符合柴油發電機說明書的規定，不可加工已精加工過的氣門桿。

3、變形或燒傷的氣門座圈必須鉸、磨校正，不能僅用與氣門對研的方法修復。對無法修復的氣門座圈應換新。修復或換新座圈，應確保座圈口與導管孔同軸，同軸度允差0.03～0.05毫米。氣門與氣門座圈配合時，氣門盤端面的位置應符合說明書要求（一般不應高出缸蓋平面），符合上述要求后，再與氣門對研。

4、氣門與氣門座輕輕對研，保證氣門密封性，研磨時不可用粗研磨料。氣門座與氣門錐面的接觸部位應在氣門錐面的中下部。氣門與座圈必須密封，密封不良，將導致柴油發電機功率下降和氣門早期損壞。研磨后，應用煤油將磨料清洗干凈并風干，再用清潔的機油潤滑氣門桿、座圈和導管后方能裝配。

5、應選擇合格的匹配的氣門鎖夾。鎖夾應無毛刺，鎖夾與氣門裝配后應輕輕對研，保證在鎖夾開口處無卡口現象；裝配氣門鎖夾時，不得敲擊氣門桿端部，且須裝牢，否則將造成氣門搖動，致使鎖夾工作時劃傷氣門槽頸，導致使用時氣門鎖夾槽頸處斷裂。

6、安裝氣門彈簧上座時，座內錐孔與鎖夾外錐面應接觸良好。

7、裝配后應嚴格按柴油發電機說明書調整氣門間隙。正確的氣門間隙非常重要，氣門間隙過小，當氣門溫度升高后，氣門伸長，導致氣門與座圈密封不良，使燃燒室輕微漏氣，降低了柴油發電機功率；同時，長時間將導致氣門盤錐面燒蝕。氣門間隙過大，將造成氣門沖擊座圈，使氣門受力增大，導致氣門易斷裂而失效。

 

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