技術維修與康明斯知識

柴油發電機氣門挺柱、推桿、搖臂和凸輪軸檢驗方法

 

摘要：四氣門的推桿式柴油發電機每汽缸包括兩個進氣門和兩個排氣門。每對氣門由橋接的氣門機構一前一后地操作，該氣門機構包括由單個推桿連接到搖臂的凸輪軸驅動的凸輪從動件（也稱為挺柱或挺柱），而搖臂驅動連接到該對氣門（進氣門或排氣門） 的橋。橋接的氣門機構是成本高效的設計，這樣的設計可以對很多應用實現可接受的性能， 雖然兩個橋接的氣門的操作并不精確同步，因為對橋施加的力可能在氣門之間并不完全平衡，氣門可能具有稍有不同的彈簧力，且氣門組件可能經歷稍有不同的磨損。這會造成一個氣門較晚開啟和/或在氣門關閉時，一個氣門首先落座而使另一個氣門以比預期速度高的速度較晚落座。另外，橋使氣門桿端達到邊緣負荷，從而更高的應力帶來更高的磨損速率及潛在的噪聲、振動及不平穩（NVH）問題。

 

一、氣門挺柱和導孔的檢驗與修理

 

      工作中，由于氣門挺柱不僅做上下的直線運動，而且還做旋轉運動，如圖1所示。因此，氣門挺柱的桿身和球面（或平面）必然要產生自然磨損。氣門挺柱在工作中，雖然因受到壓縮而產生壓縮應力，但由于桿身粗而短，所以一般不容易產生彎曲變形。不過，由于康明斯發電機長期工作，磨損仍然是不可避免的。

1、常見失效形式

① 氣門挺柱與導管或導孔發生摩擦面磨損（柱面磨損），使之配合間隙上升。

② 柱底面磨損、拉傷或疲勞剝落。

③ 筒式挺柱極易產生疲勞磨損及不均勻磨損；常見損傷主要有裂紋、麻點、劃痕等，如圖2所示。

2、檢驗與修理

① 氣門挺柱與導孔的配合間隙一般為0.03~0.10mm，最大不得超過0.15mm。經驗的檢查方法是：用拇指將挺柱向導孔推入時應稍有阻力，再提起少許用手搖晃時，無曠動的感覺。如果配合間隙超過0.10時，可用電鍍加粗并鉸孔以恢復其配合尺寸。

② 挺柱底面磨損不平或球面有磨痕時，可用細砂布、研磨砂或油石研磨，也可以用磨光機消除平面不平，恢復其原有形狀。

③ 對于下置式凸輪軸，還要檢查挺柱與挺柱孔的配合間隙，一般挺柱與挺柱孔的間隙為 0.01 ～ 0.4mm ，使用極限為 0.1mm 。

3、檢修注意事項

       普通挺柱多為由冷激鑄鐵材料制成的筒式挺柱。其缺點是底面的冷激層極易產生疲勞磨損；此外，因挺柱運動的特殊性，加之潤滑條件較差或其他原因使挺柱運動阻滯，造成底部的不均勻磨損，導致挺柱底部對凸輪的反磨效應加劇，使凸輪早期磨耗而報廢。檢修普通挺柱時，應注意：

1.挺柱底部出現疲勞剝落時，立即更換。

2.底部出現環行光環，該光環說明磨損不均勻，應盡早更換新件。

3.底部出現檫傷劃痕時，應更換。

      在檢查調整氣門間隙時，就應該檢查挺柱的轉動阻力。檢查時，食指與拇指捏住挺柱轉動應自如無晃動感。必要時，可取出挺柱檢查底部磨損狀況。

 

圖1  氣門機構組成及工作示意圖

圖2  柴油機挺柱的常見損失

 

二、推桿和搖臂的檢驗與修理

 

1、推桿

      推桿的常見失效形式有兩種，通常要求推桿長度標準值為141.12～141.45mm ，使用極限 141mm 。。

① 桿身彎曲用鐵錘打直。

② 上端凹坑及下端球頭磨損

      氣門推桿一般都是空心細長桿。工作時，氣門推桿承受著雙向的壓載荷，盡管推桿兩端采用球面實現與挺桿及調整螺釘的接觸，由于發動機工作時的振動、接觸點的不斷變化，仍然會發生氣門推桿縱向彎曲變形。觀察檢查推桿桿身是否平直、是否有銹蝕和裂紋、推桿端頭有無磨損，有即用油石修磨或更換。在平臺上滾動檢查氣門推桿的直線度，如圖3所示，誤差若超出規定范圍，則應冷壓校正修理。推桿所在位置如圖4所示。

 

圖3  氣門推桿直線度檢查

圖4  氣門推桿和搖臂位置示意圖

 

 

2、搖臂

      搖臂組的結構如圖5所示，其調節裝置如圖6所示。搖臂常見失效形式也有兩種。一般采用堆焊或更換的方法修復。

（1）搖臂壓頭磨損成凹坑形狀

      一般而言，氣門搖臂的撞擊表面應凸出4.2mm，磨損后，最低也不得低于3.2mm，如果過低，則應進行堆焊，并對其進行必要的表面熱處理。

（2）搖臂孔襯套及軸磨損

      搖臂孔襯套和搖臂軸的配合間隙一般為0.025~0.065mm。如果磨損過大，配合間隙超過使用極限，則應將軸鍍鉻加粗，并磨至標準尺寸，然后重新配襯套。若軸頸沒有明顯磨損而襯套磨損較嚴重時，可以不磨軸頸，而更換新襯套，然后按軸的尺寸搪孔或鉸孔至相應尺寸，得到合適的配合間隙。氣門搖臂一端與凸輪接觸為滑動摩擦，是易磨損部位，出現燒蝕或異常磨損時，應及時更換。氣門搖臂與搖臂軸之間的配合間隙，超過極限時應換氣門搖臂或搖臂軸。

 

圖5  配氣機構之搖臂組結構圖

圖6  柴油機搖臂上的鎖緊螺母和調節螺釘

 

三、凸輪軸檢驗與修理

 

1、常見失效形式

① 凸輪的磨損。

② 軸頸及軸承的磨損。

③ 軸線彎曲。

2、失效的原因分析

      凸輪軸的結構特點（長而細）和工作特點（周期性地承受不均勻的負荷），促使它在工作中發生軸頸和軸承的磨損、失圓和整個軸線的彎曲；凸輪與配氣機件的相對運動，使凸輪外形和高度受到磨損。由于軸承磨損松曠，將加劇軸線的彎曲。軸線的彎曲又將促使油泵齒輪、正時齒輪及軸頸和軸承的磨損，甚至會造成齒輪工作時的噪聲和牙齒斷裂，氣門挺柱球面轉動不靈活；加速凸輪的磨損，使軸頸的失圓度和錐形度超過公差等。一般說來，由于凸輪軸的受力不大，它的磨損速度是緩慢的，通常在內燃機二三個大修周期（甚至更長時間）才達到允許使用極限。但是，這些磨損會影響配氣機構工作的準確性，并給氣門桿端和挺柱間的間隙調整帶來困難，因此，在內燃機大修時，應對凸輪軸、凸輪、凸輪軸承、正時齒輪等進行認真的。

3、凸輪軸的檢修

      凸輪軸常見損傷有凸輪軸彎曲變形，凸輪磨損、擦傷、麻點以及凸輪軸軸頸磨損、鍵槽磨損等。

（1）凸輪的磨損

      凸輪的磨損主要分為高度和寬度的磨損。凸輪高度磨損過大會影響氣門的開度，寬度磨損過大會影響氣門開閉持續時間，從而對發動機的工作產生影響。凸輪磨損的檢驗是用千分尺測量凸輪的全高與凸輪基圓直徑的差值來確定凸輪的磨損度，如圖7所示。凸輪磨損后，其升程磨損量大于0.40mm，或升程累計磨損量超過0.80mm時，應更換新凸輪軸。

（2）凸輪軸軸頸的磨損

      用千分尺測量軸頸的圓度及圓柱度誤差，如圖8所示。如凸輪軸軸頸的圓度誤差大于0.015mm，各軸頸的同軸度誤差超過0.05mm時，應按修理尺寸法進行校正并修磨。修磨后軸頸的圓柱度誤差小于0.005mm，最大徑向圓跳動公差不大于0.03mm。若凸輪軸軸頸經多次修磨，損耗嚴重時就予以更換。

 

圖7  凸輪軸凸角磨損檢查

圖8  凸輪軸軸頸磨損檢查

 

（3）檢查凸輪軸的彎曲

      檢測凸輪軸彎曲時，可將凸輪軸前后兩軸頸擱置在V形架內，以兩端軸頸為支點，用百分表抵觸在中間軸頸上。轉動凸輪軸一圈，表頭讀數之差即為該軸頸對前后兩軸頸的徑向跳動，如百分表擺動超過0.10mm，則應進行校正，校正后的彎曲度應不大于0.03mm。其值一般也可采用內徑千分尺測量，按曲軸主軸頸的檢測方法檢測凸輪軸軸頸的圓度和圓柱度，若圓柱度超過0.08mm，應予磨光。

（4）凸輪軸的軸向間隙測量

      如圖9所示，拆下正時齒輪蓋，裝妥百分表，使百分表的觸頭頂在凸輪軸端的螺釘上。向發動機后方推動凸輪軸，直至頂住為止，記下百分表的讀數。此讀數即為凸輪軸的軸向間隙。該間隙一般應為0.08～020mm，必要時予以調校和修復。一般國產汽車的凸輪軸軸向間隙以0.08～0.20mm為佳。

      凸輪軸軸向間隙的調整主要通過增減位于凸輪軸第一道軸頸端面與正時齒輪（或鏈輪）之間的推力凸緣的厚度來調整。

（5）凸輪軸油膜間隙的檢測

      凸輪軸油膜間隙的檢測如圖10所示，把凸輪軸放置在汽缸蓋軸承座上，在各軸頸表面按軸向位置放上一小段塑料線規，裝上軸承蓋并按規定力矩緊固螺栓。重新把軸承蓋拆下，通過規尺確定油膜間隙的大小。

      凸輪軸應進行探傷檢查，不得有裂紋、溝槽；正時齒帶輪的鍵槽應完整，否則應更換。中間支撐軸頸對兩端支撐軸頸公共軸線的徑向圓跳動誤差為0.05mm,超過時應校正、磨削或更換。以兩端以支撐軸頸公共軸線為基準，凸輪基圓的徑向圓跳誤差為0.04mm,否則應磨削或更換。

 

圖9  凸輪軸軸向間隙測量

圖10  凸輪軸油膜間隙測量

 總結：

      發動機配氣機構零件間隙過大、磨損和損傷，將導致發動機的動力性下降，增加燃油消耗量，降低其經濟性。通過對配氣機構的全面檢查，包括配氣機構檢查所有零部件組裝的位置和間隙是否符合要求。據此，可以及時發現和排除各種問題，保證發動機正常運行，提高柴油發電機組的可靠性和使用壽命。

 

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