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发动机在工作过程中,气门座的某些部位可能有“热点”,气门锥面的同一部位连续与温度较高的 “热点”座合时,“热点”就在气门锥面上扩展,可能发生气门烧损故障。为了解决此问题,要求气门在工作过程中旋转,旋转带来的好处是没有一个部位重复地座合在气门座的同一热点上,气门面与气门座相互擦拭,有助于防止沉积燃烧生成物,改善传热条件,从而可避免气门烧损,提高密封性,另外还可以减少气门杆粘积物粘住气门的机会,并且气门头温度趋向均匀。
a)发动机气门旋转传统结构
在多数内燃机中,气门旋转主要通过摇臂上气门间隙调节螺钉中心线与气门中心线的的小许偏移量0.5mm,使得气门每次开启时稍许旋转,此结构缺点是气门间隙调节螺钉中心线与气门中心线的小许偏移量会导致气门受侧压力,从而使得气门与气门导管之间产生更大磨损,严重时会导致气门断裂现象。由于摇臂支架与气缸头采用螺栓连接,0.5mm不易保证,过大时会达到1mm,过小时偏移量为0mm。
b)发动机气门旋转新结构
气门旋转新结构在气门杆端部加1个端帽,端帽孔底部开有一盲孔,盲孔底部与气门端面的间隙控制在0.05~0.10mm之间。气门杆端部与湍帽盲孔采用间隙配合,其工作原理是:当气门间隙调节螺钉压住端帽时,经锁夹和气门弹簧上座压缩气门弹簧,随后端帽移动至其底面接触气门端面,推动气门向下运动。当气门处于上升过程,在气门关闭瞬间(此时锁夹尺圆弧的下部分与气门槽尺圆弧的下部分接触,即将脱开),随后气门瞬间处于自由状态,发动机的振动就会引起气门转动。
由于气门座和气门锥面的缺陷,使得气门关闭不严而引起漏气,最终造成气缸内压缩压力下降并引起化油器回火,使燃烧不完全,气门及气门座处产生大量积碳。另一方面,由于气门与气门导管间隙变化,导管油封密封性能下降, 曲轴箱内机油油雾在进气行程中极易被吸入气缸内造成机油燃烧,在高温高压作用下会在进、排气门杆部及气门导管孔口形成积碳,不及时清理,时间越长,积碳越厚,将导致进、排气门在导管孔内的运动阻力变大,使气门回位不及时而造成进、排气门相互碰擦,甚至使得气门撞坏活塞顶部和气门弯曲、断裂,从而影响发动机的正常工作。
传统气门结构只保证了气门杆上的积碳在进、排气门关闭的运动过程中被气门导管孔口的尖角清理,而气门导管尖角处的积碳未被清理,随着时问的加长将导致导管孔口锐角处的积碳加厚,引起进、排气门在导管孔内的运动阻力加大,影响发动机的正常工作。
改进后的气门(该结构已申报发明专利)结构是在进、排气门的杆部加工一环形槽,保证进、排气门在关闭的运动过程中靠槽的端面尖角将导管孔口尖角处的积碳刮入环形槽内,并在进、排气门开启的运动过程中将刮入环形槽内的积碳排出,通过气缸头排气口排废气时一并排出发动机外, 另外由于槽底小于气门杆径,槽内可以依附积碳并起缓冲作用。该结构即保证了进、排气门杆部上的积碳被清理,又保证了导管孔口锐角处的积碳被清理,从而保证了进、排气门在运动过程中不再受外界阻力的影响,使发动机能正常工作。
c)新型发动机排气门结构
气门座变形会减少气门锥面与气门座的接触面积,使气门温度升高,同时可能因偏接触增加气门杆的弯曲载荷,导致气门杆在热点处疲劳断裂。另外,排气门的高温易使从气门导管漏入的机油分解,在气门杆部和头部形成胶状沉积物,阻碍气门运动,甚至粘住气门引起漏气,过热烧坏气门。在热负荷特别重和条件允许(包括杆径大小、价格及工艺)情况下,可以采用充钠排气门。选用钠的理由是,钠熔点低,为98℃ ,易于液化;沸点高于排气门工作时温度,不存在汽化可能;比重小,质量轻,易于实现上下来回振荡,其它金属难以符合这3方面要求。
金属钠粉末在98℃时熔化成液态,随着气门的运动,液态钠在头部和气门杆之间上下振荡,将气门头部的热量带到较冷端,通过气门导管带走,从而使气门头部始终保持在一定范围内,进而有效地消除故障的发生。气门是四冲程发动机配气机构的重要零件之一,它的工作性能是否良好直接影响发动机动力的正常发挥。其损坏因素也是多方面的,应充分认识到失效分析的重要性,从事故中取得经验和教训,用以改进工作,减少此类问题的再发生。
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