南陽(yáng)農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院 王恒 劉玉謙 張闖闖

前言

柴油機(jī)工作一段時(shí)間后，由于工作中的振動(dòng)及配氣機(jī)構(gòu)零件的自然磨損，一些重要參數(shù)會(huì)因磨損、松動(dòng)、變形而發(fā)生變化。農(nóng)機(jī)實(shí)訓(xùn)室有一臺(tái)江蘇750P 拖拉機(jī)用于教學(xué)，以此為例，探究氣門(mén)間隙大小對(duì)柴油機(jī)工作性能影響，掌握氣門(mén)間隙的調(diào)整方法。

1 理論分析[1]

1.1 配氣機(jī)構(gòu)概述

配氣機(jī)構(gòu)是控制發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣和排氣的裝置，它是除了曲柄連桿機(jī)構(gòu)之外的另一個(gè)主要機(jī)構(gòu)。由氣門(mén)組零件和氣門(mén)驅(qū)動(dòng)組零件組成。

氣門(mén)組主要由氣門(mén)口（座圈）、氣門(mén)、導(dǎo)管、油封、彈簧、彈簧座、鎖片（豆瓣銷(xiāo)）等組成，驅(qū)動(dòng)組主要由凸輪軸、挺柱、推桿、搖臂軸、搖臂和氣門(mén)間隙調(diào)整螺釘?shù)冉M成。典型的配氣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 典型的配氣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)

1.2 配氣定時(shí)

發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣控制通過(guò)氣門(mén)實(shí)現(xiàn)，氣門(mén)打開(kāi)和關(guān)閉時(shí)間根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度以度(°)表示。由于每沖程需要180°曲軸轉(zhuǎn)角度，因此四沖程循環(huán)為720°曲軸角度。

為了使發(fā)動(dòng)機(jī)充分進(jìn)氣和排氣，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體交換過(guò)程，適當(dāng)早開(kāi)晚關(guān)氣門(mén)，從而延長(zhǎng)進(jìn)、排氣時(shí)間。因此，進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)開(kāi)啟過(guò)程的曲軸轉(zhuǎn)角大于180°。

進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)的打開(kāi)和關(guān)閉時(shí)間以曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度表示稱(chēng)為氣門(mén)正時(shí)，也叫配氣定時(shí)。它通常用環(huán)形圖表示，稱(chēng)為配氣相位圖,如圖2 所示。

圖2 配氣相位圖

進(jìn)氣門(mén)在TDC 之前早開(kāi)，目的是為了確保進(jìn)氣門(mén)在進(jìn)氣沖程開(kāi)始時(shí)已完全打開(kāi)，在進(jìn)氣沖程的BDC 之后，活塞再次上升,進(jìn)氣才關(guān)閉（晚關(guān)）。新鮮氣體可以盡可能多的加注到氣缸中。

排氣門(mén)在BDC 之前開(kāi)始打開(kāi)，此時(shí)做功沖程接近終了，氣缸內(nèi)殘余0.3～0.5 MPa 的壓力,工作效果不大,但利用該壓力，能讓廢氣盡快排出，直到上行越過(guò)TDC才關(guān)閉。減輕了活塞上行時(shí)的氣體阻力，并可以早點(diǎn)釋放高溫廢氣，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。

由于進(jìn)氣門(mén)提前打開(kāi)，排氣門(mén)推遲關(guān)閉，氣提前角和排氣遲后角之和（α＋δ），稱(chēng)為氣門(mén)重疊角。氣門(mén)適當(dāng)疊開(kāi)可以讓新鮮氣體填充真空,并有助于排出廢氣。

1.3 氣門(mén)間隙

如圖3 所示，當(dāng)凸輪軸凸輪的圓柱面(基圓)接觸挺桿時(shí)，氣門(mén)關(guān)閉。如果此時(shí)凸輪基圓與氣門(mén)之間沒(méi)有間隙,則在冷態(tài)時(shí)氣門(mén)可以關(guān)閉嚴(yán)密,但當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后溫度升高,氣門(mén)及傳動(dòng)件加熱，膨脹和伸出時(shí),氣門(mén)會(huì)被推開(kāi),氣門(mén)不會(huì)關(guān)閉嚴(yán)密。因此,凸輪基圓表面和氣門(mén)桿端面之間應(yīng)留有供機(jī)械零件熱膨脹的間隙,以確保氣門(mén)緊密關(guān)閉,該間隙稱(chēng)為氣門(mén)間隙,如圖3 中Δ 所示。氣門(mén)間隙的可以用塞尺測(cè)量。

圖3 氣門(mén)間隙Δ 及其調(diào)整裝置

2 調(diào)整氣門(mén)間隙所需的技能知識(shí)[4]

2.1 調(diào)整氣門(mén)間隙之前需要達(dá)到的四點(diǎn)明確

調(diào)整氣門(mén)間隙雖然使用工具比較簡(jiǎn)單，一般只需要一把擰鎖緊螺母的扳手，一把“一字型”螺絲刀，一把塞尺。操作時(shí)看上去簡(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度也不大。但是要做好這項(xiàng)工作，一是要明確進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)；二是要明確知道該發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火順序；三是要明確找到發(fā)動(dòng)機(jī)第1缸的壓縮上止點(diǎn)位置；四是要明確可調(diào)氣門(mén)。

下面以這臺(tái)江蘇750P 拖拉機(jī)的四缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為例，對(duì)達(dá)到以上四點(diǎn)的方法進(jìn)行說(shuō)明。

2.1.1 明確進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)的方法

（1）可以通過(guò)查閱廠(chǎng)家配套維修保養(yǎng)資料確認(rèn)。

（2）打開(kāi)氣門(mén)室罩，對(duì)照實(shí)物觀(guān)察，進(jìn)氣歧管對(duì)應(yīng)的是進(jìn)氣道和進(jìn)氣門(mén)，排氣歧管對(duì)應(yīng)的是排氣道和排氣門(mén)。

（3）轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸觀(guān)察氣門(mén)，根據(jù)疊開(kāi)時(shí)的動(dòng)作確認(rèn)，先動(dòng)的是排氣門(mén)，接著動(dòng)的是進(jìn)氣門(mén)。

2.1.2 明確發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火順序的方法

直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)都可以有兩種點(diǎn)火順序，怎樣明確該發(fā)動(dòng)機(jī)是哪一種工作順序，有三種方法。

（1）可以通過(guò)查閱廠(chǎng)家配套維修保養(yǎng)資料確認(rèn)。

（2）在1 缸壓縮上止點(diǎn)時(shí)，繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸觀(guān)察2、3缸排氣門(mén)動(dòng)作，如果2 缸排氣門(mén)點(diǎn)頭，那么點(diǎn)火順序就是1-3-4-2，如果是3 缸排氣門(mén)點(diǎn)頭，那么點(diǎn)火順序就是1-2-4-3。

（3）拆下柴油泵上的高壓油管，轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，看油泵的噴油順序即是該發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火順序。

2.1.3 明確第1 氣缸壓縮的上止點(diǎn)的方法

（1）第1 缸點(diǎn)火判斷法

柴油機(jī)第1 缸出油閥油面波動(dòng)判斷法：找到柴油泵上的高壓油管，拆下第1 缸高壓油管出油閥一端，露出出油閥接口。松開(kāi)所有其它缸的高壓油管（防止柴油噴入氣缸漏進(jìn)油底殼中以稀釋機(jī)油），同時(shí)打開(kāi)飛輪殼上的觀(guān)察孔蓋。慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，觀(guān)察第1 缸出油閥油面波動(dòng)的時(shí)刻，即第1 缸處于點(diǎn)火位置，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，使指針與飛輪上0°刻度線(xiàn)對(duì)齊。此時(shí)表示第1 缸在壓縮上止點(diǎn)。

（2）逆推法

打開(kāi)氣門(mén)室罩，轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸,觀(guān)察4 缸排氣門(mén)還未終了，進(jìn)氣門(mén)點(diǎn)頭的一瞬間，即是第1 氣缸壓縮上止點(diǎn)。

（3）對(duì)標(biāo)記法

拆下第1 缸噴油器，用棉球塞住噴油器座孔,然后轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，當(dāng)棉球被壓縮氣體沖出時(shí)，對(duì)齊發(fā)動(dòng)機(jī)上第1 氣缸上止點(diǎn)標(biāo)記。

2.1.4 明確可調(diào)氣門(mén)的方法

（1）當(dāng)氣缸處于壓縮上止點(diǎn)時(shí)，可以調(diào)整氣缸的進(jìn)排氣門(mén)間隙。此方法適用于逐缸調(diào)整。

（2）在調(diào)整氣門(mén)間隙時(shí)，由于逐缸調(diào)整法效率低，在生產(chǎn)實(shí)踐中多使用兩次調(diào)整法，又叫“雙、排、不、進(jìn)”法，關(guān)鍵能快速確定所有氣門(mén)中的可調(diào)氣門(mén)。從配氣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)可以看出：只有當(dāng)挺柱接觸凸輪的基圓時(shí),才能調(diào)整氣門(mén)間隙。因此,根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣正時(shí)、曲軸上曲拐布置和工作順序，可以確定氣門(mén)挺柱是否與凸輪的基圓接觸,氣門(mén)是否可調(diào)。

以工作順序1-3-4-2 的四缸發(fā)動(dòng)機(jī)為例：

第一遍：氣缸1 位于壓縮上止點(diǎn)時(shí),其進(jìn)排氣門(mén)都與挺柱和凸輪基圓接觸。因此，在氣缸1 用一個(gè)“雙”字,表示同時(shí)可以調(diào)整進(jìn)、排兩個(gè)氣門(mén)的間隙。

氣缸3 處于壓縮沖程，但曲軸的曲柄剛離開(kāi)“進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉”位置，進(jìn)氣門(mén)正在恢復(fù)氣門(mén)間隙，且進(jìn)氣門(mén)挺柱還未落到凸輪軸的基圓上，因此進(jìn)氣門(mén)不可調(diào)節(jié),但該缸曲柄遠(yuǎn)離“排氣門(mén)開(kāi)啟”和“排氣門(mén)關(guān)閉”的位置,排氣門(mén)凸輪的基圓與挺柱接觸,因此，在氣缸3 上用一個(gè)“排”字，表示排氣門(mén)間隙可調(diào)。

氣缸4 位于排氣上止點(diǎn),進(jìn)排氣門(mén)處于重疊開(kāi)的狀態(tài),不可調(diào)。因此，在氣缸4 上用一個(gè)“不”字，表示進(jìn)排氣門(mén)都不可調(diào)；

氣缸2 處于排氣沖程,排氣門(mén)不可調(diào),但曲柄遠(yuǎn)離“進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟”位置,進(jìn)氣門(mén)可調(diào)。因此，在氣缸2 上用一個(gè)“進(jìn)”字，表示進(jìn)氣門(mén)間隙可調(diào)。

在第一遍調(diào)整完之后，轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸一周，把第一遍沒(méi)調(diào)整的氣門(mén)在第二遍進(jìn)行調(diào)整。所有氣門(mén)間隙兩次調(diào)整完畢。

綜上所述，當(dāng)?shù)? 氣缸處于壓縮上止點(diǎn)時(shí)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)1-3-4-2 的工作順序，可調(diào)氣門(mén)為：雙（1 缸）、排（3 缸）、不(4 缸)、進(jìn)（2 缸）。

同樣，當(dāng)曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一周后且第4 氣缸處于壓縮上止點(diǎn)時(shí)，可調(diào)氣門(mén)變成了：不（1 缸）、進(jìn)（3 缸）、雙(4缸)、排（2 缸）。

第1 氣缸處在壓縮上止點(diǎn)時(shí)“雙排不進(jìn)”，第4 缸處在壓縮上止點(diǎn)時(shí)“不進(jìn)雙排”。

2.2 調(diào)整氣門(mén)間隙的具體操作手法

確定可調(diào)氣門(mén)后，可調(diào)整氣門(mén)間隙，介紹以下兩種操作方法。

2.2.1 用塞尺測(cè)量

先松開(kāi)氣門(mén)間隙調(diào)整螺釘?shù)逆i緊螺母，選好塞尺厚度（要與所調(diào)氣門(mén)的規(guī)定間隙值相同），同時(shí)用螺絲刀轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整螺釘，將塞尺插入氣門(mén)桿與搖臂之間，直到塞尺能在間隙里有一點(diǎn)阻力并且可以輕微移動(dòng)，然后握住螺絲刀，擰緊鎖緊螺母。

2.2.2 “0.30 半圈半”法

0.30mm 這個(gè)數(shù)值在氣門(mén)間隙規(guī)定值當(dāng)中比較常用。在搖臂磨損比較嚴(yán)重的情況下，有的接觸工作面甚至被氣門(mén)桿頂出一個(gè)凹陷坑，此時(shí)普通塞尺就無(wú)法測(cè)量使用?；蛘咴谌鄙偃叩那闆r下，“0.30 半圈半”法就比較簡(jiǎn)單有效。它的意思是根據(jù)多次調(diào)整氣門(mén)間隙的經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用螺絲刀在將調(diào)整螺釘調(diào)到底消除了氣門(mén)間隙后，再反過(guò)來(lái)后退半圈的半圈，也就是將螺絲刀往回退90°，此時(shí)預(yù)留的間隙就是大約0.30mm。

在此基礎(chǔ)上，可適當(dāng)減小或加大螺絲刀旋轉(zhuǎn)度，使其盡可能接近氣門(mén)間隙的規(guī)定值。然后握住螺絲刀，擰緊鎖緊螺母。

3 探究氣門(mén)間隙過(guò)大、過(guò)小對(duì)柴油機(jī)的影響

3.1 探究氣門(mén)間隙過(guò)大對(duì)柴油機(jī)性能的影響。

這臺(tái)拖拉機(jī)搭載的是東方紅LR4B3-23 柴油發(fā)動(dòng)機(jī), 通過(guò)查閱?wèn)|方紅LR/YT 系列柴油機(jī)使用保養(yǎng)說(shuō)明書(shū)，第40 頁(yè)第2.8 項(xiàng)內(nèi)容：“東方紅系列柴油機(jī)的氣門(mén)排列順序?yàn)椋簭牟裼蜋C(jī)前部數(shù)，奇數(shù)為進(jìn)氣門(mén)，偶數(shù)為排氣門(mén)。進(jìn)氣門(mén)間隙為0.3～0.4mm，排氣門(mén)間隙為0.4～0.5mm。”

首先拆下氣門(mén)室罩，接著拆掉柴油泵上第1 缸高壓油管，同時(shí)松開(kāi)其它缸的高壓油管螺帽。轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，注意觀(guān)察出油閥口油面波動(dòng)瞬間，然后繼續(xù)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸，使飛輪殼上指針應(yīng)指向飛輪上的0°刻線(xiàn)時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。這臺(tái)四缸柴油機(jī)做功順序1-3-4-2，按照“雙排不進(jìn)”方法，可以調(diào)整第1 缸的進(jìn)排氣兩個(gè)氣門(mén)，第3缸的排氣門(mén)，第4 缸兩個(gè)氣門(mén)此時(shí)都不可調(diào)，第2 缸調(diào)進(jìn)氣門(mén)。也就是從柴油機(jī)前部數(shù)，總共8 個(gè)氣門(mén)，可以調(diào)整第1、第2、第3、第6 四個(gè)氣門(mén)間隙。我們將1、3 進(jìn)氣門(mén)的間隙設(shè)置成0.50mm, 把2、6 排氣門(mén)間隙設(shè)置成0.60mm。設(shè)置完以后，再轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸一周，將其余4 個(gè)氣門(mén)間隙都按照最大標(biāo)準(zhǔn)值加大0.1mm 設(shè)置。最后裝上第一缸高壓油管，擰緊其余各缸的高壓油管螺帽，裝回氣門(mén)室罩。

啟動(dòng)柴油機(jī)，聽(tīng)到柴油機(jī)發(fā)出清脆，有規(guī)律的“噠噠噠噠……”異響聲音，頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比。高速時(shí)感覺(jué)發(fā)動(dòng)機(jī)提速阻滯，油門(mén)有堵的感覺(jué)。

3.2 探究氣門(mén)間隙過(guò)小對(duì)柴油機(jī)性能的影響

按照剛才的操作方法，將氣門(mén)間隙按照最小標(biāo)準(zhǔn)值減小0.1mm 設(shè)置。進(jìn)氣門(mén)間隙設(shè)置為0.2mm，排氣門(mén)間隙設(shè)置為0.3mm。

啟動(dòng)柴油機(jī)，聽(tīng)到柴油機(jī)發(fā)異響消失了，但加速時(shí)感覺(jué)柴油機(jī)仍然提速不順暢，無(wú)力，有受阻的感覺(jué)，隨著柴油機(jī)升溫，出現(xiàn)發(fā)抖現(xiàn)象。

3.3 恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)

最后，用簡(jiǎn)單快捷的兩次調(diào)整法，將氣門(mén)間隙恢復(fù)到廠(chǎng)家規(guī)定的進(jìn)氣門(mén)間隙0.3～0.4mm，排氣門(mén)間隙0.4～0.5mm。

啟動(dòng)柴油機(jī)，柴油機(jī)不僅沒(méi)有異響，而且啟動(dòng)順利，加速靈敏，感覺(jué)提速有后勁，各工況過(guò)渡銜接順暢，恢復(fù)到了原有的狀態(tài)。

4 總結(jié)[3]

配氣機(jī)構(gòu)性能對(duì)柴油機(jī)有嚴(yán)重影響。如果氣門(mén)開(kāi)度不夠或開(kāi)閉不及時(shí),則會(huì)出現(xiàn)排氣不完全，進(jìn)氣不足的情況。這些與氣門(mén)間隙的大小直接相關(guān)。

如果氣門(mén)間隙過(guò)大, 傳動(dòng)部件之間會(huì)有沖擊聲,柴油機(jī)氣門(mén)間隙過(guò)大，導(dǎo)致氣門(mén)開(kāi)晚關(guān)早,進(jìn)氣不足,影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。

如果氣門(mén)間隙過(guò)小，當(dāng)柴油機(jī)溫度升高時(shí)，會(huì)造成氣門(mén)封閉不嚴(yán)，嚴(yán)重情況下還會(huì)造成氣門(mén)與氣門(mén)口密封工作面燒蝕，柴油機(jī)不能啟動(dòng)。

上述所有情況都會(huì)嚴(yán)重降低發(fā)動(dòng)機(jī)的功率,甚至柴油機(jī)無(wú)法啟動(dòng)。因此，柴油機(jī)氣門(mén)必須留有間隙，以防止金屬工件在柴油機(jī)熱態(tài)下因熱膨脹而卡住。氣門(mén)間隙不能太大或太小。定時(shí)檢查和調(diào)整氣門(mén)間隙，使其在制造廠(chǎng)規(guī)定的參數(shù)范圍內(nèi)，對(duì)充分發(fā)揮柴油機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性有重要意義。