浅析汽车发动机气门损坏原因及改进措施

姜在启

摘 要：气门是发动机中重要的组成零件之一，其运行的稳定性直接关系到发动机的正常运行。本文主要对汽车发动机气门损坏原因及改进措施进行了简要的分析。

关键词：汽车 发动机 气门损坏

1气门的工作环境

随着家用汽车普及速度的加快，车用发动机的性能受到了越来越多的关注。汽车发动机的进气门和排气门作为发动机燃烧室的门户，一直工作在高温、高压、强腐蚀环境中，且不断地受到剧烈的冲击磨损以及腐蚀磨损。发动机进气门盘部的工作温度一般为300～500?C，而排气门需要将燃烧室内燃烧后的高温废气及时排出，此时的工作温度较高，可达600～800?C。特别是在配气机构完成一次循环后，燃烧室开始往外排出废气，此时排气门的开口相对较小，而燃烧室内又具有较高的工作压力，因此高温废气在高压下快速通过气门和座圈之间的微小缝隙，排气门头部区域受到的热负荷和腐蚀急剧增加。

2气门的失效形式

气门的工作状况是配气机构中最复杂和最恶劣的，其失效形式可分为气门头部变形、气门盘或气门杆断裂、气门头部扭曲或烧蚀、气门弹簧断裂、气门密封锥面磨损等。气门的失效形式比较多，有时候是单独发生，也有可能同时发生。同时引起气门失效的原因也比较多，这对于企业想要解决气门的失效问题增加不少难度。引起发动机气门失效的原因多种多样，一部分是因为气门本身工作环境的恶劣和复杂性引起的，另一部分是由于气门自身在设计或制造过程中存在的疏忽和缺陷导致的；其中一部分的失效可能只是一种原因引起的，有些失效形式就可能由多种原因混合在一起共同造成的。据相关数据统计，造成发动机气门发生失效的最大原因为机械载荷和热负荷数值過大，这类失效原因占气门全部失效原因中的比例高达33.74%；而气门加工制造引起的质量问题、相关传动机构不合理以及气门形状、尺寸参数设计疏忽等问题也是导致气门失效的几个重要原因，其占气门全部失效原因中的比例分别为15.72%、10.02%和8.95%；剩余的其他原因约占所有原因中的31.57%，比如气门配件的装配问题、燃烧室的密封问题以及用户操作不合理等。发动机气门失效的最常见原因就是过大的机械载荷以及过高的热负荷，而随着工作温度的不断升高，发动机气门颈部处的材料组织和性能会发生较大的弱化现象，当材料的性能发生较大退化时，气门在该部位容易产生应力集中并出现局部剪切疲劳裂纹，易导致气门提前发生失效。此外，高温燃、废气对气门头部具有较强的腐蚀作用，并会在气门表面上生成许多麻点和凹坑，严重影响气门对燃烧室的密封效果，然后进一步导致磨损加剧。发动机的进气门和排气门分别控制着其燃烧室的进气口和排气口，燃烧室内的燃气燃烧后会产生很高的温度，且经常会在燃烧室内残留有硫钒钠以及许多细小的尘埃等化合物，而通常这些元素所组成的化合物熔点都不高。当发动机的气门盘部工作温度大于这类化合物的熔点时，其氧化物、钒化物以及硫化物经过融熔后就会依附在气门的盘锥表面上，这非常容易引起气门发生烧损、扭曲以及气门的疲劳断裂现象。与此同时，气门还受到很大的外部应力作用，因此选择的气门材料一定要具备较高的高温强度、抗腐蚀性能以及高温硬度，以防止材料出现蠕变现象。发动机气门的失效主要包括有以下几个方面：杆部断裂，即气门杆部端面或气门颈部的过渡区域出现疲劳裂纹的现象；盘部断裂，即气门盘部表面出现裂纹或在某一方向上发生断裂的现象；还有就是气门的龟裂现象等。发动机的气门遭受破坏性断裂的原因有很多，比如说气门材料的强度较低、设计气门时材料的选择和应用不合适、零件加工制造出现误差、设备安装或装配不当以及用户使用不规范等。

3汽车发动机气门改进措施

3.1气门颈、杆、杆槽改进措施

合理的对气门座和导管的位置进行调整，这是预防弯曲应力产生的有效手段，同时也会使汽车气门颈部及杆部交接处的应力集中系数相应的降低；为了使气门颈、杆处的直径差实现减小的目标，技术人员可以通过加大气门颈部与气门杆过渡圆角R数值的方法达到上述效果，而为了增强气门圆弧表面的光滑度，可以应用螺旋磨削或者是切入式磨削的办法；对于汽车气门杆部对焊焊接处这易发生折断的位置，要对其整体的弯曲度进行测试，利用的设备为超声波探伤仪器，及时的将摩擦焊接不良品剔除，降低焊缝出折断现象发生的频率；而对气门锁夹槽处折断的改进措施相对是简易的，用R槽取代矩形锁夹槽即可，或者是加大矩形槽根部的过渡圆角。

3.2气门弹簧改进措施

汽车制造行业应该明确要求气门弹簧原料供应商把每卷钢丝的缺陷点数量真实的标注于外标签上；在对钢丝进行使用之前，将相关的自动鉴别设备安置于卷簧器械前端，此时缺陷的部位准确的被识别，技术操纵人员对对开展剪除的工作环节；增加磁粉探伤检验技术人员的数量，以避免漏检现象发生的几率。

4结语

随着现代工业的飞速发展，现在对发动机的要求越来越高，朝着高转速、大功率以及低能耗等发展方向发展。当气门表面受到较高的热应力或机械应力作用时，容易引起发动机的气缸盖和座圈发生严重变形。而当发动机中这些配合部位的公差配合不匹配或润滑不够时，这就会引起气门杆部发生划伤或咬合现象，此外，设备的超载或超速、气门间隙调整不到位、沉积物黏附太多、燃废气的腐蚀以及冲击磨损等都可能导致气门提前失效，进而影响发动机的质量。因此需要结合实际情况，不断的对发动机气门进行改进，提升发动机的运行质量。

参考文献

[1] 周亦人，邱小林，郭志强.基于深度学习理论的发动机气门机构故障识别[J].制造业自动化，2017，39（11）：89-93.

[2] 夏勇，张振仁，商斌梁，薛模根，郭明芳.基于小波分析与气缸压力的气门故障诊断[J].内燃机工程，2001（01）：23-27+31.

[3] 沈寿林，郑海起，谷德桥，彭顺堂.基于小波分析的发动机气门漏气故障诊断研究[J].机械科学与技术，2001（01）：113-114+3.