探究气门间隙大小对柴油机运行的影响

2022-03-08南阳农业职业学院王恒刘玉谦张闯闯

河北农机 2022年2期

关键词：进气门配气气门

南阳农业职业学院王恒刘玉谦张闯闯

前言

柴油机工作一段时间后，由于工作中的振动及配气机构零件的自然磨损，一些重要参数会因磨损、松动、变形而发生变化。农机实训室有一台江苏750P 拖拉机用于教学，以此为例，探究气门间隙大小对柴油机工作性能影响，掌握气门间隙的调整方法。

1 理论分析[1]

1.1 配气机构概述

配气机构是控制发动机进气和排气的装置，它是除了曲柄连杆机构之外的另一个主要机构。由气门组零件和气门驱动组零件组成。

气门组主要由气门口（座圈）、气门、导管、油封、弹簧、弹簧座、锁片（豆瓣销）等组成，驱动组主要由凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂轴、摇臂和气门间隙调整螺钉等组成。典型的配气机构的结构如图1 所示。

图1 典型的配气机构的结构

1.2 配气定时

发动机的换气控制通过气门实现，气门打开和关闭时间根据曲轴转动角度以度(°)表示。由于每冲程需要180°曲轴转角度，因此四冲程循环为720°曲轴角度。

为了使发动机充分进气和排气，改善发动机的气体交换过程，适当早开晚关气门，从而延长进、排气时间。因此，进气门和排气门开启过程的曲轴转角大于180°。

进气门和排气门的打开和关闭时间以曲轴转动角度表示称为气门正时，也叫配气定时。它通常用环形图表示，称为配气相位图,如图2 所示。

图2 配气相位图

进气门在TDC 之前早开，目的是为了确保进气门在进气冲程开始时已完全打开，在进气冲程的BDC 之后，活塞再次上升,进气才关闭（晚关）。新鲜气体可以尽可能多的加注到气缸中。

排气门在BDC 之前开始打开，此时做功冲程接近终了，气缸内残余0.3～0.5 MPa 的压力,工作效果不大,但利用该压力，能让废气尽快排出，直到上行越过TDC才关闭。减轻了活塞上行时的气体阻力，并可以早点释放高温废气，有利于发动机运行。

由于进气门提前打开，排气门推迟关闭，气提前角和排气迟后角之和（α＋δ），称为气门重叠角。气门适当叠开可以让新鲜气体填充真空,并有助于排出废气。

1.3 气门间隙

如图3 所示，当凸轮轴凸轮的圆柱面(基圆)接触挺杆时，气门关闭。如果此时凸轮基圆与气门之间没有间隙,则在冷态时气门可以关闭严密,但当发动机起动后温度升高,气门及传动件加热，膨胀和伸出时,气门会被推开,气门不会关闭严密。因此,凸轮基圆表面和气门杆端面之间应留有供机械零件热膨胀的间隙,以确保气门紧密关闭,该间隙称为气门间隙,如图3 中Δ 所示。气门间隙的可以用塞尺测量。

图3 气门间隙Δ 及其调整装置

2 调整气门间隙所需的技能知识[4]

2.1 调整气门间隙之前需要达到的四点明确

调整气门间隙虽然使用工具比较简单，一般只需要一把拧锁紧螺母的扳手，一把“一字型”螺丝刀，一把塞尺。操作时看上去简单，劳动强度也不大。但是要做好这项工作，一是要明确进气门和排气门；二是要明确知道该发动机的点火顺序；三是要明确找到发动机第1缸的压缩上止点位置；四是要明确可调气门。

下面以这台江苏750P 拖拉机的四缸柴油发动机为例，对达到以上四点的方法进行说明。

2.1.1 明确进气门和排气门的方法

（1）可以通过查阅厂家配套维修保养资料确认。

（2）打开气门室罩，对照实物观察，进气歧管对应的是进气道和进气门，排气歧管对应的是排气道和排气门。

（3）转动曲轴观察气门，根据叠开时的动作确认，先动的是排气门，接着动的是进气门。

2.1.2 明确发动机的点火顺序的方法

直列四缸发动机都可以有两种点火顺序，怎样明确该发动机是哪一种工作顺序，有三种方法。

（1）可以通过查阅厂家配套维修保养资料确认。

（2）在1 缸压缩上止点时，继续转动曲轴观察2、3缸排气门动作，如果2 缸排气门点头，那么点火顺序就是1-3-4-2，如果是3 缸排气门点头，那么点火顺序就是1-2-4-3。

（3）拆下柴油泵上的高压油管，转动曲轴，看油泵的喷油顺序即是该发动机点火顺序。

2.1.3 明确第1 气缸压缩的上止点的方法

（1）第1 缸点火判断法

柴油机第1 缸出油阀油面波动判断法：找到柴油泵上的高压油管，拆下第1 缸高压油管出油阀一端，露出出油阀接口。松开所有其它缸的高压油管（防止柴油喷入气缸漏进油底壳中以稀释机油），同时打开飞轮壳上的观察孔盖。慢慢转动曲轴，观察第1 缸出油阀油面波动的时刻，即第1 缸处于点火位置，然后继续转动曲轴，使指针与飞轮上0°刻度线对齐。此时表示第1 缸在压缩上止点。

（2）逆推法

打开气门室罩，转动曲轴,观察4 缸排气门还未终了，进气门点头的一瞬间，即是第1 气缸压缩上止点。

（3）对标记法

拆下第1 缸喷油器，用棉球塞住喷油器座孔,然后转动曲轴，当棉球被压缩气体冲出时，对齐发动机上第1 气缸上止点标记。

2.1.4 明确可调气门的方法

（1）当气缸处于压缩上止点时，可以调整气缸的进排气门间隙。此方法适用于逐缸调整。

（2）在调整气门间隙时，由于逐缸调整法效率低，在生产实践中多使用两次调整法，又叫“双、排、不、进”法，关键能快速确定所有气门中的可调气门。从配气机构的结构可以看出：只有当挺柱接触凸轮的基圆时,才能调整气门间隙。因此,根据发动机的配气正时、曲轴上曲拐布置和工作顺序，可以确定气门挺柱是否与凸轮的基圆接触,气门是否可调。

以工作顺序1-3-4-2 的四缸发动机为例：

第一遍：气缸1 位于压缩上止点时,其进排气门都与挺柱和凸轮基圆接触。因此，在气缸1 用一个“双”字,表示同时可以调整进、排两个气门的间隙。

气缸3 处于压缩冲程，但曲轴的曲柄刚离开“进气门关闭”位置，进气门正在恢复气门间隙，且进气门挺柱还未落到凸轮轴的基圆上，因此进气门不可调节,但该缸曲柄远离“排气门开启”和“排气门关闭”的位置,排气门凸轮的基圆与挺柱接触,因此，在气缸3 上用一个“排”字，表示排气门间隙可调。

气缸4 位于排气上止点,进排气门处于重叠开的状态,不可调。因此，在气缸4 上用一个“不”字，表示进排气门都不可调；

气缸2 处于排气冲程,排气门不可调,但曲柄远离“进气门开启”位置,进气门可调。因此，在气缸2 上用一个“进”字，表示进气门间隙可调。

在第一遍调整完之后，转动曲轴一周，把第一遍没调整的气门在第二遍进行调整。所有气门间隙两次调整完毕。

综上所述，当第1 气缸处于压缩上止点时，根据发动机1-3-4-2 的工作顺序，可调气门为：双（1 缸）、排（3 缸）、不(4 缸)、进（2 缸）。

同样，当曲轴继续旋转一周后且第4 气缸处于压缩上止点时，可调气门变成了：不（1 缸）、进（3 缸）、双(4缸)、排（2 缸）。

第1 气缸处在压缩上止点时“双排不进”，第4 缸处在压缩上止点时“不进双排”。

2.2 调整气门间隙的具体操作手法

确定可调气门后，可调整气门间隙，介绍以下两种操作方法。

2.2.1 用塞尺测量

先松开气门间隙调整螺钉的锁紧螺母，选好塞尺厚度（要与所调气门的规定间隙值相同），同时用螺丝刀转动调整螺钉，将塞尺插入气门杆与摇臂之间，直到塞尺能在间隙里有一点阻力并且可以轻微移动，然后握住螺丝刀，拧紧锁紧螺母。

2.2.2 “0.30 半圈半”法

0.30mm 这个数值在气门间隙规定值当中比较常用。在摇臂磨损比较严重的情况下，有的接触工作面甚至被气门杆顶出一个凹陷坑，此时普通塞尺就无法测量使用。或者在缺少塞尺的情况下，“0.30 半圈半”法就比较简单有效。它的意思是根据多次调整气门间隙的经验发现，用螺丝刀在将调整螺钉调到底消除了气门间隙后，再反过来后退半圈的半圈，也就是将螺丝刀往回退90°，此时预留的间隙就是大约0.30mm。

在此基础上，可适当减小或加大螺丝刀旋转度，使其尽可能接近气门间隙的规定值。然后握住螺丝刀，拧紧锁紧螺母。

3 探究气门间隙过大、过小对柴油机的影响

3.1 探究气门间隙过大对柴油机性能的影响。

这台拖拉机搭载的是东方红LR4B3-23 柴油发动机, 通过查阅东方红LR/YT 系列柴油机使用保养说明书，第40 页第2.8 项内容：“东方红系列柴油机的气门排列顺序为：从柴油机前部数，奇数为进气门，偶数为排气门。进气门间隙为0.3～0.4mm，排气门间隙为0.4～0.5mm。”

首先拆下气门室罩，接着拆掉柴油泵上第1 缸高压油管，同时松开其它缸的高压油管螺帽。转动曲轴，注意观察出油阀口油面波动瞬间，然后继续缓慢转动曲轴，使飞轮壳上指针应指向飞轮上的0°刻线时停止转动。这台四缸柴油机做功顺序1-3-4-2，按照“双排不进”方法，可以调整第1 缸的进排气两个气门，第3缸的排气门，第4 缸两个气门此时都不可调，第2 缸调进气门。也就是从柴油机前部数，总共8 个气门，可以调整第1、第2、第3、第6 四个气门间隙。我们将1、3 进气门的间隙设置成0.50mm, 把2、6 排气门间隙设置成0.60mm。设置完以后，再转动曲轴一周，将其余4 个气门间隙都按照最大标准值加大0.1mm 设置。最后装上第一缸高压油管，拧紧其余各缸的高压油管螺帽，装回气门室罩。

启动柴油机，听到柴油机发出清脆，有规律的“哒哒哒哒……”异响声音，频率与发动机转速成正比。高速时感觉发动机提速阻滞，油门有堵的感觉。