淺析汽車發(fā)動機氣門損壞原因及改進措施

姜在啟

摘 要：氣門是發(fā)動機中重要的組成零件之一，其運行的穩(wěn)定性直接關系到發(fā)動機的正常運行。本文主要對汽車發(fā)動機氣門損壞原因及改進措施進行了簡要的分析。

關鍵詞：汽車 發(fā)動機 氣門損壞

1氣門的工作環(huán)境

隨著家用汽車普及速度的加快，車用發(fā)動機的性能受到了越來越多的關注。汽車發(fā)動機的進氣門和排氣門作為發(fā)動機燃燒室的門戶，一直工作在高溫、高壓、強腐蝕環(huán)境中，且不斷地受到劇烈的沖擊磨損以及腐蝕磨損。發(fā)動機進氣門盤部的工作溫度一般為300～500?C，而排氣門需要將燃燒室內(nèi)燃燒后的高溫廢氣及時排出，此時的工作溫度較高，可達600～800?C。特別是在配氣機構完成一次循環(huán)后，燃燒室開始往外排出廢氣，此時排氣門的開口相對較小，而燃燒室內(nèi)又具有較高的工作壓力，因此高溫廢氣在高壓下快速通過氣門和座圈之間的微小縫隙，排氣門頭部區(qū)域受到的熱負荷和腐蝕急劇增加。

2氣門的失效形式

氣門的工作狀況是配氣機構中最復雜和最惡劣的，其失效形式可分為氣門頭部變形、氣門盤或氣門桿斷裂、氣門頭部扭曲或燒蝕、氣門彈簧斷裂、氣門密封錐面磨損等。氣門的失效形式比較多，有時候是單獨發(fā)生，也有可能同時發(fā)生。同時引起氣門失效的原因也比較多，這對于企業(yè)想要解決氣門的失效問題增加不少難度。引起發(fā)動機氣門失效的原因多種多樣，一部分是因為氣門本身工作環(huán)境的惡劣和復雜性引起的，另一部分是由于氣門自身在設計或制造過程中存在的疏忽和缺陷導致的；其中一部分的失效可能只是一種原因引起的，有些失效形式就可能由多種原因混合在一起共同造成的。據(jù)相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計，造成發(fā)動機氣門發(fā)生失效的最大原因為機械載荷和熱負荷數(shù)值過大，這類失效原因占氣門全部失效原因中的比例高達33.74%；而氣門加工制造引起的質(zhì)量問題、相關傳動機構不合理以及氣門形狀、尺寸參數(shù)設計疏忽等問題也是導致氣門失效的幾個重要原因，其占氣門全部失效原因中的比例分別為15.72%、10.02%和8.95%；剩余的其他原因約占所有原因中的31.57%，比如氣門配件的裝配問題、燃燒室的密封問題以及用戶操作不合理等。發(fā)動機氣門失效的最常見原因就是過大的機械載荷以及過高的熱負荷，而隨著工作溫度的不斷升高，發(fā)動機氣門頸部處的材料組織和性能會發(fā)生較大的弱化現(xiàn)象，當材料的性能發(fā)生較大退化時，氣門在該部位容易產(chǎn)生應力集中并出現(xiàn)局部剪切疲勞裂紋，易導致氣門提前發(fā)生失效。此外，高溫燃、廢氣對氣門頭部具有較強的腐蝕作用，并會在氣門表面上生成許多麻點和凹坑，嚴重影響氣門對燃燒室的密封效果，然后進一步導致磨損加劇。發(fā)動機的進氣門和排氣門分別控制著其燃燒室的進氣口和排氣口，燃燒室內(nèi)的燃氣燃燒后會產(chǎn)生很高的溫度，且經(jīng)常會在燃燒室內(nèi)殘留有硫釩鈉以及許多細小的塵埃等化合物，而通常這些元素所組成的化合物熔點都不高。當發(fā)動機的氣門盤部工作溫度大于這類化合物的熔點時，其氧化物、釩化物以及硫化物經(jīng)過融熔后就會依附在氣門的盤錐表面上，這非常容易引起氣門發(fā)生燒損、扭曲以及氣門的疲勞斷裂現(xiàn)象。與此同時，氣門還受到很大的外部應力作用，因此選擇的氣門材料一定要具備較高的高溫強度、抗腐蝕性能以及高溫硬度，以防止材料出現(xiàn)蠕變現(xiàn)象。發(fā)動機氣門的失效主要包括有以下幾個方面：桿部斷裂，即氣門桿部端面或氣門頸部的過渡區(qū)域出現(xiàn)疲勞裂紋的現(xiàn)象；盤部斷裂，即氣門盤部表面出現(xiàn)裂紋或在某一方向上發(fā)生斷裂的現(xiàn)象；還有就是氣門的龜裂現(xiàn)象等。發(fā)動機的氣門遭受破壞性斷裂的原因有很多，比如說氣門材料的強度較低、設計氣門時材料的選擇和應用不合適、零件加工制造出現(xiàn)誤差、設備安裝或裝配不當以及用戶使用不規(guī)范等。

3汽車發(fā)動機氣門改進措施

3.1氣門頸、桿、桿槽改進措施

合理的對氣門座和導管的位置進行調(diào)整，這是預防彎曲應力產(chǎn)生的有效手段，同時也會使汽車氣門頸部及桿部交接處的應力集中系數(shù)相應的降低；為了使氣門頸、桿處的直徑差實現(xiàn)減小的目標，技術人員可以通過加大氣門頸部與氣門桿過渡圓角R數(shù)值的方法達到上述效果，而為了增強氣門圓弧表面的光滑度，可以應用螺旋磨削或者是切入式磨削的辦法；對于汽車氣門桿部對焊焊接處這易發(fā)生折斷的位置，要對其整體的彎曲度進行測試，利用的設備為超聲波探傷儀器，及時的將摩擦焊接不良品剔除，降低焊縫出折斷現(xiàn)象發(fā)生的頻率；而對氣門鎖夾槽處折斷的改進措施相對是簡易的，用R槽取代矩形鎖夾槽即可，或者是加大矩形槽根部的過渡圓角。

3.2氣門彈簧改進措施

汽車制造行業(yè)應該明確要求氣門彈簧原料供應商把每卷鋼絲的缺陷點數(shù)量真實的標注于外標簽上；在對鋼絲進行使用之前，將相關的自動鑒別設備安置于卷簧器械前端，此時缺陷的部位準確的被識別，技術操縱人員對對開展剪除的工作環(huán)節(jié)；增加磁粉探傷檢驗技術人員的數(shù)量，以避免漏檢現(xiàn)象發(fā)生的幾率。

4結語

隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，現(xiàn)在對發(fā)動機的要求越來越高，朝著高轉(zhuǎn)速、大功率以及低能耗等發(fā)展方向發(fā)展。當氣門表面受到較高的熱應力或機械應力作用時，容易引起發(fā)動機的氣缸蓋和座圈發(fā)生嚴重變形。而當發(fā)動機中這些配合部位的公差配合不匹配或潤滑不夠時，這就會引起氣門桿部發(fā)生劃傷或咬合現(xiàn)象，此外，設備的超載或超速、氣門間隙調(diào)整不到位、沉積物黏附太多、燃廢氣的腐蝕以及沖擊磨損等都可能導致氣門提前失效，進而影響發(fā)動機的質(zhì)量。因此需要結合實際情況，不斷的對發(fā)動機氣門進行改進，提升發(fā)動機的運行質(zhì)量。

參考文獻

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