柴油機(jī)氣門(mén)間隙調(diào)整控制方法研究

郭宏恩 常亞洲 唐海兵

摘 ?要：通過(guò)研究柴油機(jī)氣門(mén)傳動(dòng)件及相關(guān)件對(duì)氣門(mén)間隙的影響，提出制定氣門(mén)間隙調(diào)整控制的方法并制定統(tǒng)一了氣門(mén)間隙檢測(cè)方法。結(jié)果表明出廠狀況下裝配車間調(diào)整的氣門(mén)間隙優(yōu)于試驗(yàn)車間調(diào)整的氣門(mén)間隙，為試驗(yàn)車間免調(diào)整氣門(mén)間隙奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī);氣門(mén)傳動(dòng)件;氣門(mén)間隙;控制方法

中圖分類號(hào)：TK427 ???????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ???????文章編號(hào)：2096-6903（2019）05-0000-00

0引言

氣門(mén)間隙是柴油機(jī)的一個(gè)重要工藝參數(shù)。氣門(mén)間隙出現(xiàn)異常時(shí)，不僅影響柴油機(jī)性能還會(huì)產(chǎn)生異常響聲致使柴油機(jī)冒煙。當(dāng)氣門(mén)間隙過(guò)大時(shí)，進(jìn)、排氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)間短，進(jìn)、排氣不充分，柴油機(jī)性能惡化，功率下降，燃油消化率增加，冒黑煙導(dǎo)致排放不達(dá)標(biāo)。同時(shí)，搖臂與氣門(mén)的撞擊聲增大，接觸面磨損加劇。當(dāng)氣門(mén)間隙過(guò)小時(shí)，氣門(mén)密封不嚴(yán)，產(chǎn)生漏氣且漏氣聲音較大，柴油機(jī)性能同樣惡化，此外還會(huì)燒損氣門(mén)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成氣門(mén)與活塞撞擊。因此，氣門(mén)間隙控制是柴油機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)重要環(huán)節(jié)。生產(chǎn)過(guò)程中，氣門(mén)間隙的影響因素較多，為了使出廠狀況下裝配車間調(diào)整氣門(mén)間隙的合格率不小于試驗(yàn)車間調(diào)整氣門(mén)間隙的合格率，需要從氣門(mén)傳動(dòng)件的結(jié)構(gòu)、加工情況、清潔度及氣門(mén)間隙調(diào)整控制方法等方面予以考慮、改進(jìn)。

1氣門(mén)傳動(dòng)件結(jié)構(gòu)分析與改進(jìn)

1.1氣門(mén)傳動(dòng)件結(jié)構(gòu)分析

氣門(mén)傳動(dòng)件由凸輪軸、挺柱、推桿、調(diào)整螺釘、搖臂、氣門(mén)頂帽、氣門(mén)等零件組成見(jiàn)圖1。

1—凸輪軸，2—挺柱，3—推桿，4—調(diào)整螺釘，5—鎖緊螺母，6—搖臂，7—?dú)忾T(mén)頂帽（本圖沒(méi)有，僅指出位置），8—?dú)忾T(mén)

柴油機(jī)工作過(guò)程中，曲軸齒輪通過(guò)惰齒輪帶動(dòng)凸輪軸齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪軸跟著轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)挺柱底面通過(guò)凸輪軸上的基圓與凸輪接觸后，挺柱在機(jī)體的孔內(nèi)上移，推桿隨之上移，上頂調(diào)整螺釘使搖臂繞著搖臂軸擺動(dòng)，搖臂頭下壓氣門(mén)頂帽使氣門(mén)克服氣門(mén)彈簧的彈力向下運(yùn)動(dòng)，氣門(mén)打開(kāi)。當(dāng)挺柱通過(guò)凸輪的桃尖后，挺柱所受向上的力量減小，氣門(mén)在氣門(mén)彈簧的彈力作用下上移復(fù)位，搖臂反向擺動(dòng)，此時(shí)推桿、挺柱開(kāi)始下移，直至挺柱落在凸輪軸的基圓上。挺柱通過(guò)基圓后開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)。

1.2氣門(mén)傳動(dòng)件對(duì)氣門(mén)間隙的影響

1.2.1凸輪軸

凸輪軸是氣門(mén)傳動(dòng)件的動(dòng)力源。凸輪軸軸頸支撐在機(jī)體的凸輪軸孔上，凸輪用于使挺柱上下移動(dòng)。軸頸和凸輪的硬度要高，粗糙度要低，否則磨損加劇，氣門(mén)間隙變大。

1.2.2挺柱

挺柱安裝在機(jī)體的挺柱孔內(nèi)，底面支撐在凸輪軸上，可以上下運(yùn)動(dòng)，上邊的球窩用于支撐推桿的球頭，使推桿上下運(yùn)動(dòng)。

挺柱球窩一般設(shè)計(jì)為球形，為了增大與推桿球頭的接觸面積，將挺柱球窩的底部加工一個(gè)小孔，見(jiàn)圖2，使其與推桿球頭的接觸變?yōu)榫€接觸。小孔起收集雜質(zhì)的作用，避免雜質(zhì)擠壓在推桿與挺柱的接觸面上，造成氣門(mén)間隙變化。

目前流行的挺柱球窩結(jié)構(gòu)是偏心圓，如圖3所示，球窩與推桿球頭的接觸部位上移，增大線接觸的長(zhǎng)度，減小單位面積的壓力，從而減小磨損，減小氣門(mén)間隙的變化速度。該結(jié)構(gòu)可以取消球窩底部的小孔。

球窩的粗糙度越小越好。冷機(jī)鑄鐵材質(zhì)挺柱球窩粗糙度一般為Ra1.6且難以降低，合金鋼材質(zhì)挺柱球窩粗糙度可以達(dá)到Ra0.4，但價(jià)格昂貴。

挺柱球窩表面的硬度及底面的硬度設(shè)計(jì)應(yīng)盡量大，否則磨損加速，氣門(mén)間隙變化大。

1.2.3推桿

推桿用于把挺柱向上的作用力傳遞給搖臂上的調(diào)整螺釘。推桿下端球頭安裝在挺柱的球窩內(nèi)，上端球窩與調(diào)整螺釘?shù)那蝾^接觸。推桿下端球頭和上端球窩表面的硬度、粗糙度對(duì)氣門(mén)間隙都有影響，硬度低或粗糙度大時(shí)，磨損快，氣門(mén)間隙增大。因此球頭、球窩表面硬度設(shè)計(jì)越大越好，粗糙度設(shè)計(jì)越小越好。

推桿球窩一般設(shè)計(jì)為球面，如圖4所示。目前，球窩結(jié)構(gòu)也傾向于設(shè)計(jì)成偏心圓，如圖5所示，球窩與調(diào)整螺釘球頭的接觸部位上移，增大線接觸的長(zhǎng)度，減小單位面積的壓力，以此來(lái)減小磨損，減小氣門(mén)間隙的變化速度。

1.2.4調(diào)整螺釘

調(diào)整螺釘球頭硬度是影響氣門(mén)間隙的一個(gè)重要參數(shù)，當(dāng)硬度低時(shí)，磨損快，氣門(mén)間隙變大。因此，球頭硬度設(shè)計(jì)應(yīng)越高越好。此外，調(diào)整螺釘球頭的粗糙度對(duì)氣門(mén)間隙影響也較大。當(dāng)球頭粗糙度大時(shí)，磨損加速，氣門(mén)間隙容易變大，因此球頭粗糙度設(shè)計(jì)應(yīng)越小越好。以前推桿球窩結(jié)構(gòu)為球形，為了增大調(diào)整螺釘球頭與球窩的接觸面積，應(yīng)將調(diào)整螺釘球頭的底部加工成一個(gè)平面使其接觸變?yōu)榫€接觸，如圖6所示。當(dāng)與偏心結(jié)構(gòu)球窩的推桿配套使用時(shí)，調(diào)整螺釘?shù)那蝾^可以不加工平面。

1.2.5搖臂

搖臂上鎖緊螺母的貼合面與調(diào)整螺釘孔軸線的垂直度是影響氣門(mén)間隙的一個(gè)重要參數(shù)，當(dāng)垂直度過(guò)大時(shí)，在緊固鎖緊螺母過(guò)程中，會(huì)造成鎖緊螺母與調(diào)整螺釘卡滯，調(diào)整螺釘跟轉(zhuǎn)，氣門(mén)間隙難以調(diào)整合格。此外，當(dāng)垂直度過(guò)大時(shí)鎖緊螺母緊固后與搖臂的貼合面積減小，防松作用差，工作過(guò)程中容易松動(dòng)，導(dǎo)致氣門(mén)間隙變化。因此垂直度設(shè)計(jì)以不大于0.12為宜。需要注意的是搖臂上鎖緊螺母貼合面的粗糙度不可過(guò)大，也不可過(guò)小。過(guò)大則容易變形，導(dǎo)致鎖緊螺母松動(dòng)，過(guò)小則表面太光，也容易松動(dòng)。搖臂上鎖緊螺母貼合面的設(shè)計(jì)粗糙度以Ra3.2為宜。

1.2.6鎖緊螺母

鎖緊螺母用于固定調(diào)整螺釘位置，使氣門(mén)間隙不能隨意變化。

鎖緊螺母的端面相對(duì)螺孔軸線的跳動(dòng)是影響氣門(mén)間隙的又一個(gè)重要參數(shù)，其影響情況與搖臂垂直度對(duì)氣門(mén)間隙的影響情況相同。螺母端面跳動(dòng)以不大于0.12為宜。標(biāo)準(zhǔn)件達(dá)不到此要求，因此需要設(shè)計(jì)專用件。

1.2.7氣門(mén)頂帽

有的柴油機(jī)有氣門(mén)頂帽，有的沒(méi)有。氣門(mén)頂帽硬度高，套在氣門(mén)桿上與搖臂接觸，把搖臂的壓力傳遞給氣門(mén)，其作用在于減小氣門(mén)桿頂部磨損。氣門(mén)頂帽內(nèi)孔底面對(duì)頂面的平行度對(duì)氣門(mén)間隙有影響，平行度差柴油機(jī)工作中氣門(mén)間隙會(huì)變化。當(dāng)氣門(mén)頂帽清潔度差時(shí)，氣門(mén)間隙也會(huì)變化。取消氣門(mén)頂帽會(huì)避免上述影響。

1.2.8氣門(mén)

氣門(mén)桿頂部與搖臂接觸，由搖臂控制其開(kāi)閉。搖臂與氣門(mén)桿頂面產(chǎn)生沖擊與摩擦，氣門(mén)桿頂面硬度要高，否則磨損加快，氣門(mén)間隙變大。有氣門(mén)頂帽時(shí)，氣門(mén)桿頂面硬度達(dá)到調(diào)質(zhì)硬度即可。此外氣門(mén)盤(pán)錐面耐磨性要好，排氣門(mén)還要耐高溫，否則氣門(mén)嚴(yán)重磨損，氣門(mén)間隙變小，直至沒(méi)有氣門(mén)間隙產(chǎn)生漏氣。

1.3氣門(mén)傳動(dòng)件相關(guān)件對(duì)氣門(mén)間隙的影響

1.3.1氣門(mén)座圈

氣缸蓋上所裝氣門(mén)座圈與氣門(mén)配合且對(duì)氣缸起密封作用。氣門(mén)座圈耐磨性要好，否則會(huì)造成氣門(mén)間隙變小直至消失。沒(méi)有氣門(mén)間隙時(shí)氣門(mén)會(huì)產(chǎn)生漏氣。

1.3.2機(jī)體

機(jī)體用于支撐凸輪軸，對(duì)挺柱起導(dǎo)向作用。機(jī)體上的挺柱孔與挺柱存在一定間隙，其孔徑一般用氣動(dòng)量?jī)x檢測(cè)，正常情況下不會(huì)超標(biāo)。圓柱度用氣動(dòng)量?jī)x不能判斷可能超差，因此會(huì)導(dǎo)致挺柱卡滯，調(diào)整氣門(mén)間隙時(shí)挺柱不能下落到凸輪軸上，影響氣門(mén)間隙調(diào)整的準(zhǔn)確性。

2清潔度對(duì)氣門(mén)間隙的影響

氣門(mén)傳動(dòng)件清潔度差時(shí)柴油機(jī)在工作過(guò)程中，零件表面的雜質(zhì)進(jìn)入機(jī)油中會(huì)造成氣門(mén)間隙的增大。

3零件改進(jìn)及整改

3.1搖臂

搖臂上鎖緊螺母貼合面與螺孔軸線的垂直度由原設(shè)計(jì)0.20改為0.12。供貨廠家改進(jìn)了生產(chǎn)用夾具，使搖臂垂直度達(dá)到了改進(jìn)要求。

3.2鎖緊螺母

原設(shè)計(jì)鎖緊螺母為標(biāo)準(zhǔn)件，端面相對(duì)螺孔軸線的跳動(dòng)為0.21。我們將其改為專用件，端面相對(duì)螺孔軸線的跳動(dòng)改為0.12。我公司供貨廠家要求其鎖緊螺母供貨廠家進(jìn)行整改，螺母端面相對(duì)螺孔軸線的跳動(dòng)也達(dá)到了改進(jìn)要求。

3.3其他零件

在目前工藝水平下對(duì)挺柱、推桿、調(diào)整螺釘?shù)攘慵蚋C、球頭的粗糙度、硬度等進(jìn)行了必要的改進(jìn)。

4清潔度控制

我公司要求供貨廠家完善清洗設(shè)備及清洗工藝，使氣門(mén)傳動(dòng)件達(dá)到了免清洗要求。

5氣門(mén)間隙調(diào)整控制方法

5.1塑料錘敲擊調(diào)整螺釘控制方法

柴油機(jī)裝配過(guò)程中，按照要求調(diào)整合格的氣門(mén)間隙，在試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)有些氣門(mén)間隙增大。裝配過(guò)程中調(diào)整氣門(mén)間隙后，旋轉(zhuǎn)兩圈曲軸，檢測(cè)氣門(mén)間隙，確實(shí)有氣門(mén)間隙增大現(xiàn)象。調(diào)整后繼續(xù)旋轉(zhuǎn)曲軸，仍然有氣門(mén)間隙增大現(xiàn)象。直到旋轉(zhuǎn)3次曲軸后，氣門(mén)間隙才基本上穩(wěn)定。原因在于機(jī)體上挺柱孔圓柱度不合格，剛開(kāi)始調(diào)整氣門(mén)間隙時(shí)，挺柱卡滯在機(jī)體孔內(nèi)，沒(méi)有下落到凸輪軸上。旋轉(zhuǎn)曲軸后，挺柱又卡在靠下的位置，檢測(cè)氣門(mén)間隙時(shí)就增大了。這樣一次次旋轉(zhuǎn)曲軸，氣門(mén)間隙會(huì)一次次逐漸減小，直到不變。

為了保證一次調(diào)整好氣門(mén)間隙，在調(diào)整前，可以用塑料錘敲擊調(diào)整螺釘頂面，通過(guò)推桿傳遞使挺柱下落到凸輪軸上，這時(shí)調(diào)整氣門(mén)間隙后不會(huì)變化。

5.2盤(pán)車單元旋轉(zhuǎn)曲軸法

現(xiàn)在，一些先進(jìn)的柴油機(jī)裝配線都設(shè)置了盤(pán)車單元，調(diào)整氣門(mén)間隙時(shí)，采用盤(pán)車單元旋轉(zhuǎn)曲軸，速度快，操作工還省力。

為了消除零件清潔度、毛刺以及挺柱不能自由下落到凸輪軸上等問(wèn)題，可以利用盤(pán)車單元預(yù)先旋轉(zhuǎn)曲軸幾圈，再調(diào)整氣門(mén)間隙這樣調(diào)整的氣門(mén)間隙基本上不會(huì)變化。

6氣門(mén)間隙檢測(cè)方法

裝配車間調(diào)整氣門(mén)間隙后，試驗(yàn)車間經(jīng)過(guò)冷磨，氣門(mén)間隙會(huì)發(fā)生變化因此需要試驗(yàn)工再次調(diào)整。經(jīng)過(guò)零件改進(jìn)、整改、控制等相關(guān)措施后，要求試驗(yàn)車間檢測(cè)兩次裝配車間調(diào)整的柴油機(jī)氣門(mén)間隙冷磨后的情況。結(jié)果顯示每次都是一個(gè)班組檢測(cè)的合格率高，另外兩個(gè)班組檢測(cè)的合格率低，且相差懸殊。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)下列問(wèn)題：1）判斷標(biāo)準(zhǔn)不一致。兩次都規(guī)定氣門(mén)間隙標(biāo)準(zhǔn)是進(jìn)氣門(mén)間隙0.3-0.4、排氣門(mén)間隙0.4-0.5，而有的試驗(yàn)工卻是按照試驗(yàn)工藝要求進(jìn)行判斷，試驗(yàn)工藝規(guī)定進(jìn)氣門(mén)間隙0.3-0.35、排氣門(mén)間隙0.4-0.45，兩者不一致。2）是檢測(cè)方法不統(tǒng)一。每個(gè)試驗(yàn)工都是按照自己的感覺(jué)進(jìn)行判斷，有的用力大，有的用力小，從而造成測(cè)量結(jié)果不一致。

為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，使氣門(mén)間隙的調(diào)整、判斷具有一致性，制定出氣門(mén)間隙檢測(cè)方法：先用下限值塞尺（進(jìn)氣門(mén)采用0.3塞尺，排氣門(mén)采用0.4塞尺）檢測(cè)，在檢測(cè)過(guò)程中遇到下限值塞尺不用力就不能塞入的情況，說(shuō)明氣門(mén)間隙小了。若稍微用力即進(jìn)入，拉動(dòng)塞尺有很小的阻力，說(shuō)明氣門(mén)間隙等于下限值，是合格的。若下限值塞尺能夠輕松塞入說(shuō)明氣門(mén)間隙大于下限值，這時(shí)，再采用上限值塞尺（進(jìn)氣門(mén)采用0.4塞尺，排氣門(mén)采用0.5塞尺）檢測(cè)，不用力塞尺就不能進(jìn)入，說(shuō)明氣門(mén)間隙小于上限值，若稍微用力即進(jìn)入，拉動(dòng)塞尺有很小的阻力說(shuō)明氣門(mén)間隙等于上限值。這兩種情況氣門(mén)間隙都是合格的。若上限值塞尺能夠輕松進(jìn)入，說(shuō)明氣門(mén)間隙大了。

7氣門(mén)間隙對(duì)比驗(yàn)證

我們要求裝配車間調(diào)整氣門(mén)間隙的柴油機(jī)在試驗(yàn)過(guò)程中不調(diào)整氣門(mén)間隙，在試驗(yàn)后冷車時(shí)檢測(cè)氣門(mén)間隙以此計(jì)算出合格率，然后與試驗(yàn)車間調(diào)整氣門(mén)間隙的柴油機(jī)在試驗(yàn)后冷車時(shí)檢測(cè)的氣門(mén)間隙合格率進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明：裝配車間調(diào)整氣門(mén)間隙的柴油機(jī)試驗(yàn)后冷車的合格率更高。

8結(jié)論

通過(guò)對(duì)搖臂和鎖緊螺母等零件進(jìn)行改進(jìn)，研究制定氣門(mén)間隙調(diào)整控制方法。對(duì)氣門(mén)傳動(dòng)件清潔度進(jìn)行控制，制定統(tǒng)一的氣門(mén)間隙檢測(cè)方法。研究發(fā)現(xiàn)裝配車間調(diào)整柴油機(jī)的氣門(mén)間隙優(yōu)于試驗(yàn)車間調(diào)整的氣門(mén)間隙，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)為試驗(yàn)車間免調(diào)整氣門(mén)間隙奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]鎮(zhèn)江農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)院編.內(nèi)燃機(jī)構(gòu)造[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1984：67.

[2]楊連生，主編.內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1984：464.

[3]楊連生，主編.內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1984：467.

收稿日期：2019-05-28

作者簡(jiǎn)介：郭宏恩（1964—），男，河南偃師人，本科，高級(jí)工程師，主要從事內(nèi)燃機(jī)制造工作。

Study and Develop the Control Method of Valve Gap Adjustment

GUO Hong-en，CHANG Ya-zhou，TANG Hai-bing

（Yituo （Luoyang） Diesel Engine Co.， Ltd..，Luoyang ?Henan ?471004）

Abstract：Analysis and study on the influence of Valve transfer and related parts on valve gap of diesel engine，improve and rectify rocker arm， lock nut and other parts，study and formulate valve clearance adjustment control method，control the locking nut torque，develop uniform valve clearance detection method，the valve clearance adjusted in the assembly shop is better than that adjusted in the test shop，it lays a foundation for the test workshop to avoid adjusting valve clearance.

Key words：diesel engine;valve transmission parts;valve clearance;control method