康明斯动力（深圳）有限公司

摘要：发动机长期使用后的摩擦、磨损以及安装、调整维修不当等都会导致发动机各部件的配合间隙过大，从而引起柴油发电机组各种故障。在这些柴油发电机组故障中，配气机构故障的比例很大，而气门间隙、气门杆和导管配合间隙异常故障在配气机构故障中占很大比例，因此必须对气门间隙和配合间隙加以重视。

一、气门间隙异常原因分析

1、气门间隙变小

      用户使用过程中气门间隙变小主要发生在电控发动机上。电控发动机由于提速较快，各运动副响应较快，使气门对座圈的冲击加大，因此普通材料的气门及座圈使用性能达不到要求，容易产生磨损。

2、气门间隙变大

      用户对发动机使用一段时间后，气门间隙变大的情况较为常见：

（1）不按规定维护

      康明斯柴油发电机产品使用说明书规定，发动机在每使用1000h后，需要调整一次气门间隙。但实际使用中，很多用户不按说明书规定进行操作，从而造成气门间隙超差。

（2）摇臂铜套与摇臂轴之间的配合磨损

      在2008年，一台发动机试验95h后拆机检测中发现，第2缸排气摇臂和第6缸进气摇臂内孔直径磨损近0.40mm,磨出了一个0.40mm的台阶。衬套磨损后使摇臂上抬会导致摇臂前端放大比例大于2:1以上的抬高，导致气门间隙变大。

（3）配件质量不过关

      挺柱内球形凹坑与推杆下端球头之间的接触表面粗糙度达不到技术规定要求或技术规范要求过低，造成该部位接触异常磨损，使得气门间隙变大。在市场用户使用一段时间后的发动机上，出现过推杆球头异常磨损数毫米的现象。同样的异常磨损还可能发生在推杆球窝和调节螺钉球头之间。以某故障发动机为例，由于该用户使用非康明斯原装零件而造成零件磨损异常的情况下，检测参数如图1所示，同时可从推杆的形貌和材料分析可以得出，推杆球头、球窝表面加工精度较差，对气门间隙的异常偏大存在一定影响。

（4）凸轮轴磨损

      凸轮轴磨损发生在凸轮桃尖部分的现象较为常见（如图2所示），但桃尖磨损不会引起气门间隙变大，只会导致气门升程不足。只有凸轮基圆部分磨损后才会使气门间隙变大。

3、气门配合间隙异常

      气门导管的工作条件与气门的工作条件基本相同，其常见故障如下：

① 内径磨损：

      主要是因为气门与气门导管摩擦频繁的结果。

② 外径过盈量消失：

       气门导管常见的故障是内径磨损，它会使气门杆与导管之间的配合间隙过大，加速气门杆与导管的磨损，对气门散热也造成困难。所以，在柴油发电机组大中修时，必须对气门杆与气门导管的配合间隙进行检验与修理。

（2）气门配合间隙过大的危害

二、气门间隙异常的主要原因

1、气门间隙检查与调整

（1）气门间隙的形成

      气门间隙是指气门处于完全关闭状态下摇臂碰头与气门杆尾部（顶置式）之间的间隙。发动机在冷态时需预留气门间隙3。为保障发动机在高负荷工况时热膨胀状态下气门杆部与摇臂之间仍留有合适的间隙，以确保气门能够正常开启、关闭。气门间隙便于检查和调整，因此在发动机生产和用户使用过程中，可通过查看气门间隙来判断配气机构运行状态。发动机运行一段时间之后，配气机构零件产生磨损或松动，气门间隙发生改变，对柴油机的运行产生影响，因此需要定期检查和调整气门间隙，以保证发动机的正常运行。

      综上所述，气门间隙异常发生变小的情况较少，变大的情况较为常见。根据近期装试现场统计数据分析，排在前3位的变大原因是挺柱球形凹坑内有铁屑异物、装配调整操作不当、摇臂调节螺钉下端球头最大外径处的线接触磨损后掉落导致气门间隙变大。

（2） 气门间隙的检查

      气门间隙的检查和调整是发动机维护、保养和维修中必须进行的一项工作，气门间隙分为冷间隙和热间隙2种。不同材质对气门间隙有一定影响，铸铁缸盖的气门间隙在热态时与冷态时基本一致或热态间隙比冷态略小，而铝合金缸盖的热态间隙比冷态稍大一些。

      发动机冷机状态下测量的气门间隙即为冷间隙，气门间隙绝大多数指冷间隙。气门间隙的检查和调整一般在冷态下进行，调整前应检查各传动零部件状态：挺杆能灵活转动、气门弹簧不能有断裂现象、上座卡簧不能磨损或缺失、横桥上接触面平整光滑、调整螺钉转动灵活等。

（3）气门间隙的调整方法

      气门间隙常规调整方法有逐缸调整法和两次调整法。两种方法除气门调整的次序不同，其他步骤相同，包括：

① 转动曲轴，使所调气门处于完全关闭的状态。

② 旋松锁紧螺母使摇臂与气门杆顶部留有间隙，检查推杆是否在挺柱球窝中心，摇臂调整螺钉是否在推杆球窝里。

③ 按照设计要求，选择合适的塞尺插入气门杆或气门桥端面与摇臂之间（如图3所示），同时旋转调整螺钉，直至拉动塞尺感到稍有阻力后用锁紧螺母锁紧调整螺钉（如图4所示）。

④ 调整完毕后，再用塞尺复查一次，如有变化需要重新调整。

2、气门杆与气门导管配合间隙的检验

      一般而言，为了使气门杆能在导管中自由运动，气门杆与气门导管之间有0.05~0.12mm间隙，位置如图5所示。

（1）测量法

      将气门置于气门导管孔内，使气门顶高出座口10mm左右，并在汽缸体的适当位置安装百分表，使其量头触点抵住气门头的边缘，然后将气门头部沿百分表触点方向往复推动。百分表上测得的摆差的一半，即是气门杆与导管孔间的近似间隙。进气门为0.04~0.08mm，使用极限为0.15mm；排气门为0.05~0.16mm，使用极限为0.22mm。测量示例如图6所示，处理方法如下：

① 如果测量值超出使用极限，则用新的气门重新检查；

② 如果现在的测量值在使用极限内，则重新装配一个新的气门；

③ 如果使用新的气门时测量值仍然超出使用极限，则转至用千分尺测量法。

      用内径千分尺或球形量规测得的气门导管内径，减去用千分尺测得的气门杆外径。沿气门杆的三点和气门导管内的三点进行测量。导管最大测量值与气门杆最小测量值之间的差值不应超出使用极限。

（2）经验法

① 在气门杆上涂上少量机油，插在导管中，如气门能以本身重量缓缓下降，则间隙为合适。

② 在不涂机油的情况下，用手堵住导管下端，迅速拔起气门，感觉有吸力，则配合间隙合。

      如果间隙超过使用极限，应选配杆部经过镀铬加大至规定修理尺寸的气门，或更换气门导管，但更多的方法是更换气门导管，使其配合间隙达到要求。

三、对策及效果验证

（1）针对清洁度问题

      主要采用吸尘措施。康明斯公司在2009年9月，在机体装配翻身后采取对挺柱球形凹坑吸尘措施，有效减少了挺柱球形凹坑内积存的异物。

      从2010年12月试车时根据发动机声响判断气门间隙异常的数据统计和现场分析来看，故障率从吸尘前的0.26%下降到0.22%。拆检了2台发动机的摇臂和推杆，发现挺柱孔内都有铁屑异物。装配的吸尘位置在吊装缸盖之前，所以一旦缸盖上的铁屑掉入挺柱孔，还是会导致下道工序调整气门间隙时基准出现偏差。而且这些铁屑如果没有彻底清除，试车工只是简单地做重新调整间隙处理，那么这些铁屑可能还是夹在挺柱球形凹坑与推杆球头之间，只是被敲扁了一点，在发动机主机厂配套调试等继续使用过程中气门间隙将继续发生变大的异常。所以目前要求试车工对气门间隙异常变大的挺柱孔内采取再次用磁性吸棒吸取铁屑的做法。

      挺柱球形凹坑内的垃圾异物尽管采取了有效的吸尘措施，但因吸尘无法做到彻底清洁，而不能实现故障的根本消除，故障率也没有显著变化。目前还在采取电控发动机热试后复校气门间隙的后期动作予以弥补。

（2）调节螺钉球头下落

      需要在调节螺钉球头加工质量及采购进货检验把关等环节加强改进和控制。

（3）摇臂铜套磨损

      康明斯公司2009年将摇臂铜套结构逐步切换为氮化全钢摇臂后，这一故障模式被有效解决。摇臂结构更改后已生产销售了10万台以上的发动机，目前市场上基本没有此类故障反馈。

（4）挺柱球窝、推杆球头磨损问题

       康明斯公司在2009年底已将球窝表面粗糙度要求由Ra3.2改进为Ra0.8,并改用冷挤压加工。改进后用户报修中也未再发现。

（5）针对操作不当，装配

       康明斯公司已采取培训、2次校准等手段，目前故障统计中基本没有此类现象；挺柱卡滞现象在改进装配操作要求后很少再现。

（6）日常保养问题

      康明斯发电机厂家采取了强保措施，在用户使用250h后主动派服务人员上门为用户做保养，包括调整气门间隙。有效减少了因疏于保养而导致的发动机异常故障。

       气门间隙对于发动机来说是极为重要的，因此在设计、工艺制造、装配过程等各个环节都要十分重视这个问题。同样，用户也要严格按照柴油发电机厂家的使用保养说明书中的要求，定时调整气门间隙。实践证明，采用吸尘、强保等临时性的辅助措施，对减少气门间隙的异常情况是很有效的，而采取主要零件结构设计优化、材料升级等是消除气门间隙异常的根本措施。