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发动机气门座的结构特点与损伤修复 |
摘要：柴油机上都设有配气机构，主要任务是定时地向燃烧室输送清洁的空气，及时排出燃烧后的废气。配气机构的气门就是空气进出燃烧室的门，分为进气门和排气门。进气门的作用是让新鲜空气由此进入汽缸内，排气门则让燃烧后的废气排出汽缸。气门与气门密封安装于燃烧室上，在高温燃气的作用下，易发生烧蚀损伤，特别是发动机气门座，受高温腐蚀性气体的高速冲刷，更容易被烧蚀；气门因工作过程中开闭频繁，气门座磨损是它的另一个常见损伤。气门座发生烧蚀或磨损后，会造成气门关闭不严而漏气，影响柴油机的启动和功率发挥。
一、气门座结构特点
气门座是在汽缸体或汽缸盖上加工出的一些圆形表面，气门锥面密封或落座在气门座上，如图1所示。这些气门座为进气门和排气门提供了密封表面，防止气体渗漏。气门座还可以帮助散去气门上聚积的热量。
1、气门座分类
气门座有两种类型分别为一体式和镶入式。
（1）一体式气门座
与气门导管相似，一体式气门座作为汽缸盖的一部分直接铸造而成；
（2）镶入式气门座
镶入式气门座用一个金属环作为气门座，被压装在汽缸体内，并要磨到正确的角度。具有铝制汽缸盖的发动机通常使用镶入式气门座。镶入式气门座可以用铸铁、经硬化处理的铸铁、高铬钢和钨铬钴合金（非常硬的钢）制成。
2、气门座干涉角
为保证发动机正常工作，要将气门座磨到规定的角度，如30°或45°等。在磨削气门时一般都有一个干涉角。通过将气门锥面的角度磨得比气门座的角度小1°左右，即可获得干涉角，如图2所示。
例如，将气门磨到44°，而气门座被磨到45°。干涉角的存在使气门在落座时能够切开气门座上的沉积物，而且还能产生更好的机械密封性。随着发动机的运转和气门座的磨损，干涉角将逐渐消失。结果形成一个良好的线性接触，有利于将气门上过多的热量传递出去，有利于气门更快地落座到汽缸盖内。
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图1 气门座位置图 |
图2 气门座干涉角 |
3、气门座定位
气门座部位可以被抬高或降低，这是通过切除或磨削气门座的上部或下部来实现的。气门座定位方法如图3所示。
首先，将气门座研磨标准，比如说45°。然后用一个30°的磨石或切磨刀磨去气门座的顶部，然后再用一个60°的磨石磨去气门座的底部。通过从顶部和底部切除合适的量，气门座的位置得以调整。另外，通过使用这两块磨石，还可以将气门座部位的长度精确地磨到规定的规范。通过定位气门座，气门的位置也可以根据需要进行抬高或降低。
在气门座被正确定位后，一定要确认气门座具有正确的宽度，这一点很重要。气门座的宽度可以用一个小的气门座尺进行测量，如图4所示。如果宽度不正确或不符合规范，必须将气门座重新研磨到正确的宽度，同时还要确认气门座的定位是正确的。
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图3 磨削气门座的位置图 |
图4 磨削气门座的位置图 |
二、常见损伤原因与预防措施
1、气门座烧蚀分析
（1）主要原因
造成气门和气门座早期烧蚀的原因主要有∶
① 气门间隙过小，或气门弹簧弹力减弱，以致气门与气门座闭合不严，高热气体从间隙中窜出而烧坏气门结合面。
② 供油（点火时间过迟，导致燃油燃烧不良，使汽缸内迟燃火焰冲出烧毁气门。
③ 供油量过大，燃油燃烧不完全，使气门积碳增多，影响散热而加速气门烧损。
④ 发动机在高温下工作时间过长，引起机油与燃料分解，形成胶状沉淀物，使气门密封面受到腐蚀而加速损坏。
（2）预防措施
为延长气门和气门座使用的密封性，防止气门早期烧损，可采取以下预防措施∶
① 柴油机维修时应及时清除气门结败，积碳，并检查、调整气门弹簧的弹力，对气门间隙务必按规定数值进行校正。发电机组运行1000km后应增加检校气门间隙的作业。
② 确保正确的供油、点火时间及供油量。
③ 保持冷却系完好，重点是发动机冷却水循环必须畅通。风扇叶角度正常，水泵皮带紧度适当，节温器性能良好，散热器不堵不漏，百叶窗操纵灵活有效。
2、气门座早期磨损分析
（1）主要原因
在维修和保养柴油机时，有些机手反映气门和气门座不耐用，一般工作300～500h就严重磨损了，气门和气门座接触锥面线宽1.8～2mm，气门下陷1.8～2.5mm，出现气门关闭不严，发动机启动困难，功率下降。造成气门和气门座早期磨损的原因，主要有以下几点∶
① 柴油机工作环境较脏，加上机手对空气滤清器保养差，致使没有经过滤清的空气进入汽缸，加剧了气门和气门座的磨损。
② 气门弹簧磨损后，自由长度缩短，弹力减弱，致使气门开闭时缓慢，动作不敏捷，气门关闭不严，有烧蚀现象。
③ 气门间隙调整不当（检查方法如图5所示），致使进气不足，排气不净，机湿升高，加剧磨损。
（2）预防措施
为了延长气门和气门座的使用寿命，使用中应注意∶
① 定期保养空气滤清器，每工作100h或耗油200L清洗一次；机油不足时应立即添加。对于三级空气滤清器（离心式、湿惯性式、湿过滤式），如果不保持足够的机油，空气滤清器则不起作用。注意空气滤清器连接处用橡皮壁片密封，否则空气会直接窜入汽缸。
② 及时更换磨损的气门弹簧、弹簧座，一般柴油机的气门弹簧自由长度为52mm，磨损极限为48mm。
③ 正确调整气门间隙（调整装置如图6所示），保持正确的进、排气门间隙（一般柴油机进气门间隙为0.35mm，排气门间隙为0.45 mm），工作一段时间后应注意检查、调整。
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图5 柴油机气门间隙检查（用塞尺） |
图6 柴油机气门间隙调整螺钉调节方法 |
三、气门座损伤的检查与修复
当气门密封不严或是下陷度太大时，就需要将气门拆下进行保养、修理或更换。
1、气门拆卸和检查
（1）要拆下气门时，应首先拆下汽缸盖罩，拆下气门摇臂总成，拆下高压油管，卸下喷油器，拧下汽缸盖螺母，拆下汽缸盖。
（2）然后用拆卸气门的随机专用工具按压气门弹簧座，压缩气门内、外弹簧，取出气门锁夹，放松后，取下气门内外弹簧，即可取出气门。
（3）取下气门后，应作好记号，装配时不得调换。
（4）使用千分表和V形架，测量气门杆弯曲度。检查时，气门杆支承在两个距离为100mm的V形架上，然后用千分表检查气门长度的1/2处即为弯曲度，超过允许限度，应用手压机校正。
2、气门修复方法
当气门轻微漏气时，可进行研磨，恢复其密封性。研磨气门前应将气门、气门座、导管清洗干净。通过选配应使各缸气门头下陷量趋于一致，并在气门头顶部做好记号。以免错乱。手工研磨方法如下：
（1）在气门杆上套上一个软弹簧，在气门斜面上涂上一层气门砂，在气门杆上涂上润滑油将气门插入导管内。气门砂分粗砂与细砂两种，选用时要看气门斜面与气门座斜面的烧损程度而定。直接研磨使用过的气门，可以使用粗砂先磨，后改用细砂精磨。如果气门斜面经过光磨修复，气门座经过铰削修复，斜面完整，就可只用细砂研磨。
（2）使用气门研磨起子或橡皮捻子将气门往复旋转（转角应小于180°）进行研磨。在研磨过程中应顺气门旋转面做提起和按下的动作，以变换气门与座的磨合位置，保证研磨均匀。研磨时不要过分用力，也不要提高气门，用力在气门座上撞击，以免将斜面磨宽或磨出凹形槽痕。
（3）当气门与气门座斜面研磨出一条完整、光洁的环带时，表明已经研磨好，可将气门砂洗净，在斜面上涂上机油，再研磨3～5min即好。在研磨过程中，不要过多地使用气门砂，防止流失磨损其它配合面。
（4）研磨好的接触斜面应光洁，接触宽度一般为1.5～2.0mm。将气门放在相配对的气门座上，然后轻拍打气门头数次，如果气门工作面中间出现一条连续的、灰色明亮的光环，说明气门与气门座接触正常。或者使用划线法，如图7所示。在气门的工作面上每隔4mm划一道软铝笔线，然后将气门插入气门导管和气门座，转动1/8～14圈，或者拍打几下，如果铅笔全部在环带中部中断，说明气门与气门座密封良好。
3、镶配气门座圈
气门座圈外圆面圆度必须正确，圆度和圆柱度偏差应不大于0.01mm，粗糙度Ra不大于1.6μm。气门座圈镶入后，应检查、修整气门座圈高出的部分，使其不超过气缸盖或气缸体的平面，如图8所示。检查气门座圈中心与气门导管的中心应一致，其偏差不得超过0.03mm。
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图7 气门的密封性检查划线法 |
图8 气门座圈镶配步骤图 |
总结：
配气机构的主要工作就是气门不断地开启和关闭，以便完成气体的交换。在气门完成工作的过程中要不断地撞击气门座，使气门座工作面起槽、变宽。在排气过程中，排气门座还要受到高温气体的冲刷，使工作面氧化烧蚀出现斑点和凹蚀。由此可知，气门座常见损坏形式是磨损、表面斑点、严重凹蚀和烧损等，这些损伤都会影响气门与气门座的密封性能，引起气门关闭不严，使进气不足，排气不净，影响发动机正常工作，导致柴油机功率不足，排气冒黑烟，曲轴箱窜气，机油变质等不良后果。因此，在使用中，当发现气门关闭不严时，必须及时进行检查及修复。
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