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技术维修与康明斯知识

柴油发电机气门挺柱、推杆、摇臂和凸轮轴检验方法

 

摘要：四气门的推杆式柴油发电机每汽缸包括两个进气门和两个排气门。每对气门由桥接的气门机构一前一后地操作，该气门机构包括由单个推杆连接到摇臂的凸轮轴驱动的凸轮从动件（也称为挺柱或挺柱），而摇臂驱动连接到该对气门（进气门或排气门） 的桥。桥接的气门机构是成本高效的设计，这样的设计可以对很多应用实现可接受的性能， 虽然两个桥接的气门的操作并不精确同步，因为对桥施加的力可能在气门之间并不完全平衡，气门可能具有稍有不同的弹簧力，且气门组件可能经历稍有不同的磨损。这会造成一个气门较晚开启和/或在气门关闭时，一个气门首先落座而使另一个气门以比预期速度高的速度较晚落座。另外，桥使气门杆端达到边缘负荷，从而更高的应力带来更高的磨损速率及潜在的噪声、振动及不平稳（NVH）问题。

 

一、气门挺柱和导孔的检验与修理

 

      工作中，由于气门挺柱不仅做上下的直线运动，而且还做旋转运动，如图1所示。因此，气门挺柱的杆身和球面（或平面）必然要产生自然磨损。气门挺柱在工作中，虽然因受到压缩而产生压缩应力，但由于杆身粗而短，所以一般不容易产生弯曲变形。不过，由于康明斯发电机长期工作，磨损仍然是不可避免的。

1、常见失效形式

① 气门挺柱与导管或导孔发生摩擦面磨损（柱面磨损），使之配合间隙上升。

② 柱底面磨损、拉伤或疲劳剥落。

③ 筒式挺柱极易产生疲劳磨损及不均匀磨损；常见损伤主要有裂纹、麻点、划痕等，如图2所示。

2、检验与修理

① 气门挺柱与导孔的配合间隙一般为0.03~0.10mm，最大不得超过0.15mm。经验的检查方法是：用拇指将挺柱向导孔推入时应稍有阻力，再提起少许用手摇晃时，无旷动的感觉。如果配合间隙超过0.10时，可用电镀加粗并铰孔以恢复其配合尺寸。

② 挺柱底面磨损不平或球面有磨痕时，可用细砂布、研磨砂或油石研磨，也可以用磨光机消除平面不平，恢复其原有形状。

③ 对于下置式凸轮轴，还要检查挺柱与挺柱孔的配合间隙，一般挺柱与挺柱孔的间隙为 0.01 ～ 0.4mm ，使用极限为 0.1mm 。

3、检修注意事项

       普通挺柱多为由冷激铸铁材料制成的筒式挺柱。其缺点是底面的冷激层极易产生疲劳磨损；此外，因挺柱运动的特殊性，加之润滑条件较差或其他原因使挺柱运动阻滞，造成底部的不均匀磨损，导致挺柱底部对凸轮的反磨效应加剧，使凸轮早期磨耗而报废。检修普通挺柱时，应注意：

1.挺柱底部出现疲劳剥落时，立即更换。

2.底部出现环行光环，该光环说明磨损不均匀，应尽早更换新件。

3.底部出现檫伤划痕时，应更换。

      在检查调整气门间隙时，就应该检查挺柱的转动阻力。检查时，食指与拇指捏住挺柱转动应自如无晃动感。必要时，可取出挺柱检查底部磨损状况。

 

图1  气门机构组成及工作示意图

图2  柴油机挺柱的常见损失

 

二、推杆和摇臂的检验与修理

 

1、推杆

      推杆的常见失效形式有两种，通常要求推杆长度标准值为141.12～141.45mm ，使用极限 141mm 。。

① 杆身弯曲用铁锤打直。

② 上端凹坑及下端球头磨损

      气门推杆一般都是空心细长杆。工作时，气门推杆承受着双向的压载荷，尽管推杆两端采用球面实现与挺杆及调整螺钉的接触，由于发动机工作时的振动、接触点的不断变化，仍然会发生气门推杆纵向弯曲变形。观察检查推杆杆身是否平直、是否有锈蚀和裂纹、推杆端头有无磨损，有即用油石修磨或更换。在平台上滚动检查气门推杆的直线度，如图3所示，误差若超出规定范围，则应冷压校正修理。推杆所在位置如图4所示。

 

图3  气门推杆直线度检查

图4  气门推杆和摇臂位置示意图

 

 

2、摇臂

      摇臂组的结构如图5所示，其调节装置如图6所示。摇臂常见失效形式也有两种。一般采用堆焊或更换的方法修复。

（1）摇臂压头磨损成凹坑形状

      一般而言，气门摇臂的撞击表面应凸出4.2mm，磨损后，最低也不得低于3.2mm，如果过低，则应进行堆焊，并对其进行必要的表面热处理。

（2）摇臂孔衬套及轴磨损

      摇臂孔衬套和摇臂轴的配合间隙一般为0.025~0.065mm。如果磨损过大，配合间隙超过使用极限，则应将轴镀铬加粗，并磨至标准尺寸，然后重新配衬套。若轴颈没有明显磨损而衬套磨损较严重时，可以不磨轴颈，而更换新衬套，然后按轴的尺寸搪孔或铰孔至相应尺寸，得到合适的配合间隙。气门摇臂一端与凸轮接触为滑动摩擦，是易磨损部位，出现烧蚀或异常磨损时，应及时更换。气门摇臂与摇臂轴之间的配合间隙，超过极限时应换气门摇臂或摇臂轴。

 

图5  配气机构之摇臂组结构图

图6  柴油机摇臂上的锁紧螺母和调节螺钉

 

三、凸轮轴检验与修理

 

1、常见失效形式

① 凸轮的磨损。

② 轴颈及轴承的磨损。

③ 轴线弯曲。

2、失效的原因分析

      凸轮轴的结构特点（长而细）和工作特点（周期性地承受不均匀的负荷），促使它在工作中发生轴颈和轴承的磨损、失圆和整个轴线的弯曲；凸轮与配气机件的相对运动，使凸轮外形和高度受到磨损。由于轴承磨损松旷，将加剧轴线的弯曲。轴线的弯曲又将促使油泵齿轮、正时齿轮及轴颈和轴承的磨损，甚至会造成齿轮工作时的噪声和牙齿断裂，气门挺柱球面转动不灵活；加速凸轮的磨损，使轴颈的失圆度和锥形度超过公差等。一般说来，由于凸轮轴的受力不大，它的磨损速度是缓慢的，通常在内燃机二三个大修周期（甚至更长时间）才达到允许使用极限。但是，这些磨损会影响配气机构工作的准确性，并给气门杆端和挺柱间的间隙调整带来困难，因此，在内燃机大修时，应对凸轮轴、凸轮、凸轮轴承、正时齿轮等进行认真的。

3、凸轮轴的检修

      凸轮轴常见损伤有凸轮轴弯曲变形，凸轮磨损、擦伤、麻点以及凸轮轴轴颈磨损、键槽磨损等。

（1）凸轮的磨损

      凸轮的磨损主要分为高度和宽度的磨损。凸轮高度磨损过大会影响气门的开度，宽度磨损过大会影响气门开闭持续时间，从而对发动机的工作产生影响。凸轮磨损的检验是用千分尺测量凸轮的全高与凸轮基圆直径的差值来确定凸轮的磨损度，如图7所示。凸轮磨损后，其升程磨损量大于0.40mm，或升程累计磨损量超过0.80mm时，应更换新凸轮轴。

（2）凸轮轴轴颈的磨损

      用千分尺测量轴颈的圆度及圆柱度误差，如图8所示。如凸轮轴轴颈的圆度误差大于0.015mm，各轴颈的同轴度误差超过0.05mm时，应按修理尺寸法进行校正并修磨。修磨后轴颈的圆柱度误差小于0.005mm，最大径向圆跳动公差不大于0.03mm。若凸轮轴轴颈经多次修磨，损耗严重时就予以更换。

 

图7  凸轮轴凸角磨损检查

图8  凸轮轴轴颈磨损检查

 

（3）检查凸轮轴的弯曲

      检测凸轮轴弯曲时，可将凸轮轴前后两轴颈搁置在V形架内，以两端轴颈为支点，用百分表抵触在中间轴颈上。转动凸轮轴一圈，表头读数之差即为该轴颈对前后两轴颈的径向跳动，如百分表摆动超过0.10mm，则应进行校正，校正后的弯曲度应不大于0.03mm。其值一般也可采用内径千分尺测量，按曲轴主轴颈的检测方法检测凸轮轴轴颈的圆度和圆柱度，若圆柱度超过0.08mm，应予磨光。

（4）凸轮轴的轴向间隙测量

      如图9所示，拆下正时齿轮盖，装妥百分表，使百分表的触头顶在凸轮轴端的螺钉上。向发动机后方推动凸轮轴，直至顶住为止，记下百分表的读数。此读数即为凸轮轴的轴向间隙。该间隙一般应为0.08～020mm，必要时予以调校和修复。一般国产汽车的凸轮轴轴向间隙以0.08～0.20mm为佳。

      凸轮轴轴向间隙的调整主要通过增减位于凸轮轴第一道轴颈端面与正时齿轮（或链轮）之间的推力凸缘的厚度来调整。

（5）凸轮轴油膜间隙的检测

      凸轮轴油膜间隙的检测如图10所示，把凸轮轴放置在汽缸盖轴承座上，在各轴颈表面按轴向位置放上一小段塑料线规，装上轴承盖并按规定力矩紧固螺栓。重新把轴承盖拆下，通过规尺确定油膜间隙的大小。

      凸轮轴应进行探伤检查，不得有裂纹、沟槽；正时齿带轮的键槽应完整，否则应更换。中间支撑轴颈对两端支撑轴颈公共轴线的径向圆跳动误差为0.05mm,超过时应校正、磨削或更换。以两端以支撑轴颈公共轴线为基准，凸轮基圆的径向圆跳误差为0.04mm,否则应磨削或更换。

 

图9  凸轮轴轴向间隙测量

图10  凸轮轴油膜间隙测量

 总结：

      发动机配气机构零件间隙过大、磨损和损伤，将导致发动机的动力性下降，增加燃油消耗量，降低其经济性。通过对配气机构的全面检查，包括配气机构检查所有零部件组装的位置和间隙是否符合要求。据此，可以及时发现和排除各种问题，保证发动机正常运行，提高柴油发电机组的可靠性和使用寿命。

 

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