周志培
【摘 要】某系列发动机近几年来在主机配套厂出厂试车过程中每月都会有几起气门间隙偏大或偏小的报修,成了一种常见的发动机故障模式.本文试图对影响发动机气门间隙的相关原因做一粗浅的分析,从而出一些有效的对策,降低此类故障发生率,以供同行参考.
【期刊名称】《柴油机设计与制造》
【年(卷),期】2012(018)001
【总页数】5页(P52-56)
【关键词】发动机;气门;间隙;质量
【作 者】周志培
【作者单位】上海柴油机股份有限公司,上海200438
【正文语种】中 文
当前人们对环保的关注日益提升，但同时对空气污染源之一的车辆需求市场也越来越大。为缓解环境保护和车辆排放污染之间的矛盾，社会对发动机各项指标特别是动力性、经济性、排放性的要求也越来越高。而发动机气门间隙则会对发动机的实际使用产生直接影响，对发动机的进排气效果、运行的平稳性、噪音、动力性、经济性、排放性、可靠性等都有着或多或少的关联和影响。
发动机冷态时预留气门间隙，目的是为了让发动机在高负荷工况的热膨胀情况下气门杆顶部与摇臂之间仍有合适的间隙，以确保气门能够正常开启、关闭，工作正常。如果气门间隙预留太小，热膨胀后间隙缩小到没有，甚至负间隙，气门在凸轮轴凸轮处于基圆位置处时关闭不严造成漏气，发动机的动力性、经济性及排放性等指标都会变差。但气门间隙的预留也不是越大越好，只要最大热膨胀状态时正好没有间隙、发动机能正常工作那是最理想的状态。如果气门间隙过大，会造成气门杆顶部与摇臂敲击过重，引发撞击异响、气门开启升程损失引发充气效率降低，使得发动机动力性、经济性和排放性等指标变差。所以发动机冷态时预留足够的气门间隙是非常重要的。
在近几年的实际生产过程中，我们在对气门间隙正常与异常的判断方法、以及对异常的多种模式的处理方面积累了一些经验，在此做出总结和分析，供设计、工艺、制造、质保等相关人员参考。
不同系列的发动机对气门间隙有不同的需求。目前该系列发动机技术文件规定冷态时的气门间隙是进气门0.30±0.08 mm，排气门0.50±0.08 mm，如图1所示。而在更先进的发动机结构上则采取液力挺柱等技术自动调整冷、热态的气门间隙及自动补偿磨损间隙，做到了气门的零间隙，发动机工作柔顺、状态稳定。近几年发动机在出厂试车时发现气门间隙过大或过小的异常情况经常会发生。
2.1 出厂试车结束后气门间隙情况
出厂试车过程中，试车工凭声音辨识，以及在气门间隙复校过程中，能发现气门间隙异常现象。绝大部分为气门间隙变大，变小的偶而会有发生。以不打开缸盖罩壳、仅以耳朵听声辨别气门间隙异常的统计数据，在2009年1至8月之间为0.26%。此类气门间隙变大一般超出公差允许范围0.60 mm以上，才能凭耳朵辨声判断识别。如果以试车工将电控发动机热试到第4项75%功率磨合工况时，打开缸盖罩壳复校气门间隙时出现气门间隙异常的情况，
则异常比例为20%（只要12个气门中有任一气门间隙超差就统计为整台超差）。
2.2 主机厂配套调试过程中气门间隙情况
在2009年1至6月，从零公里反馈信息、市场短消息信息平台、质保部派驻主机厂蹲点人员所收集到的外部信息，反映该系列发动机气门间隙大的零公里故障比例为1.79%，气门间隙大都在1.1～1.7 mm附近，间隙变小的情况基本没有。
2.3 市场用户报修的气门间隙情况
用户报修中气门间隙变大、变小的情况都存在，普遍为气门间隙变大，气门间隙变小则主要发生在天然气发动机和电控柴油机上。
一般将一台发动机上的部分气门间隙大大超出技术规范规定值的现象称为气门间隙异常。对于一台发动机出厂后长期使用，而用户没有对气门间隙进行调整，导致气门间隙超出规定值的，不在本文中所讨论的气门间隙异常之内。
从发动机结构来看，气门间隙变化涉及的摩擦副有：凸轮轴凸轮基圆与挺柱底面；挺柱内
球形凹坑与推杆下端球头；推杆上端球窝与摇臂调节螺钉球头；摇臂与摇臂轴；摇臂前端与气门杆头部；气门密封环带与气门座圈；气门座圈压入气缸盖位置等。发动机配气机构示意图如图2所示。
3.1 出厂试车过程中气门间隙异常分析
3.1.1 气门间隙变小
出厂试车过程中气门间隙变小的情况比较少见，涉及变化因素也少，产生的原因主要有以下2种情况：
（1）在将气门座圈压入缸盖时，由于设备压力、座圈液氮冷冻状态、压入时相关尺寸超差，或座圈孔内有铁屑残留异物等因素，导致压入不到位，而后在发动机热试过程中座圈继续被压入，使得气门间隙变小。这种变小多发生在发动机工作初期，参见图3。
从图3可见，左侧气门座圈压入深度正常，铰刀加工出来的密封环带如绿漆所涂，宽度为2 mm左右；而右侧座圈因压入时没有到底，造成铰刀切削量加大，密封环带被铰到了4.7 mm宽，试车后座圈被继续压入，造成气门下沉超过工艺要求1.2 mm以上。当出现此类故
障时，通常表现为已经没有气门间隙，而实际可能已是负值的间隙。在将气门间隙重新调整到位后，必须对比一下调整后的摇臂调节螺钉与正常气门的摇臂调节螺钉的露出高度，二者应基本一致。如果露出明显过多，说明气门下沉过量，需要拆检缸盖并重新压装新的气门座圈。
（2）装配调整气门间隙拧紧调整螺母时，摇臂调节螺钉跟着转，操作者未予纠正。这种变小的量一般只有百分之几毫米，跟转太多会使调整用的塞尺被压紧过度而拔不出来。百分之几毫米的误差在试车过程中几乎不能被识别和发现。
3.1.2 气门间隙变大
变大的情况最为常见，涉及的变化因素也很复杂，主要有以下3个因素造成的。
（1）清洁度问题
挺柱球形凹坑内有铁屑残留异物，使推杆抬高，气门间隙校准的基准出现偏差。发动机试车后异物被压扁或冲洗掉，原来抬高的推杆回落，气门间隙变大。
（2）零部件质量问题
推杆上端球窝与摇臂位置调节螺钉下端球头的配合。根据图纸尺寸要求及推算，调节螺钉球头与推杆球窝的接触可能出现球头底部与球窝面接触、球头中下部与球窝面接触、球头中部最大直径处与球窝线接触这样的3种接触情况。前2种接触情况因接触面较大，耐磨性好，所以在出厂试验初期不会出现因磨损而导致的气门间隙变大。而第3种的线接触是一种比较危险的情况，因为最大外径处接触时，球头底部与球窝不接触，存在间隙。一旦最大外径稍有磨损，将导致调节螺钉球头下落，变为第1种面接触情况，这种变化会使气门间隙突然变大，且因摇臂前段比后段长，使气门间隙比原来的有一个8∶5左右的比例放大。所以最大外径处的线接触磨损后，将破坏原来调整好的气门间隙，变大到1～2 mm左右，导致发动机出现气门杆头部敲击异响，甚至因间隙过大造成气门开启不足，对性能有所影响。
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