内燃机气门的失效原因探讨

梁绍坚

摘要：内燃机是工程装备和车辆上的心脏，不仅因为内燃机是工程装备与车辆结构上最复杂、最精密、技术要求最严的总成，而且还因为内燃机由许多机构和系统组成。这些机构和系统都按照一定的规律，相互联系，相互配合，保证了内燃机正常工作。一旦部分机构或系统出现故障，使其起动性、动力性、经济性、稳定性和使用可靠性影响较大，甚至不能继续工作。笔者结合多年工作与教学实践，针对内燃机出现的故障现象和原因进行分析，并与同行商榷。

关键字：内燃机；故障现象；分析

一、内燃机故障现象

影响内燃机正常工作的现象，称为故障；故障所表现的一定形态，称为故障现象。内燃机故障主要表现为“六个”反常：

(1)工作反常：起动后运转不稳、自行熄火、电流表显示不充电、机油压力表压力降低等。

(2)外观反常：漏油、漏气、漏水、漏电、排黑烟、白烟、蓝烟，机体抖动、摇摆，连接机件松动等。

(3)声音反常：出现不正常的敲击声、回火声、放炮声等。

(4)温度反常：冷却水、润滑油、废气的温度过高或过低，多缸内燃机各缸排气温度差异过大。

(5)消耗反常：冷却水、润滑油、燃油的消耗量过多，或者应当消耗的，不仅未消耗，反而增多，如喷油泵下室和机油盘内机油油面自行升高。

二、造成内燃机故障的原因

内燃机故障现象很多，由于各种内燃机的构造和使用条件不同，造成内燃机故障的原因也不相同，在实际工作中，应根据具体情况加以分析，找出产生故障的内、外根源至关重要。

1、内燃机操作使用不遵章。操作者不严格按照操作规程操作，沿用一些错误的习惯做法进行操作，从而破坏了内燃机正常工作条件，使零、部件遭到损坏，引起内燃机故障。

2、内燃机使用保养不及时。在使用过程中，没有严格按照维护保养的要求进行检查和清洗工作，致使有关零件产生污堵现象，破坏了内燃机正常工作条件，引起故障。常见保养不良的状况有：

(1)不及时地添加机油和定期更换机油，造成机油量不足或机油污染变质而丧失润滑性能。不及时清洗机油滤清器，造成机油流通阻力增加，甚至堵塞，使润滑条件恶化，引起零件严重磨损。

(2)不按时清洗燃油滤清器和燃油箱，造成燃油系统堵塞，供油量不足，使内燃机工作无力。同时还会使大量杂质进入各精密偶件内，破坏其正常工作。

(3)不按时清理空气滤清器，使滤清效果降低，空气流通阻力增大，进气量减少，造成内燃机工作无力，并引起气缸零件严重磨损。

(4)在环境温度较低时，内燃机停车后没有放净内部冷却水，以致冻裂有关零件。冷却系统没有按时清洗，使零件内部水垢、污物积覆严重，造成冷却不良，使零件过热而损坏。

(5)不按期检查和调整气门隙，因间隙过大，造成配气机构加速磨损和气门弹簧断裂等事故。

3、内燃机装配和调整不正确。内燃机各零部件之间配合部位均有严格的装配要求，若装配时将其配合性质、相对位置关系搞错，不符合规定要求，则会对其正常工作带来不利影响，引起故障。在教学实践和装备维修中，经常遇到的装配问题有：

(1)活塞与气缸套配合间隙不符合规定要求，活塞环的位置装倒，环开口位置没有交错安装等，造成气缸漏气和窜油现象。

(2)主轴承或连杆轴承没有按照装配位置标记安装，使位置颠倒或错换，配合间隙及扭紧力矩不符合规定要求，造成严重磨损或烧瓦事故。

(3)定时齿轮没有按装配位置标记进行装配，使齿轮啮合关系错误，以致造成活塞与气门发生碰撞。供油时间不正确，使燃烧恶化，功率不足，排气烟大，起动困难，甚至根本不能起动。

4、内燃机零件加工不合格。内燃机所有零、部件根据其工作性质和要求，对其材质和加工精度提出严格要求，如果加工出的零件不符合设计要求，装配时又没有经过严格的检查，而被错装到内燃机上去。在工作过程中，由于不符合设计要求而不能承受工作负荷作用，造成零件损坏，引起故障。加工零件时存在错误操作：

(1)对于承受冲击载荷较大的零件，在加工过程中，应选用低碳钢或合金钢进行加工，却用高碳钢来代替使用，引起零件断裂等故障。

(2)对于精密配合偶件，没有经过精密加工、成对研磨和选配，随意互换，导致配合间隙不符合要求，引起液压系统漏油或零件早期磨损。

(3)对于专用的标准螺栓，在加工时存在随意选材，或用自行加工的螺栓代替。导致螺栓的材质或加工工艺不合格，造成机械事故。

(4)对于表面光洁度要求较高的轴承、活塞等零件，在进行精确加工时，不按照装配要求加工，减少加工工序。加剧了零件的磨损，造成拉缸或活塞卡死在气缸内等恶性事故。

(5)有些零件在加工时，存在有内部缺陷，检查时难以发现，在使用过程中便暴露出来，引起严重故障。

(6)有些零件加工后，不按照零件要求进行表面渗碳、氢化、淬火、回火等热处理，直接安装到内燃机上造成故障。

三、对内燃机气门的失效方式和原因作了较为广泛的分析

所分析的失效方式有断裂、掉块、腐蚀、偏磨等。而断裂是对气门威胁最大的失效方式，导致失效的原因有制造工艺、安装使用不当等。为了防止气门的失效，要根据服役条件采取相应的对策。

其原因是气门上部的油封 破裂 ,漏油量太多 ,排气气流和温度不能对机油正产 分解 、燃烧和排出 ,这样在使用中往往由于积炭的磨 粒磨损 ,导管和气门杆的配合间隙大大超差 ,燃气气 流直冲导管内 梯度过大)而引起 热应力 ,该应力对气门杆部影响不大 ,因为气门杆端 面通常是均匀的 ,并可在气门导管间隙的范围内自 由膨胀 ,而影响最大的是气门的盘部 ,因为从盘部中 心到盘部边缘的温度梯度很大 ,由于中心温度较高 要向外膨胀,盘部边缘温度较低不易膨胀 ,因此盘中 心部分受压应力 ,而边缘部分则径向为压应力 受拉应力,这样很容易开裂 、掉块是原因之一 ;其二 如果气门杆上的油封破裂,机油通过导管的流量加 ,造成锁夹下部、颈部和盘锥面严重积炭 ,使用 过程中锥面的接触带 密封面)不断扩大 ,又导致接 触单位面积的压力不断减小 ,密封作用不断减小 后导致盘锥面下榻、变形 ,促使盘外圆豁口。

4. 总结

在失效分析中 ,如不注意上述情况常会误判为材料高温性能不佳 气门盘锥面的吹蚀损坏在小型柴油机内燃机的排气门中发生最多 。发生这样的损坏原因 ,发动机在工作中,燃烧室中喷射的燃料与附于气 缸壁上润滑油产生不完全燃烧 ,则以碳作为主要成分的燃烧残渣堆积在气门盘锥面与气门座的接触面 。在气门关闭时在此处形成细渣,在高温 、高速燃气作用下就要发生腐蚀实践证明 ,采用起门旋转机构的气门比没有旋转机构的气门其使用和寿命和可靠性要高的多盘锥面严重偏磨,造成漏气烧损而失效气门加工而言必须严格控制出厂前气门盘锥面对杆部跳动这一关键位置公差值 ,使其达到部颁标准规 定要求或图样标定值范围内 在气门失效的各种方式中,排气门数量比例高 于进气门六倍 ,这是因为排气门工矿服役条件远比 进气门差的多 在保证气门本身制造质量和装配精度及正确使用的前提下 ,其相关件即气门杆端部和气门摇臂 头等配合副 、气门杆部和气门导管的配合副 ,气门盘 锥面密封带和气缸盖上气门口或气门口上镶的气门 座圈的配合副等正确结构设计 、制造质量和装配精 度等与气门的失效息息相关。

参考文献

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