LJ469Q汽油機氣門燒蝕故障分析

鐘承鯤，郭建軍，郭彥同，楊 樂

（柳州五菱柳機動力有限公司研發中心，廣西 柳州545005）

LJ469Q汽油機為早期開發產品，對此，對其進行450 h耐久試驗，全速全負荷工況至178 h，進而發現發動機出現怠速不穩，動力下降的情況。經初步檢查，發現發動機第二缸工作不正常，測量發動機缸壓：一、三、四缸均在11.5 kg/cm2，二缸只有0.35 kg/cm2（基本沒缸壓）。對氣門進行間隙檢查：二缸排氣第2個氣門間隙為0.04mm，四缸排氣第2個氣門間隙為0.1 mm（但四缸壓正常），其它都在正常值范圍內（冷態）。為排除該故障原因，對故障機進行了拆解分析，以期為同類型汽油機的維護與保養提供參考建議。

1 拆機情況分析

拆下缸蓋發現第2缸第二排氣門燒蝕，第4缸第二排氣門下沉，如圖1所示。拆解缸蓋后，觀察各氣門座圈密封帶寬度，第2缸第二排氣門座圈，第4缸第二排氣門座圈磨損明顯較其它氣門座圈嚴重，如圖2所示。

圖1 故障件氣門

圖2 故障件缸蓋氣門座圈情況

2 簡要故障樹分析及排除

因為氣門燒蝕只涉及兩個排氣門，根據可能的各故障因素，按七鉆法分別列出簡要故障樹分析如圖3所示。按故障樹分析圖，對以下因素逐項排除。

圖3 簡要故障樹分析圖

2.1 設計問題分析與排除

（1）水套冷卻不足檢測。前處理：HyperMesh v10.0，TGRID 4.0.16，求解器：FLUENT 6.3.26，后處理：FLUENT 6.3.26.對LJ469Q水套進行流動分析結果如表1所示。

表1 LJ469Q水套流動分析檢測

（2）座圈厚度、硬度設計不足，氣門與座圈匹配不當。與對標的成熟機型座圈厚度、硬度對比，結果相當。該氣門與座圈在早期開發已經通過單體匹配耐磨試驗、各種臺架耐久試驗，確認設計不存在不足狀況

2.2 零件質量分析與排除

（1）氣門座圈未壓到底。通過試驗數據（表2）可以發現排氣側第4、8氣門座圈磨損大，各個氣門間隙+氣門座圈磨損值＞氣門間隙正常范圍(0.26~0.34)，因此可以判斷氣門座圈是壓到底了。

表2 氣門座圈未壓到底試驗測試

（2）氣門彈簧疲勞失效。檢查故障件及非故障件氣門彈簧彈力，檢測彈力在圖紙要求范圍內，確認氣門彈簧正常。

（3）水套質量。對故障件缸蓋進行解剖，檢查水套內腔，無堵塞，確認缸蓋水套正常。

（4）檢查故障機各氣門座圈材質及硬度等指標，發現材料不合，Ni，Mo，Co等耐高溫、耐磨元素低于正常值。

（5）檢查故障機各氣門、氣門導管材質及硬度等指標，凸輪軸型線均在圖紙要求范圍內，確認正常。

（6）因故障機經過使用，隨機抽取各批次庫存缸蓋，相關機加工尺寸檢查正常，確認故障機原機加尺寸應屬于合格件。

2.3 過程控制分析與排除

（1）氣門間隙過小。查取故障機原氣門間隙記錄，正常。

（2）氣門假落座。氣門假落座是指裝配時未到位，氣門與氣門座圈未完全貼合，由于該發動機是在車間裝配，并且經過氣門拍打機，因此該原因并非導致氣門燒蝕的根本原因。跟蹤檢測其它臺架上同批次裝配的試驗機，經裝配時及磨合后氣門間隙對比，均無明顯變化，可排除。

2.4 工況分析與排除

（1）工作溫度過高、積炭過多。

（2）根據故障機氣門與其它缸的氣門情況相比較，除了吹蝕故障外，燃燒與積炭的情況一致，沒有高溫燒黑及積炭過多的情況。如果燃燒存在問題的話，熱負荷較大的二、三缸的氣門應該都會出現吹蝕或者座圈下沉的現象。

因此，根據零件的外觀檢查，可以排除燃燒不正常及積炭的問題。

根據對故障件的分析，可排除因素如圖4所示。原因鎖定為供應商提供的氣門座圈樣件，未按圖紙材料成分要求執行。使用同批次氣門座圈樣件的缸蓋均作廢處理。經跟蹤，按圖紙材料成分要求整改后的氣

圖4 簡要故障樹分析圖

3 結束語

在關鍵重要零件開發早期，為證實設計可行，各階段零件單體試驗、發動機臺架驗證，整車路試驗證考核，缺一不可。以上故障屬于設計凍結后，批產前的零件質量問題。設計凍結后，為保證零件與設計一致性，OTS樣件需按控制計劃中的每一環節驗證，尤其是要嚴格按圖紙檢驗零件的各項指標，以便提前檢查并解決可能影響順利批產的各種可能因素。

[1]朱仙鼎.內燃機設計師手冊[M].上海：上海科技技術出版社，2006.