探究氣門間隙大小對柴油機運行的影響

南陽農業職業學院 王恒 劉玉謙 張闖闖

前言

柴油機工作一段時間后，由于工作中的振動及配氣機構零件的自然磨損，一些重要參數會因磨損、松動、變形而發生變化。農機實訓室有一臺江蘇750P 拖拉機用于教學，以此為例，探究氣門間隙大小對柴油機工作性能影響，掌握氣門間隙的調整方法。

1 理論分析[1]

1.1 配氣機構概述

配氣機構是控制發動機進氣和排氣的裝置，它是除了曲柄連桿機構之外的另一個主要機構。由氣門組零件和氣門驅動組零件組成。

氣門組主要由氣門口（座圈）、氣門、導管、油封、彈簧、彈簧座、鎖片（豆瓣銷）等組成，驅動組主要由凸輪軸、挺柱、推桿、搖臂軸、搖臂和氣門間隙調整螺釘等組成。典型的配氣機構的結構如圖1 所示。

圖1 典型的配氣機構的結構

1.2 配氣定時

發動機的換氣控制通過氣門實現，氣門打開和關閉時間根據曲軸轉動角度以度(°)表示。由于每沖程需要180°曲軸轉角度，因此四沖程循環為720°曲軸角度。

為了使發動機充分進氣和排氣，改善發動機的氣體交換過程，適當早開晚關氣門，從而延長進、排氣時間。因此，進氣門和排氣門開啟過程的曲軸轉角大于180°。

進氣門和排氣門的打開和關閉時間以曲軸轉動角度表示稱為氣門正時，也叫配氣定時。它通常用環形圖表示，稱為配氣相位圖,如圖2 所示。

圖2 配氣相位圖

進氣門在TDC 之前早開，目的是為了確保進氣門在進氣沖程開始時已完全打開，在進氣沖程的BDC 之后，活塞再次上升,進氣才關閉（晚關）。新鮮氣體可以盡可能多的加注到氣缸中。

排氣門在BDC 之前開始打開，此時做功沖程接近終了，氣缸內殘余0.3～0.5 MPa 的壓力,工作效果不大,但利用該壓力，能讓廢氣盡快排出，直到上行越過TDC才關閉。減輕了活塞上行時的氣體阻力，并可以早點釋放高溫廢氣，有利于發動機運行。

由于進氣門提前打開，排氣門推遲關閉，氣提前角和排氣遲后角之和（α＋δ），稱為氣門重疊角。氣門適當疊開可以讓新鮮氣體填充真空,并有助于排出廢氣。

1.3 氣門間隙

如圖3 所示，當凸輪軸凸輪的圓柱面(基圓)接觸挺桿時，氣門關閉。如果此時凸輪基圓與氣門之間沒有間隙,則在冷態時氣門可以關閉嚴密,但當發動機起動后溫度升高,氣門及傳動件加熱，膨脹和伸出時,氣門會被推開,氣門不會關閉嚴密。因此,凸輪基圓表面和氣門桿端面之間應留有供機械零件熱膨脹的間隙,以確保氣門緊密關閉,該間隙稱為氣門間隙,如圖3 中Δ 所示。氣門間隙的可以用塞尺測量。

圖3 氣門間隙Δ 及其調整裝置

2 調整氣門間隙所需的技能知識[4]

2.1 調整氣門間隙之前需要達到的四點明確

調整氣門間隙雖然使用工具比較簡單，一般只需要一把擰鎖緊螺母的扳手，一把“一字型”螺絲刀，一把塞尺。操作時看上去簡單，勞動強度也不大。但是要做好這項工作，一是要明確進氣門和排氣門；二是要明確知道該發動機的點火順序；三是要明確找到發動機第1缸的壓縮上止點位置；四是要明確可調氣門。

下面以這臺江蘇750P 拖拉機的四缸柴油發動機為例，對達到以上四點的方法進行說明。

2.1.1 明確進氣門和排氣門的方法

（1）可以通過查閱廠家配套維修保養資料確認。

（2）打開氣門室罩，對照實物觀察，進氣歧管對應的是進氣道和進氣門，排氣歧管對應的是排氣道和排氣門。

（3）轉動曲軸觀察氣門，根據疊開時的動作確認，先動的是排氣門，接著動的是進氣門。

2.1.2 明確發動機的點火順序的方法

直列四缸發動機都可以有兩種點火順序，怎樣明確該發動機是哪一種工作順序，有三種方法。

（1）可以通過查閱廠家配套維修保養資料確認。

（2）在1 缸壓縮上止點時，繼續轉動曲軸觀察2、3缸排氣門動作，如果2 缸排氣門點頭，那么點火順序就是1-3-4-2，如果是3 缸排氣門點頭，那么點火順序就是1-2-4-3。

（3）拆下柴油泵上的高壓油管，轉動曲軸，看油泵的噴油順序即是該發動機點火順序。

2.1.3 明確第1 氣缸壓縮的上止點的方法

（1）第1 缸點火判斷法

柴油機第1 缸出油閥油面波動判斷法：找到柴油泵上的高壓油管，拆下第1 缸高壓油管出油閥一端，露出出油閥接口。松開所有其它缸的高壓油管（防止柴油噴入氣缸漏進油底殼中以稀釋機油），同時打開飛輪殼上的觀察孔蓋。慢慢轉動曲軸，觀察第1 缸出油閥油面波動的時刻，即第1 缸處于點火位置，然后繼續轉動曲軸，使指針與飛輪上0°刻度線對齊。此時表示第1 缸在壓縮上止點。

（2）逆推法

打開氣門室罩，轉動曲軸,觀察4 缸排氣門還未終了，進氣門點頭的一瞬間，即是第1 氣缸壓縮上止點。

（3）對標記法

拆下第1 缸噴油器，用棉球塞住噴油器座孔,然后轉動曲軸，當棉球被壓縮氣體沖出時，對齊發動機上第1 氣缸上止點標記。

2.1.4 明確可調氣門的方法

（1）當氣缸處于壓縮上止點時，可以調整氣缸的進排氣門間隙。此方法適用于逐缸調整。

（2）在調整氣門間隙時，由于逐缸調整法效率低，在生產實踐中多使用兩次調整法，又叫“雙、排、不、進”法，關鍵能快速確定所有氣門中的可調氣門。從配氣機構的結構可以看出：只有當挺柱接觸凸輪的基圓時,才能調整氣門間隙。因此,根據發動機的配氣正時、曲軸上曲拐布置和工作順序，可以確定氣門挺柱是否與凸輪的基圓接觸,氣門是否可調。

以工作順序1-3-4-2 的四缸發動機為例：

第一遍：氣缸1 位于壓縮上止點時,其進排氣門都與挺柱和凸輪基圓接觸。因此，在氣缸1 用一個“雙”字,表示同時可以調整進、排兩個氣門的間隙。

氣缸3 處于壓縮沖程，但曲軸的曲柄剛離開“進氣門關閉”位置，進氣門正在恢復氣門間隙，且進氣門挺柱還未落到凸輪軸的基圓上，因此進氣門不可調節,但該缸曲柄遠離“排氣門開啟”和“排氣門關閉”的位置,排氣門凸輪的基圓與挺柱接觸,因此，在氣缸3 上用一個“排”字，表示排氣門間隙可調。

氣缸4 位于排氣上止點,進排氣門處于重疊開的狀態,不可調。因此，在氣缸4 上用一個“不”字，表示進排氣門都不可調；

氣缸2 處于排氣沖程,排氣門不可調,但曲柄遠離“進氣門開啟”位置,進氣門可調。因此，在氣缸2 上用一個“進”字，表示進氣門間隙可調。

在第一遍調整完之后，轉動曲軸一周，把第一遍沒調整的氣門在第二遍進行調整。所有氣門間隙兩次調整完畢。

綜上所述，當第1 氣缸處于壓縮上止點時，根據發動機1-3-4-2 的工作順序，可調氣門為：雙（1 缸）、排（3 缸）、不(4 缸)、進（2 缸）。

同樣，當曲軸繼續旋轉一周后且第4 氣缸處于壓縮上止點時，可調氣門變成了：不（1 缸）、進（3 缸）、雙(4缸)、排（2 缸）。

第1 氣缸處在壓縮上止點時“雙排不進”，第4 缸處在壓縮上止點時“不進雙排”。

2.2 調整氣門間隙的具體操作手法

確定可調氣門后，可調整氣門間隙，介紹以下兩種操作方法。

2.2.1 用塞尺測量

先松開氣門間隙調整螺釘的鎖緊螺母，選好塞尺厚度（要與所調氣門的規定間隙值相同），同時用螺絲刀轉動調整螺釘，將塞尺插入氣門桿與搖臂之間，直到塞尺能在間隙里有一點阻力并且可以輕微移動，然后握住螺絲刀，擰緊鎖緊螺母。

2.2.2 “0.30 半圈半”法

0.30mm 這個數值在氣門間隙規定值當中比較常用。在搖臂磨損比較嚴重的情況下，有的接觸工作面甚至被氣門桿頂出一個凹陷坑，此時普通塞尺就無法測量使用?；蛘咴谌鄙偃叩那闆r下，“0.30 半圈半”法就比較簡單有效。它的意思是根據多次調整氣門間隙的經驗發現，用螺絲刀在將調整螺釘調到底消除了氣門間隙后，再反過來后退半圈的半圈，也就是將螺絲刀往回退90°，此時預留的間隙就是大約0.30mm。

在此基礎上，可適當減小或加大螺絲刀旋轉度，使其盡可能接近氣門間隙的規定值。然后握住螺絲刀，擰緊鎖緊螺母。

3 探究氣門間隙過大、過小對柴油機的影響

3.1 探究氣門間隙過大對柴油機性能的影響。

這臺拖拉機搭載的是東方紅LR4B3-23 柴油發動機, 通過查閱東方紅LR/YT 系列柴油機使用保養說明書，第40 頁第2.8 項內容：“東方紅系列柴油機的氣門排列順序為：從柴油機前部數，奇數為進氣門，偶數為排氣門。進氣門間隙為0.3～0.4mm，排氣門間隙為0.4～0.5mm?！?/p>

首先拆下氣門室罩，接著拆掉柴油泵上第1 缸高壓油管，同時松開其它缸的高壓油管螺帽。轉動曲軸，注意觀察出油閥口油面波動瞬間，然后繼續緩慢轉動曲軸，使飛輪殼上指針應指向飛輪上的0°刻線時停止轉動。這臺四缸柴油機做功順序1-3-4-2，按照“雙排不進”方法，可以調整第1 缸的進排氣兩個氣門，第3缸的排氣門，第4 缸兩個氣門此時都不可調，第2 缸調進氣門。也就是從柴油機前部數，總共8 個氣門，可以調整第1、第2、第3、第6 四個氣門間隙。我們將1、3 進氣門的間隙設置成0.50mm, 把2、6 排氣門間隙設置成0.60mm。設置完以后，再轉動曲軸一周，將其余4 個氣門間隙都按照最大標準值加大0.1mm 設置。最后裝上第一缸高壓油管，擰緊其余各缸的高壓油管螺帽，裝回氣門室罩。

啟動柴油機，聽到柴油機發出清脆，有規律的“噠噠噠噠……”異響聲音，頻率與發動機轉速成正比。高速時感覺發動機提速阻滯，油門有堵的感覺。

3.2 探究氣門間隙過小對柴油機性能的影響

按照剛才的操作方法，將氣門間隙按照最小標準值減小0.1mm 設置。進氣門間隙設置為0.2mm，排氣門間隙設置為0.3mm。

啟動柴油機，聽到柴油機發異響消失了，但加速時感覺柴油機仍然提速不順暢，無力，有受阻的感覺，隨著柴油機升溫，出現發抖現象。

3.3 恢復標準參數

最后，用簡單快捷的兩次調整法，將氣門間隙恢復到廠家規定的進氣門間隙0.3～0.4mm，排氣門間隙0.4～0.5mm。

啟動柴油機，柴油機不僅沒有異響，而且啟動順利，加速靈敏，感覺提速有后勁，各工況過渡銜接順暢，恢復到了原有的狀態。

4 總結[3]

配氣機構性能對柴油機有嚴重影響。如果氣門開度不夠或開閉不及時,則會出現排氣不完全，進氣不足的情況。這些與氣門間隙的大小直接相關。

如果氣門間隙過大, 傳動部件之間會有沖擊聲,柴油機氣門間隙過大，導致氣門開晚關早,進氣不足,影響發動機的動力性和經濟性。

如果氣門間隙過小，當柴油機溫度升高時，會造成氣門封閉不嚴，嚴重情況下還會造成氣門與氣門口密封工作面燒蝕，柴油機不能啟動。

上述所有情況都會嚴重降低發動機的功率,甚至柴油機無法啟動。因此，柴油機氣門必須留有間隙，以防止金屬工件在柴油機熱態下因熱膨脹而卡住。氣門間隙不能太大或太小。定時檢查和調整氣門間隙，使其在制造廠規定的參數范圍內，對充分發揮柴油機的動力性和經濟性有重要意義。