淺析汽車發(fā)動機氣門損壞原因及改進措施

姜在啟

摘 要：氣門是發(fā)動機中重要的組成零件之一，其運行的穩(wěn)定性直接關(guān)系到發(fā)動機的正常運行。本文主要對汽車發(fā)動機氣門損壞原因及改進措施進行了簡要的分析。

關(guān)鍵詞：汽車 發(fā)動機 氣門損壞

1氣門的工作環(huán)境

隨著家用汽車普及速度的加快，車用發(fā)動機的性能受到了越來越多的關(guān)注。汽車發(fā)動機的進氣門和排氣門作為發(fā)動機燃燒室的門戶，一直工作在高溫、高壓、強腐蝕環(huán)境中，且不斷地受到劇烈的沖擊磨損以及腐蝕磨損。發(fā)動機進氣門盤部的工作溫度一般為300～500?C，而排氣門需要將燃燒室內(nèi)燃燒后的高溫廢氣及時排出，此時的工作溫度較高，可達600～800?C。特別是在配氣機構(gòu)完成一次循環(huán)后，燃燒室開始往外排出廢氣，此時排氣門的開口相對較小，而燃燒室內(nèi)又具有較高的工作壓力，因此高溫廢氣在高壓下快速通過氣門和座圈之間的微小縫隙，排氣門頭部區(qū)域受到的熱負荷和腐蝕急劇增加。

2氣門的失效形式

氣門的工作狀況是配氣機構(gòu)中最復(fù)雜和最惡劣的，其失效形式可分為氣門頭部變形、氣門盤或氣門桿斷裂、氣門頭部扭曲或燒蝕、氣門彈簧斷裂、氣門密封錐面磨損等。氣門的失效形式比較多，有時候是單獨發(fā)生，也有可能同時發(fā)生。同時引起氣門失效的原因也比較多，這對于企業(yè)想要解決氣門的失效問題增加不少難度。引起發(fā)動機氣門失效的原因多種多樣，一部分是因為氣門本身工作環(huán)境的惡劣和復(fù)雜性引起的，另一部分是由于氣門自身在設(shè)計或制造過程中存在的疏忽和缺陷導(dǎo)致的；其中一部分的失效可能只是一種原因引起的，有些失效形式就可能由多種原因混合在一起共同造成的。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，造成發(fā)動機氣門發(fā)生失效的最大原因為機械載荷和熱負荷數(shù)值過大，這類失效原因占氣門全部失效原因中的比例高達33.74%；而氣門加工制造引起的質(zhì)量問題、相關(guān)傳動機構(gòu)不合理以及氣門形狀、尺寸參數(shù)設(shè)計疏忽等問題也是導(dǎo)致氣門失效的幾個重要原因，其占氣門全部失效原因中的比例分別為15.72%、10.02%和8.95%；剩余的其他原因約占所有原因中的31.57%，比如氣門配件的裝配問題、燃燒室的密封問題以及用戶操作不合理等。發(fā)動機氣門失效的最常見原因就是過大的機械載荷以及過高的熱負荷，而隨著工作溫度的不斷升高，發(fā)動機氣門頸部處的材料組織和性能會發(fā)生較大的弱化現(xiàn)象，當材料的性能發(fā)生較大退化時，氣門在該部位容易產(chǎn)生應(yīng)力集中并出現(xiàn)局部剪切疲勞裂紋，易導(dǎo)致氣門提前發(fā)生失效。此外，高溫燃、廢氣對氣門頭部具有較強的腐蝕作用，并會在氣門表面上生成許多麻點和凹坑，嚴重影響氣門對燃燒室的密封效果，然后進一步導(dǎo)致磨損加劇。發(fā)動機的進氣門和排氣門分別控制著其燃燒室的進氣口和排氣口，燃燒室內(nèi)的燃氣燃燒后會產(chǎn)生很高的溫度，且經(jīng)常會在燃燒室內(nèi)殘留有硫釩鈉以及許多細小的塵埃等化合物，而通常這些元素所組成的化合物熔點都不高。當發(fā)動機的氣門盤部工作溫度大于這類化合物的熔點時，其氧化物、釩化物以及硫化物經(jīng)過融熔后就會依附在氣門的盤錐表面上，這非常容易引起氣門發(fā)生燒損、扭曲以及氣門的疲勞斷裂現(xiàn)象。與此同時，氣門還受到很大的外部應(yīng)力作用，因此選擇的氣門材料一定要具備較高的高溫強度、抗腐蝕性能以及高溫硬度，以防止材料出現(xiàn)蠕變現(xiàn)象。發(fā)動機氣門的失效主要包括有以下幾個方面：桿部斷裂，即氣門桿部端面或氣門頸部的過渡區(qū)域出現(xiàn)疲勞裂紋的現(xiàn)象；盤部斷裂，即氣門盤部表面出現(xiàn)裂紋或在某一方向上發(fā)生斷裂的現(xiàn)象；還有就是氣門的龜裂現(xiàn)象等。發(fā)動機的氣門遭受破壞性斷裂的原因有很多，比如說氣門材料的強度較低、設(shè)計氣門時材料的選擇和應(yīng)用不合適、零件加工制造出現(xiàn)誤差、設(shè)備安裝或裝配不當以及用戶使用不規(guī)范等。

3汽車發(fā)動機氣門改進措施

3.1氣門頸、桿、桿槽改進措施

合理的對氣門座和導(dǎo)管的位置進行調(diào)整，這是預(yù)防彎曲應(yīng)力產(chǎn)生的有效手段，同時也會使汽車氣門頸部及桿部交接處的應(yīng)力集中系數(shù)相應(yīng)的降低；為了使氣門頸、桿處的直徑差實現(xiàn)減小的目標，技術(shù)人員可以通過加大氣門頸部與氣門桿過渡圓角R數(shù)值的方法達到上述效果，而為了增強氣門圓弧表面的光滑度，可以應(yīng)用螺旋磨削或者是切入式磨削的辦法；對于汽車氣門桿部對焊焊接處這易發(fā)生折斷的位置，要對其整體的彎曲度進行測試，利用的設(shè)備為超聲波探傷儀器，及時的將摩擦焊接不良品剔除，降低焊縫出折斷現(xiàn)象發(fā)生的頻率；而對氣門鎖夾槽處折斷的改進措施相對是簡易的，用R槽取代矩形鎖夾槽即可，或者是加大矩形槽根部的過渡圓角。

3.2氣門彈簧改進措施

汽車制造行業(yè)應(yīng)該明確要求氣門彈簧原料供應(yīng)商把每卷鋼絲的缺陷點數(shù)量真實的標注于外標簽上；在對鋼絲進行使用之前，將相關(guān)的自動鑒別設(shè)備安置于卷簧器械前端，此時缺陷的部位準確的被識別，技術(shù)操縱人員對對開展剪除的工作環(huán)節(jié)；增加磁粉探傷檢驗技術(shù)人員的數(shù)量，以避免漏檢現(xiàn)象發(fā)生的幾率。

4結(jié)語

隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，現(xiàn)在對發(fā)動機的要求越來越高，朝著高轉(zhuǎn)速、大功率以及低能耗等發(fā)展方向發(fā)展。當氣門表面受到較高的熱應(yīng)力或機械應(yīng)力作用時，容易引起發(fā)動機的氣缸蓋和座圈發(fā)生嚴重變形。而當發(fā)動機中這些配合部位的公差配合不匹配或潤滑不夠時，這就會引起氣門桿部發(fā)生劃傷或咬合現(xiàn)象，此外，設(shè)備的超載或超速、氣門間隙調(diào)整不到位、沉積物黏附太多、燃廢氣的腐蝕以及沖擊磨損等都可能導(dǎo)致氣門提前失效，進而影響發(fā)動機的質(zhì)量。因此需要結(jié)合實際情況，不斷的對發(fā)動機氣門進行改進，提升發(fā)動機的運行質(zhì)量。

參考文獻

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