淺析汽車發動機氣門損壞原因及改進措施

姜在啟

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

關鍵詞：汽車 發動機 氣門損壞

1氣門的工作環境

隨著家用汽車普及速度的加快，車用發動機的性能受到了越來越多的關注。汽車發動機的進氣門和排氣門作為發動機燃燒室的門戶，一直工作在高溫、高壓、強腐蝕環境中，且不斷地受到劇烈的沖擊磨損以及腐蝕磨損。發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。特別是在配氣機構完成一次循環后，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中最復雜和最惡劣的，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，有時候是單獨發生，也有可能同時發生。同時引起氣門失效的原因也比較多，這對于企業想要解決氣門的失效問題增加不少難度。引起發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境的惡劣和復雜性引起的，另一部分是由于氣門自身在設計或制造過程中存在的疏忽和缺陷導致的；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。據相關數據統計，造成發動機氣門發生失效的最大原因為機械載荷和熱負荷數值過大，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量問題、相關傳動機構不合理以及氣門形狀、尺寸參數設計疏忽等問題也是導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，發動機氣門頸部處的材料組織和性能會發生較大的弱化現象，當材料的性能發生較大退化時，氣門在該部位容易產生應力集中并出現局部剪切疲勞裂紋，易導致氣門提前發生失效。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，然后進一步導致磨損加劇。發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，燃燒室內的燃氣燃燒后會產生很高的溫度，且經常會在燃燒室內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生燒損、扭曲以及氣門的疲勞斷裂現象。與此同時，氣門還受到很大的外部應力作用，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，以防止材料出現蠕變現象。發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域出現疲勞裂紋的現象；盤部斷裂，即氣門盤部表面出現裂紋或在某一方向上發生斷裂的現象；還有就是氣門的龜裂現象等。發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、設計氣門時材料的選擇和應用不合適、零件加工制造出現誤差、設備安裝或裝配不當以及用戶使用不規范等。

3汽車發動機氣門改進措施

3.1氣門頸、桿、桿槽改進措施

合理的對氣門座和導管的位置進行調整，這是預防彎曲應力產生的有效手段，同時也會使汽車氣門頸部及桿部交接處的應力集中系數相應的降低；為了使氣門頸、桿處的直徑差實現減小的目標，技術人員可以通過加大氣門頸部與氣門桿過渡圓角R數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生折斷的位置，要對其整體的彎曲度進行測試，利用的設備為超聲波探傷儀器，及時的將摩擦焊接不良品剔除，降低焊縫出折斷現象發生的頻率；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

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

4結語

隨著現代工業的飛速發展，現在對發動機的要求越來越高，朝著高轉速、大功率以及低能耗等發展方向發展。當氣門表面受到較高的熱應力或機械應力作用時，容易引起發動機的氣缸蓋和座圈發生嚴重變形。而當發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生劃傷或咬合現象，此外，設備的超載或超速、氣門間隙調整不到位、沉積物黏附太多、燃廢氣的腐蝕以及沖擊磨損等都可能導致氣門提前失效，進而影響發動機的質量。因此需要結合實際情況，不斷的對發動機氣門進行改進，提升發動機的運行質量。

參考文獻

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