劣質(zhì)柴油導(dǎo)致柴油機(jī)氣門(mén)斷裂機(jī)理的研究

姜卓群　任素華　鄒吉田

摘 要：隨著柴油機(jī)排放標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)，四氣門(mén)柴油機(jī)已經(jīng)成為市場(chǎng)的主流發(fā)動(dòng)機(jī)。該結(jié)構(gòu)柴油機(jī)對(duì)燃油和潤(rùn)滑油的品質(zhì)要求較高，一旦使用了不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的柴油和潤(rùn)滑油，發(fā)動(dòng)機(jī)除達(dá)不到設(shè)計(jì)的排放要求外，同時(shí)會(huì)影響柴油機(jī)的性能和壽命，甚至導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)廢。氣門(mén)斷裂是柴油機(jī)的惡性故障之一，引起氣門(mén)斷裂的原因很多，其中柴油中的S含量超標(biāo)也是導(dǎo)致四氣門(mén)柴油機(jī)氣門(mén)斷裂的原因之一，但這種原因往往被忽略。

關(guān)鍵詞：劣質(zhì)柴油;四氣門(mén);氣門(mén)斷裂

1 劣質(zhì)柴油導(dǎo)致四氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)斷的故障現(xiàn)象

1.1 此故障多發(fā)生在使用劣質(zhì)柴油后車(chē)輛放置一段時(shí)間后重新啟動(dòng)，某一缸或多缸排氣門(mén)斷裂，進(jìn)氣門(mén)正常。

1.2 故障現(xiàn)象。

清洗后的故障氣門(mén)，氣門(mén)頭部斷裂，桿部點(diǎn)蝕。排氣系統(tǒng)內(nèi)壁上附著大量銹紅色膠狀結(jié)晶物，且非常堅(jiān)硬，活塞及活塞環(huán)處附著有大量膠狀結(jié)晶物。

2 銹紅色膠狀結(jié)晶物產(chǎn)生原因分析

2.1 銹紅色膠狀結(jié)晶成分

通過(guò)能譜儀對(duì)紅色粉末的主要成份進(jìn)行分析，其主要成份為氧化鐵和焦炭，具體各成分見(jiàn)表1。

2.2 故障發(fā)動(dòng)機(jī)使用的柴油

表2是故障機(jī)所使用的柴油的檢測(cè)結(jié)果，檢測(cè)表明該柴油硫含量為3638mg/kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出國(guó)家五柴油標(biāo)準(zhǔn)≤10mg/kg的要求，同時(shí)酸度超標(biāo)。

2.3 產(chǎn)生焦炭類(lèi)結(jié)晶物的原因分析

柴油中的硫及硫的衍生物在柴油機(jī)燃燒中生成的硫化物，不但腐蝕柴油機(jī)的組件，而且還會(huì)對(duì)氣缸壁上的潤(rùn)滑油和尚未燃燒的柴油起催化作用，加速烴類(lèi)的聚合反應(yīng)，使燃燒室、活塞頂和排氣門(mén)等部位的膠狀物與積炭增加。在有硫存在的條件積炭層會(huì)更加堅(jiān)硬，不僅加劇機(jī)件磨損而且清除困難。當(dāng)氣態(tài)硫的氧化物遇水將生成亞硫酸與硫酸會(huì)強(qiáng)烈腐蝕機(jī)件，同時(shí)也會(huì)加速潤(rùn)滑油老化變質(zhì)。[1]因此，該故障機(jī)之所以積碳和膠狀物非常嚴(yán)重且堅(jiān)硬，是由于使用了S嚴(yán)重超標(biāo)的劣質(zhì)柴油導(dǎo)致。

3 S超標(biāo)柴油易導(dǎo)致四氣門(mén)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門(mén)斷機(jī)理分析

3.1 下置凸輪軸四氣門(mén)柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)傳動(dòng)原理

圖1是四氣門(mén)下置凸輪軸機(jī)型常見(jiàn)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)采用下置凸輪軸，通過(guò)挺柱、推桿驅(qū)動(dòng)搖臂，進(jìn)、排氣搖臂分別通過(guò)氣門(mén)過(guò)橋控制2個(gè)進(jìn)氣門(mén)和2個(gè)排氣門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉。

該結(jié)構(gòu)氣門(mén)過(guò)橋，一端為圓孔，用于定位，另一端為長(zhǎng)口。正常工作情況下，氣門(mén)過(guò)橋是水平的，同一氣門(mén)過(guò)橋下的兩個(gè)氣門(mén)同步運(yùn)動(dòng)，氣門(mén)只受豎直方向的壓力，不受彎曲應(yīng)力。

3.2 氣門(mén)斷裂機(jī)理分析

當(dāng)該結(jié)構(gòu)柴油機(jī)使用S超標(biāo)的劣質(zhì)柴油后，氣門(mén)各部位結(jié)膠嚴(yán)重，同時(shí)存在嚴(yán)重的腐蝕，特別是使用劣質(zhì)柴油后車(chē)輛放置一段時(shí)間，結(jié)焦物變得堅(jiān)硬，氣門(mén)不同程度出現(xiàn)卡滯。當(dāng)氣門(mén)出現(xiàn)卡滯時(shí)，運(yùn)動(dòng)受限，同一過(guò)橋下的兩個(gè)氣門(mén)卡滯的位置不同，使氣門(mén)過(guò)橋歪斜，此時(shí)，氣門(mén)桿部除了受豎直方向的壓力外，還受更大的側(cè)向彎曲力作用。在側(cè)向彎曲應(yīng)力的作用下，氣門(mén)從最薄弱的桿頂部鎖夾槽上端折斷。

3.3 失效氣門(mén)分析

氣門(mén)是從比較薄弱的頭部環(huán)槽處斷裂（圖3），從其斷口的宏觀形貌（圖4）看，氣門(mén)桿的斷口表面磨損成光亮表面，但是從磨損的痕跡可判斷斷口上的裂紋從一側(cè)（圖中箭頭所指的位置）產(chǎn)生，然后向另一側(cè)擴(kuò)展。

在外表面鍍鉻層看似完好的部位，也可以觀察到鍍鉻層與基體分開(kāi)，同時(shí)鍍鉻層的厚度方向上有小裂紋（圖4）。綜上說(shuō)明氣門(mén)受到很大彎曲應(yīng)力的作用。

4 結(jié)論

當(dāng)柴油機(jī)使用S超標(biāo)的劣質(zhì)柴油時(shí)，柴油中的硫及硫的衍生物在柴油機(jī)燃燒中生成大量膠狀物與積炭，會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)氣門(mén)卡滯，對(duì)于下置凸輪軸結(jié)構(gòu)的四氣門(mén)，此時(shí)氣門(mén)受到非常大的彎曲應(yīng)力，從而導(dǎo)致氣門(mén)斷裂。

對(duì)于兩氣門(mén)結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)或其他結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)，由于氣門(mén)卡滯時(shí)主要承受垂直于氣門(mén)端面的作用力，不承受較大彎曲力，所以氣門(mén)不易發(fā)生斷裂，但會(huì)導(dǎo)致氣門(mén)腐蝕、拉傷氣缸過(guò)度磨損、其他機(jī)件擦傷、活塞環(huán)膠結(jié)燒毀等故障。

參考文獻(xiàn)：

[1]王寶仁、胡偉光.《油品檢驗(yàn)技術(shù)》[M]北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.