基于氣門間隙調(diào)整方法在大功率柴油機(jī)中的應(yīng)用獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

基于氣門間隙調(diào)整方法在大功率柴油機(jī)中的應(yīng)用獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘

要：氣門機(jī)構(gòu)是柴油機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)部件之一，控制著氣缸的進(jìn)排氣，其工作狀態(tài)直接決定了缸內(nèi)燃燒效果。由于其工作環(huán)境較為惡劣，易發(fā)生故障。探究出一套簡(jiǎn)潔的調(diào)整方法并簡(jiǎn)述調(diào)節(jié)螺釘力矩對(duì)柴油機(jī)氣門間隙的影響。

關(guān)鍵詞：力矩;氣門搖臂;氣門間隙;調(diào)整方法

氣門機(jī)構(gòu)是柴油機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)部件之一，控制著氣缸的進(jìn)排氣，其工作狀態(tài)直接決定了缸內(nèi)燃燒效果。由于其工作環(huán)境較為惡劣，易發(fā)生故障。當(dāng)柴油機(jī)氣門機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，由于氣閥截流沖擊和氣閥落座沖擊力的作用時(shí)間和強(qiáng)度發(fā)生變化，使缸蓋表面振動(dòng)信號(hào)的特性產(chǎn)生相應(yīng)的變化。振動(dòng)信號(hào)容易獲取且監(jiān)測(cè)過程簡(jiǎn)單方便，因此利用缸蓋振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行故障診斷是柴油機(jī)氣門故障診斷的有效方法之一。然而，缸蓋振動(dòng)信號(hào)是等時(shí)間間隔采樣得到的，必須將其轉(zhuǎn)化為隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的振動(dòng)信號(hào)，再進(jìn)行特征提取，從而獲得柴油機(jī)每個(gè)工作循環(huán)的缸蓋激振力信息。通常采用上止點(diǎn)信號(hào)作為定位信息，截取柴油機(jī)一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)的振動(dòng)信號(hào)，再按照曲軸轉(zhuǎn)角的范圍均勻劃分，但由于柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的不均勻性，這種方法不可避免地產(chǎn)生誤差，針對(duì)這樣的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析容易造成頻譜泄漏及混疊。要避免上述問題，就要將等時(shí)采樣的振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化成與柴油機(jī)工作循環(huán)相關(guān)的等角度間隔的振動(dòng)信號(hào)。階比跟蹤是一種先進(jìn)的重采樣方法，適合處理與轉(zhuǎn)速相關(guān)的非平穩(wěn)信號(hào)，本文應(yīng)用階比跟蹤方法對(duì)柴油機(jī)缸蓋振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了等角度重采樣。

此外，柴油機(jī)振動(dòng)信號(hào)中包含大量的背景噪聲，并具有較強(qiáng)的非平穩(wěn)特性，單純的時(shí)域或頻域分析方法很難有效地提取出故障特征信息。針對(duì)非平穩(wěn)信號(hào)的Hilbert-Huang變換方法是一種時(shí)頻分析方法，它不僅可以自適應(yīng)地分辨出振動(dòng)信號(hào)的局部時(shí)頻特性，而且由其分解得到的內(nèi)稟模態(tài)函數(shù)（IntrinsicModeFunction，IMF）具有良好的完備性與局部正交性。本文采用Hilbert-Huang變換方法對(duì)柴油機(jī)缸蓋振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，提取出故障信號(hào)的特征信息。MAN32/40柴油機(jī)模塊化結(jié)構(gòu)，可靠性高，低維護(hù)成本，且維護(hù)保養(yǎng)方便簡(jiǎn)捷。但因其缸徑大，其零部件重量重，僅搖臂和搖臂支架組合部件就重達(dá)95kg，為其氣門間隙的調(diào)整帶來困難。

1配氣機(jī)構(gòu)

MAN32/40柴油機(jī)采用了凸輪軸式配氣機(jī)構(gòu)，氣門搖臂控制進(jìn)、排氣門的開閉。它由凸輪軸通過挺柱、推桿與凸輪軸型線接觸帶動(dòng)搖轉(zhuǎn)，通過杠桿作用將動(dòng)力傳遞至氣門，從而控制氣門的開閉。而氣門搖臂與氣門的間隙（即氣門間隙）之所以存在，是因?yàn)檫M(jìn)排氣門均安裝在燃燒室的頂端，也是溫度最高之處，必須留有膨脹的空間。如果氣門及其傳動(dòng)件之間在冷態(tài)下無間隙或間隙過小，則在熱態(tài)下，氣門及其傳動(dòng)件的受熱膨脹勢(shì)必引起氣門關(guān)閉不嚴(yán)，造成發(fā)送機(jī)在壓縮行程或做工行程中漏氣，從而使功率下降，嚴(yán)重時(shí)不易啟動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)在冷態(tài)下，當(dāng)氣門處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，氣門與傳動(dòng)件之間的間隙稱為氣門間隙。氣門間隙還必須在合理的范圍內(nèi)，不能過大，也不能過小。

1.1間隙過大

進(jìn)、排氣門開啟遲后，縮短了進(jìn)排氣時(shí)間，降低了氣門的開啟高度，改變了正常的配氣相位，使發(fā)動(dòng)機(jī)因進(jìn)氣不足，排氣不凈而功率下降，此外，還使配氣機(jī)構(gòu)零件的撞擊增加，磨損加快。

1.2間隙過小

發(fā)動(dòng)機(jī)工作后，零件受熱膨脹，將氣門推開，使氣門關(guān)閉不嚴(yán)，造成漏氣，功率下降，并使氣門的密封表面嚴(yán)重積碳或燒壞，甚至氣門撞擊活塞。發(fā)動(dòng)機(jī)在出廠時(shí)，氣門間隙一般要符合發(fā)動(dòng)機(jī)原廠規(guī)定。發(fā)動(dòng)機(jī)氣門搖臂與氣門之間經(jīng)過長(zhǎng)久的動(dòng)作及磨耗，間隙會(huì)愈變愈大，所以也要有氣門間隙的調(diào)整。針對(duì)氣門搖臂重量較大，需要用花鍵螺栓將搖臂提起，因此，提起時(shí)力的大小對(duì)氣門間隙影響較大。用手調(diào)整氣門間隙時(shí)，力度較難把握，導(dǎo)致調(diào)整較復(fù)雜的問題。

2試驗(yàn)研究

由此，試探經(jīng)過試驗(yàn)，解決這個(gè)問題。矩問題等機(jī)械啟動(dòng)的問題，還存在電氣啟動(dòng)問題。這些問題嚴(yán)重影響著柴油機(jī)的正常啟動(dòng)，不利于柴油機(jī)的高效運(yùn)行。已知此大功率發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門間隙為0.2±0.1mm，而排氣門間隙由于受熱膨脹比進(jìn)氣門側(cè)的大，所以間隙更大些，為0.9±0.1mm。用開口扳手帶緊15-20Nm左右力矩。按以下步驟逐缸調(diào)節(jié)氣門間隙。

①拆下氣門室蓋。拆下氣門室蓋的固定螺絲，小心取下氣門室蓋，注意不要損壞氣門室蓋襯墊。用抹布擦凈氣門及搖臂軸上的油污，以方便氣門調(diào)整作業(yè)

②找到一缸壓縮上止點(diǎn)。用電動(dòng)盤車撬動(dòng)飛輪，使一缸處于壓縮上止點(diǎn)位置。此時(shí)從氣門處看：一缸的氣門應(yīng)都處于關(guān)閉的狀態(tài)。如果一缸的氣門不全是關(guān)閉狀態(tài)，說明一缸活塞在下止點(diǎn)位置，您應(yīng)再轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸360度，使一缸處于壓縮上止點(diǎn)位置。

③用表盤式扭力扳手調(diào)節(jié)氣門間隙。保證發(fā)動(dòng)機(jī)在冷車狀態(tài)下調(diào)節(jié)氣門間隙。將塞尺插入調(diào)節(jié)螺釘和1缸上的氣門挺桿端部之間，并前后滑動(dòng)，可以感覺到輕微的拖滯，否則應(yīng)繼續(xù)調(diào)整第一缸。操作步驟如下：松開鎖緊螺母并且轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整螺釘，直到塞尺的拖滯感合適為止，然后應(yīng)用螺釘旋具將調(diào)整螺釘定位，同時(shí)用扳手經(jīng)過鎖緊螺母，并重新檢查間隙。如果有必要，重復(fù)調(diào)整。在調(diào)整好的情況下進(jìn)氣門0.2±0.1mm，表盤式扭力扳手在第一臺(tái)12缸3240柴油機(jī)上的打表數(shù)據(jù)。

由上述間隙調(diào)整結(jié)果可知：各缸調(diào)節(jié)氣門間隙調(diào)節(jié)與扳手所用力矩有相應(yīng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，此種32/40柴油機(jī)的進(jìn)氣門間隙調(diào)整力矩平均值為31N·M左右，排氣門間隙調(diào)整力矩平均值在21N·M左右。

本文根據(jù)長(zhǎng)期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出一種適用于32/40柴油機(jī)的、更為快速、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確的氣門間隙調(diào)整方法。但方法實(shí)施過程中應(yīng)注意以下問題：

①根據(jù)32/40柴油機(jī)原廠家設(shè)定的氣門間隙規(guī)定要求，選擇合理的塞規(guī)和表盤式扭力扳來調(diào)節(jié)氣門間隙。

②氣門間隙調(diào)整時(shí)，所調(diào)氣門應(yīng)完全在關(guān)閉狀態(tài)，這時(shí)調(diào)整的間隙值才是準(zhǔn)確的。

③調(diào)整時(shí)應(yīng)注意溫度影響：氣門搖臂、氣門桿的溫度會(huì)對(duì)氣門間隙產(chǎn)生影響，一般來說熱機(jī)時(shí)氣門間隙應(yīng)比冷機(jī)時(shí)的間隙小。本文主要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)冷機(jī)情況。

④各缸氣門間隙應(yīng)調(diào)整一致，否則發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡。調(diào)整前注意檢查搖臂頭、氣門桿等零部件的完整性及磨損情況，及時(shí)更換新件，以免影響氣門間隙調(diào)整值得準(zhǔn)確性。

⑤由實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，此種32/40柴油機(jī)的進(jìn)、排氣門間隙分別為0.2±0.1mm和0.9±0.1mm，其相對(duì)應(yīng)進(jìn)、排氣門間隙調(diào)整時(shí)的表盤式扭力扳顯示力矩的平均值分別為31N·M和21N·M左右。由此力矩經(jīng)驗(yàn)值就克服了因?yàn)閾u臂和搖臂支架組合部件質(zhì)量重而帶來的氣門間隙的調(diào)整帶來困難。

3結(jié)論

對(duì)柴油機(jī)氣門間隙異常情況下的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了EMD分解和Hilbert譜分析，通過與電機(jī)拖動(dòng)下的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，確定