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发布时间:2009-12-5    阅读数:5 人次    【打印该页】【关闭窗口
专家解析 发动机气门座的维修方法
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气门及气门座是影响发动机可靠性、安全性的关键零部件之一,主要用于启动和关闭发动机工作过程中的进气道和排气道,控制燃料混合气或空气的进入以及废气的排出。气门及气门座的工作环境十分恶劣,除承受高温燃气的腐蚀外,还要承受气缸内爆发压力的冲击,主要失效模式为磨损。气门及气门座的磨损失效通常有4种型式,即接触疲劳磨损、高温腐蚀磨损、磨粒磨损和高温蠕变,并且磨损失效过程遵循一般机械零件磨损的规律,高温下的蠕变和腐蚀介质在这一过程中起加速作用。研究证明,汽油发动机与柴油发动机中各腐蚀介质所扮演的角色不完全相同,大致情况见下表:

    气门及气门座同时也存在一些非正常磨损的因素,比如:燃烧室空气中含有大量的灰尘;燃烧室内积碳过多;燃烧室内进水导致气门及气门座锈蚀等。发动机气门及气门座磨损失效使得进排气道关闭不严,导致发动机漏气,气缸压力减小,功率下降,耗油增加,严重时还会导致发动机排气冒黑烟,空气滤清器窜气,起动困难等。

    气门座通常有两种型式:一种是直接从气缸盖中镗出来。这种型式具有良好的散热性能,加工也比较方便;另一种是在气缸盖上镶气门座圈,这种型式便于修理和更换,气缸盖与气门座圈采用过盈配合来保证可靠性。本文将介绍气门座的几种维修方法。

    一、气门座圈拆除方法

    由于气门座圈与气缸盖为过盈配合,并且内孔表面光滑,因此欲拆除气门座圈必须在气门座圈上建立一个着力点或对气门座圈进行毁坏性拆解。通常有如下几种方法:

    1、切削法

    即在机床上用刀具将气门座圈切削掉。由于气门座圈被切削到较薄时,气门座圈收缩并与气门座圈底孔失去过盈配合,在切削力的作用下气门座圈与刀具一起回转,结果可能会导致气门座圈底孔的尺寸变化,圆度不满足技术要求。因此,采用此法拆除气门座圈时,为保证气门座圈与气门座圈底孔良好的过盈配合,一般都需要用刀具扩大气门座圈底孔尺寸,同时采用相应加大外径尺寸的气门座圈与之配套使用。

    2、拉拔法

    即采用某一拉拔工具将气门座圈直接从气缸盖上拉拔出来。例如:先在气门座圈内圆面上攻制螺纹,然后将相应尺寸的螺纹杆旋入气门座圈,在保证气门座圈和螺纹杆垂直的情况下,用铁锤轻轻敲击螺纹杆,直至拔出气门座圈。采用拉拔法基本上都会改变气门座圈底孔尺寸,尺寸改变量取决于拉拔工具的拉拔方式及其用力方式。

    3、电焊加热法

    即采用电焊设备用焊条对气门座圈加热,以达到破坏气门座圈与气门座圈底孔过盈配合的目的。通常的做法是用焊条沿气门座圈的内表面连续均匀点焊,当气门座圈被加热发红时,立即在气门座圈上浇上冷水,此时气门座圈通常会断裂。采用此法不宜对气门座圈加热时间过长,一般以气门座圈被加热到发红为止。

    4、感应加热法

    感应加热是利用电磁感应原理将工频电源变换成特定频段的电源从而加热金属材料的一种方法。感应加热系统主要由感应线圈、交流电源和工件组成。


感应线圈中的交变电流使气门座圈产生电涡流,从而达到加热气门座圈的目的。试验证明,采用感应加热设备对气门座圈加热3—6s,可轻松将气门座圈从气缸盖中取出,气门座圈底孔尺寸及周围铸铁的金相组织没有任何变化。采用此法也不宜对气门座圈加热时间过长,否则可能会改变气门座圈底孔周围铸铁的金相组织。


    二、气门座圈修复方法

    气门座使用一定时间后,常常会出现不同程度的磨损失效。在维修气门座的过程中,应根据气门座不同的磨损情况选择不同的维修方法,以降低维修成本。

    1、研磨法

    当气门座密封锥面仅有宽度未超过2.5mm的轻微磨损,或仅有少量较浅的麻点及蚀痕时,可采用气门与气门座相互配对研磨的办法来消除缺陷,恢复气密性。研磨的方法分手工研磨和机器研磨两种。手工研磨一般以气门作为工具。具体做法为:先在气门的密封锥面上均匀地抹上一层薄薄的研磨膏(又称阀尔沙),并将气门插入气门导管孔中,然后用力使气门紧贴气门座的密封锥面来回转动,必要时也可使气门上下运动轻轻敲击气门座。当气门座与气门研磨面上都出现一条完整而连续的暗灰色环带时,可对气门及座圈进行气密性检查,如不合格,则继续研磨直至合格为止。整个研磨过程按先粗磨后精磨进行。

    为保证研磨质量,在研磨过程中还应注意以下几点:

    (1)研磨前应清除气门座、气门及气门导管上的积炭及油污。

    (2)整个研磨过程均以气门导管孔作为定位基准。当气门导管孔磨损过大时,需要更换新的气门导管,此时一般不单独采用研磨法来修复气门座。

    (3)防止研磨膏掉入气门导管孔内,以免研磨过程中造成气门导管孔磨损。

    (4)已与气门座配对研磨好的气门不能与其它气门对调装配。

    (5)研磨结束后必须清洗干净气缸盖上的研磨膏。

    (6)研磨过程中应经常检查研磨效果,以免研磨时间过长,造成密封锥面过宽。

    (7)用气门敲击气门座时不能用力过猛,以免造成密封锥面凹陷。

    2、铰削法

    当气门座密封锥面严重磨损,宽度显著增加,或烧蚀严重时,可用铰刀对气门座进行铰削来恢复气密性。发动机的进、排气门与气门座的密封锥角基本上都是45°,因此可采用45°、15°和75°三种铰刀铰削气门座来恢复气密性,其中,45°铰刀又分为粗刃和细刃两种。铰削前应根据气门座及气门导管孔的尺寸选择合适的铰刀及刀杆。如果气门导管孔磨损严重,则需要更换新的气门导管后,再铰削气门座。45°铰刀铰削过程如下:

    (1)用45°粗刃铰刀对气门座进行粗铰。由于气门座存在硬层,在铰削时铰刀可能会打滑。此时可用粗砂布垫在铰刀下面对密封锥面砂磨后再铰。

    (2)当密封锥面过宽时,可用15°或75°铰刀铰削气门座来调整密封锥面宽度及位置。


气门座密封锥面b(见图1)的宽窄直接影响气门的使用寿命。若密封锥面过宽,单位密封锥面上的压力减小,降低硬化层的形成能力,导致气门座耐磨性降低。若密封锥面过窄,则气门与气门座的接触面容易磨出沟槽,且气门头散热能力差,容易导致气门烧蚀。


    (3)用45°细刃铰刀对气门座密封锥面进行精铰。为改善密封锥面的质量和光洁度,可在铰刀下垫抛光砂布光磨密封锥面。

    图2为45°铰刀铰削气门密封锥面的过程,其中(a)为用45度粗刃铰刀粗铰45°斜面;(b)为用75°铰刀铰削上斜面;(c)为用15°铰刀铰削下斜面;(d)为用45°细刃铰刀精铰45°斜面。

    在铰削过程中,应注意以下几点:

    (1)铰削时铰刀刀杆应与气缸盖底平面垂直,并且用力要均匀、平稳,不得倒退,直到将烧蚀、斑点等缺陷铰去为止。

    (2)在确保能够消除凹陷、斑点以及能铰出完整密封锥面的前提下,对气门座铰削量越小越好。

    (3)气门座铰削到气门装入气门座内后,密封锥面位于气门工作面的的中下部且宽度在1.2—2.5mm为宜。

    (4)为保证气门杆与气门导管合理的配合间隙,延长气门导管使用寿命,更换气门座时一般都需要跟换气门导管,并且用专用复合刀具同时铰削气门座锥面与气门导管孔。

    (5)对气门座的铰削,应在保证气门下沉量满足要求的前提下进行。

    3、镶嵌气门座圈

    当气门座密封锥面的缺陷不能通过研磨或铰削方式来直接修复时,则可通过镶嵌气门座圈,然后再铰削气门座圈密封锥面来恢复气密性。对于直接从气缸盖上加工出来的气门座,可切削气门座后镶嵌一定尺寸的气门座圈。对于原来镶有气门座圈的气缸盖,可拆掉气门座圈后,按原尺寸镶配气门座圈,也可适当扩大气门座圈底孔尺寸后,镶配相应加大外径尺寸的气门座圈。镶配气门座圈时,可先将气门座圈用液氮冷却5—10min,然后快速压入气缸盖内,或者加热气缸盖后快速压入气门座圈。不宜将常温下的气门座圈直接压入气缸盖内,否则会损坏气门座圈,拉伤气门座圈底孔,同时压入的气门座圈也易脱落。此外,为保障气缸盖的可靠性,不可随意扩大气门座圈底孔尺寸后重镶气门座圈。

    三、气密性检查

    为检验气门座的修复是否合格,需要检查气门与气门座的气密性,以保障发动机正常工作。通常有以下几种方法检查气密性。

    1、将与气门座配套使用的气门放入气门导管孔内,并使气门紧贴气门座的密封锥面,然后在气门上倒上足够的煤油,经3—5min后,如没有出现漏油现象,则可认为气密性良好。

    2、在气门密封锥面涂上一层红丹油,并把气门放入气门导管孔内,然后用力将气门压在气门座上旋转1/8—1/4周后取出,最后检查气门座上的红丹油情况。如果气门座密封锥面上全部沾上红丹油,并且均匀整齐,则说明气密性良好。

    3、用带有气压表的气密性检测器(见图3)进行检查。


即将检测器的空气容筒紧紧压在气门座的外缘上,并使空气容筒与气缸盖结合面保持良好的气密性,然后用手捏橡皮球向空气容筒内充气,使其具有0.6—0.7MPa的气压。如果在30s内气压表的读数不下降,则表示气密性良好。


    4、将气门与气门座清洗干净后,把气门杆放入气门导管孔内,当气门盘部离气门座25mm左右时,用手轻拍气门,使其沿气门导管孔垂直落下,连续数次后取出气门检查气门座密封锥面。若气门座密封锥面上有明亮而完整的光环且无斑点,即可认为气密性良好。

    5、用气密性试漏机全自动气密性检测。此法适合在大型汽修厂及柴油机装配厂使用,主要将气门及气门座处于具有一定压力的压缩空气中,并对气密性进行定量检测,然后判定气门与气门座的气密性是否合格。常用泄漏量及泄漏率来表示气密性。

    由于气门座的工作环境十分恶劣,以及气门的频繁撞击和摩擦,气门座的磨损是不可避免的。当气门座出现磨损失效时,应及早修复,以确保发动机的正常运行,延长发动机使用寿命。同时还应该注意发动机的日常保养,消除导致气门座非正常磨损失效的因素,以延长气门座的使用期限。


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