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

要：氣門機構(gòu)是柴油機的主要運動部件之一，控制著氣缸的進排氣，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。探究出一套簡潔的調(diào)整方法并簡述調(diào)節(jié)螺釘力矩對柴油機氣門間隙的影響。

關(guān)鍵詞：力矩;氣門搖臂;氣門間隙;調(diào)整方法

氣門機構(gòu)是柴油機的主要運動部件之一，控制著氣缸的進排氣，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。當柴油機氣門機構(gòu)發(fā)生故障時，由于氣閥截流沖擊和氣閥落座沖擊力的作用時間和強度發(fā)生變化，使缸蓋表面振動信號的特性產(chǎn)生相應(yīng)的變化。振動信號容易獲取且監(jiān)測過程簡單方便，因此利用缸蓋振動信號進行故障診斷是柴油機氣門故障診斷的有效方法之一。然而，缸蓋振動信號是等時間間隔采樣得到的，必須將其轉(zhuǎn)化為隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的振動信號，再進行特征提取，從而獲得柴油機每個工作循環(huán)的缸蓋激振力信息。通常采用上止點信號作為定位信息，截取柴油機一個工作循環(huán)內(nèi)的振動信號，再按照曲軸轉(zhuǎn)角的范圍均勻劃分，但由于柴油機轉(zhuǎn)速的不均勻性，這種方法不可避免地產(chǎn)生誤差，針對這樣的振動數(shù)據(jù)進行分析容易造成頻譜泄漏及混疊。要避免上述問題，就要將等時采樣的振動信號轉(zhuǎn)化成與柴油機工作循環(huán)相關(guān)的等角度間隔的振動信號。階比跟蹤是一種先進的重采樣方法，適合處理與轉(zhuǎn)速相關(guān)的非平穩(wěn)信號，本文應(yīng)用階比跟蹤方法對柴油機缸蓋振動信號進行了等角度重采樣。

此外，柴油機振動信號中包含大量的背景噪聲，并具有較強的非平穩(wěn)特性，單純的時域或頻域分析方法很難有效地提取出故障特征信息。針對非平穩(wěn)信號的Hilbert-Huang變換方法是一種時頻分析方法，它不僅可以自適應(yīng)地分辨出振動信號的局部時頻特性，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變換方法對柴油機缸蓋振動信號進行分析，提取出故障信號的特征信息。MAN32/40柴油機模塊化結(jié)構(gòu)，可靠性高，低維護成本，且維護保養(yǎng)方便簡捷。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95kg，為其氣門間隙的調(diào)整帶來困難。

1配氣機構(gòu)

MAN32/40柴油機采用了凸輪軸式配氣機構(gòu)，氣門搖臂控制進、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搖轉(zhuǎn)，通過杠桿作用將動力傳遞至氣門，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，是因為進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，氣門及其傳動件的受熱膨脹勢必引起氣門關(guān)閉不嚴，造成發(fā)送機在壓縮行程或做工行程中漏氣，從而使功率下降，嚴重時不易啟動。發(fā)動機在冷態(tài)下，當氣門處于關(guān)閉狀態(tài)時，氣門與傳動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、排氣門開啟遲后，縮短了進排氣時間，降低了氣門的開啟高度，改變了正常的配氣相位，使發(fā)動機因進氣不足，排氣不凈而功率下降，此外，還使配氣機構(gòu)零件的撞擊增加，磨損加快。

1.2間隙過小

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

2試驗研究

由此，試探經(jīng)過試驗，解決這個問題。矩問題等機械啟動的問題，還存在電氣啟動問題。這些問題嚴重影響著柴油機的正常啟動，不利于柴油機的高效運行。已知此大功率發(fā)動機的進氣門間隙為0.2±0.1mm，而排氣門間隙由于受熱膨脹比進氣門側(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。用電動盤車撬動飛輪，使一缸處于壓縮上止點位置。此時從氣門處看：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位置，您應(yīng)再轉(zhuǎn)動曲軸360度，使一缸處于壓縮上止點位置。

③用表盤式扭力扳手調(diào)節(jié)氣門間隙。保證發(fā)動機在冷車狀態(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，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，同時用扳手經(jīng)過鎖緊螺母，并重新檢查間隙。如果有必要，重復調(diào)整。在調(diào)整好的情況下進氣門0.2±0.1mm，表盤式扭力扳手在第一臺12缸3240柴油機上的打表數(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)的對應(yīng)關(guān)系，此種32/40柴油機的進氣門間隙調(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)長期的實踐經(jīng)驗，總結(jié)出一種適用于32/40柴油機的、更為快速、簡便、準確的氣門間隙調(diào)整方法。但方法實施過程中應(yīng)注意以下問題：

①根據(jù)32/40柴油機原廠家設(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，所調(diào)氣門應(yīng)完全在關(guān)閉狀態(tài)，這時調(diào)整的間隙值才是準確的。

③調(diào)整時應(yīng)注意溫度影響：氣門搖臂、氣門桿的溫度會對氣門間隙產(chǎn)生影響，一般來說熱機時氣門間隙應(yīng)比冷機時的間隙小。本文主要考慮發(fā)動機冷機情況。

④各缸氣門間隙應(yīng)調(diào)整一致，否則發(fā)動機會運轉(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，及時更換新件，以免影響氣門間隙調(diào)整值得準確性。

⑤由實踐經(jīng)驗可知，此種32/40柴油機的進、排氣門間隙分別為0.2±0.1mm和0.9±0.1mm，其相對應(yīng)進、排氣門間隙調(diào)整時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)驗值就克服了因為搖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

對柴油機氣門間隙異常情況下的振動信號進行了EMD分解和Hilbert譜分析，通過與電機拖動下的振動信號進行對比，確定