氣門彈簧彎曲傾斜引發(fā)的柴油機(jī)故障分析

文：馬洪杰

隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的發(fā)展，越來越多的汽車故障反映在車輛的電控系統(tǒng)上，因此修理廠的維修人員往往更注重車輛的診斷與故障分析，而對于一些基礎(chǔ)的機(jī)械類故障卻不愿花費(fèi)心思。所以他們遇到機(jī)械類故障后，往往通過更換配件解決現(xiàn)有故障，不會深究故障產(chǎn)生原因以及更換質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)。

然而對于很多營運(yùn)車輛尤其是商用車輛來說，一些機(jī)械類部件維護(hù)和修理一定要嚴(yán)格按照規(guī)范操作，否則車輛的壽命將會受到影響，從而損害到車主的切身利益甚至生命安全。就拿發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的維護(hù)和修理來說，這本來是發(fā)動機(jī)維修中一項(xiàng)基礎(chǔ)而又重要的內(nèi)容，但是筆者在多年的從業(yè)經(jīng)歷中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)很多起因?yàn)闆]有嚴(yán)格按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對機(jī)構(gòu)的各個(gè)零部件進(jìn)行檢查，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并解決，從而造成車輛存在隱患并引發(fā)故障的案例。下面以實(shí)例進(jìn)行分析說明。

故障現(xiàn)象：一輛搭載風(fēng)神EQ6102型柴油機(jī)的EQ1048 型載貨車，在高速公路的一段下坡路段上空載、高擋高速行駛中，駕駛員突然聽到發(fā)動機(jī)有較強(qiáng)烈的異響，同時(shí)發(fā)現(xiàn)車身后面煙氣較大。當(dāng)駕駛員準(zhǔn)備靠邊停車時(shí)，車輛自動熄火、滑行至路邊。后車輛被拖到修理廠檢修。

檢查分析：維修人員轉(zhuǎn)動曲軸發(fā)現(xiàn)，無論正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，曲軸都只能轉(zhuǎn)動多半圈；點(diǎn)火起動時(shí)起動機(jī)也只能帶動半圈。這說明有異物卡在氣缸內(nèi)。

維修人員對發(fā)動機(jī)進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)第2 缸進(jìn)氣門的鎖夾脫出，氣門落入氣缸，氣門桿彎曲并折斷成兩段。根據(jù)解體情況和痕跡復(fù)原，發(fā)現(xiàn)氣門頭部與桿部同時(shí)嵌入活塞頂部的燃燒室中（圖1），活塞頂部有未熔化的鋁合金碎屑、鐵渣等。

另外2 缸活塞的2 道氣環(huán)和1 道油環(huán)全部抱死，活塞頭部有拉傷、粘缸痕跡（圖2），氣缸也有明顯的拉傷痕跡?；钊麅?nèi)腔頂部變形且有與連桿小頭干涉磨損的痕跡。

圖1 氣門頭部及桿部嵌入第2 缸活塞

圖2 2 缸活塞環(huán)抱死、活塞拉傷

圖3 2 缸進(jìn)氣門鎖夾

進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，2 缸進(jìn)氣門鎖夾已經(jīng)損壞（圖3），氣門彈簧座上下兩面都有碰擊痕跡，氣門推桿彎曲。氣缸蓋上2 缸燃燒室、氣門座圈等有碰擊痕跡，噴油器被碰壞。2 缸進(jìn)氣門導(dǎo)管進(jìn)入氣道的部分折斷。此外，3 缸活塞頂也有拉缸痕跡，第1 和第2 道氣環(huán)抱死。

從拆檢的情況來看，故障的起因是發(fā)動機(jī)工作中，2 缸進(jìn)氣門鎖夾脫出，導(dǎo)致氣門失去鎖止而落入氣缸。在活塞的碰擊下，氣門頭部折斷并嵌入活塞頂部，使活塞發(fā)生膨脹。加之活塞、氣門頭部以及桿部等相互碰擊并與氣缸蓋的碰擊產(chǎn)生碎屑，造成2 缸活塞粘缸、拉傷、活塞環(huán)抱死、缸套及氣缸蓋等損壞。由于氣門頭部及桿身的嵌入，使得活塞內(nèi)腔頂部膨脹變形，與往復(fù)運(yùn)動的連桿小頭相互干涉而產(chǎn)生了磨損。

而且，當(dāng)2 缸進(jìn)氣門落入氣缸后，2 缸便與進(jìn)氣道相通。當(dāng)3 缸在進(jìn)氣行程時(shí)，2 缸排氣時(shí)部分渣屑會被排入進(jìn)氣管內(nèi)，又被鄰近的3 缸吸入，造成3缸活塞拉缸、2 道氣環(huán)抱死。

故障發(fā)生時(shí)產(chǎn)生煙氣，是因?yàn)?、3缸活塞氣缸粘缸、抱環(huán)、拉傷時(shí)，機(jī)油沿著缸壁與活塞之間的間隙、拉痕竄進(jìn)2、3 缸燃燒室，又通過進(jìn)氣道被吸入各個(gè)氣缸，燃燒不完全產(chǎn)生煙氣排出；同時(shí)，由于2 缸進(jìn)氣門的脫落，在排氣行程，通過2 缸使進(jìn)、排氣道相通。此為非增壓柴油機(jī)，排氣系統(tǒng)壓力高于進(jìn)氣系統(tǒng)，一部分排出的氣體會竄入進(jìn)氣系統(tǒng)，造成各缸進(jìn)氣、燃燒紊亂而產(chǎn)生煙氣。

該車故障原因并不復(fù)雜，是因?yàn)?缸進(jìn)氣門鎖夾脫出而導(dǎo)致。但是，這個(gè)鎖夾為什么會脫出呢？該車可是一直正常維保，使用也很正常。最關(guān)鍵的是，筆者了解到，類似的故障并不少見。經(jīng)過進(jìn)一步檢查，筆者發(fā)現(xiàn)了此類故障產(chǎn)生的真正原因。

通過圖3觀察比較可以看出，2 缸進(jìn)氣門兩片鎖夾的損壞是不同的。左片鎖夾的內(nèi)環(huán)凸鍵，就是與氣門桿尾部環(huán)槽配合的卡鎖內(nèi)環(huán)凸起部分已不復(fù)存在，沒有剪切痕跡，且其內(nèi)外兩側(cè)、特別是內(nèi)側(cè)有明顯的磨損痕跡。其倒錐形下端最薄處僅有0.9 mm，說明這片鎖夾的凸鍵是因磨損而消失的。

而右片鎖夾有內(nèi)環(huán)凸鍵，其內(nèi)外側(cè)的磨損較輕且其下端最薄處有1.2 mm，其內(nèi)環(huán)凸鍵完整、但有部分被擠壓變形。

由此推斷，左片鎖夾因內(nèi)環(huán)凸鍵磨損消失、失去卡鎖作用而先行脫出。此時(shí)，右片鎖夾與彈簧座及氣門桿產(chǎn)生間隙、不能鎖止氣門桿。三者失去一體配合，倒錐形的鎖夾向上運(yùn)動脫出、“扣”在彈簧座的孔邊（圖4），隨后受到搖臂端碰擊。氣門彈簧座上下兩面的碰擊痕跡在同一方向上，上面的碰擊痕跡是搖臂端碰擊右片鎖夾造成。下面的痕跡是氣門桿端在碰擊座的過程中碰撞、滑移產(chǎn)生的痕跡（圖5）。

彈簧座內(nèi)圈的最厚處為7 mm，而在未受到碰擊時(shí)右片鎖夾搭扣在彈簧座上的弓形高度約為2.5 mm 。向缸內(nèi)滑落的氣門受到活塞碰擊、氣門桿向上運(yùn)動頂住偏離導(dǎo)管中心線的彈簧座、右片鎖夾及氣門搖臂時(shí)，氣門傳動鏈中增加了約9.5 mm 的長度，致使整個(gè)傳動鏈頂死?；钊谏现裹c(diǎn)附近碰擊氣門、與凸輪軸支撐力共同作用，第2 缸進(jìn)氣傳動鏈整體受力超限，造成右片鎖夾擠壓損壞、彈簧座上下端面產(chǎn)生碰痕、氣門導(dǎo)管折斷、氣門推桿彎曲等。隨后進(jìn)氣門落入缸內(nèi)且頭部與桿部折斷，使故障進(jìn)一步擴(kuò)大。

故障排除：維修人員對發(fā)動機(jī)大修，更換了主要零部件，包括氣缸套、活塞、活塞銷和活塞環(huán)等四配套件，以及氣缸蓋搖臂軸總成（包括進(jìn)排氣門及彈簧等各一組）、氣門推桿一根。修復(fù)后該車恢復(fù)正常工作。

回顧總結(jié)：通過上述分析，整個(gè)故障發(fā)生的過程被還原。但是，由于裝配氣門彈簧時(shí)有預(yù)壓縮力的存在，所以從理論上來說，氣門的鎖夾、彈簧座與氣門桿三者是一體配合、相對靜止不動。如果彈簧彈力不足，鎖夾、彈簧座與氣門桿三者之間會有相對運(yùn)動發(fā)生，并且兩片氣門鎖夾應(yīng)同步摩擦，磨損程度相近。那么，為什么本例故障中兩片鎖夾磨損是不同的呢？

通過觀察進(jìn)氣門彈簧下端面可以看出，有未磨損到的較大暗痕存在（圖6）。磨損不均勻，說明彈力沿彈簧周向不均勻。將氣門彈簧放到平板上測量，有暗痕一側(cè)高度為57.2 mm，其對面高度為57.9 mm，彈簧彎曲；以90°角尺檢查，與暗痕約成直角的上下相對兩側(cè)位置，角尺與彈簧有約1.5 mm 的間隙，通過作圖測得該夾角為2.3°，這說明彈簧還有傾斜存在。

圖5 右片氣門鎖夾脫出、碰擊時(shí)的狀態(tài)

圖6 2 缸進(jìn)氣門彈簧底面

彈簧彎曲并傾斜，彈簧座因受力不平衡，導(dǎo)致在運(yùn)動中帶動左片鎖夾與氣門桿產(chǎn)生相對運(yùn)動，從而產(chǎn)生磨損，鎖夾內(nèi)環(huán)凸鍵磨平失去卡鎖作用而脫出?？磥磉@才是故障產(chǎn)生最根本的原因。按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：氣門彈簧端面與中心線軸的垂直度偏差不得超過2°，如超過即應(yīng)更換。

所以筆者推斷，這輛使用多年的舊車，雖然發(fā)動機(jī)和配氣機(jī)構(gòu)經(jīng)過維修和保養(yǎng)，但沒有按照技術(shù)要求對氣門彈簧進(jìn)行檢查、更換，彈簧軸線的彎曲傾斜引發(fā)了重大的發(fā)動機(jī)事故。雖然這起故障發(fā)生在商用載貨車輛上，但是在很多乘用車上也發(fā)生過類似的故障。因此在此建議廣大維修人員，在維修工作中，尤其是機(jī)械類維修，一定要按照維修標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，否則將會為車輛后續(xù)的工作帶來安全隱患。