基于气门间隙调整方法在大功率柴油机中的应用获奖科研报告

基于气门间隙调整方法在大功率柴油机中的应用获奖科研报告摘

要：气门机构是柴油机的主要运动部件之一，控制着气缸的进排气，其工作状态直接决定了缸内燃烧效果。由于其工作环境较为恶劣，易发生故障。探究出一套简洁的调整方法并简述调节螺钉力矩对柴油机气门间隙的影响。

关键词：力矩;气门摇臂;气门间隙;调整方法

气门机构是柴油机的主要运动部件之一，控制着气缸的进排气，其工作状态直接决定了缸内燃烧效果。由于其工作环境较为恶劣，易发生故障。当柴油机气门机构发生故障时，由于气阀截流冲击和气阀落座冲击力的作用时间和强度发生变化，使缸盖表面振动信号的特性产生相应的变化。振动信号容易获取且监测过程简单方便，因此利用缸盖振动信号进行故障诊断是柴油机气门故障诊断的有效方法之一。然而，缸盖振动信号是等时间间隔采样得到的，必须将其转化为随曲轴转角变化的振动信号，再进行特征提取，从而获得柴油机每个工作循环的缸盖激振力信息。通常采用上止点信号作为定位信息，截取柴油机一个工作循环内的振动信号，再按照曲轴转角的范围均匀划分，但由于柴油机转速的不均匀性，这种方法不可避免地产生误差，针对这样的振动数据进行分析容易造成频谱泄漏及混叠。要避免上述问题，就要将等时采样的振动信号转化成与柴油机工作循环相关的等角度间隔的振动信号。阶比跟踪是一种先进的重采样方法，适合处理与转速相关的非平稳信号，本文应用阶比跟踪方法对柴油机缸盖振动信号进行了等角度重采样。

此外，柴油机振动信号中包含大量的背景噪声，并具有较强的非平稳特性，单纯的时域或频域分析方法很难有效地提取出故障特征信息。针对非平稳信号的Hilbert-Huang变换方法是一种时频分析方法，它不仅可以自适应地分辨出振动信号的局部时频特性，而且由其分解得到的内禀模态函数（IntrinsicModeFunction，IMF）具有良好的完备性与局部正交性。本文采用Hilbert-Huang变换方法对柴油机缸盖振动信号进行分析，提取出故障信号的特征信息。MAN32/40柴油机模块化结构，可靠性高，低维护成本，且维护保养方便简捷。但因其缸径大，其零部件重量重，仅摇臂和摇臂支架组合部件就重達95kg，为其气门间隙的调整带来困难。

1配气机构

MAN32/40柴油机采用了凸轮轴式配气机构，气门摇臂控制进、排气门的开闭。它由凸轮轴通过挺柱、推杆与凸轮轴型线接触带动摇转，通过杠杆作用将动力传递至气门，从而控制气门的开闭。而气门摇臂与气门的间隙（即气门间隙）之所以存在，是因为进排气门均安装在燃烧室的顶端，也是温度最高之处，必须留有膨胀的空间。如果气门及其传动件之间在冷态下无间隙或间隙过小，则在热态下，气门及其传动件的受热膨胀势必引起气门关闭不严，造成发送机在压缩行程或做工行程中漏气，从而使功率下降，严重时不易启动。发动机在冷态下，当气门处于关闭状态时，气门与传动件之间的间隙称为气门间隙。气门间隙还必须在合理的范围内，不能过大，也不能过小。

1.1间隙过大

进、排气门开启迟后，缩短了进排气时间，降低了气门的开启高度，改变了正常的配气相位，使发动机因进气不足，排气不净而功率下降，此外，还使配气机构零件的撞击增加，磨损加快。

1.2间隙过小

发动机工作后，零件受热膨胀，将气门推开，使气门关闭不严，造成漏气，功率下降，并使气门的密封表面严重积碳或烧坏，甚至气门撞击活塞。发动机在出厂时，气门间隙一般要符合发动机原厂规定。发动机气门摇臂与气门之间经过长久的动作及磨耗，间隙会愈变愈大，所以也要有气门间隙的调整。针对气门摇臂重量较大，需要用花键螺栓将摇臂提起，因此，提起时力的大小对气门间隙影响较大。用手调整气门间隙时，力度较难把握，导致调整较复杂的问题。

2试验研究

由此，试探经过试验，解决这个问题。矩问题等机械启动的问题，还存在电气启动问题。这些问题严重影响着柴油机的正常启动，不利于柴油机的高效运行。已知此大功率发动机的进气门间隙为0.2±0.1mm，而排气门间隙由于受热膨胀比进气门侧的大，所以间隙更大些，为0.9±0.1mm。用开口扳手带紧15-20Nm左右力矩。按以下步骤逐缸调节气门间隙。

①拆下气门室盖。拆下气门室盖的固定螺丝，小心取下气门室盖，注意不要损坏气门室盖衬垫。用抹布擦净气门及摇臂轴上的油污，以方便气门调整作业

②找到一缸压缩上止点。用电动盘车撬动飞轮，使一缸处于压缩上止点位置。此时从气门处看：一缸的气门应都处于关闭的状态。如果一缸的气门不全是关闭状态，说明一缸活塞在下止点位置，您应再转动曲轴360度，使一缸处于压缩上止点位置。

③用表盘式扭力扳手调节气门间隙。保证发动机在冷车状态下调节气门间隙。将塞尺插入调节螺钉和1缸上的气门挺杆端部之间，并前后滑动，可以感觉到轻微的拖滞，否则应继续调整第一缸。操作步骤如下：松开锁紧螺母并且转动调整螺钉，直到塞尺的拖滞感合适为止，然后应用螺钉旋具将调整螺钉定位，同时用扳手经过锁紧螺母，并重新检查间隙。如果有必要，重复调整。在调整好的情况下进气门0.2±0.1mm，表盘式扭力扳手在第一台12缸3240柴油机上的打表数据。

由上述间隙调整结果可知：各缸调节气门间隙调节与扳手所用力矩有相应的对应关系，此种32/40柴油机的进气门间隙调整力矩平均值为31N·M左右，排气门间隙调整力矩平均值在21N·M左右。

本文根据长期的实践经验，总结出一种适用于32/40柴油机的、更为快速、简便、准确的气门间隙调整方法。但方法实施过程中应注意以下问题：

①根据32/40柴油机原厂家设定的气门间隙规定要求，选择合理的塞规和表盘式扭力扳来调节气门间隙。

②气门间隙调整时，所调气门应完全在关闭状态，这时调整的间隙值才是准确的。

③调整时应注意温度影响：气门摇臂、气门杆的温度会对气门间隙产生影响，一般来说热机时气门间隙应比冷机时的间隙小。本文主要考虑发动机冷机情况。

④各缸气门间隙应调整一致，否则发动机会运转不平衡。调整前注意检查摇臂头、气门杆等零部件的完整性及磨损情况，及时更换新件，以免影响气门间隙调整值得准确性。

⑤由实践经验可知，此种32/40柴油机的进、排气门间隙分别为0.2±0.1mm和0.9±0.1mm，其相对应进、排气门间隙调整时的表盘式扭力扳显示力矩的平均值分别为31N·M和21N·M左右。由此力矩经验值就克服了因为摇臂和摇臂支架组合部件质量重而带来的气门间隙的调整带来困难。

3结论

对柴油机气门间隙异常情况下的振动信号进行了EMD分解和Hilbert谱分析，通过与电机拖动下的振动信号进行对比，确定