柴油机故障快速诊断与维修要点
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1.1 气门间隙的检查与调整

重要提示 柴油机气门间隙的检查与调整,是柴油机使用维修中的重要工作。作为一个柴油机维修服务人员,调整和检查气门间隙是最基本的操作技能之一。因此,以下气门间隙的检查与调整方法是必须掌握和熟记的。

(1)气门间隙的检查调整方法

柴油机气门间隙的检查调整方法有很多种,但汇总起来主要有下列三种:逐缸调整法、两次调整法和双排不进法。这些调整方法的操作要点基本一致,不同之处在于具体操作步骤有所不同。简要介绍如下:

①逐缸调整法 逐缸调整法的具体做法是:转动曲轴使某缸的活塞处于压缩上止点位置时,对该气缸的进、排气门间隙进行调整;然后摇转曲轴一定转角,使另一缸活塞到达压缩上止点并进行相应的检查与调整;以此类推,直至完成全部气缸气门间隙的调整为止。

此方法的优点是简单易掌握,不需要事先了解着火顺序和第1缸的准确位置。缺点是对于多缸柴油机,需要多次转动曲轴,效率较低,车用柴油机很少采用。逐缸调整法主要用在多缸V型柴油机和曲柄设计比较特殊的多缸柴油机上,需要两个以上的维修人员相互配合才能完成。

②双排不进法 双排不进法与两次调整法类似,只是换了一种说法而已。基本做法是确认第1缸压缩冲程上止点,该缸的进、排气门间隙都可以调整即为“双”;而与之对应的在排气冲程上止点的某缸,由于进排气门处于重叠状态,都不能进行调整即为“不”;处于两者之间的其他气缸,可调进气门的即为“进”,可调排气门的即为“排”。一次调整完成后,曲轴旋转一圈,“双排不进”的顺序对调一下,即可进行相应的调整。

此种调整方法同样需要操作者对该柴油机的着火顺序等预先了解并熟知,否则就不可能准确掌握调整方法。

③两次调整法 所谓两次调整法,即对于一台多缸柴油机,所有气缸的气门间隙调整都在曲轴旋转两圈内完成(也即转动曲轴两次)。这种调整方法相对于逐缸调整法效率高了很多,常在四缸以上的柴油机上使用。基本做法是:将柴油机第1缸转动到压缩上止点位置后,调整该缸的进、排气门间隙,然后根据着火顺序分析调整其他气缸可调气门的气门间隙(可调气门间隙的气门数是柴油机总气门数的一半),完成后,曲轴再转360°(一圈),依次调整另一半未调气门的气门间隙。

多缸柴油机应用两次调整法调整气门间隙,相比逐缸调整法可谓省时、省力。但是,真正掌握它绝非易事,因为两次调整法是将柴油机的工作顺序、配气相位、气门排列等内容综合之后,并加以逻辑推导后才能求得可调的气门,因而在实践中能够灵活掌握两次调整法要相对困难一些。但如果掌握了其中的奥秘,运用起来就方便快捷了许多。

(2)调整气门间隙的准备工作

柴油机的着火顺序和第1缸的位置,曲轴或活塞处在哪个角度,可以检查调整哪些气门,这些都是必须预先判断和了解的。且这一判断和了解必须正确,才能调整准确,否则会越调越坏。判断可调气门位置时需要预先做到的准备工作如下。

①预先了解柴油机的着火顺序和第1缸的位置 了解并掌握该柴油机的着火顺序和第一缸的位置,这是准确判断可调气门位置的关键。一般而言,柴油机的着火顺序在该机的使用说明书中可以查出,但第1缸的位置一般没有明确的说明。

国产柴油机第1缸一般是从自由端开始的;但进口柴油机就不一定。进口柴油机的第1缸有从飞轮端开始的,也有从自由端开始的。所以预先确认着火顺序和第1缸的位置是非常重要的,不知道该机的着火顺序和第1缸的准确位置,想要准确调整气门间隙是不可能的。

如果没有这些资料,可以使用下述方法确认柴油机的着火顺序和第1缸的准确位置:拆下高压油泵上各缸的高压油管,顺方向转动柴油机曲轴,观察高压油泵各缸的出油顺序,以此可以准确推断出柴油机的着火顺序和第1缸的位置。在确定了柴油机着火顺序和第1缸的位置之后,就可以开始调整气门间隙了。

②确认第1缸的压缩冲程上止点 在开始调整气门间隙时,还要将曲轴转动到第1缸上止点位置。就车调整时,可以用下述方法找到第1缸上止点,具体如下。

a.对于曲轴飞轮上(或皮带轮上)有上止点标记的柴油机,首先将曲轴顺方向转动到标记位置,然后打开气门室盖板,观察第1缸进、排气门的状态,如果进、排气门处于重叠状态(即排气门即将关闭,而进气门刚刚开启),说明该缸处于排气冲程上止点,反之,则处于压缩冲程上止点。

b.对于没有刻线标记(或刻线标记模糊)的柴油机,则直接打开气门室盖,顺方向转动曲轴并观察第1缸进、排气门的动作,当发现该缸排气门开启后,继续转动曲轴,直到该缸进气门开启为止,此时该缸处于气门重叠状态,说明该缸处于排气冲程上止点位置。然后继续转动曲轴360°(一整圈),该缸就处于压缩冲程上止点位置。

特别提示 柴油机的气门间隙,除有特殊说明的外,一般都是在冷态数值。因此,在调整气门间隙时,该柴油机至少需要停止工作一定的时间。如无特殊说明,这个时间应该不少于2h,这是为了避免因热胀冷缩而造成气门间隙的调整误差。注意,这一点是很重要的。

(3)气门间隙的检查调整操作要领

在完成了上述准备工作之后,就可以开始进行气门间隙的检查与调整了。

①单缸机气门间隙的调整 单缸柴油机在农业机械等行业运用广泛。单缸柴油机一般只有一个进气门和一个排气门,因此,单缸柴油机气门间隙的检查与调整相对简单,但也必须认真对待,不能马虎。

与多缸柴油机一样,单缸柴油机的气门间隙如果不对,也会给柴油机的运转造成不良影响。如果气门间隙过小,零件受热膨胀而伸长,造成气门关闭不严,柴油机功率下降;同时气缸内的高温气体从缝隙中漏出,使气门过热,严重时可能导致气门局部被烧蚀等故障产生。而如果气门间隙过大,气门与气门座等零件撞击加剧,缩短使用寿命,同时使气门开启延续时间缩短,影响气缸内新鲜空气的进入及废气的排出,导致柴油机功率下降。

因此,为保证柴油机正常工作,必须定期检查调整气门间隙。具体调整方法如下。

a.首先在柴油机完全冷机的状态下拆下气缸盖罩。

b.转动飞轮,使飞轮上的上止点刻线对准相关指针刻线,或直接转动曲轴,使其处于压缩冲程上止点位置。一般方法是:顺转曲轴,观察进气门。以进气门刚开启时作为基点,顺转曲轴一整圈(360°),即为压缩冲程上止点。

c.用厚薄规(塞尺)测量气门杆尾端与摇臂之间的间隙(图1-1),如塞尺插不进去或插进去后仍有较大的间隙,则需对气门间隙进行调整。

图1-1 单缸机气门间隙调整

1—气门间隙;2—气门弹簧座;3—气门;4—厚薄规;5—摇臂;6—旋具(一字起);7—扳手;8—锁紧螺母;9—调整螺钉;10—推杆

d.松开气门间隙调整螺钉的锁紧螺母,轻微转动调整螺钉,用厚薄规测量直至所测值与规定值相符,在保持调整螺钉不动的情况下,拧紧锁紧螺母。

e.当进、排气门间隙调整好后,摇转曲轴数圈,再次测量气门间隙,如有变化,应重新进行调整。如果全部正确,则调整工作结束,即可启动试机。

重要提示 气门间隙的具体数值,以该机使用说明书为准。绝对不能凭经验和感觉来确定某个机型的气门间隙是多少。否则,柴油机运行中可能出现意想不到的故障。

②三缸柴油机气门间隙的检查与调整 三缸柴油机气门间隙的检查与调整相对单缸柴油机要复杂一些。简要介绍如下。

第一步:首先确定柴油机的气门间隙数值。部分柴油机可以在其铭牌上获得气门间隙的具体数值(如进气门间隙:0.25mm;排气门间隙:0.50mm);如果没有,则需要查阅技术手册或向生产厂家咨询。然后准备好塞尺(又叫厚薄规)和其他专用工具。

第二步:确认柴油机进、排气门位置。进、排气门的位置判断错误会使气门间隙不对(因进、排气门间隙往往不一样)。基本方法是观察气门与进、排气管的相对关系,与排气歧管对应的是排气门,反之,就是进气门。

第三步:确认三缸柴油机的着火顺序。对于三缸柴油机而言,着火顺序只有两种可能:1—3—2或1—2—3。着火间隔角为720°/3=240°。

第四步:使用简单有效的逐缸调整法,即:一个缸一个缸的调整。也就是:当需要调整一缸的气门间隙时,就将一缸转到压缩冲程上止点的位置(具体观察方法与单缸柴油机相同),此时该缸的进、排气门都处于自由状态,可以进行气门间的调整。

第五步:调整完第1缸的气门间隙后,按照该柴油机的着火顺序,转动曲轴旋转240°到另一缸(比如第3缸着火顺序为1—3—2时)的压缩冲程上止点,即可调整该缸进、排气门的间隙;然后再旋转曲轴240°,可调整第2缸的进、排气门间隙。

注意:三缸柴油机气门间隙的具体调整操作方法与单缸柴油机相同。

③多缸机气门间隙的调整 多缸机气门间隙的调整相对复杂一些,但主要是相对关系问题,即某缸重叠时可调整那些气门的气门间隙问题。只要理顺了这些问题,调整气门间隙其实也很简单,只是多次重复单缸机气门间隙的调整过程。

a.四缸柴油机气门间隙的检查与调整。使用两次调整法调整四缸柴油机的气门间隙,具体操作要点如下。

第一步:搞清气缸工作顺序。可通过曲轴旋转,观察高压油泵出口的出油顺序来判断柴油机的着火顺序。一般而言,直列四缸四冲程柴油机的工作顺序多数为1—3—4—2,但也有少量采用1—2—4—3着火顺序的(本节以着火顺序1—3—4—2为例)。

第二步:准备好气门间隙调整所用工具,如一字起(旋具)、梅花扳手、厚薄规、曲轴转动专用工具等。

第三步:拆下气门室盖。拆下气门室盖的固定螺栓,谨慎取下气门室盖。

重要提示 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。

第四步:确定两次可调气门间隙的气门。首先找到第一缸压缩上止点。用专用工具转动曲轴或撬动飞轮,使第1缸处于压缩上止点位置(定为曲轴位置Ⅰ),然后曲轴旋转360°(定位曲轴位置Ⅱ)。

曲轴位置Ⅰ(即第1缸处于压缩上止点)时,四缸机可调间隙的气门见表1-1。

曲轴位置Ⅱ(即第4缸处于压缩上止点)时,四缸机可调间隙的气门见表1-2。

表1-1 四缸柴油机曲轴位置Ⅰ时可调间隙的气门(着火顺序1—3—4—2)

表1-2 四缸柴油机曲轴位置Ⅱ时可调间隙的气门(着火顺序1—3—4—2)

第五步:调整气门间隙。气门间隙调整的具体操作方法与单缸柴油机相同。

b.六缸柴油机气门间隙的检查与调整。使用双排不进调整法进行调整。

操作要点:

首先确定某缸(一般以柴油机的第1缸为主)处于气门重叠位置(所谓气门重叠位置是指该缸的进气门刚刚打开、而排气门即将关闭的活塞位置,也即排气冲程上止点位置)。

此时该缸的进、排气门间隙都不可以调整为“不”;与之对应的处在压缩冲程上止点的某缸(这与曲拐排列有关,对于六缸机,一般选第1缸),由于进、排气门处于完全关闭状态(压缩冲程上至点),都可进行调整为“双”;而处于两者之间的其他缸,可调进气门的为“进”,可调排气门的为“排”。

按此位置(曲轴位置Ⅰ)进行可调气门的气门间隙的调整。调整完成后,曲轴旋转一圈(360°,曲轴位置Ⅱ),“双排不进”的顺序对调一下,即可进行第二次调整。

以着火顺序为1—5—3—6—2—4的六缸柴油机为例,气门间隙双排不进调整法的具体操作方法如下。

第一步:确认第1缸气门重叠。打开气门室盖板,转动柴油机曲轴至第1缸的进气门刚刚打开、排气门即将关闭的位置。

第二步:调整部分气门的间隙。在第1缸气门重叠位置(曲轴位置Ⅰ)时,该缸的进、排气门间隙均不可调即该缸为“不”,而与之对应的第6缸处于压缩冲程上止点,进、排气门间隙均可调整即为“双”。其他缸可调气门间隙的气门如图1-2(a)所示。

图1-2 六缸机双排不进法调整图

第三步:完成第二步工作后,旋转曲轴一整圈(360°,曲轴位置Ⅱ)。此时,第1缸处于压缩冲程上止点,而第6缸的气门处于重叠位置。可调间隙的气门正好与第二步相反,具体如图1-2(b)所示。至于气门间隙的具体调整方法,完全与单缸机相同,这里不再叙述。

重要提示 双排不进法调整气门间隙的操作关键是:掌握柴油机的着火顺序和确定气门重叠缸。如果你对该柴油机非常了解,可以从任意一缸的气门重叠开始进行调整而不一定必须从第1缸开始。

c. V型柴油机气门间隙的检查与调整。使用逐缸调整法调整,简要介绍如下。

对于某些曲拐布置比较复杂的V型柴油机,使用双排不进法或二次调整法调整气门间隙变得很麻烦。主要是因为推算可调气门相对复杂。

此时,建议使用逐缸调整法调整气门间隙(一般需要两人配合进行)。此法的主要特点是一个缸一个缸地调整,需要不断地转动曲轴。

现以着火顺序为1—8—4—5—7—3—6—2的V型柴油机为例,简要说明如下:

首先确认第1缸压缩冲程上止点。可用前述确认压缩上止点的方法确认第1缸压缩冲程上止点。确认该缸上止点后,即可调整该缸进、排气门的气门间隙。

然后按照着火顺序和着火间隔角(注意:着火间隔角与V型夹角和曲拐布置有关,如果是V型90°夹角的平面曲拐八缸机,则只要旋转曲轴90°即可;其他布置可能需要认真核算)。转动曲轴至第8缸的压缩冲程上止点位置,调整该缸的气门间隙。以此类推,直到全部调整完成为止。

注意:无论使用什么方法调整气门间隙,柴油机的曲轴只旋转两个整圈(也即720°)即可完成调整。也就是说,完成所有气门间隙的调整,只需旋转曲轴两圈。

(4)气门间隙调整举例

①顶置凸轮轴柴油机的气门间隙的调整 很多柴油机使用顶置凸轮轴凸轮直接确定气门,此类柴油机气门间隙的调整方法与上述柴油机的调整方法有所不同,具有特殊性。

以依维柯四缸柴油机为例,简介如下。

检查调整前,柴油机处在冷却状态下,用快速调整法调整,具体步骤如下:

a.摇转曲轴,使第1气缸处于压缩上止点,此时可以调整第1气缸进、排气门,第2气缸进气门,第3气缸排气门,如图1-3所示。

图1-3 气门间隙调整顺序

b.用塞尺插入气门挺柱与凸轮之间,其值为(0.5±0.05)mm,如图1-4所示,间隙的大小可通过不同规格气门间隙调整垫片来调整。

图1-4 气门间隙的测量

c.气门间隙的调整。转动挺柱3,使其边缘上的缺口2对准进、排气管这一侧,如图1-5所示。将挺柱向下压至最低位置,用压缩空气喷枪1对着挺柱缺口2喷射压缩空气,使调整垫片浮起,用夹钳取下调整垫片。

图1-5 调整垫片的更换

1—喷枪;2—挺柱缺口;3—挺柱

d.根据所测得的间隙及取出的调整垫片厚度,计算出当间隙为(0.5±0.05)mm时所需的调整垫的厚度,换上尺寸合适的新垫片。

安装调整垫时,标有厚度值的一面应朝向挺柱。调整垫的厚度为3.25~4.90mm(递增量为0.05mm)。

e.然后摇转曲轴,使第4缸处于压缩上止点,按同上方法调整剩余气门(即:调整第2气缸排气门,第3气缸进气门,第4气缸进、排气门)。

f.调整完成后,应进行一次复查,不合格时应重复上述步骤重新调整,直到全部合格为止。然后将所有螺栓全部拧紧一遍,至此,调整工作结束。

②GW2.8TC柴油机气门间隙的调整 此类柴油机的调整方法如下:

第一步:转动曲轴皮带轮,对正如图1-6所示的正时标记“1”和“2”,保证1、4缸活塞位于上止点位置。

图1-6 正时标记的核对

 

第二步:检查此时1缸进、排气门是否有间隙,如果有间隙,则为1缸压缩上止点,否则,转动曲轴一周,如图1-7所示(检查摇臂是否可以晃动)。

图1-7 检查摇臂是否可以晃动

第三步:当1缸的活塞位于压缩上止点时,检查并调整如图1-8所示的“1、2、3、6”的气门间隙。注意:该柴油机的冷态气门间隙为(0.4±0.05)mm。

图1-8 可调气门位置示意图(一)

具体调整方法为:在摇臂和气门杆端之间插入标准间隙厚度的塞尺,松开气门调整螺钉的锁紧螺母,转动气门调整螺钉直到塞尺上感到有一点阻力,拧紧气门调整螺钉的锁紧螺母,如图1-9所示。

图1-9 气门间隙的调整

第四步:转动曲轴一圈,对正曲轴皮带轮和正时盖上的正时标记,按照第三步的方法,检查调整如图1-10所示的“4、5、7、8”气门的气门间隙;调整完毕后,重新检查所有气门的气门间隙,如不合格重新进行调整,直至气门间隙正确为止。

图1-10 可调气门位置示意图(二)

③康明斯PT泵柴油机气门间隙的调整 与传统的柱塞式喷油泵不同,康明斯PT泵柴油机采用了独特的PT燃油系统,气门的控制与PT喷油器的驱动共用一根凸轮轴。因此,气门间隙检查调整的方法和使用的工具与一般柴油机不同。

在柴油机的气门间隙检查调整前,需要先将丁字压板调整好。

a.配气机构丁字压板的调整。康明斯PT泵柴油机采用四气门结构,每个气缸有两个进气门和两个排气门。

调整丁字压板是为每对同名气门同步动作提供保证,并防止由于气门未对准而在工作中产生变形。它是用一个调整螺钉和锁紧螺母(图1-11)来实施调整和确保同步的。

图1-11 PT泵柴油机气门间隙的调整

丁字压板调整状态的改变,起因是柴油机工作中气门座的磨损。磨损后的气门座使气门关闭位置提升,导致摇臂与丁字压板之间的预留间隙减小。此时,可按以下步骤进行检查和调整:

●拆掉气门摇臂室罩壳,用扳手松开锁紧螺母,将调整螺钉拧松一圈。

●用手指轻轻压住丁字压板与摇臂接触的平面,使丁字压板与一只气门杆接触。拧进调整螺钉使螺钉与另一只气门杆也接触,然后将调整螺钉再拧进30°(如果丁字压板和导杆是新件,只需拧进20°)。

●顶住调整螺钉,用扳手拧紧锁紧螺母至34~41N·m(当使用ST-669专用扳手接头时,锁紧螺母至30~35N·m)。

●用厚薄规检查丁字压板端面与气门弹簧上座之间的间隙①和②,其值为0.64mm(图1-11)。

b.气门间隙的检查与调整。当气门关闭,滚轮摇臂挺柱工作在凸轮基圆上时,摇臂与丁字压板之间存在的间隙称为气门间隙。康明斯柴油机气门间隙的检查和调整,其操作方法与一般柴油机相同,首先松开气门摇臂上的锁紧螺母并用起子旋出调整螺钉,将规定厚度的塞尺插在摇臂与丁字压板之间,拧进螺钉直到拉动塞尺略感阻力但能顺利滑过时,塞尺的厚度即表示气门间隙值。

调整结束后,用起子顶住调整螺钉不动,再将螺母锁紧。康明斯柴油机进、排气门的间隙(冷态)值,可从柴油机铭牌上查得。NTA855柴油机的气门间隙见表1-3。

表1-3 NTA855柴油机的气门间隙  mm

值得注意的是,康明斯柴油机气门间隙的调整与喷油器柱塞落座压力调整同步进行,检查气门启、闭状态的方法也与一般柴油机不同。因此,随喷油器柱塞落座压力调整所用的方法(升程法和扭矩法)不同,气门间隙调整也有两种方法。

●用升程法调整时,首先转动曲轴使皮带轮上A(图1-12)标记与柴油机前端齿轮室盖上的标记对准。

图1-12 NTA855柴油机正时记号

此时,第1缸和第6缸同时处于上止点后90°位置,有两种可能:第一种是第1缸为做功冲程,第6缸为进气冲程;第二种则相反。判断的方法是:若第1缸的气门摇臂都松动,为第一种情况;第6缸的气门摇臂都松动,为第二种情况。如果是第一种情况,按照表1-4的顺序调整第5缸气门间隙。

●顺柴油机工作方向转动曲轴使B标记与齿轮室盖上标记对准,此位置第5缸处于作功冲程90°位置,可调整第3缸的进、排气门间隙。

调整完毕,再使C标记与齿轮室盖上标记对准,此位置第3缸处于作功冲程90°位置,调整第6缸的进、排气门间隙。

●第5、第3、第6缸调整完毕,继续转动曲轴,使A、B、C标记再次与齿轮室盖上标记对准,可依次调整第2、第4、第1缸的气门间隙。至此,用升程法将6个缸的气门间隙全部调整完毕。

●当采用扭矩法调整气门间隙时,在调整好一个缸的喷油器后,接着调整该气缸的气门间隙(不允许先调气门,后调喷油器),调整顺序见表1-4。

表1-4 NTA855柴油机气门间隙调整顺序

●也可采用快速方法调整气门间隙。先调整完柴油机所有喷油器,转动曲轴找到第1缸处于做功冲程90°的A位置(图1-12),此时,可调整第1缸和第5缸的进气门和排气门,第3缸的排气门和第4缸的进气门。再将曲轴转过360°至A位置,然后调整其余的6个气门。柴油机只需转动两次即可将各缸的进、排气门调整完毕。

由表1-4可知,在用升程法和扭矩法调整喷油器时,与之对应的气门间隙值不同。用扭矩法调整喷油器时,所调缸的气门间隙值比用升程法时略大。

这是因为康明斯柴油机喷油器与进、排气门共用一根凸轮轴,当喷油器滚轮摇臂工作在喷油器凸轮的大基圆上时,喷油器柱塞紧压在喷油嘴锥形座面上,这一压紧力也同时通过推杆和滚轮摇臂作用在凸轮轴上,使凸轮轴产生向下的微量弯曲变形。因此,喷油器工作在大基圆上的那些缸的气门间隙均要大于喷油器工作在小基圆上或在行程中的那些缸的气门间隙。

在A标记与齿轮室盖上标记对准时,如果1缸处于做功冲程90°位置,按表1-4规定可以同时调整第1缸的喷油器和气门间隙,而升程法则规定调整第3缸的喷油器和第5缸的气门间隙。显然,此刻1缸的喷油器柱塞紧压在喷油嘴上,而5缸喷油器柱塞则在下行过程中,凸轮轴上没有压力。因此,1缸的气门间隙就要比5缸的标准值大一些,在实际调整中需要引起足够注意。

c.部分柴油机的气门间隙。部分常用柴油机的气门间隙见表1-5。

表1-5 部分柴油机的气门间隙  mm

重要提示 气门间隙的检查调整,是柴油机使用保养工作中的重点工作之一,必须认真细致地进行,绝对不能马虎,更不能不懂装懂,随意调整。