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柴油机空载超速引发的发动机、离合器、驱动桥关联故障分析
来源:汽车维修  作者:佚名  2018-04-17 08:24:03

    五、超速时进排气机构传动链的顶死及发动机零部件的损坏过程
    对于该配气机构来说,每个气缸的进或排气机构是相对独立工作的,因此每个气门及其传动件可以叫做进(或排)气子机构或子系统。
      (一)排气子机构传动链的顶死及气门与活塞碰撞损坏的过程
    发动机超速时,气门在最大升程附近,有较大的负加速度及惯性力的值叫,其方向与气门开启运动方向一致。当气门运动由开启向关闭转变时,处于传动链末端的气门将开启过程中子机构的运动惯性力、自激振动与受迫振动惯性力及弹性变形的能量全部释放出来,加之颤振中气门弹簧弹力的减小,气门产生弹性跳跃,其升程在最大升程的基础上增加了一段跳跃性升程、气门“悬浮”。由于升程的增加、弹力减小,弹簧的复位速度相对迟缓,导致发生跳跃的气门在关闭的过程中速度减慢、迟闭。而与曲轴同步运转的凸轮轴的转速相对较快、凸轮转过较大角度且升程下降较大,在气门升程增加、回落迟缓与凸轮升程下降较大这二者的共同影响下(此时还有气门间隙的存在),气门机构传动链中产生最大的间隙。
    该配气机构为顶置气门、下置式凸轮轴。其挺柱内腔下部构造是由球形窝座与锥形台两部分组成,球形窝座与推杆下端球头配合,锥形台是球形窝座上部与挺柱内壁的过渡面。当排气门产生跳跃升程、传动链脱节、推杆球头与挺柱内腔球形窝座之间的间隙达到一定量时,球头就会脱离球形窝座而跃出。因产生跳跃运动而回程速度变慢、滞后关闭的排气门与运动到排气上止点附近的活塞发生碰撞后,落座的速度变快并碰撞摇臂,摇臂上的气门调整螺栓碰撞推杆,已跃出球形窝座的推杆运动状态与轨迹发生变化、其下端球头旁落在挺柱内腔的锥形台上,这时推杆在锥形台上的接触点比球形窝座底部的配合点高出约4.5 mm。这个高度差足以使传动链的各部间隙被全部消除、传动链顶死而且尺寸还有所加长。排气门不能落座而凸出在活塞运动行程之内,在活塞碰撞与凸轮轴支承二力的共同作用下,造成排气门头部折断、推杆弯曲及其子机构零件等一系列的损坏。
    因推杆旁落,碰撞中的挺柱受到点接触、偏置力作用而损坏,其底面以局部冲击、碰撞凸轮,凸轮表面受力超过了材料的抗压强度而产生“月牙形”碰撞损坏,破裂膨胀的挺柱造成转动着凸轮表面的擦伤,同时造成机体上挺柱承孔受冲击挤压、变形损坏。
    在与活塞碰撞的过程中,气门受到的是偏离气门杆及其导管轴线力的作用并发生横向摆动,是与导管轴线垂直的分力(别劲)使导管损坏,5缸排气门导管的碎断即属于此种情况。
    (二)进气子机构传动链的顶死及气门与活塞碰撞损坏的过程
      6缸进气子机构损坏的原因与排气子机构不同。6缸排气门头部折断后落在活塞顶部、相当于活塞行程加长,并在运动中移动到进气门的开启运动区域,当活塞运动到排气上止点附近时,进气门早开并与活塞及排气门头部发生碰撞、进气子机构项死,造成气门头部折断、锁夹脱出、推杆弯曲等一系列的损坏。随后排气门头部落入活塞燃烧室中,在后续的碰撞中嵌入活塞。
    (三)活塞、气缸盖等变形损坏过程
    气门头部碰撞折断发生在排气上止点附近,折断后落入气缸内,第一次阻止活塞越过上止点与活塞碰撞,则是发生在压缩上止点附近。在底盘传动系巨大推力的作用下,曲轴强力旋转,通过活塞、折断的气门头部和气缸盖燃烧室等零部件的变形、损坏来“化解”这个阻力,带动活塞越过上止点而使发动机继续运转。因为折断的气门头部在气缸内位置的变动,上述过程会反复进行,从而造成活塞、气缸盖燃烧室、喷油器等的严重损坏。由此可以推断出碰撞的痕迹越多、损坏越重,气门头部折断的时间越早,从而得知各缸气门头部碰撞折断的顺序。
      刚折断的气门头部尺寸较大,对活塞越过上止点产生的阻力也较大,随着碰撞次数的增多,各相关零部件尺寸及相应位置关系发生变化,对活塞越过上止点的阻力变小,直到折断的气门头部在燃烧室中相应位置的相互尺寸关系能够使活塞不遇阻力,顺利越过上止点或者出现更大的损坏,其产生的阻力与曲柄连杆机构动力之间的相互作用才能停止。
    (四)关于发动机其它问题的说明
      5缸中铁质渣屑是导管断裂后形成的。各缸中铝质金属碎末,是气门头部折断前后与活塞碰撞产生及通过进气歧管吸入6缸的铝末;各缸拉缸痕迹是渣屑碎末及气门头部折断后与活塞碰撞致使活塞头部变形,是在运动中造成的。
    最初发现故障时,车辆后部有较大烟气。在超速情况下,柴油机喷油泵已停止供油。润滑油从各拉伤的气缸壁窜进各缸、特别是6缸活塞燃烧室被击穿后,从其冷却喷嘴喷出的润滑油进入6缸、各缸也通过进气歧管从6缸中吸入、压缩、半燃烧后,都排放进入较热的排气管中产生的烟气。

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