摩托冷起動(dòng)后猛加油門出現(xiàn)氣門故障原因
中國(guó)摩托車網(wǎng) 俠名 摩托車維修 2007-12-17
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一輛單缸四沖程CG125騎式車已行駛約4.5萬(wàn)km車況較好。冬日某天早晨，車主在車輛起動(dòng)后，猛地將油門轉(zhuǎn)至最大位置，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速陡升至最高轉(zhuǎn)速。但是時(shí)間不長(zhǎng)，隨著一聲異響摩托車突然熄火，再次起動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)任何反應(yīng)，曲軸無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，送至維修站，拆下發(fā)動(dòng)機(jī)，檢查發(fā)現(xiàn)進(jìn)、排氣門頭部相互碰撞且彎曲，并嵌卡在活塞頂部中央。設(shè)法卸下氣缸蓋(Guy)并將其分解，測(cè)量氣門桿及氣門導(dǎo)管孔，未變彤處的相關(guān)配合尺寸均符合技術(shù)要求；檢查機(jī)油泵的工作狀態(tài)，未發(fā)現(xiàn)異常，發(fā)動(dòng)機(jī)各油路亦無(wú)堵塞，氣缸筒及活塞裙部也無(wú)拉傷痕跡。仔細(xì)檢查燃燒室及氣門導(dǎo)管，發(fā)現(xiàn)氣門桿部只有少量積碳，說(shuō)明該車發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油正常，且無(wú)竄油現(xiàn)象。測(cè)量氣門彈簧自由長(zhǎng)度時(shí)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)氣門外彈簧偏短約0.15mm(與排氣門外彈簧比較)，且其彈力明顯偏低。經(jīng)詢問(wèn)得知，用戶對(duì)車保養(yǎng)得法，平時(shí)起動(dòng)后均按程序進(jìn)行暖車運(yùn)轉(zhuǎn)。氣門的開啟與關(guān)閉是由凸輪軸凸輪的外廓形曲線及升程和角度來(lái)控制的。正常情況下，只要發(fā)動(dòng)機(jī)配氣正時(shí)安裝正確，氣門間隙調(diào)整合理，進(jìn)、排氣門在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中依序開關(guān)是不會(huì)相互碰撞的。只有當(dāng)凸輪軸的旋轉(zhuǎn)在瞬間加速產(chǎn)生異常運(yùn)動(dòng)慣性時(shí)，氣門脫離了凸輪型線，不受其控制時(shí)才會(huì)發(fā)生。凸輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)(Tansfer)動(dòng)帶動(dòng)氣門作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)凸輪進(jìn)入升程開始階段，氣門加速運(yùn)動(dòng)(稱為正加速)，一旦氣門開度達(dá)到一定值的時(shí)候，氣門又開始減速運(yùn)動(dòng)(稱為負(fù)加速)，而當(dāng)氣門達(dá)到最大升程時(shí)，氣門的理論速度(Tempo)為0，在這期間負(fù)加速度(Tempo)起作用。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后緩加油門時(shí)，凸輪和氣門的運(yùn)動(dòng)加速度(Tempo)及產(chǎn)生的慣性力比較平穩(wěn)和均勻，氣門的運(yùn)動(dòng)始終受凸輪的控制。猛加油門時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速突然發(fā)生變化，凸輪正向加速度(Tempo)很大，由此產(chǎn)生的慣性力也很大，再加上在這個(gè)過(guò)程中要通過(guò)壓縮彈簧才能打開氣門，凸輪軸的驅(qū)動(dòng)力將相當(dāng)大，一旦氣門過(guò)了最大升程向關(guān)閉方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，負(fù)加速度(Tempo)產(chǎn)生的慣性力則全部作用在氣門彈簧上，并以最高的速度(Tempo)將氣門拋出，就在短時(shí)間內(nèi)氣門脫離了與凸輪型線接觸，這極大地(Terra)妨礙了氣門的正常開啟和關(guān)閉，造成進(jìn)、排氣門工作錯(cuò)亂而相互碰撞。而另一類氣門異動(dòng)則是共振，即在某一轉(zhuǎn)速下，氣門上下運(yùn)動(dòng)的頻率達(dá)到氣門彈簧系統(tǒng)固有頻率時(shí)，氣門將出現(xiàn)激烈的振動(dòng)，無(wú)法正常工作。具體過(guò)程是：在配氣機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，凸輪升程曲線諧波使配氣系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)，氣門彈簧也處于一種連續(xù)的振動(dòng)中。發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中，隨曲軸轉(zhuǎn)速變化，凸輪升程的諧波共振處產(chǎn)生了周期性的振幅高峰值，氣門彈簧共振是彈簧材料的內(nèi)應(yīng)力隨曲軸的轉(zhuǎn)速變化產(chǎn)生的，隨轉(zhuǎn)速的增加而增加，氣門運(yùn)動(dòng)過(guò)程中彈簧有效載荷也周期性地變化，長(zhǎng)期的運(yùn)動(dòng)變化便使氣門彈簧逐漸產(chǎn)生應(yīng)力疲勞，最終導(dǎo)致氣門彈簧損壞。以上介紹的氣門異常運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象在凸輪軸下置和中置式發(fā)動(dòng)機(jī)上較為常見。這是由于下置和中置凸輪軸一般要通過(guò)挺柱和推桿將運(yùn)動(dòng)傳給氣門，因此，其運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量較大，慣性力也大。此運(yùn)動(dòng)慣性力還會(huì)造成氣門產(chǎn)生“漂浮”狀態(tài)。這是由于一旦推桿、挺柱處于開啟氣門的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，它們就有保持這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的趨勢(shì)，從而使挺柱離開凸輪面而在凸輪和挺柱之間發(fā)生間隙，即發(fā)生所謂的“漂浮”現(xiàn)象，使氣門失去控制。當(dāng)慣性力減小和彈簧被壓縮后其彈力增大，氣門在彈簧力的作用下這些零件就會(huì)碰到一起發(fā)生強(qiáng)烈的敲擊聲，使磨損加劇，噪聲增大。這種氣門異動(dòng)除了不受凸輪控制外，還會(huì)在氣門回落時(shí)產(chǎn)生沖擊(Impuise)、反跳再回落等異常現(xiàn)象，以上氣門的不同步運(yùn)動(dòng)不但會(huì)使進(jìn)、排氣門回位落座不及時(shí)而相互擦碰，有時(shí)還會(huì)導(dǎo)致氣門盤與上下運(yùn)動(dòng)的活塞頂產(chǎn)生干涉而相撞。據(jù)了解，氣門異動(dòng)與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、氣門的工作頻率、凸輪軸的徑向跳動(dòng)以及氣門彈簧的軟硬度等因素有關(guān)，其中氣門彈簧是誘發(fā)氣門異動(dòng)的主要因素。眾所周知，氣門彈簧的作用是克服氣門關(guān)閉過(guò)程中的氣門及傳動(dòng)件的慣性力，防止氣門和各運(yùn)動(dòng)件之間因慣性力的作用產(chǎn)生間隙，確保氣門能隨配氣凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)及時(shí)開啟和關(guān)閉，關(guān)閉后能與氣門座圈緊密貼合，防止發(fā)動(dòng)機(jī)在振動(dòng)時(shí)氣門發(fā)生異常“跳動(dòng)”，破壞其密封性。為此，要求氣門彈簧具有足夠的剛度和安裝預(yù)緊力。氣門彈簧越硬，共振頻率越高。反之，彈簧越軟，轉(zhuǎn)速越高，則越容易產(chǎn)生共振。由此可見，采用剛度較大的硬彈簧可以避免氣門異常運(yùn)動(dòng)的發(fā)生。但是，彈簧過(guò)硬又增加了凸輪與氣門搖臂(或挺柱)之間的接觸應(yīng)力，使磨損加劇。因此，彈簧增加硬度是有限的。由于氣門彈簧工作頻率較高，再加上工作環(huán)境惡劣，隨著時(shí)間的推移，氣門彈簧會(huì)逐漸變軟。所以，有氣門異動(dòng)現(xiàn)象的摩托車多發(fā)生在舊車上，原因是舊車的氣門彈簧使用較久，其彈力有所下降的緣故。賽車之所以裝用二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，就因?yàn)槎䴖_程發(fā)動(dòng)機(jī)除了在同樣體積下，其升功率比四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)大之外，最主要的是由于二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)采用簧片閥或活塞進(jìn)氣方式。而賽車需要不時(shí)地猛加油門以滿足超高速(High Speed)工況，若賽車裝用四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，則其產(chǎn)生氣門異動(dòng)現(xiàn)象的機(jī)率將大大增加。為確保賽車運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性和可靠性，故絕大部分賽車均裝用二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，氣門的異常運(yùn)動(dòng)通常發(fā)生在高速(High Speed)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程巾，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)剛丌始起動(dòng)的怠速運(yùn)轉(zhuǎn)期間。若在未能充分暖機(jī)的情況下就急加油門至最高轉(zhuǎn)速，極易產(chǎn)生氣門異動(dòng)。在內(nèi)燃機(jī)上，氣門異動(dòng)的轉(zhuǎn)速稱為配氣機(jī)構(gòu)的臨界轉(zhuǎn)速，它和活塞的運(yùn)動(dòng)速度(Tempo)一樣都是限制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上限的主要因素之一。對(duì)于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，冷車猛轟油門害處不僅在于能會(huì)引發(fā)以上的“氣門異動(dòng)”意外故障，還會(huì)浪費(fèi)汽油，增加空氣污染。發(fā)動(dòng)機(jī)在正常使用的情況下通常能行駛10萬(wàn)km左右(主要指發(fā)動(dòng)機(jī)大修前的工作里程)，而經(jīng)常空車猛轟油門的發(fā)動(dòng)機(jī)行駛3萬(wàn)～5萬(wàn)km(嚴(yán)重時(shí)，有的甚至不到1萬(wàn)km)后，大部分運(yùn)動(dòng)零件就不能再用了，導(dǎo)致實(shí)際使用壽命大大縮短，其主要原因有以下幾點(diǎn)： a)摩托車停放一夜或幾天后，發(fā)動(dòng)機(jī)各運(yùn)動(dòng)零件間的潤(rùn)滑油絕大部分已流盡，其接觸表面上的余油極少，若車輛起動(dòng)后立即大轟油門，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速瞬間升高，摩擦副運(yùn)動(dòng)件間無(wú)油潤(rùn)滑，形成了干摩擦狀態(tài)，從而產(chǎn)生劇烈磨損。尤其是寒冷的冬季環(huán)境下，因氣溫低、氣候干燥，潤(rùn)滑油粘度增大，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，機(jī)油需經(jīng)過(guò)l～2min才能泵壓送到各潤(rùn)滑點(diǎn)，若提前加速運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)副零件處于干摩擦的時(shí)間延長(zhǎng)，其磨損量必然增大。 b)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)突然加大油門時(shí)，化油器節(jié)氣門主噴油針急速上提，混合氣的供應(yīng)量也會(huì)相當(dāng)增大。由于汽油的靜止慣性大于空氣的靜止慣性，所以此時(shí)汽油流量的增加遠(yuǎn)不及空氣量的增加，致使混合氣過(guò)稀，極易產(chǎn)生熄火現(xiàn)象。況且，當(dāng)節(jié)氣門急開時(shí)，高速(High Speed)進(jìn)入氣缸內(nèi)的冷態(tài)混合氣來(lái)不及預(yù)熱，汽油在氣缸內(nèi)壁的溫度極低的情況下，形不成良好的霧化即被吸入氣缸，它會(huì)不同程度地沖刷氣缸壁面上的潤(rùn)滑油膜。尤其是四沖程踏板車的真空膜片閥化油器上設(shè)置有自動(dòng)加濃裝置，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)初期，其可燃混合氣較濃，如果猛加油門，便會(huì)使急速進(jìn)入燃燒室的冷空氣和過(guò)濃的混合氣一起，參與沖刷氣缸壁面的油膜，造成氣缸與活塞、活塞環(huán)之間的異常磨損加劇。 c)猛轟油門時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速突變，使曲軸、連桿和活塞等零部件的受力處于失衡狀態(tài)，且伴隨運(yùn)動(dòng)零件的沖擊(Impuise)力加大，其旋轉(zhuǎn)力矩和往復(fù)慣性力變化過(guò)大。尤其是新組裝的發(fā)動(dòng)機(jī)，有時(shí)會(huì)引起劇烈撞擊，嚴(yán)重時(shí)甚至還會(huì)造成連桿彎曲、曲軸燒毀、活塞偏磨和脫頂?shù)纫馔夤收稀Ｓ纱丝磥?lái)，摩托車起動(dòng)后的暖車很重要，用戶在冷車起動(dòng)后必須先進(jìn)行預(yù)熱。據(jù)了解，排量在50mL以下的摩托車，預(yù)熱時(shí)間約需2～3min；50～80mL排量的摩托車約需3～5min；80～125mL排量的摩托車約需5～10min，125～250mlL排量的摩托車約需10～15min；250mL排量以上的摩托車則應(yīng)大于15min。其具體預(yù)熱時(shí)間可視季節(jié)變化靈活掌握，通常冬季稍長(zhǎng)，夏季略短。 |
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