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气门锥面与气门顶平面的夹角 。
气门锥面与锥角 气门头部与气门座接触的工作面,是与杆身同心的锥面。通常将这一锥面与气门顶平面的夹角称为气门锥角,如图3.37所示。
是真实存在的角度,以活塞在上下止点为基准的扫(进)气、排气机构的开闭时间,以曲轴转角计算。 汽车配气相位 配气相位是用曲轴转角表示的进、排气门的开启时刻和开启延续时间,通常用环形图表示-配气相...
配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程,定时开启和关闭进气门和排气门,使可燃混合气或空气进入气缸,并使废气从气缸内排出,实现换气过程。配气机构由定时齿轮、桃形轴、活塞推杆(上有调节螺母)、摇臂...
首先气门响指的是发动机在运作的过程中产生有节奏的敲击声,发动机转速越大,气门响越大。处理方法有几种,首先可以检查气门是否空隙过大,调整合适即可;如果是凸轮轴和气门脚磨损引起的话,就需要更换凸轮轴或者气...
气门盘锥面对气门杆部同轴度的测量方法
0引言气门盘锥面的形位误差和表面粗糙度决定气门密封效果,通常气门盘锥面部位的形位误差图纸上只要求测量圆度和跳动误差。目前国外有公司要求我厂为其生产的气门必须控制气门盘锥面对杆部的同轴度,且检测手段是圆柱度仪。但是我厂圆柱度仪上测量项目只有圆度、圆柱度、平度、直线度。如何测量同轴度误差?本人经过反复实验在TR265泰勒圆柱度仪上检测出气门盘锥面对杆部的同轴度误差。并且检测数据得到了认可。
Inconel 751合金排气门锥面烧蚀失效分析
通过宏观检验、化学成分分析、金相检验、腐蚀产物物相分析等方法对Inconel 751合金排气门锥面烧蚀失效的原因进行了分析。结果表明:排气门自身材料及加工工艺符合技术要求,排气门锥面发生烧蚀失效主要是由于其燃油中硫元素含量超标、在高温下热腐蚀排气门锥面所致。
由上述的文字我们可以发生在理想状况下,进气门和排气门不会有「同时开启」的状况,也就是没有「气门重叠」的现象。不过在某些特定需求下比如要求高转速域的输出表现时,为求排气更加顺畅会刻意让进气门在排气门尚未完全关闭时,就逐渐开启因为新鲜的混合油气要进入汽缸内主要是依靠上述燃烧后活塞下移所产生的负压吸力。由于混合油气具有质量与阻力,当进气行程从进气门开启到关闭气门那一刻止汽缸内所吸入的混合油气往往未能达到饱和。因此引擎工程师在设计凸轮开启角度时,会趋向早开及晚关的方式这样能让混合油气有更多的时间,进入汽缸既然进排气门有着早开及晚关的角度设计。
当排气行程结束后紧接着又是进气行程的开始,排气门晚关进气门早开造成进排气门同时开启的角度重复。这就是学理上所谓的Over Lap 「气门重叠」。气门重叠是因为早开晚关设计所产生的机械现象而此现象也让排气门尚未关闭前,利用新鲜混合油气进入汽缸来驱离汽缸内尚未完全排除的废气。这种设计也有效增加汽缸的进排气量的功效。
采用一维仿真方法探讨了进气门晚关角在某较高转速外特性工况点对发动机性能的影响规律和作用机制。分析可知,进气门关闭时刻气门座处的流速为零并不会使充量系数达到最大,适当增大进气门晚关角可使得正向进气量增加,但过度增大进气门晚关角将使得进气倒流量显著增加,从而不利于提高综合进气量 。可以根据气门控制参数的变化情况,对可变气门技术进行了详细的分类 。
作者:王忠诚、肖学林
单位:济南沃德汽车零部件有限公司
来源:《金属加工(热加工)》杂志
内燃机气门进行锥面淬火的目的是满足其耐磨性,通常规定其锥面硬度在48HRC以上,某型号的内燃机气门材质为整体马氏体耐热钢(X45Cr9Si3),采用六工位高频淬火机床进行气门的锥面淬火,该产品的技术要求为:锥面硬度550~700HV30,硬化层深度≥2.8mm,晶粒度细于8级,淬火实景如图1所示。在某天操作者发现有300余支气门锥面淬火后开裂,具体形状如图2、图3所示,可以看出该裂纹在气门的底窝与圆弧长度均较长。此淬火介质采用浓度为10~15%的淬火液进行桶内喷射冷却,淬火介质温度为26℃,检查高频淬火工艺参数正常。
1.原因分析
气门锥面淬火后产生淬火裂纹,该类缺陷是致命也是绝不允许的,一旦出现将造成十分严重的后果,即造成发动机的早期失效,甚至会发生重大人身伤亡事故,故气门制造商在DFMEA与PFMEA设计中均要重点考虑,并采取必要的预防措施。本文对出现的此批淬火裂纹的产品进行如下几个方面的分析,目的是找到其产生的原因并采取预防措施。
(1)检查气门的化学成分
对该产品的盘部采用光谱分析,检测结果见表1,其化学成分符合要求。
表1 气门的化学成分(质量分数)(%)
元素 |
C |
Si |
Mn |
S |
P |
Cr |
标准要求 |
0.40~0.50 |
2.70~3.30 |
≤0.60 |
≤0.030 |
≤0.040 |
8.80~10.00 |
实际检测 |
0.46 |
2.84 |
0.48 |
0.0025 |
0.0031 |
9.23 |
(2)外观与金相分析
为了分析其裂纹的特征,首先进行外部宏观部分的观察与分析,图2、图3是同一支气门底面与圆弧的裂纹形式,从图中可看出,淬火裂纹是从底窝向锥面与圆弧扩展的(通裂),在气门锥面或锥面与圆弧位置出现裂纹,这通常是批量的裂纹,其裂纹位置在淬火冷却区域,这是此处截面差别较大的部位,裂纹形状基本一致。另外,从气门(端面有底窝)锥面淬火后的裂纹形式(采用淬火冷却介质冷却)可以看出,淬火深度进入了盘部底窝内,造成此处应力集中而开裂。图4、图5为其盘部底面与圆弧的裂纹形态,其形状是头粗尾细,淬火表面裂口宽,越向心部延伸越细小,裂纹内部无氧化脱碳,为淬火裂纹,检查晶粒度在6级,不符合细于8级的工艺要求(见图6),出现局部过热的倾向。
从裂纹件金相图片分析,裂纹不是淬火过烧裂纹和淬火前裂纹,是淬火后造成裂纹,经淬火冷却后裂纹扩展。对开裂的与不开裂的两支气门进行淬硬层深度检查,具体如图7、图8所示。从图中可知,正常的气门淬火硬化层深度为4~5mm,锥面硬度为620~680HV30。非锥面开裂的气门淬火硬化层深度7mm(裂纹位于淬火过渡区附近)为,硬度635~647HV30。可以看出二者的差异在于硬化层深度的不同。工艺规定硬化层深度是大于2.8mm,没有上限要求。
该淬火裂纹的产品硬化层深度比正常产品深2mm,另外检查发现开裂的气门盘厚比正常的盘厚厚0.3mm。
(3)气门外部形状
一同淬火的两种气门的盘部外圆是一样的,唯一区别为发生淬火开裂的气门低窝直径大,具体如图9所示,二者的具体尺寸比较见表2。可以看出二者在于当硬化层深度大于5mm后,则淬火区进入气门盘部厚薄交界处(底窝大的气门)。
表2 两种锥面淬火气门外部尺寸比较
项目 |
盘部直 径/mm |
低窝直 径/mm |
二者直径差 /2菱形长度 |
锥面角度 /(°) |
盘厚 /mm |
杆径 /mm |
A气门 |
φ34 |
φ16 |
9 |
45 |
4.2 |
φ6.5 |
B气门(产生淬火裂纹) |
φ34 |
φ24 |
5 |
45 |
4.5 |
φ6.5 |
(4)淬火感应器与气门锥面的间隙
因气门锥面淬火采用杆端定位,气门总长不变,盘部厚势必造成气门锥面与感应器的距离近,在加热过程中,加热深度较深,进入截面厚薄处,淬火后造成此处局部过热,淬火应力过大而开裂。图10为淬火过程中的气门与夹持的夹具。
经过落实现场实际检查与判断,同时检查6个夹具的跳动情况,发现其中一个夹具(弹簧卡头)跳动大,在设备运行中,造成锥面淬火加热温度不均匀,造成硬化层过深,进入产品底窝内,(底窝本来就是应力集中区)在冷却过程中因应力过大而造成气门锥面开裂。
2.措施
根据以上几个方面的分析,在气门锥面淬火过程中,要严格落实表3要求,则可有效避免此类裂纹的产生,这是在生产过程中经验所得。另外,对于有底窝的该类气门要考虑硬化层深度有一个合理的范围,决不允许硬化层深度进入盘部底窝内,可通过首件进行验证,并确定最佳的硬化层深度。
表3 气门锥面或圆弧淬火开裂的原因分析与预防措施
缺陷名称 |
产生原因 |
预防措施 |
锥面或圆弧淬火开裂 |
盘部有折叠,造成淬火后沿此处开裂,延伸到锥面或圆弧上 |
①气门电鐓时按工艺参数(包括电压、电流、油压、时间、砧子缸与顶端缸后退速度、夹持力等)进行调整 ②气门杆部无划痕,钳口定期进行更换 |
加热深度进入盘部底窝,此处为应力集中区而开裂 |
①首件进行晶粒度与淬火深度的检测 ②淬火深度应以未进入盘部底窝内为准(金相法) ③工艺规定硬化层深度应在2.8~4.5mm |
|
气门与感应器相对位置不正确,加热温度不均匀或过热(或产品存在内部缺陷) |
①首件进行晶粒度与淬火深度的检测 ②生产过程中进行产品质量检查 ③对弹簧卡头进行检查,跳动大则立即更换 |
|
淬火冷却介质浓度低,冷却不良,造成冷却速度过快 |
每班进行浓度或折光系数的检测,符合要求后方可进行淬火处理 |
3.结语
(1)根据以上的分析可知,该批气门锥面淬火产生裂纹的原因在于,局部淬火温度高出现过热,淬火深度进入了盘部低窝内,此处为截面壁厚差距最大处,淬火后产生较大的应力集中而开裂。
(2)因淬火开裂气门盘厚比正常的厚0.30mm,故感应器与气门锥面距离较近,淬火深度深是产生的淬火开裂的原因之一。
(3)因夹持气门杆部的弹簧卡头跳动大(一个工位),也是造成局部过热、淬火深度深而产生此次淬火开裂的原因之一。
(4)产生此批产品锥面淬火开裂的原因是多种因素造成的,是各种因素综合作用的结果。
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关于我们
理想状况下四行程引擎的运作包含「进气」、「压缩」、「做功」、「排气」四个行程。当进气行程开始时,进气门逐渐开启活塞必须同步逐渐往下止点移动。当进气门开启到最大时(也就是下压到最深处,这就是凸轮轴的扬程)活塞必须移动到下止点并且在活塞下移的过程中同时就由先前燃烧后汽缸真空(负压)吸入新鲜的混合油气(空气与燃油的混合)到此完成进气行程。
接下来活塞由下止点开始上移,此时进入压缩行程在这个行程中活塞会逐渐朝上止点移动。同时将吸入汽缸的混合油气向上挤压直到上止点时,所有的混合油气会被挤压在活塞顶部与汽缸头的间隙中(这个间隙就是俗称的「燃烧室」,此时进气门与排气门接为「关闭」状态)至此压缩行程完成。
完成压缩行程后ECU会发出讯号,让火花塞进行点火借此引爆被压缩的混合油气被引爆的混合油气则会将活塞推向下止点。这就是「动力」的来源也是所谓的「燃烧(或爆炸)」行程,接着当活塞被推向下止点后会再度往上止点移动在往上止点移动的过程中,排气门则同步逐渐开启透过活塞的上移将燃烧后的废气「推挤」出汽缸这就是排气行程。
以上四个行程不断循环维持引擎的运转而产生动力的输出。