故障檢修與技術(shù)維護(hù) |
康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸檢測和安裝方法 |
摘要:凸輪軸是柴油機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的一部分,專門負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)氣門按時(shí)開啟和關(guān)閉,作用是保證柴油機(jī)在工作中定時(shí)為汽缸吸入新鮮的可燃混合氣,并及時(shí)將燃燒后的廢氣排出汽缸。為保證進(jìn)排氣和傳動(dòng)效率、簡化傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、降低高轉(zhuǎn)速的振動(dòng)和噪音,多采用頂置式氣門和頂置式凸輪軸,這樣,柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)也比較緊湊。但任何事物都有兩面性,頂置式凸輪軸的缺點(diǎn)是由于部件的布置設(shè)計(jì)比較復(fù)雜,維修起來也比較麻煩。但衡量利弊,它還是比較適合于康明斯柴油發(fā)電機(jī)組。由于凸輪軸的運(yùn)轉(zhuǎn)原理和構(gòu)造影響著柴油機(jī)的性能和效率,因此,本文將分析凸輪軸的原理和作用,并介紹凸輪軸檢修與安裝方法。
一、凸輪軸原理、結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)
1、凸輪軸的原理
凸輪軸是通過凸輪輪廓來控制氣門和進(jìn)氣量的。在凸輪軸的軸向上,凸輪上升并滾過機(jī)油膜,通過氣門推桿傳遞力量,從而推動(dòng)氣門向下打開。當(dāng)凸輪離開氣門推桿時(shí),彈簧恢復(fù)氣門原來的正常位置。這個(gè)過程根據(jù)柴油機(jī)的設(shè)計(jì),可能涉及到一個(gè)或多個(gè)凸輪軸。凸輪的形狀和角度通常是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的排量和使用條件來選擇的。它們通過改變氣門和進(jìn)氣量的開啟和關(guān)閉時(shí)間、以及進(jìn)出氣門的速度和幅度來影響柴油機(jī)的性能。凸輪軸在4缸機(jī)中布置如圖1所示。
2、凸輪軸的構(gòu)造
凸輪軸是一根帶有凸輪的鑄件或鋼筒。凸輪軸上的凸輪數(shù)量和形狀,根據(jù)柴油機(jī)的設(shè)計(jì)和要求不同而不同。凸輪軸的運(yùn)轉(zhuǎn)速度和負(fù)荷要求非常高,因此,它需要在制造中使用非常精密的輔助工具和數(shù)控技術(shù),以確保凸輪的幾何形狀和尺寸是準(zhǔn)確的。現(xiàn)代柴油發(fā)電機(jī)組中的凸輪軸通常是由鑄造或鍛造成型,然后通過磨削和精加工進(jìn)行加工,使凸輪軸的表面非常光滑。這有助于減少滑動(dòng)和磨損。
3、凸輪軸分類
柴油機(jī)按照頂置凸輪軸的數(shù)目,分為頂置單凸輪軸和頂置雙凸輪軸。當(dāng)每缸采用兩個(gè)以上氣門時(shí),氣門排列形式一般有兩種:一是進(jìn)氣門和排氣門混合排列在一根凸輪軸上,即頂置單凸輪軸(SOHC),另一種是進(jìn)氣門與排氣門分列在兩根凸輪軸上。前者的所有氣門由一根凸輪軸通過頂桿驅(qū)動(dòng),但因氣門在進(jìn)氣道中所處位置不同,所以不能保持動(dòng)作的精確性,效果要稍差一些,而后者則無此缺點(diǎn),可以獲得更好的性能,但需多配備一根凸輪軸,這就是頂置式雙凸輪軸(DOHC),近年來推出的新型柴油機(jī)多采用這種形式。
凸輪軸是屬于柴油機(jī)的配氣機(jī)構(gòu),配氣機(jī)構(gòu)是保證柴油機(jī)在工作中定時(shí)將新鮮的可燃混合氣充入氣缸,并及時(shí)將燃燒后的廢氣排出氣缸的機(jī)構(gòu)。它由進(jìn)氣門,排氣門,氣門挺桿,挺柱,搖臂,凸輪軸等組成,其中凸輪軸因其橫截面形狀近似桃子,又稱桃子軸或偏心軸,是配氣機(jī)構(gòu)中的驅(qū)動(dòng)件,專門驅(qū)動(dòng)氣門按時(shí)開啟和關(guān)閉。各種柴油機(jī)的凸輪軸的結(jié)構(gòu)大同小異,主要差別在于安裝的位置,凸輪的數(shù)目和形狀尺寸不盡相同,特別是凸輪軸的安裝位置,被列為區(qū)別柴油機(jī)構(gòu)造和性能的重要標(biāo)志。目前柴油機(jī)的凸輪安裝位置分為下置,中置,頂置三種形式。
4、康明斯凸輪軸基本參數(shù)
凸輪軸的結(jié)構(gòu)是直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能的關(guān)鍵零件之一。近年來康明斯公司通過對凸輪軸的改進(jìn),使柴油發(fā)電機(jī)性能有了一個(gè)飛躍的提高,形成了目前6BT系列柴油發(fā)電機(jī)凸輪軸的兩種形式,即大凸輪軸和小凸輪軸兩種。大凸輪軸的軸頸為63.5mm,小凸輪軸的軸頸為5.8mm,圓度和圓柱度計(jì)算公式如圖2所示。大凸輪軸又因柴油發(fā)電機(jī)某些結(jié)構(gòu)的改變而分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ等型,目前國產(chǎn)的為Ⅰ型。由于大凸輪軸噴油持續(xù)期較短,噴油壓力較高,燃燒較為完全,能改善燃燒經(jīng)濟(jì)性,降低排氣溫度并可消除凸輪軸彎曲變形,因此近年來生產(chǎn)的6BT系列柴油發(fā)電機(jī)已全部采用大凸輪軸。我國生產(chǎn)的東風(fēng)康明斯6BT系列柴油發(fā)電機(jī)凸輪軸位于氣缸體頂部。這樣使得推桿較6BT系列柴油發(fā)電機(jī)的短、重量輕,提高了配氣機(jī)構(gòu)的剛度,減少了慣性。
6BT系列柴油發(fā)電機(jī)凸輪軸為7個(gè)軸頸的全支撐結(jié)構(gòu)。凸輪軸上共有18個(gè)凸輪,其中有6個(gè)由幾段圓弧組成的噴油器的驅(qū)動(dòng)凸輪,12個(gè)控制進(jìn)、排氣門開閉的桃形凸輪,凸輪軸的前端裝有正時(shí)齒輪,直接和曲軸上的正時(shí)齒輪合,間隙為0.10~0.40mm。凸輪軸的止推裝置有兩種,一種是止推板,軸向駕校為0.03~0.13mm;另一種是凸輪軸軸承支撐,間隙為0.20~0.33mm。
凸輪軸共有七道輪軸勁,每道凸輪軸勁中部有環(huán)形槽與氣缸壁上的機(jī)油想通,機(jī)油由油道進(jìn)入以潤滑凸輪軸勁。凸輪軸襯套內(nèi)徑尺寸相同,而壁厚有兩種;一種是薄壁襯套,壁厚味1.59mm;另一種是厚壁襯套(大凸輪軸機(jī)型上用厚壁襯套),壁厚味2.38mm。凸輪軸(大凸輪軸機(jī)型)的七個(gè)襯套與三種規(guī)格,在第七道襯套上有一個(gè)定位缺口,安裝時(shí)應(yīng)朝下,對準(zhǔn)缸體上的油孔。
圖1 柴油機(jī)凸輪軸布置示意圖 |
圖2 柴油機(jī)凸輪軸圓度和圓柱度 |
二、凸輪軸檢測和安裝
1、凸輪軸軸向間隙的檢查
測量時(shí),先拆掉挺桿、鏈輪端的軸承蓋、凸輪軸帶輪端的雙列軸承蓋,用千分表支架VW387將千分表安裝在缸蓋上。進(jìn)、排氣凸輪軸的軸向間隙最大值為0.20mm。
• 將凸輪軸放置在平板上的V形塊上,用百分表測量凸輪中心軸頸的徑向跳動(dòng)量。超過極限值,應(yīng)更換或在壓力機(jī)上校正。
• 用外徑干分尺測量凸輪極限直徑,達(dá)到凸輪極限直徑,應(yīng)更換凸輪軸。
• 用外徑干分尺測量凸輪軸軸頸直徑,用量缸表測量凸輪軸軸承座孔襯套內(nèi)徑。軸承內(nèi)孔直徑尺寸減去軸頸直徑尺寸,即為配合間隙。如果配合間隙 超過極限,應(yīng)更換軸承。
• 將凸輪軸鏈齒輪夾持在虎鉗上,將止推盤(止推墊圈)和凸輪軸裝上,用扭力扳手按規(guī)定力矩?cái)Q緊凸輪軸鏈齒輪固定螺栓。用塞尺檢查止推墊圈和凸輪軸之間的軸向間隙。如超過極限,則應(yīng)更換止推墊圈。
• 凸輪軸軸承的配合間隙超過使用限度時(shí),應(yīng)更換新軸承。
2、更換凸輪軸油封
(1)凸輪軸正時(shí)帶輪上油封的拆卸步驟
① 拆下霍爾傳感器上的密封圈,拆下齒形皮帶上防護(hù)罩。轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸將曲軸正時(shí)帶輪轉(zhuǎn)到一缸上止點(diǎn),拆下氣缸蓋罩。
② 旋松張緊輪并從凸輪軸正時(shí)帶輪上拆下齒形皮帶,然后將曲軸往回轉(zhuǎn)動(dòng)少許。
③ 用保持架3036將凸輪軸正時(shí)帶輪固定住,旋松凸輪軸正時(shí)帶輪上的螺栓,拆下凸輪軸正時(shí)帶輪。
④ 將凸輪軸正時(shí)帶輪緊固螺栓用手?jǐn)Q入凸輪軸中,對油封拉出器起導(dǎo)向作用,如圖1所示。
⑤ 在油封拉出器的螺紋頭上涂潤滑油并盡可能深地?cái)Q入油封內(nèi),松開滾花螺絲,將內(nèi)件對著凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)直到拉出油封,如圖2所示。
圖1 |
圖2 |
(2)凸輪軸正時(shí)帶輪上油封的安裝步驟:
① 在油封的密封唇邊口上涂少許潤滑油,將導(dǎo)向套筒3241/2套在凸輪軸軸頸上,如圖3所示。
② 把油封套到導(dǎo)向套筒上。
③ 用力壓套筒3241/1和螺栓3241/5將油封壓到底,如圖4所示。
④ 接下來的安裝順序大體上按照拆卸的相反順序進(jìn)行。
圖3 |
圖4 |
3、凸輪軸的拆卸和安裝
(1)凸輪軸的拆卸步驟:
① 轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸使凸輪軸正時(shí)帶位于第1缸的上止點(diǎn)位置,拆下氣缸蓋罩,旋松張緊輪取下凸輪軸正時(shí)帶輪上的正時(shí)帶,將曲軸回轉(zhuǎn)少許。
② 用保持架3036固定住凸輪軸正時(shí)帶輪,旋松其螺栓,拆下凸輪軸正時(shí)帶輪。
③ 從凸輪軸上拆下半圓鍵,拆下霍爾傳感器的本體及墊片和擋圈。
④ 清潔軸承蓋上兩個(gè)箭頭對著的凸輪軸驅(qū)動(dòng)鏈條和鏈輪并用顏色標(biāo)記出安裝位置。注意鏈條不能用沖小點(diǎn)、刻槽或其它類似的方法來作標(biāo)記。
⑤ 將鏈條張緊器夾持架3366固定住凸輪軸正時(shí)調(diào)節(jié)器和鏈條張緊器,如圖5所示。注意不要過度張緊,以免損壞凸輪軸正時(shí)調(diào)節(jié)器。
⑥ 首先拆下進(jìn)氣凸輪軸和排氣凸輪軸的軸承蓋3和5,再拆下雙軸承蓋,最后拆下進(jìn)氣凸輪軸和排氣凸輪軸鏈輪側(cè)的兩個(gè)軸承蓋,如圖6所示。
⑦ 擰下凸輪軸正時(shí)調(diào)節(jié)器以及鏈條張緊器的固定螺栓。
⑧ 對角交替旋松進(jìn)氣凸輪軸和排氣凸輪軸的軸承蓋2和4并且拆下。
⑨ 連同凸輪軸正時(shí)調(diào)節(jié)器和鏈條張緊器及鏈條張緊器夾持架3366一起,拆下進(jìn)氣凸輪軸和排氣凸輪軸。
圖5 |
圖6 |
(2)凸輪軸的安裝步驟:
在安裝凸輪軸時(shí)第1缸的凸輪軸必須朝上,安裝軸承蓋時(shí)從氣缸進(jìn)氣側(cè)應(yīng)能看到軸承蓋上的標(biāo)記。
① 安裝顏色標(biāo)記所對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)鏈條到兩個(gè)相應(yīng)的凸輪軸上。
② 更換凸輪軸正調(diào)節(jié)器和鏈條張緊器的橡膠(金屬密封墊)并用密封膠“D454 300 02”輕輕涂抹有陰影線的表面。
③ 安裝驅(qū)動(dòng)鏈條之間的凸輪軸正時(shí)調(diào)節(jié)器和鏈條張緊器。
④ 在凸輪軸的運(yùn)動(dòng)面注油,將帶驅(qū)動(dòng)鏈條和凸輪軸正時(shí)調(diào)節(jié)器以及鏈條張緊器的凸輪軸裝入氣缸蓋。擰緊凸輪軸正時(shí)調(diào)節(jié)器和鏈條張緊器到10N·m。
⑤ 裝上進(jìn)氣凸輪軸和排氣凸輪軸軸承蓋2和4并且對交替以10N·m的力矩?cái)Q緊。
⑥ 安裝進(jìn)氣凸輪軸和排氣凸輪軸鏈輪一側(cè)的軸承蓋。檢查凸輪軸正確的位置并以10N·m的力矩?cái)Q緊軸承蓋。
⑦ 拆下鏈條張緊器夾持架3366,如圖7所示。
圖7 鏈條張緊器
⑧ 用密封膠D454 300 02輕輕涂抹雙軸承蓋中有陰影的表面,安裝軸承蓋并以10N·m扭矩旋緊。以同樣的方式安裝其余的軸承蓋。
⑨ 檢查凸輪軸彼此之間的位置。接下來的裝配大體上按照拆卸相反的順序進(jìn)行。
4、凸輪軸正時(shí)調(diào)節(jié)的檢查
凸輪軸的正時(shí)調(diào)節(jié)與負(fù)荷和轉(zhuǎn)速有關(guān)。借助于凸輪軸正時(shí)調(diào)節(jié)電磁閥通向凸輪軸正時(shí)調(diào)節(jié)器(機(jī)械式調(diào)節(jié)器)上的油壓變化,從而調(diào)整凸輪軸的正時(shí)。
(1)觸發(fā)情況的檢查
通過最終控制控制診斷來檢查凸輪正時(shí)調(diào)節(jié)電磁閥的觸發(fā)情況。如果電磁閥觸發(fā)正常,則進(jìn)行下一步,檢查電磁閥。
(2)電磁閥的檢查
測量電磁閥觸頭之間的電阻,如圖8所示,正常值應(yīng)為10~18Ω。如果電磁閥沒有故障,則進(jìn)行下一步檢查。
圖8 檢查電磁閥端子電阻
(3)凸輪軸正時(shí)調(diào)節(jié)器功能的檢查
測試時(shí)應(yīng)保證冷卻液溫度至少在80℃以上。測試的儀器必須放置在后座位,否則測試儀器有可能使安全氣囊打開而發(fā)生意外。
① 接通故障閱讀儀V.A.G1551。起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),選擇“地址01”發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制。
② 按下“讀測量數(shù)據(jù)組”功能鍵0和8,并用Q鍵確認(rèn)。
③ 按下“顯示組號26”功能鍵0,2和6,并用Q鍵確認(rèn)。
④ 觀察顯示區(qū)3 中的顯示。凸輪軸正時(shí)調(diào)節(jié)器沒有被激活,發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)標(biāo)準(zhǔn)值為:××0;從第一檔開始快速加速,轉(zhuǎn)速高于4100rpm時(shí)凸輪軸正時(shí)調(diào)節(jié)器被激活,其標(biāo)準(zhǔn)值為:××1。
⑤ 觀察顯示區(qū)4中的顯示,無正時(shí)調(diào)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)值為:-3.0~3.00KW;有正時(shí)調(diào)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)值為:1.0~21.00KW。
⑥ 按下→鍵,按0和6-結(jié)束輸出,并用Q鍵確認(rèn)。關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)。
⑦ 如果顯示區(qū)4顯示的值在標(biāo)準(zhǔn)值范圍以外,可能有如下故障:
凸輪軸正時(shí)調(diào)節(jié)器電磁閥在機(jī)械式凸輪軸正時(shí)調(diào)節(jié)器還沒有達(dá)到終止位置時(shí)關(guān)閉了它的油壓(例如太緊或局部咬死)。那么需要更換凸輪軸正時(shí)調(diào)節(jié)器。如果仍達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)值,則需更換發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元。
總結(jié):
凸輪軸是柴油機(jī)中不可或缺的部分,通過控制氣門和進(jìn)氣量來影響柴油機(jī)的性能和效率。凸輪軸的制造和設(shè)計(jì)要求高度精密,以確保柴油機(jī)的可靠性和高效性。在柴油發(fā)電機(jī)組維護(hù)和保養(yǎng)過程中,應(yīng)該定期檢查凸輪軸的狀態(tài),避免因凸輪軸損壞而導(dǎo)致的發(fā)動(dòng)機(jī)故障。
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