摩托冷起動后猛加油門出現氣門故障原因

www.guilinhy.com 來源：中國摩托車網作者：俠名類別：摩托車維修時間：2007-12-17

一輛單缸四沖程CG125騎式車已行駛約4.5萬km車況較好。冬日某天早晨，車主在車輛起動后，猛地將油門轉至最大位置，使發動機轉速陡升至最高轉速。但是時間不長，隨著一聲異響摩托車突然熄火，再次起動時發動機無任何反應，曲軸無法轉動，送至維修站，拆下發動機，檢查發現進、排氣門頭部相互碰撞且彎曲，并嵌卡在活塞頂部中央。設法卸下氣缸蓋(Guy)并將其分解，測量氣門桿及氣門導管孔，未變彤處的相關配合尺寸均符合技術要求；檢查機油泵的工作狀態，未發現異常，發動機各油路亦無堵塞，氣缸筒及活塞裙部也無拉傷痕跡。仔細檢查燃燒室及氣門導管，發現氣門桿部只有少量積碳，說明該車發動機潤滑油正常，且無竄油現象。測量氣門彈簧自由長度時發現，進氣門外彈簧偏短約0.15mm(與排氣門外彈簧比較)，且其彈力明顯偏低。經詢問得知，用戶對車保養得法，平時起動后均按程序進行暖車運轉。氣門的開啟與關閉是由凸輪軸凸輪的外廓形曲線及升程和角度來控制的。正常情況下，只要發動機配氣正時安裝正確，氣門間隙調整合理，進、排氣門在發動機工作過程中依序開關是不會相互碰撞的。只有當凸輪軸的旋轉在瞬間加速產生異常運動慣性時，氣門脫離了凸輪型線，不受其控制時才會發生。凸輪旋轉運(Tansfer)動帶動氣門作往復運動，當凸輪進入升程開始階段，氣門加速運動(稱為正加速)，一旦氣門開度達到一定值的時候，氣門又開始減速運動(稱為負加速)，而當氣門達到最大升程時，氣門的理論速度(Tempo)為0，在這期間負加速度(Tempo)起作用。發動機起動后緩加油門時，凸輪和氣門的運動加速度(Tempo)及產生的慣性力比較平穩和均勻，氣門的運動始終受凸輪的控制。猛加油門時，發動機轉速突然發生變化，凸輪正向加速度(Tempo)很大，由此產生的慣性力也很大，再加上在這個過程中要通過壓縮彈簧才能打開氣門，凸輪軸的驅動力將相當大，一旦氣門過了最大升程向關閉方向運動時，負加速度(Tempo)產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，就在短時間內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閉，造成進、排氣門工作錯亂而相互碰撞。而另一類氣門異動則是共振，即在某一轉速下，氣門上下運動的頻率達到氣門彈簧系統固有頻率時，氣門將出現激烈的振動，無法正常工作。具體過程是：在配氣機構的運動過程中，凸輪升程曲線諧波使配氣系統產生振動，氣門彈簧也處于一種連續的振動中。發動機在工作過程中，隨曲軸轉速變化，凸輪升程的諧波共振處產生了周期性的振幅高峰值，氣門彈簧共振是彈簧材料的內應力隨曲軸的轉速變化產生的，隨轉速的增加而增加，氣門運動過程中彈簧有效載荷也周期性地變化，長期的運動變化便使氣門彈簧逐漸產生應力疲勞，最終導致氣門彈簧損壞。以上介紹的氣門異常運動現象在凸輪軸下置和中置式發動機上較為常見。這是由于下置和中置凸輪軸一般要通過挺柱和推桿將運動傳給氣門，因此，其運動件的質量較大，慣性力也大。此運動慣性力還會造成氣門產生“漂浮”狀態。這是由于一旦推桿、挺柱處于開啟氣門的運動狀態時，它們就有保持這種運動狀態的趨勢，從而使挺柱離開凸輪面而在凸輪和挺柱之間發生間隙，即發生所謂的“漂浮”現象，使氣門失去控制。當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碰到一起發生強烈的敲擊聲，使磨損加劇，噪聲增大。這種氣門異動除了不受凸輪控制外，還會在氣門回落時產生沖擊(Impuise)、反跳再回落等異常現象，以上氣門的不同步運動不但會使進、排氣門回位落座不及時而相互擦碰，有時還會導致氣門盤與上下運動的活塞頂產生干涉而相撞。據了解，氣門異動與發動機的轉速、氣門的工作頻率、凸輪軸的徑向跳動以及氣門彈簧的軟硬度等因素有關，其中氣門彈簧是誘發氣門異動的主要因素。眾所周知，氣門彈簧的作用是克服氣門關閉過程中的氣門及傳動件的慣性力，防止氣門和各運動件之間因慣性力的作用產生間隙，確保氣門能隨配氣凸輪的轉動及時開啟和關閉，關閉后能與氣門座圈緊密貼合，防止發動機在振動時氣門發生異常“跳動”，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緊力。氣門彈簧越硬，共振頻率越高。反之，彈簧越軟，轉速越高，則越容易產生共振。由此可見，采用剛度較大的硬彈簧可以避免氣門異常運動的發生。但是，彈簧過硬又增加了凸輪與氣門搖臂(或挺柱)之間的接觸應力，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，再加上工作環境惡劣，隨著時間的推移，氣門彈簧會逐漸變軟。所以，有氣門異動現象的摩托車多發生在舊車上，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動機，就因為二沖程發動機除了在同樣體積下，其升功率比四沖程發動機大之外，最主要的是由于二沖程發動機的配氣機構采用簧片閥或活塞進氣方式。而賽車需要不時地猛加油門以滿足超高速(High Speed)工況，若賽車裝用四沖程發動機，則其產生氣門異動現象的機率將大大增加。為確保賽車運動的連續性和可靠性，故絕大部分賽車均裝用二沖程發動機。經研究發現，氣門的異常運動通常發生在高速(High Speed)運轉過程巾，尤其是發動機剛丌始起動的怠速運轉期間。若在未能充分暖機的情況下就急加油門至最高轉速，極易產生氣門異動。在內燃機上，氣門異動的轉速稱為配氣機構的臨界轉速，它和活塞的運動速度(Tempo)一樣都是限制發動機轉速上限的主要因素之一。對于四沖程發動機，冷車猛轟油門害處不僅在于能會引發以上的“氣門異動”意外故障，還會浪費汽油，增加空氣污染。發動機在正常使用的情況下通常能行駛10萬km左右(主要指發動機大修前的工作里程)，而經常空車猛轟油門的發動機行駛3萬～5萬km(嚴重時，有的甚至不到1萬km)后，大部分運動零件就不能再用了，導致實際使用壽命大大縮短，其主要原因有以下幾點： a)摩托車停放一夜或幾天后，發動機各運動零件間的潤滑油絕大部分已流盡，其接觸表面上的余油極少，若車輛起動后立即大轟油門，發動機轉速瞬間升高，摩擦副運動件間無油潤滑，形成了干摩擦狀態，從而產生劇烈磨損。尤其是寒冷的冬季環境下，因氣溫低、氣候干燥，潤滑油粘度增大，發動機起動后，機油需經過l～2min才能泵壓送到各潤滑點，若提前加速運轉，發動機的運動副零件處于干摩擦的時間延長，其磨損量必然增大。 b)怠速運轉的發動機，當突然加大油門時，化油器節氣門主噴油針急速上提，混合氣的供應量也會相當增大。由于汽油的靜止慣性大于空氣的靜止慣性，所以此時汽油流量的增加遠不及空氣量的增加，致使混合氣過稀，極易產生熄火現象。況且，當節氣門急開時，高速(High Speed)進入氣缸內的冷態混合氣來不及預熱，汽油在氣缸內壁的溫度極低的情況下，形不成良好的霧化即被吸入氣缸，它會不同程度地沖刷氣缸壁面上的潤滑油膜。尤其是四沖程踏板車的真空膜片閥化油器上設置有自動加濃裝置，在發動機運轉初期，其可燃混合氣較濃，如果猛加油門，便會使急速進入燃燒室的冷空氣和過濃的混合氣一起，參與沖刷氣缸壁面的油膜，造成氣缸與活塞、活塞環之間的異常磨損加劇。 c)猛轟油門時，發動機轉速突變，使曲軸、連桿和活塞等零部件的受力處于失衡狀態，且伴隨運動零件的沖擊(Impuise)力加大，其旋轉力矩和往復慣性力變化過大。尤其是新組裝的發動機，有時會引起劇烈撞擊，嚴重時甚至還會造成連桿彎曲、曲軸燒毀、活塞偏磨和脫頂等意外故障。由此看來，摩托車起動后的暖車很重要，用戶在冷車起動后必須先進行預熱。據了解，排量在50mL以下的摩托車，預熱時間約需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大于15min。其具體預熱時間可視季節變化靈活掌握，通常冬季稍長，夏季略短。