排氣閥生(sheng)產廠家(jia)雖然提(ti)高了排氣閥(fa)(fa)密封面(mian)合金的(de)耐溫(wen)性能，并(bing)改進(jin)提(ti)高了氣閥(fa)(fa)的(de)生(sheng)產和加工工藝，但效果(guo)仍然不(bu)夠理想。本文(wen)通過對其產生(sheng)的(de)原(yuan)因進(jin)行分析(xi)，并(bing)結合實際給出改進(jin)建議。氣閥(fa)(fa)和缸蓋的(de)照片為N330機型(xing)。
1、燃油中含有不可燃燒的顆粒雜質。
當進入(ru)燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)室(shi)的(de)(de)(de)(de)油(you)品中(zhong)混(hun)(hun)(hun)有不(bu)可(ke)燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)的(de)(de)(de)(de)雜(za)(za)質(zhi)(zhi)顆(ke)粒(li)(li)物(wu)時(shi)(shi)，這些雜(za)(za)質(zhi)(zhi)顆(ke)粒(li)(li)會隨著排(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)排(pai)(pai)出氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)缸，在(zai)排(pai)(pai)出的(de)(de)(de)(de)過程中(zhong)會有一定的(de)(de)(de)(de)幾率在(zai)排(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)閥(fa)(fa)(fa)關(guan)閉(bi)(bi)時(shi)(shi)被卡阻在(zai)排(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)閥(fa)(fa)(fa)和(he)閥(fa)(fa)(fa)座的(de)(de)(de)(de)密封(feng)面(mian)上(shang)。造(zao)成(cheng)排(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)閥(fa)(fa)(fa)不(bu)能完全(quan)關(guan)閉(bi)(bi)，這個卡住(zhu)的(de)(de)(de)(de)顆(ke)粒(li)(li)雜(za)(za)質(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)直徑(jing)有多(duo)大，氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)閥(fa)(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)開(kai)度(du)(du)就有多(duo)大。雖(sui)然能通(tong)過噴(pen)油(you)器的(de)(de)(de)(de)噴(pen)孔進入(ru)燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)室(shi)的(de)(de)(de)(de)顆(ke)粒(li)(li)雜(za)(za)質(zhi)(zhi)都較小，但在(zai)燃(ran)(ran)(ran)(ran)油(you)混(hun)(hun)(hun)合(he)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)爆(bao)炸燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)時(shi)(shi)，燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)室(shi)的(de)(de)(de)(de)爆(bao)炸壓力很(hen)高，微(wei)小的(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)閥(fa)(fa)(fa)開(kai)度(du)(du)也能造(zao)成(cheng)高溫(wen)(wen)高壓燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)竄(cuan)出。這時(shi)(shi)候竄(cuan)出的(de)(de)(de)(de)燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)很(hen)高，瞬間(jian)的(de)(de)(de)(de)峰值(zhi)接近2000℃，遠遠高于排(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)沖(chong)程中(zhong)流經排(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)閥(fa)(fa)(fa)密封(feng)面(mian)的(de)(de)(de)(de)廢氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)溫(wen)(wen)度(du)(du)。排(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)閥(fa)(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)密封(feng)面(mian)材料可(ke)以(yi)經得起(qi)正(zheng)常排(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)時(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)廢氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)沖(chong)刷(shua)，但經不(bu)起(qi)如(ru)此(ci)高壓和(he)高溫(wen)(wen)的(de)(de)(de)(de)燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)沖(chong)刷(shua)，很(hen)短的(de)(de)(de)(de)時(shi)(shi)間(jian)就會造(zao)成(cheng)排(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)閥(fa)(fa)(fa)燒(shao)損(sun)。尤其(qi)閥(fa)(fa)(fa)門卡住(zhu)的(de)(de)(de)(de)是(shi)混(hun)(hun)(hun)在(zai)重油(you)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)氧(yang)化鋁(lv)和(he)二氧(yang)化硅這些極硬(ying)顆(ke)粒(li)(li)，在(zai)造(zao)成(cheng)排(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)閥(fa)(fa)(fa)關(guan)閉(bi)(bi)不(bu)密的(de)(de)(de)(de)同時(shi)(shi)，普通(tong)排(pai)(pai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)閥(fa)(fa)(fa)密封(feng)錐面(mian)在(zai)工(gong)作溫(wen)(wen)度(du)(du)下硬(ying)度(du)(du)并(bing)不(bu)是(shi)很(hen)高，沉積的(de)(de)(de)(de)硬(ying)質(zhi)(zhi)燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒(shao)產物(wu)顆(ke)粒(li)(li)在(zai)閉(bi)(bi)閥(fa)(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)撞擊(ji)下，還可(ke)使顆(ke)粒(li)(li)嵌入(ru)密封(feng)面(mian)，并(bing)在(zai)高溫(wen)(wen)燃(ran)(ran)(ran)(ran)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)沖(chong)刷(shua)和(he)燒(shao)蝕下出現凹坑(keng)，凹坑(keng)貫穿密封(feng)面(mian)后形成(cheng)漏(lou)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)從而燒(shao)損(sun)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)閥(fa)(fa)(fa)。如(ru)下面(mian)圖(tu)1-圖(tu)3所示(shi)：
關(guan)閉不嚴引(yin)起的漏(lou)氣，是一(yi)些排氣閥(fa)的出廠時(shi)(shi)耐溫測(ce)試在500℃以上(shang)，但實際(ji)工作時(shi)(shi)的排溫沒有超過(guo)400℃就把氣閥(fa)燒損(sun)的主要原(yuan)(yuan)因。也是排氣閥(fa)使用(yong)壽命短的主要原(yuan)(yuan)因。
2、燃油燃燒不良以及因此造成的結碳的影響。
燃(ran)(ran)燒(shao)不(bu)良(liang)不(bu)但會(hui)(hui)引起排溫(wen)升高(gao)(gao)，而且(qie)會(hui)(hui)在(zai)燃(ran)(ran)燒(shao)室形成(cheng)結(jie)碳。排溫(wen)升高(gao)(gao)使(shi)排氣閥(fa)(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)工作(zuo)環境更加(jia)(jia)(jia)惡劣，疊(die)加(jia)(jia)(jia)其它情況后加(jia)(jia)(jia)劇了排氣閥(fa)(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)(de)燒(shao)損。燃(ran)(ran)燒(shao)室中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)結(jie)碳會(hui)(hui)有(you)一部分隨著廢氣排出(chu)，它也會(hui)(hui)像前面(mian)(mian)說(shuo)的(de)(de)(de)(de)(de)顆粒一樣卡在(zai)排氣閥(fa)(fa)(fa)和閥(fa)(fa)(fa)座的(de)(de)(de)(de)(de)密(mi)(mi)封(feng)面(mian)(mian)上。尤其是重油的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)(jia)(jia)熱溫(wen)度(du)(du)控制不(bu)佳，粘(zhan)度(du)(du)太大造成(cheng)噴入氣缸的(de)(de)(de)(de)(de)燃(ran)(ran)油難(nan)以霧化(hua)，高(gao)(gao)壓油泵柱塞磨損造成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)燃(ran)(ran)燒(shao)后移等(deng)原因引起的(de)(de)(de)(de)(de)燃(ran)(ran)燒(shao)不(bu)良(liang)，會(hui)(hui)使(shi)排氣閥(fa)(fa)(fa)和閥(fa)(fa)(fa)座的(de)(de)(de)(de)(de)密(mi)(mi)封(feng)面(mian)(mian)被積炭污染，加(jia)(jia)(jia)上燃(ran)(ran)油中(zhong)含有(you)的(de)(de)(de)(de)(de)雜質在(zai)經過(guo)燃(ran)(ran)燒(shao)室內的(de)(de)(de)(de)(de)各種(zhong)復雜熱過(guo)程后，在(zai)排氣閥(fa)(fa)(fa)閥(fa)(fa)(fa)盤及閥(fa)(fa)(fa)座密(mi)(mi)封(feng)錐(zhui)面(mian)(mian)沉積成(cheng)一層(ceng)混有(you)碳粒的(de)(de)(de)(de)(de)玻(bo)璃(li)狀較硬較脆(cui)物質，其內混有(you)硫酸鈉、硫酸鈣、氧化(hua)鐵等(deng)物質。當此層(ceng)玻(bo)璃(li)狀沉積物沉積厚度(du)(du)過(guo)大時，在(zai)氣閥(fa)(fa)(fa)關閉時的(de)(de)(de)(de)(de)撞(zhuang)擊(ji)力下會(hui)(hui)發生(sheng)裂紋，反復撞(zhuang)擊(ji)后進(jin)而發展(zhan)成(cheng)剝(bo)落(luo)，從而形成(cheng)高(gao)(gao)溫(wen)燃(ran)(ran)氣噴出(chu)通道使(shi)氣閥(fa)(fa)(fa)燒(shao)損。如下圖4和圖5所示：
3、燃油中含有釩、鈉等易引起金屬高溫腐蝕的元素。
目前在(zai)航運市(shi)場(chang)上(shang)普遍使(shi)用(yong)的(de)(de)劣質(zhi)(zhi)燃(ran)油中含有(you)大(da)量(liang)釩(fan)、鈉(na)(na)(na)(na)和(he)(he)硫等(deng)元素(su)。在(zai)燃(ran)燒過(guo)程中硫、釩(fan)和(he)(he)鈉(na)(na)(na)(na)等(deng)元素(su)形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)氧(yang)(yang)化(hua)硫、五氧(yang)(yang)化(hua)二釩(fan)和(he)(he)氧(yang)(yang)化(hua)鈉(na)(na)(na)(na)等(deng)（這(zhe)些氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)的(de)(de)化(hua)學成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)份(fen)取決于(yu)(yu)過(guo)量(liang)氧(yang)(yang)氣和(he)(he)燃(ran)燒溫(wen)(wen)度）。氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)之(zhi)間要(yao)發生反應，而且還(huan)要(yao)與(yu)滑油中的(de)(de)鈣反應，形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)低熔點(dian)(dian)(dian)的(de)(de)鹽類，有(you)硫酸(suan)鈉(na)(na)(na)(na)，硫酸(suan)鈣和(he)(he)不同成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)份(fen)的(de)(de)釩(fan)酸(suan)鈉(na)(na)(na)(na)等(deng)。這(zhe)些鹽類混合物(wu)熔點(dian)(dian)(dian)一般(ban)為535°C 左右，同時(shi)(shi)具有(you)較強(qiang)的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性。當零件(jian)溫(wen)(wen)度在(zai)550°C 以(yi)上(shang)時(shi)(shi)，足(zu)以(yi)使(shi)釩(fan)、鈉(na)(na)(na)(na)化(hua)臺物(wu)處(chu)于(yu)(yu)熔化(hua)狀態，附著于(yu)(yu)零件(jian)表面(mian)(mian)(mian)(mian)。當排氣閥(fa)(fa)(fa)在(zai)工(gong)作中時(shi)(shi)，因各種原因使(shi)氣閥(fa)(fa)(fa)溫(wen)(wen)度達到550°C 以(yi)上(shang)時(shi)(shi)，使(shi)它以(yi)液態形(xing)式沉(chen)積在(zai)閥(fa)(fa)(fa)盤(pan)及閥(fa)(fa)(fa)座以(yi)及閥(fa)(fa)(fa)桿與(yu)閥(fa)(fa)(fa)面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)過(guo)渡表面(mian)(mian)(mian)(mian)上(shang)。這(zhe)時(shi)(shi)即使(shi)是(shi)非常耐腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)硬質(zhi)(zhi)合金鋼也會受到腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)，腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)結果(guo)是(shi)在(zai)密封錐(zhui)面(mian)(mian)(mian)(mian)上(shang)形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)凹坑(keng)，凹坑(keng)相連(lian)貫穿密封面(mian)(mian)(mian)(mian)后(hou)就(jiu)會造成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)漏氣而燒損氣閥(fa)(fa)(fa)。尤其是(shi)氣閥(fa)(fa)(fa)和(he)(he)閥(fa)(fa)(fa)座的(de)(de)密封面(mian)(mian)(mian)(mian)出(chu)現前面(mian)(mian)(mian)(mian)所(suo)(suo)述的(de)(de)麻(ma)點(dian)(dian)(dian)后(hou)，容易(yi)沉(chen)積腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)溶液，更加(jia)快(kuai)了凹坑(keng)的(de)(de)形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)。由于(yu)(yu)上(shang)述腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)是(shi)高溫(wen)(wen)條件(jian)下產生的(de)(de)，所(suo)(suo)以(yi)稱之(zhi)為“高溫(wen)(wen)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)”。在(zai)上(shang)述高溫(wen)(wen)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)有(you)害(hai)元素(su)中以(yi)釩(fan)的(de)(de)危害(hai)性為最大(da)。
4、氣閥的轉閥器失效。
燃用重油的(de)(de)四沖(chong)程柴油機(ji)為了(le)降低上述第1、2、3項原因對氣閥(fa)(fa)壽命(ming)(ming)的(de)(de)影響，設計了(le)排(pai)(pai)氣閥(fa)(fa)的(de)(de)轉(zhuan)動(dong)機(ji)構。使排(pai)(pai)氣閥(fa)(fa)每開關一下都自動(dong)旋轉(zhuan)了(le)一個(ge)角度，以此(ci)清除卡在(zai)密(mi)封面的(de)(de)顆(ke)粒和(he)(he)結(jie)碳(tan)，避免顆(ke)粒和(he)(he)結(jie)碳(tan)在(zai)排(pai)(pai)氣閥(fa)(fa)密(mi)封面的(de)(de)堆積(ji)。如果這個(ge)排(pai)(pai)氣閥(fa)(fa)的(de)(de)轉(zhuan)閥(fa)(fa)器失效，不(bu)能使排(pai)(pai)氣閥(fa)(fa)在(zai)工作中保持不(bu)停地轉(zhuan)動(dong)，或轉(zhuan)動(dong)和(he)(he)氣閥(fa)(fa)的(de)(de)關閉行程不(bu)協調，將會(hui)使排(pai)(pai)氣閥(fa)(fa)很快燒損(sun)，極大地縮短排(pai)(pai)氣閥(fa)(fa)的(de)(de)使用壽命(ming)(ming)。
5、氣閥的質量問題。
6、排氣閥和閥座研磨不良或者其它原因，使排氣閥與閥座的密封面存在漏氣。
7、氣閥間隙調整不當，間隙過小導致排氣閥工作時無法關閉。
第5、6、7等(deng)原(yuan)因(yin)屬(shu)于(yu)偶然因(yin)素，這里略過不(bu)討論(lun)。
排氣閥工作時的溫度分布如下圖6所示：
對容易發生氣閥燒損的主機的改進措施：
- 針對具體機型及氣閥燒損的具體原因，以及船舶所配置的主機燃油輔助系統的情況，制定相應的改進方案。這些改進包括硬件改進和管理上的改進。
- 安裝過濾精度10um的燃油自動反沖過濾器。重油中的氧化鋁、二氧化硅這些顆粒，是原油在提煉過程中，經二次催化裂化而大量帶入的。這些顆粒不但是極硬的磨料，而且體積小，靠分油機難以排除。進入主機燃油系統后，這些顆粒會造成高壓油泵柱塞、噴油器針閥偶件和油嘴噴孔的磨損，引起實際噴油推遲，燃油霧化質量差，造成主機燃燒后移，排溫高和功率下降。把燃油濾器的絕對精度提高到10微米后，能把95%直徑大于10um的有害氧化鋁、二氧化硅粒子有效過濾掉。從而解決了前面所述的排氣閥燒損的第1項原因的全部問題，以及第2項原因的大部分問題。并同時可以解決柱塞和針閥磨損引起的燃燒后移、排溫高、功率下降問題。
圖9 ↑ 磨損后的(de)高壓(ya)油(you)泵柱塞斜口和噴油(you)器的(de)噴油(you)孔
圖10 ↑ 噴油(you)(you)器噴口(kou)磨損后(hou)造成燃油(you)(you)霧化形(xing)狀改(gai)變而(er)燒蝕了缸蓋(gai)表面(mian)
3、經過這些改進后(hou)，能(neng)使主機的工況在較好的狀(zhuang)態下(xia)長時間保持，排(pai)氣(qi)閥的使用壽命最(zui)少延長一倍以上(shang)。能(neng)有效解決這類機型容(rong)易發(fa)生的排(pai)溫高(gao)、功率下(xia)降和排(pai)氣(qi)閥燒損問題(ti)。
