气门间隙对柴油机性能及排放的影响

气门间隙对柴油机性能及排放的影响

魏铭扬1 2 张腾威1 2 刘正瑞1 2 王洋洋1 2 牛新朋2

（1.智能农业动力装备全国重点实验室 河南洛阳  471039；2.洛阳拖拉机研究所有限公司 河南洛阳  471039）

摘要：在柴油机当中，气门间隙作为一个至关重要的参数，其设定合理与否直接关系到发动机的性能表现与排放特性。气门间隙不仅影响着气门的开启与关闭时机，进而决定了燃烧过程的充分性，还通过调控燃烧效率间接作用于有害气体的生成与排放。因此，深入探究气门间隙对柴油机性能及排放的影响，对于提升发动机的整体性能、降低环境污染具有重要意义。

关键词：气门间隙；柴油机性能；排放

引言：柴油机的性能与排放特性受到多因素影响，其中气门间隙尤为关键。气门间隙直接关系到气门的开闭时机与密封性能，进而影响燃烧效率与有害气体的生成。合理设置气门间隙，能够提升发动机动力、降低油耗并减少污染排放；反之，则可能引发性能下降与排放增加。基于此，本文探讨了气门间隙对柴油机性能及排放的影响作用，旨在为发动机设计的优化、环保性能的提升提供一定的参考。

一、气门间隙对柴油机性能影响

（一）功率与扭矩

当气门间隙被设置得过大时，会导致气门开启的滞后与关闭的提前。在进气阶段，由于气门开启时间的延迟，气缸内无法在短时间内吸入足够的空气，导致混合气浓度偏低，燃烧潜力受限。而在排气阶段，气门的过早关闭则阻碍了废气的顺畅排出，使得气缸内残留废气过多，进一步压缩了新鲜空气的进入空间。这两方面的共同作用，使得燃烧过程无法充分进行，燃烧效率大打折扣，从而直接导致发动机功率和扭矩的显著下降。特别是在高负荷或高速行驶的工况下，发动机对动力的需求更为迫切，此时气门间隙过大的问题将更加凸显，功率下降的现象也更为明显。

与过大间隙相反，气门间隙设置过小则可能因零件的热胀冷缩效应而引发漏气问题。随着发动机运行温度的升高，气门杆、气门座等部件会发生微小的热膨胀，若气门间隙预留不足，则可能导致气门在关闭时无法紧密贴合气门座，形成漏气通道。这种漏气现象不仅会降低气缸内的压缩压力，影响燃料的正常着火和燃烧速率，还会因未燃烧的混合气直接进入排气系统而增加油耗和排放污染[1]。更为严重的是，长期漏气会导致气门密封面磨损加剧，甚至引发气门烧蚀等严重故障，对发动机造成不可逆的损害，进一步削弱其动力性能。

（二）燃油经济性

燃油经济性是衡量柴油机性能优劣的重要指标之一，它直接关系到发动机的运行成本和经济效益。气门间隙对燃油经济性的影响主要体现在燃烧效率上。如前所述，无论是气门间隙过大还是过小，都会导致燃烧不完全的问题。在过大间隙的情况下，由于进气不足和排气不畅导致的燃烧不完全，使得发动机需要消耗更多的燃油来维持既定的输出功率，从而增加了燃油消耗。而在过小间隙的情况下，漏气现象则使得部分燃油未经燃烧就直接排出，同样造成了燃油的浪费。这两种情况都会显著降低柴油机的燃油经济性，增加农业生产中的运行成本。

（三）噪音与振动

当气门间隙设置过大时，直接的后果便是发动机噪音的显著增加。这是因为，在发动机的工作循环中，气门需要精准地按照预设的时间和角度开启与关闭，以确保进排气过程的顺利进行。然而，过大的气门间隙会导致气门与摇臂或凸轮之间的接触变得更加粗暴，撞击力增大，从而产生强烈的金属撞击声。这种噪音不仅刺耳，还可能对驾驶舱内的环境造成污染，降低驾驶者和乘客的舒适度。此外，长期处于高噪音环境下，还可能对驾驶员的听力造成损害，增加驾驶疲劳感，进而对行车安全构成潜在威胁[2]。除了噪音问题外，过大的气门间隙还可能引发发动机的异常振动。这种振动可能源于气门开启和关闭时的不稳定运动，以及由此产生的气缸内气体压力的波动。振动不仅会影响发动机自身的平稳运行，还可能通过发动机支架、车身等结构传递至驾驶舱，影响乘坐的平稳性和舒适性。更为严重的是，长期的振动会对发动机及其周边部件造成额外的机械应力，加速其磨损和老化过程，缩短使用寿命。同时，振动还可能对车辆的悬挂系统、转向系统等造成不利影响，降低整车的操控性能和行驶稳定性。

（四）磨损与寿命

气门间隙的合理设置对于柴油机的磨损状况和整体寿命具有深远的影响。过大的气门间隙会加剧气门、摇臂、凸轮轴等部件之间的磨损。由于撞击力的增大和接触面的不稳定，这些部件的摩擦副会承受更大的负荷和磨损，导致表面材料迅速消耗，形成磨损痕迹。随着时间的推移，这种磨损会逐渐累积，最终导致部件性能下降，甚至失效。这不仅会影响发动机的动力输出和燃油经济性，还可能引发更严重的机械故障。相反，过小的气门间隙虽然看似能够减少磨损，但实际上却隐藏着更大的隐患。由于漏气问题的存在，气门密封面会受到未燃烧混合气的冲刷和积碳的堆积。这些杂质会破坏密封面的平整度和光洁度，降低其密封性能。随着漏气量的增加和密封性能的下降，气门和气缸之间的压力差会增大，导致气门在高温高压下发生变形或烧蚀。更为严重的是，如果漏气量过大，还可能引发气门撞击活塞的恶性故障，对发动机造成毁灭性的破坏。

因此，对于柴油机而言，保持气门间隙的合理性至关重要。它不仅能够确保发动机的动力输出稳定可靠，还能够提高燃油利用效率，降低运行成本。在实际应用中，应根据柴油机的具体型号、使用条件以及磨损情况等因素，定期检查和调整气门间隙，确保其处于最佳状态。

二、气门间隙对柴油机排放的影响

柴油机的工作原理决定了其燃烧过程对于排放性能的决定性作用。而气门间隙，作为控制气门开闭时机的关键因素，直接影响着燃烧过程的充分性和效率。当气门间隙设置不当时，无论是过大还是过小，都会导致燃烧不完全的现象加剧。燃烧不完全意味着燃料在气缸内未能得到充分的氧化，从而生成大量的一氧化碳、未燃烧的碳氢化合物以及部分未完全转化的氮氧化物。

一氧化碳是一种无色、无味、无刺激性的有毒气体。在柴油机排放中，它主要来源于燃烧不完全的燃料。当气门间隙设置不当时，燃烧室内的氧气供应不足，导致燃料无法充分燃烧，从而产生大量的一氧化碳。这种气体在大气中难以分解，易与血红蛋白结合形成碳氧血红蛋白，降低血液的携氧能力，对人体健康构成严重威胁[3]。氮氧化物是柴油机排放中的另一大类有害气体，主要包括一氧化氮和二氧化氮。它们在高温高压的燃烧环境中生成，并随排气系统排出。不正确的气门间隙会加剧燃烧室内的高温高压状态，为氮氧化物的生成提供了有利条件。氮氧化物不仅对环境造成破坏，还参与光化学烟雾等大气污染事件的形成，对人体健康构成潜在威胁。未燃烧的碳氢化合物主要来源于燃料的不完全燃烧和燃油系统的泄漏。当气门间隙设置不当时，燃油与空气的混合不充分，导致部分燃料未能参与燃烧过程，直接以碳氢化合物的形式排出。这些化合物在大气中易与其他物质发生反应，生成臭氧等二次污染物，进一步加剧空气污染问题。

结束语

综上所述，气门间隙作为柴油机结构中的重要参数，其对发动机性能及排放的影响不容忽视。合理调整气门间隙，不仅能够有效提升柴油机的动力输出与燃油经济性，还能显著降低有害气体排放，为环境保护贡献力量。因此，在柴油机的设计、制造与维护过程中，应高度重视气门间隙的精确控制与定期检查。随着技术的不断进步与环保要求的日益严格，对气门间隙的优化研究将持续深入，以推动柴油机技术向更高效、更清洁的方向发展。

参考文献：

[1]邵猛.柴油机气门间隙的检查与调整[J].设备运维,2017(6)：192.

[2]赵贺金，唐磊，等.浅析柴油机气门间隙自动调整技术[J].零部件制造,2019（7）：49-50.

[3]葛坚，崔彦军，等.气门间隙对进气门工作可靠性的影响[J].内燃机与动力装备,2023(2)：68-72.