汽车发动机异响的故障诊断研究

汽车发动机异响的故障诊断研究 本科生毕业(论文) 摘 要 发动机是汽车的动力源泉，是汽车的关键部件，汽车的一些基本性能都直接或间接地与发动机的性能相联系。由于发动机的构造非常复杂，因而导致出现的故障也多种多样，若发动机出现故障将直接影响汽车能否正常行驶，发动机故障诊断是汽车故障诊断的关键所在。发动机的异响是发动机常见故障之一，它对汽车的技术状况和使用性能有很大影响，而产生发动机异响故障的因素很多，错综复杂，给诊断带来一定的困难，所以研究发动机异响的诊断对实际的汽车维修有很大意义。 本文在介绍发动机基本构造和工作原理的基础上重点介绍了发动机异响的机理和发动机异响诊断的典型方法，其中诊断方法主要介绍了人工经验诊断和仪器辅助诊断两种。人工经验诊断是通过对汽油发动机和柴油发动机出现异响的原因进行分析，提出在实际维修过程中诊断异响应考虑的因素和无检测仪器的情况下正确判断异响部位的手段和方法。仪器诊断主要介绍利用示波器检测发动机重要部位振动波形，并对检测到的波形进行分析，以此对发动机异响做出正确判断。在此基础上又列举了汽油发动机与柴油发动机异响故障的典型案例，经过分析对异响与各种因素的关系进行了阐述，并介绍了几种诊断方法，最后根据诊断过程绘制出诊断流程图，旨在能为同行提供可借鉴的经验。 关键词:汽车;发动机;异响;故障诊断 I 本科生毕业设计(论文) II 本科生毕业设计(论文) 目 录 第1章 发动机简介................................................................................................. 1 1.1 发动机的基本构造.................................................................................... 1 1.2 发动机的工作原理.................................................................................... 2 第2章 发动机异响的机理分析............................................................................. 5 2.1 发动机异响的类型及影响因素................................................................ 5 2.1.1 发动机异响的类型......................................................................... 5 2.1.2 发动机异响的影响因素................................................................. 5 2.2 发动机异响的机理分析............................................................................ 6 2.2.1 异响与发动机转速的关系............................................................. 6 2.2.2 异响与负荷的关系......................................................................... 7 2.2.3 异响与温度的关系......................................................................... 7 2.2.4 异响与发动机工作循环的关系..................................................... 7 第3章 发动机异响的检测与诊断分析................................................................. 9 3.1 发动机异响检测与诊断的一般步骤........................................................ 9 3.1.1 判定异响对发动机的影响程度..................................................... 9 3.1.2 异响的原因分析及部位的确定................................................... 10 3.2 发动机异响故障的诊断原则.................................................................. 11 3.2.1 良性异响故障的诊断原则........................... 错误～未定义签。 3.2.2 恶性异响故障的诊断原则........................... 错误～未定义书签。 3.3 发动机异响诊断区域的分析.................................................................. 11 3.4 发动机异响的人工诊断分析.................................................................. 12 3.4.1 汽油发动机异响的人工诊断....................................................... 13 3.4.2 柴油发动机异响的人工诊断....................................................... 19 3.5 发动机异响的仪器诊断分析.................................................................. 21 3.5.1 检测异响的原理及种类............................................................... 22 3.5.2 异响的检测方法........................................................................... 22 3.5.3 异响故障波形的分析及故障诊断............................................... 23 第4章 发动机异响故障的实例诊断................................................................... 26 4.1 汽油发动机异响的实例诊断分析.......................................................... 26 4.2 柴油发动机异响的实例诊断分析.......................................................... 28 III 本科生毕业设计(论文) 总 结....................................................................................................................... 31 参考文献................................................................................................................. 32 致 谢....................................................................................................................... 34 附录?..................................................................................................................... 35 附录?..................................................................................................................... 36 IV 本科生毕业设计(论文) 第1章 发动机简介 本章主要介绍了发动机的基本构造和工作原理，其中发动机的基本构造介绍了与发动机异响故障相关的构造部件，工作原理分别以汽油机和柴油机为例，阐述了发动机具体的工作过程和工作原理。 1.1 发动机的基本构造 发动机主要由汽缸体、汽缸盖、活塞、曲轴等部件构成，它们的工作情况直 [3]接影响着发动机的正常工作，从而导致了发动机故障的发生。本节主要列举了与发动机异响故障密切相关的部件。 (1) 汽缸体 气缸体是发动机的基本框架。发动机的其他零件都安装在它里面或者固定在它上面。气缸体里有气缸，水套和油道。曲轴也固定在气缸体底部。除了顶置凸轮(OHC)发动机以外，凸轮轴都安装在气缸体里面。在大多数汽车里，气缸体由灰铸铁或者一种灰铸铁和其他金属的合金(混合物)做成，例如镍或铬。气缸体是铸件。有些气缸体，特别是在小汽车里的那些，都是由铝做成的。这种金属比铸铁轻得多。但是，铸铁的耐磨性比铝好。因此，在大多数铝制发动机的气缸内镶有铸铁或者钢的轴套，这些轴套叫做气缸套。而有些气缸体完全由铝做成。 (2) 汽缸盖 气缸盖固定在气缸体的顶上，正像屋顶套在一所房子上面一样。气缸盖下面与活塞顶上的空间形成燃烧室。最常见的气缸盖类型是半球形，楔形和准半球形。这三种说法都是指燃烧室的形状。气缸盖携带阀门，气门弹簧和在摇臂杆上的摇臂，这部分的气门传动机构通过推杆工作。有时，凸轮轴直接安装在气缸盖上并且不用摇臂控制阀门工作。这被叫为顶置凸轮轴装置。像气缸体一样，气缸盖是由铸铁或者铝合金制成。 (3) 活塞 活塞是可动部件，它承受可燃混合气燃烧时产生的压力，并将此力转换成活塞的上下往复运动。铁制活塞在早期发动机里较为常见。但因为铝比铁轻一半，所以现在多采用铝来制造活塞[5]。 (4) 曲轴 曲轴是发动机内的主轴。其作用是随同连杆将活塞的往复运动变成旋转运 1 本科生毕业设计(论文) 动。另外，曲轴还负责用正时齿轮驱动凸轮轴，以及通过皮带轮装置驱动附件。最后，曲轴将承受的全部扭矩传递给飞轮。从飞轮处，扭矩传递到摩擦离合器或是液力变矩器。 (5) 气门 现代发动机的气门都在汽缸盖上。这些气门开启和关闭进排气道，从而控制气体进入燃烧室。每个汽缸至少需要两个气门:一个进气门和一个排气门。 (6) 凸轮轴 凸轮轴是发动机内另外一根旋转轴，通常具有三大作用。首先，凸轮轴上有一排凸轮，它能将旋转运动转换成直线运动，从而开启进排气门。每一个气门都对应一个凸轮轴上的凸轮，在多数发动机上，每个汽缸对应两个凸轮。其次，凸 [4]轮轴上还有一个偏心轮，是一个特殊的凸轮，用于驱动燃油泵。最后，凸轮轴上还有一个齿轮，这个齿轮驱动机油泵和点火分电器。 (7) 气门挺杆 气门挺杆是发动机内的圆柱形零件，紧靠着凸轮轴上的凸轮。当凸轮旋转时，凸轮顶起挺杆，挺杆依次开启气门。气门挺杆或是直接与气门顶杆接触，或是与推杆相连，推动推杆与摇臂总成一起开启气门。 (8) 正时齿轮 将凸轮轮廓加工成设计形状以产生按设计要求给定的气门开启持续期和气门重叠角。而且，通过将正时齿轮副在规定的位置啮合或将链条安装到链轮齿的规定位置上，会保证气门在一个发动机工作循环内定时开启和关闭。 上述发动机的组成部件是产生异响故障的主要部件，其工作情况将直接影响发动机异响故障的发生。 1.2 发动机的工作原理 掌握发动机的工作原理是诊断发动机故障的基础，而研究发动机异响故障的诊断更应清楚发动机的正常运转情况，在此基础之上分析故障现象，查找故障原因，最后排除故障。这样才能准确的完成发动机异响故障的诊断。 (1) 汽油发动机的工作原理 下面以单缸为例，介绍四冲程汽油发动机的工作原理，一个工作循环包括有四个活塞行程(所谓活塞行程就是指活塞由上止点到下止点之间的距离的过程): [1]进气行程、压缩行程、膨胀行程(作功行程)和排气行程。 1) 进气行程 四行程发动机的进气行程从活塞上止点位置开始。活塞向下运动，在活塞上 2 本科生毕业设计(论文) 方产生了真空。进气门设定成定时动作，使得进气门在活塞刚开始向下运行时自行开启。因而，汽油和空气的混合物受发动机外部大气压力的推动沿着进气歧管入发动机汽缸。同时，排气门的关闭防止了正在进入的可燃混合气通过排气道排出在活塞到达进气冲程下止点之后，气缸内已经充满了科研混合气了。可燃混合气在活塞向下运动时被吸入汽缸，这个过程就是进气行程。 2) 压缩行程 当活塞到达下止点之后，因起动机继续按顺时针方向转动曲轴，所以活塞又重新向上运动。当活塞重新向上运动时，进气门关闭，排气门也关闭。由于两个气门都关闭了，于是活塞的上行将可燃混合气压缩在活塞顶部和汽缸盖的小空间 [2][6][11]内。当活塞再次到达下止点，压缩行程结束。现在，可燃混合气处于压缩状态，当他到活塞点火时将发出大量的能量。 3) 膨胀行程(作功行程) 就在活塞到达压缩行程上止点前，混合气已被充分压缩，这时火花塞上出现电子火花。这电子火花将压缩的可燃混合气点燃。燃烧的混合气开始膨胀，活塞上方燃烧室内的压力迅速增加。这使得高压作用在活塞顶部。现在，做功行程内两个气门都关闭着。这保证了气体膨胀产生的全部压力都作用在活塞顶部。在做功行程时，巨大的气体压力推动活塞向下运动，带动连杆转动曲轴。换句话说，是气体膨胀产生的力在推动曲轴转动。 4) 排气行程 在接近做功行程终了时，凸轮轴将排气门开启，但进气门仍然关闭。虽然在推动活塞向下运动时，气体的大部分压力已经消耗掉，但当排气门开启时，气体仍然具有一定压力。所以，这些残余的带压废气能够相对顺畅地从已被排气门打开的排气道排出。接着，当活塞在气缸内重新向上运动时，它将剩余的废气从开启的排气门中排出汽缸。换言之，当排气门开启时向上运动的活塞对于将所有废 [5]气排除汽缸和燃烧室起到了有效的作用。 (2) 柴油发动机的工作原理 柴油发动机的工作过程其实跟汽油发动机一样的，每个工作循环也经历进气、压缩、做功、排气四个行程。但由于柴油机用的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸发，而其自燃温度却较汽油低，因此可燃混合气的形成及点火方式都与汽 [8]油机不同。 柴油机在进气行程中吸入的是纯空气。在压缩行程接近终了时，柴油经喷油泵将油压提高到10MPa以上，通过喷油器喷入气缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气。由于柴油机压缩比高(一般为16-22)，所以压缩终了时气缸内空气压力可达3.5-4.5MPa，同时温度高达750-1000K(而汽油机在 3 本科生毕业设计(论文) 此时的混合气压力会为0.6-1.2MPa，温度达600-700K)，大大超过柴油的自燃温度。因此柴油在喷入气缸后，在很短时间内与空气混合后便立即自行发火燃烧。气缸内的气压急速上升到6-9MPa，温度也升到2000-2500K。在高压气体推动下， 13]活塞向下运动并带动曲轴旋转而作功，废气同样经排气管排入大气中[。 综上所述，无论是汽油发动机还是柴油发动机，当其工作到一定阶段时，其各项技术要求已经达不到标准，另外由于发动机各部机件磨损松旷、调整不当或使用不当等原因，将会导致发动机异响故障的发生。 4 本科生毕业设计(论文) 第2章 发动机异响的机理分析 本章主要介绍了发动机异响的类型及影响因素，同时又对异响的机理做了详细的分析，为发动机异响的检测与诊断提供理论依据，并为发动机异响的具体检测与诊断奠定基础。 2.1 发动机异响的类型及影响因素 2.1.1 发动机异响的类型 发动机的异响种类多种多样，根据异响的危害程度可将异响分为良性异响和恶性异响。根据异响的产生部位可将异响分为曲轴主轴承响、连杆轴承响、活塞敲缸响、活塞销响、气门响、汽缸漏气响、正时齿轮响等。根据异响的产生原因可将异响分为机械异响、燃烧异响和空气动力异响和电磁异响等。下面主要介绍根据异响的原因分类。 (1) 机械异响。主要是由于机件的运动副配合间隙过大或配合面有损伤,运转中引起冲击和振动造成。曲轴轴承、连杆轴承、凸轮轴轴承、活塞敲缸、活塞销、气门等发出响声都属于机械异响。 (2) 燃烧异响。主要是由于发动机不正常燃烧造成的。如汽油发动机产生爆燃或表面点火、柴油发动机工作粗暴时，汽缸内均会产生极高的压力波，压力波撞击燃烧室壁及活塞连杆组时，发出强烈的类似于金属敲击的异响即为燃烧异响。 (3) 空气动力异响和电磁异响。主要是在发动机进气口、排气口和运转中的风扇处，因气流振动而造成。电磁异响主要是在发电机、起动机和某些电磁元件内，由于磁场的交替变化，引起机械中某些部件产生异响故障。 2.1.2 发动机异响的影响因素 异响与发动机的转速、温度、负荷和润滑条件等有关。 (1) 转速一般情况下，转速愈高机械异响愈强烈。尽管如此，但高转速时各种响声混杂一起，听诊某些异响不易辨清。所以，诊断转速不一定是高速，要具体异响具体对待。如听诊气门响和活塞敲缸响时，在怠速下或低速下就能听得非常明显，当主轴承响、连杆轴承响和活塞销响较为严重时，在怠速和低速下也能听到。总之诊断异响应在响声最明显的转速下进行，并尽量在低转速下进行。 (2) 有些异响与发动机温度有关，在机械异响诊断中，对于热膨胀系数大的 5 本科生毕业设计(论文) 配合副要特别注意发动机的热状况，最典型的例子是活塞敲缸。在发动机冷启动时，该响声非常明显。所以，诊断该响声应在发动机低温下进行。 (3) 发动机温度也是燃烧异响的影响因素之一。柴油机过冷时，往往产生着火敲击声(工作粗暴)。许多异响与发动机的负荷有关。如曲轴主轴承响、连杆轴承响、活塞敲缸响、汽缸漏气响等，均随负荷增大而增强，随负荷减小而减弱;柴油机着火敲击声随负荷增大而减小。但是，也有个别异响与负荷无关，如气门响。 (4) 不论什么机械异响，当润滑条件不佳时，异响一般都显得严重。在发动机上，不同的机件、不同的部位和不同的工况，声源所产生的振动是不同的，因而发出的异响在音调、音高、音频、音强、出现的位置和次数等方面均不相同。我们利用异响的这些特点和规律，在一定的诊断条件下，即可将发动机的异响诊断出来。 2.2 发动机异响的机理分析 发动机异响常与发动机的转速、负荷、温度和工作循环有关，通过对异响进行机理分析，可找出其变化规律。参照图2.1 2.2.1 异响与发动机转速的关系 发动机的大多数常见异响的存在取决于发动机的转速状态。 (1) 异响仅在怠速或低速运转时存在。发响的原因有:活塞与气缸壁间隙过大;活塞销装配过紧或连杆轴承装配过紧;挺杆与其导孔间隙过大;配气凸轮轮廓磨损;有时，起动抓松动而使皮带轮发响。 (2) 维持在某转速时声响紊乱，急减速时相继发出短暂声响。发响的原因有:凸轮轴正时齿轮破裂或其固定螺母松动;曲轴折断;活塞销衬套松旷;凸轮轴轴向间隙过大或其衬套松旷。 图2.1 活塞受力简图 6 本科生毕业设计(论文) (3) 异响在发动机急加速时出现，维持高速运转时声响仍存在。发响的原因有:连杆轴承松旷、轴瓦烧熔或尺寸不符而转动;曲轴轴承松旷或轴瓦烧容;活塞销折断;曲轴折断。 2.2.2 异响与负荷的关系 发动机上不少异响与其负荷有明显的关系，诊断时可采取逐缸解除负荷的方法进行试验，通常采用单缸或双缸断火法解除一或两缸的负荷，以鉴别异响与负荷的关系。 (1) 某缸断火，异响顿无或减轻。发响的原因有:活塞敲缸;连杆轴承松旷;活塞环漏气;活塞销折断。 (2) 某缸断火，则声响加重，或原来无响，此时反而出现声响。发响的原因有:活塞销铜套松旷;活塞裙部锥度过大;活塞销窜出;连杆轴承盖固定螺栓松动过甚或连杆轴瓦合金烧熔脱净;飞轮固定螺栓松动过甚。 (3) 相邻两缸断火异响减轻或消失。发响的原因有:曲轴轴承松旷。 2.2.3 异响与温度的关系 (1) 低温发响，温度升高后声响减轻，甚至消失。发响的原因有:活塞与缸壁间隙过大;活塞因主轴承油槽深度和宽度失准;机油压力低而润滑不良。 (2) 温度升高后有声响，温度降低后声响减轻或消失。发响的原因有:过热引起的早燃;活塞裙部椭圆的长、短轴方向相反;活塞椭圆度小、活塞与缸壁的间隙过小;活塞变形;活塞环各间隙过小。 2.2.4 异响与发动机工作循环的关系 发动机的异响故障往往与发动机的工作循环有明显的关系，尤其是曲柄连杆机构和配气机构的异响都与工作循环有关。就四行程发动机而言，凡由曲柄连杆机构引起的声响均为发动机作功一次发响两次;凡由配气机构引起的声响均为发动机作功一次发响一次。 (1) 由曲柄连杆机构引起的异响其原因有:活塞敲击缸壁;活塞销发出的敲击声;活塞顶缸盖;连杆轴承松旷过甚;活塞环漏气。 (2) 由配气机构引起的异响其原因有:气门间隙过大;挺杆与其导孔间隙过大;凸轮轮廓磨损;气门杆与其导管间隙过大;气门弹簧折断;凸轮轴正时齿轮径向破裂;气门座圈松脱;气门卡滞不能关闭。 (3) 若异响与工作循环无关，则应注意其发响区域。通常，由与工作循环无关的间隙引起的发响多为发动机附件有故障;若是与工作循环无关的机件发出的 7 本科生毕业设计(论文) [9] 连续金属磨擦声，则可考虑是某些旋转件有故障。 8 本科生毕业设计(论文) 第3章 发动机异响的检测与诊断分析 汽车振动、响声与发动机的工况有着密切联系，所以通过汽车异响的检测可初步分析发动机的工作状况、性能好坏。更为重要的是，当发动机各系统出现故障时，响声与振动必然偏离正常值，通过检测发动机不同工况响声与振动，可判断发动机故障所在的部位。所谓异响分析法就是通过采用听诊器或直接用耳朵听声音的方法，对汽车的振动和异响进行诊断分析从而对发动机故障进行诊断的一种方法。汽车异响分析是人工经验诊断方法的一种，它是通过对异常声响的位置、声响的特征以及声响发生时的工况和环境等特征对汽车振动与噪声产生的原因进 [15]行故障诊断。 3.1 发动机异响检测与诊断的一般步骤 发动机发出异响，主要是由于内部机件磨损松旷、调整不当或使用不当而引起的，说明发动机存在或大或小的故障，因而在发动机发生异响故障时应及时进行初步的检测与诊断，从而确定此故障是否影响汽车的正常行驶。因此本章首先介绍了发动机异响检测与诊断的一般步骤，旨在为驾驶者以及维修者提供可以借鉴的经验。 3.1.1 判定异响对发动机的影响程度 在众多复杂的发动机声响中，首先应确定哪些是正常的声响，哪些是异响。异响中有哪些对发动机的工作状况影响不大，是允许暂时存在的，哪些是不允许继续存在，必须立即予以排除，否则容易造成更大的危害。 (1) 如果声响在发动机低速运转时显得轻微单纯，在高速运转时显得轰鸣平稳均匀，在加速和减速时显得圆滑过渡，则为正常声响。 (2) 如果声响仅在怠速时存在，转速提高后即自行消失，在整个使用过程中声响又无明显的变化。这属于危害不大的异响，允许暂时存在，待适当时机再行 [12]修理。 (3) 如果声响在突然加速或突然减速时出现，而且当发动机在中、高速运转期并不消失，同时又伴有机件振抖，那么，这是属于不允许继续存在的异响，应立即查明原因，予以排除。 (4) 如果声响是在运转中突然出现的，且又较猛烈，则不应该继续运转或者 9 本科生毕业设计(论文) 用试听的方法加以诊断，而应该立即停机拆检。一般是先拆油底壳，再拆气缸盖和气门室盖。 3.1.2 异响的原因分析及部位的确定 就异响出现的时期和连续存在的时间而言，异响一般分别存在于:怠速或低速运转期间、高速运转期间、整个行车期间等几种时期。 (1) 对于怠速或低速运转期间出现的异响 1) 首先应检查异响与工作循环是否有关联，并进一步判定故障出在哪一机构。如有关联，则说明故障发生在曲柄连杆机构或配气机构。并可根据异响的频率做出初步判定，凡是曲柄连杆机构引起的声响均为一个工作循环发响二次，而配气机构引起的声响均为一个工作循环发响一次，因此，曲轴轴承等处的异响频 [11]率较低，而气门等处异响的频率较高。 2) 逐渐提高发动机转速，听察异响有无变化，根据异响随转速的变化，判断运动机件耗损的程度。 3) 在诊断过程中，还应注意观察发动机温度的变化对异响的影响。 4) 对于多缸发动机，应首先用单缸断油断火的方法检查异响与缸位是否有关联。若某缸断油断火后异响有明显的变化，说明故障即在此缸。若某缸断油断火后异响并无明显的变化，说明异响与缸位并无关系。通过上述几个过程的诊断，基本可查明异响与发动机的负荷、工作循环、转速、温度之间的关系。如果异响 [8][16][21]与某种异响特性相符合，则可作出确诊结论。 (2) 对于高速运转期间出现的异响 1) 首先从低速逐渐提高发动机转速，直至高速运转。在此过程中，注意异响出现的时机。 2) 当异响出现后，稳定于该转速运转，仔细听察异响。有时异响也可能仅出现在急加速或急减速的情况下，则应对发动机的速度进行急速变化而查明异响出现的时机。 3) 在诊断过程中，还应注意机油压力、机油加注口、排气管等处伴同现象的变化，辅助诊断故障，从而得出确诊结论。 (3) 对于行车期间出现的异响 1) 行车中的发动机异响，一般都能在停车后使发动机处于同等速度运转中得到反映，从而得出异响故障的确诊结论。但有时也有例外，行车中的异响，停车后，使发动机同等速度运转，却不再出现这种异响，这时应该急剧改变转速，一 [17]般都能使异响出现。然后再查找原因，得出确诊结论。 2) 有时行车中出现的异响，不一定是发动机异响，而可能是其他机件异响， 10 本科生毕业设计(论文) 则应踩下离合器踏板或脱开变速器档位，再做急加速试验。如若消失，表明异响不在发动机而在底盘或车身部位。 3) 对于发动机异响的诊断是一项经验性较强的维修作业，由于发动机的异响是多种多样、错综复杂的，可能不同的故障反映出来的异响相似，也可能同一故障，由于其程度不同，又反映出不同的声响特征。正常的声响和异响混杂在一起，一时难以分辨。只有进行周密的研究，反复的分析辨别，才能掌握其规律性，进而能动地对异响进行诊断。 3.2 发动机异响故障的诊断原则 (1)若声响在低速运转时显得轻微、单纯，在高速运转时显得轰鸣且平稳均匀，在加速或减速显得圆滑过渡，则为正常声响。 (2)在分析判断异响故障时，应遵循先易后难、先主后次的原则进行。在未弄清原因之前，尽量避免盲目拆卸，以免形成新的故障源。 (3)对于各类滑动轴承响声，如曲轴轴承、连杆轴承、凸轮轴轴承响声，检测时应密切注意机油压力。在油压较低的情况下，发动机高速运转时间不可过长，以免在检测中引起烧瓦。 (4)车用各类滚动轴承的响声一般与其运转速度成正比。?声响若仅在怠速运转时存在，转速提高后即自行消失，在整个使用过程中声响又无明显的变化，则属于危害不大的异响，允许暂时存在，待适当时机再行修理。?声响若在突然加速或突然减速时出现，而且当发动机在中、高速运转期并不消失，同时又引起机体振抖，则属于不允许再继续存在异响，应予以立即查明原因，进行排除。?声响倘若是在运转中突然出现的，且又较猛烈，则不应使用发动机继续运转或进 [5][13]行试听诊断，而应立即停机拆检。一般应先拆油底壳，再拆缸盖。 3.3 发动机异响诊断方法 (1)人工直观试探法。主要是借助听诊器、断火试验，结合变换节气门开度等，凭耳、眼进行试听、察异响的变化情况。在听察过程中，还要及时观察排气管冒出的烟色、烟量的变化和各仪表的工作情况等。 (2)仪器诊断法。因为发动机各类异响和振动的声响、声压、振幅等不同，只要发动机各摩擦副磨损，配合间隙增大或某一部分发生松动，就会产生异响与振动，形成特有的声级、声压和振幅并通过仪器反映出来。 3、异响的确诊过程根据异响出现的时机和连贯存在的时间来看，异响一般都 [14]分别存在于怠速或低速运转期间和高速运转期间。 11 本科生毕业设计(论文) (1)当异响出现在怠速或低速运转期间，可依以下顺序进行诊断:?用单缸断火法检查异响与缸位是否有关联。若某缸断火后异响有明显的变化，说明故障在该缸。?若某缸断火后异响并无明显的变化，说明异响与缸位并无关系。继而应逐缸检查异响与工作循环是否有关联，判定故障出在哪一机构。?进而再逐渐提高发动机转速，听察异响有无变化，根据异响随转速的变化，判断运动机制耗损的程度。?此外，在诊断过程中，还应注意观察发动机温度的变化对异响的影响。 (2)当异响出现在高速运转期间，可依以下顺序进行诊断:?从低速逐渐提高发动机转速，直至高速运转。在此过程中，注意异响出现的时机。?当异响出 [19]现后，使发动机稳定于该转速运转，仔细听察异响，利用单缸断火法查明缸位。?若难以查明缸位，则应听察该异响分布的区域。?若从低速逐渐提高转速的过程中，并不出现异响，却在急加速或急减速时出现异响，则用单缸断火法并配以速度的急剧变化，即可判明异响发生在哪个缸位。 3.3.1 发动机异响的人工诊断分析 根据发动机异响的产生部位可将异响分为曲轴主轴承响、连杆轴承响、活塞敲缸响、活塞销响、气门响、汽缸漏气响、正时齿轮响等。现以汽油和柴油发动机为例详细介绍一下发动机哪些机械部件会发生异响，并针对每种异响从故障现象、故障原因、诊断方法进行分析，同时借助听诊器、断火试验、结合变换节气门开度等，凭耳、眼进行听、察异响的变化情况。在听察过程中，还要及时观察排气管冒出的烟色、烟量的变化和各仪表的工作情况等。即发动机异响的人工经验诊断。 12 本科生毕业设计(论文) 3.3.1.1汽油发动机异响的人工诊断 本节分别以曲轴主轴承响、连杆轴承响、活塞敲缸响、活塞销响、气门响、汽缸漏气响、正时齿轮响等常见故障异响为例，从故障现象、故障原因、排除方法三个方面进行分析研究，明确异响故障的排除办法。 (1) 曲轴主轴承响 1) 故障现象 发动机突然加速时会发出沉重而有力的“刚、刚、刚”的金属敲击声，严重时机体发生很大振动。响声随发动机转速的提高而增大，随负荷的增加而增强，产生响声的部位是在缸体下部的曲轴箱内。单缸断火时响声无明显变化，相邻两缸同时断火时，响声会明显减弱。温度变化时响声不变化。机油压力明显降低。另外，后道轴承发响，一般声音钝重发闷，前道轴承发响，声音较轻、较脆。曲轴轴向窜动出现的响声，在低速下采用微抖节气门的方法，可听到较沉重的“咯噔”、“咯噔”的响声，好象铁轮车行走在高低不平的石头路上的声音。 2) 故障原因 ? 主轴承盖固定螺钉松动。 ? 主轴承减磨合金烧毁或脱落。 ? 主轴承和轴颈磨损过甚、轴向止推装置磨损过甚，造成径向和轴向间隙过大。 ? 曲轴弯曲。 ? 机油压力太低或机油变质。 3) 诊断方法 ? 抖动并加大节气门试验 使发动机在低速下运转，用手微微抖动并反复加大节气门进行试验，同时仔细倾听。如响声是随着发动机转速的升高而增大，抖动节气门时在加油的瞬间响声较明显，这一般是主轴承松旷;如发动机在怠速或低速运转时响声较明显，高速时显得杂乱，则可能是曲轴弯曲;如在高速时机体有较大振动，机油压力显著 [4][18][22]降低，则一般是主轴承松旷严重、烧毁或磨合金脱落。 ? 从加机油口处听诊 打开加机油口盖，从加油处仔细倾听，同时反复变更发动机转速进行试验。如果是主轴承响，可明显听到沉重有力的金属敲击声。 ? 用听诊器具听诊 将听诊器或自制的简易听诊杆，在节气门开度不断变换的同时，触在机体曲轴箱两侧与曲轴轴线齐平的位置上进行听诊，响声最强的部位即为发响的主轴承。 13 本科生毕业设计(论文) ? 断火试验 松开高压油管接头，如I缸断火后响声明显减弱，则为第一道主轴承响;如最末缸断火后响声明显减弱，则为最后一道主轴承响;如任意相邻两缸同时断火响声明显减弱，则为两缸之间的主轴承响。曲轴轴向窜动所产生的响声，单缸断火无变化。 ? 踩离合器踏板试验 踩下离合器踏板保持不动，如果响声减弱或消失，则为曲轴轴向窜动产生的响声。 (2) 连杆轴承响 1) 故障现象 当发动机突然加速时，有“啪、啪”连续明显的敲击声，是连杆轴承异响的主要特征。轴承严重松旷时，怠速运转也能听到明显的响声，且机油压力降低。发动机温度变化时，响声不变化;发动机负荷变化时，响声随负荷增加而加剧;单缸断火，响声明显减弱或消失，但复火时又能立即出现，即具有所谓响声“上缸”现象。 2) 故障原因 ? 连杆轴承盖的固定螺栓松动或折断。 ? 连杆轴承减磨合金烧毁或脱落。 ? 连杆轴承或轴颈磨损过甚，造成径向间隙太大。 ? 机油压力太低或机油变质。 3) 诊断方法 ? 变换转速试验 使发动机怠速运转，然后由怠速向低速，由低速向中速，再由中速向高速加大 节气门进行试验，同时结合逐缸断火法和在加机油口处听诊等方法反复进行。响声随着转速的升高而增大，抖动节气门时，在加油的瞬间异响突出。响声严重时在任何转速下均可听到，甚至在怠速时也可听到清晰、明显的敲击声。 ? 断火试验 在怠速、中速和高速情况下，逐缸反复进行断火试验。如某缸断火后响声明显减弱或消失，在复火的瞬间又能立即出现，则可断定为该缸连杆轴承响。 ? 听诊 如用听诊器或简易听诊杆触在机体上听诊，往往不易听清楚。但在加机油口处直接倾听，可清楚地听到连杆轴承敲击声。 ? 检查机油压力 诊断中要注意检查机油压力。如果响声严重，又伴随有机油压力低，这往往 14 本科生毕业设计(论文) 成为区别连杆轴承响与活塞销响、活塞敲缸响的重要依据。 ? 如燃烧室内积炭较少，车辆在冬季行驶不长时间后即发生过热现象，可检查散热器下部至水泵的通水管是否冻结。用手触试散热器上部感到很烫，触试下部感到冰凉，用手捏下部通水软管时又硬又凉，说明该软管冻结，冷却系大循环中断，故障在此。 ? 如果不在冬季，或者散热器下部通水管未冻结，可检查水泵的泵水效能。检查时用手握住发动机顶部至散热器的通水软管，然后由怠速加速到某一高速，如感到通水软管内水的流速随发动机转速的增加而加快，说明水泵工作正常;反之，说明水泵泵水效能丧失或欠佳。如水泵工作正常，再检查节温器的工作效能。用手触试发动机缸体、缸盖和小循环通水管，感到温差不大，且很烫;触试缸盖至散热器的通水软管和散热器上部感到不烫;触试散热器下部及下部通水软管感到温度很低。这说明节温器大循环阀门打不开，造成冷却系大循环中断，故障在此。如节温器工作正常，发动机过热的原因可能是冷却系内部的锈污、水垢沉积 [25]太厚，严重影响了散热能力，或分水管锈烂丧失了分水能力等造成。 ? 车辆超载或长时间用低速档行驶，致使发动机过热，是使用不当造成的，恢复正确的使用方法，过热现象自然会消失。 (3) 活塞销响 1) 故障现象 发动机在怠速、低速和从怠速向低速抖动油门时，可听到明显而又清脆的“嗒、嗒、嗒”好象两个钢球相碰的的声音。响声严重时随转速的升高响声增大，但机油压力不降低。单缸断火时响声明显减弱或消失，复火瞬间，响声又出现或连续出现两个响声。 2) 故障原因 ? 活塞销与连杆小头衬套配合松旷。 ? 活塞销与活塞上的销孔配合松旷。 3) 诊断方法 ? 抖动节气门试验 发动机怠速运转，然后由怠速向低速急抖油门，响声能随转速的变化而变化。每抖一次节气门，如能听到清脆而连贯的“嗒、嗒、嗒”的响声，则有可能是活塞销响。 ? 断火试验 将发动机稳定在响声较强的转速上，松开高压油管接头进行断火试验。当某缸断火后响声明显减弱或消失，在复火的瞬间又能立即出现或连续出现两个响声，则可断定为此缸活塞销响。如果响声严重，并且转速越高，响声越大，此时在响 15 本科生毕业设计(论文) 声较大的转速下进行断火试验，往往响声不消失且变得杂乱，这一般是由于配合间隙增大到了很大程度的缘故。以上两种方法如能配合使用，响声会被听得更清楚。 ? 听诊 在微抖油门使发动机转速不断变化的情况下，用听诊器或简易听诊杆触在发响汽缸的上部或气缸盖上，可听到清脆的响声。打开加机油口，也能清楚地听到这一响声。 (4) 活塞敲缸响 1) 故障现象 发动机在怠速或低速运转时，在汽缸的上部发出清晰而明显的“嗒、嗒、嗒”的响声;发动机中速以上运转时，这种异响便会减弱或消失;该响声冷车时明显，热车时减弱或消失;单缸断火，响声减弱或消失;响声严重时，负荷愈大响声也愈大，但机油压力不降低。 2) 故障原因 ? 活塞与气缸壁配合间障太小。 ? 活塞与气缸壁间润滑条件太差。 3) 诊断方法 ? 在不同水温下诊断 敲缸响的特点是冷车时明显，热车时减弱或消失，因此，应先在冷车时诊断。若冷车时有敲击声，热车响声消失，说明是活塞敲击响，且故障尚轻，车辆可继续运行;若发动机热起后响声虽有减弱，但仍较明显，特别是大负荷低转速时听得非常清楚，说明响声严重，应停驶。 ? 断火试验 把发动机置于敲击声最明显的转速下运转，松开高压油管接头进行断火试验。如某缸断火后响声减弱或消失，则为该缸敲缸响。 ? 加机油确诊 为了进一步确诊是否是活塞敲缸响，可将发动机熄火，卸下有响声汽缸的喷油器，往汽缸内倒少许机油，并用手摇把或起动机转动曲轴数圈，使机油布满在汽缸壁与活塞之间。然后装上喷油器，启动发动机，若响声短时间内减弱或消失， [23]过一会儿又重新出现，则可确诊为是活塞敲缸响。 ? 听诊 将听诊器或简易听诊杆触在机体上部的两侧进行听诊。一般在发响汽缸的上部往往响声较弱并稍有振动，再结合断火试验，即可确定出发响的汽缸来。有时听诊还可诊断出发响的原因来，如听到“嗒、嗒、嗒”好象用小锤敲水泥地的声 16 本科生毕业设计(论文) 音时，一般是汽缸与活塞间隙太大造成的;如听 到“刚、刚、刚”好象用小锤敲钢管的声音时，则有可能是汽缸壁润滑不良造成的。 (5) 气门响 1) 故障现象 发动机怠速运转时发出连续不断的、有节奏的“嗒、嗒、嗒”(在气门脚处)或“啪、啪、啪”(在气门座处)的敲击声，转速增高时响声亦随之增高，温度变化和单缸断火时响声不减弱。若有数只气门响，则声音显得杂乱。气门脚响和气门落座响统称为气门响。 2) 故障原因 ? 气门脚响;气门脚间隙太大;气门脚间隙调整螺钉松动或该间隙处两接触面不平;配气凸轮外形加工不准或磨损过甚，造成缓冲段效能下降，加重了挺杆对气门脚的冲击;气门脚处润滑不良。 ? 气门落座响;气门杆与其导管配合间隙太大;气门头部与其座圈接触不良;气门座圈松动;气门脚间隙太大。 3) 诊断方法 气门脚响和气门落座响很类似，诊断方法也差不多，由于它们不上缸，因而采用单缸断火或单缸断油的方法无效。 ? 听诊 听诊气门响时不打开加机油口盖就能在发动机周围听得清清楚楚。当发动机怠速运转时，听到如现象中所述的有节奏的响声，可稍加大油门。如果此时响声较明显，逐渐加油时响声又随转速的提高节奏加快，可初步断定为气门脚响或气门落座响。柴油机由于受着火敲击声的影响，其气门响不易听诊。听诊时可采用提高转速后迅速收回供油拉杆的方法，趁发动机降速时，避开着火敲击声的干扰，仔细倾听。 ? 检查气门间隙 打开气门室侧盖或气门室顶盖，用厚薄规检查用手晃试气门脚间隙，间隙最大的往往是最响的气门。运转中的发动机，当用厚薄规插入气门脚间隙处致使响声减弱或消失时，即可确定是该气门响，且由间隙太大造成。若需进一步确诊是气门脚响还是气门落座响，可在气门脚间隙处滴入少许机油。如瞬间响声减弱或消失，说明是气门脚响;如响声无变化，说明是气门落座响。气门落座响如系座 [7]圈松动造成，其响声不如气门脚响坚实，且带有破碎声。 (6) 汽缸的漏气异响 1) 故障现象 发动机运转时可从加机油口处听到曲轴箱内发出“呲、呲、呲”的漏气声， 17 本科生毕业设计(论文) 负荷、转速愈高时响声愈大。当收回油门或单缸断火时，响声减弱或消失。此外，随着响声的出现，可看到加机油口处脉动地向外冒烟，脉动次数与发响次数相同。 2) 故障原因 ? 活塞环与汽缸壁漏光度太大。 ? 活塞环开口间隙太大或各环开口重合。 ? 活塞环弹力太弱或因其侧隙、背隙太小而造成背压力建立不起来。 ? 活塞环卡死在环槽内。 ? 汽缸壁拉伤，出现沟槽。 3) 诊断方法 ? 断火试验 打开加机油口盖，提高发动机转速至响声最明显、冒烟最大处稳住。若某缸断火后响声减弱或消失，且加机油口处的冒烟量明显减少，说明漏气异响是该缸发出。 ? 加机油法 为了进一步确诊是否是活塞敲缸响，可将发动机熄火，卸下有响声汽缸的喷油器，往汽缸内倒少许机油，并用手摇把或起动机转动曲轴数圈，使机油布满在汽缸壁与活塞之间。然后装上喷油器，启动发动机，若响声短时间内减弱或消失，过一会儿又重新出现，则可确诊为是活塞敲缸响。 (7) 正时齿轮响 1) 故障现象 有的有节奏，有的无节奏。在有节奏的响声中，有的属于间响，有的属于连响。转速越高，响声往往越大。使用单缸断火，响声不减弱。 2) 故障原因 ? 齿轮啮合间隙过大或过小。 ? 曲轴主轴承孔与凸轮轴轴承孔中心距在使用或保修中发生变化，变大或变小。 ? 齿轮的齿形不符合要求或齿面磨损过甚。 ? 齿轮转动一周，其啮合间隙松紧不一或发生根切。 ? 齿轮齿面碰伤、脱层或轮齿断裂。 ? 齿轮在曲轴或凸轮轴上松动或脱出。 ? 曲轴或凸轮轴轴向间隙过大。 ? 重新装配一对正时齿轮时，改变了原来的啮合位置。 ? 未成对更换齿轮。 3) 诊断方法 18 本科生毕业设计(论文) 诊断的方法有两种:一种是变换油门开度法，另一种是听诊法。在配合使用上述两种方法的同时，要结合以下情况分别进行判断。 ? 诊断中若发现响声是无节奏的，且在发动机怠速运转时发出“嘎啦、嘎啦”的响声，中速时 响的更为明显，高速时响声变得杂乱并带有破碎声，响声严重时正时齿轮室盖处有振动，这有可能 是齿轮啮合间隙太大造成的。 ? 如果出现一种连续不断的“嗷、嗷”响声，发动机转速越高是响声越大， 并且经证实该机更换过正时齿轮，则有可能是齿轮啮合过紧的缘故。 ? 如果出现有节奏的“哽、哽、哽”的响声，发动机转速越高时响声越大，则可能是齿轮啮合间 隙不均造成。若响声为连响，则故障出在曲轴正时齿轮上;若响声为间响，则故障出在凸轮轴正时齿轮上。 ? 若响声是有节奏的，发动机怠速运转时能听到“嗒啦、嗒啦”的声音，中速以上时又变为紧 凑的“嗒、嗒、嗒”的响声，这往往是金属齿轮齿面碰伤以后出现的响声，如果故障在曲轴正时齿轮 上为连响，在凸轮轴正时齿轮上为间响。 ? 若在发动机怠速运转时听到“咯啦、咯啦”的撞击声，加大油门开度时，变为较杂乱的“哇啦 、哇啦”的声音，甚至还带点“咯棱、咯棱”的撞击声，正 [4]时齿轮室盖处又伴随有振动，通常这是一对金属正时齿轮发生根切造成的。 3.3.1.2柴油发动机异响的人工诊断 它主要是由机件磨损松旷，配合间隙过大，装配不当，润滑不良或使用方法不合理所致，应及时检修发动机异响的诊断，须依靠平时对车辆特性的熟悉程度，以及较长时间的实际锻炼，方能达到较为准确的判断，常见的发动机异响及判断方法介绍如下: (1) 柴油发动机异响的规律 柴油车发动机的异响存在如下普遍规律: 1) 发动机振动异响主要是由于柴油机的支承不牢所致。 2) 发动机转两圈(即发动机的一个工作循环)异响出现一次，其故障原因多出现在与凸轮轴有关的零部件，如气门、推杆、气门弹簧以及正时齿轮等。 3) 发动机转一圈异响出现一次，其故障原因多出现在与曲轴有关的零部件，如活塞、活塞销、活塞环及连杆轴承等。 4) 异响连续发生，且异响声音有一定规律，其故障部位大都出现在旋转部件上,如连续敲击声多发生在飞轮、正时齿轮等部件上。 5) 异响间歇发生，且响声没有规律，其故障原因主要来自发动机的附件，如发电机、水泵、空压机、起动机等安装出现松动或其内部有刮碰等。 19 本科生毕业设计(论文) (2) 常见异常响声的诊断 1) 整机振抖响声 柴油机起动后产生没有规律的振抖响声，且随着发动机转速的增高而加剧，其主要原因有:柴油机支承螺栓松动或悬置断裂;发动机悬置位置不当，致使曲轴与第一节传动轴不同轴;发动机悬置缓冲件损坏等。发现发动机有机振现象，应根据上述原因直接检查排除。 2) 活塞敲缸响声 它是一种清脆有节奏的金属敲击声，产生的主要原因是气缸与活塞间隙过大使活塞在气缸内摆动产生撞击声，冷车时响声再大，热车时响声较轻或消失。这种敲击声如仅发生在冷车时，尚可继续行驶，如在走热后连续发生敲击声，则不能继续使用，而英进厂检修。 检查方法是:把发动机转速控制在声响最明显的范围内，用螺丝刀将火花塞逐缸搭铁断火或在该缸内加入少量粘度大的机油，若该气缸响声减弱或消失，说明该缸未响。 3) 活塞销响 发动机工作中，可以从气缸的上部听到“咯、咯、咯”的金属敲击声，这种异响与敲缸声有类似之处，所不同的是在发动机转速突然变化时，响声更明显、更清脆,如果异响声音不太大，则一般只在发动机起动时发出，待发动机温度正常后，异响将会自然消失。一般活塞销响声较大时应予检修，异响声音严重时必须进行更换，以防活塞销折断或衬套严重破裂，引起拉缸甚至捣缸事故。 4) 气门响 它是一种清脆而有节奏的连续声响,是气门与挺杆间隙过大所致,利用“断火”的方法不能使之消除，响声在气门室一侧较为明显。 检查时，拆下气门室盖，发动机怠速运转时察听气门响声和观察润滑油飞溅情况，判断是哪一缸响，用厚薄规插入气门间隙，当响声减弱或消失，就是该气门脚有异响。再检查减压机构，不符合技术要求时应进行调整，若仍然存在异响时，再拆开发动机盖检查气门和气门座圈，气门严重烧蚀时应更换，气门座圈轻微烧蚀需研磨，严重烧蚀时应换新。 5) 正时齿轮异响 当正时齿轮的间隙过大时，发动机怠速时会发出“嘎啦、嘎啦”的响声，中速时更为明显，高速时响声杂乱。齿轮齿间隙过小时会发出“嗷——”的呼声，转速较高，响声越大，若齿轮个别齿牙损毁，则会发出“哽、哽”有节奏的撞击声，转速提高，响声加大，正齿轮不受“断火”和发动机温度的影响。 检查方法:用螺丝刀抵触在正时齿轮盖时，会听到明显的响声。 20 本科生毕业设计(论文) 6) 飞轮松旷响 出现飞轮松动时常常发出“哐当、哐当”或“嘎、嘎”的响声，这种响声比较大，特别在发动机转速突然变化时响声更加剧烈，通常在发动机后部听得比较清楚，而某些时候响声又很小，因此这种响声没有一定规律。如果停车后不供油，使气缸减压阀减压开启，快速地摇转曲轴，然后突然撤掉减压，此时也能听到“哐当、哐当”的响声。如果飞轮松旷严重时，在发动机停机状态下用手扳动飞轮还会有间隙松动感觉。飞轮松旷的主要原因有:飞轮紧固螺母在工作中因振动松动，安装飞轮时螺母没有拧紧。发现飞轮松动，应及时将螺母紧固，否则会引起严重 [23][24]的后果。 7) 轴瓦敲击声 在发动机下部发出“哒、哒、哒”的连续敲击声，打开加油口盖或拔出油标尺后，异响声音更加清晰。工作中发动机转速突然升高或负荷突然增加，异响更加明显。这是由于连杆轴瓦间隙过大所致，如发动机长期使用后其自然磨损过大，是曲轴修理中轴瓦选配不当所致。轴瓦自然磨损过大时应更换，检修曲轴时应注意选配合适的轴瓦。 8) 气缸漏气响 气缸漏气响现象与活塞敲缸响相似，但当揭开注机油口盖时，有大量气体从注机油口冒出，具体判断是哪一缸漏气，可采取“断油”法检查。若某缸“断油”后异响瞬时消失或减弱，注机油口，冒气明显减少，说明是该缸漏气。主要原因是活塞环弹力过小、气缸壁有沟槽、活塞失圆、活塞环开口间隙过大等。发动机更换活塞环后，从技术上说，允许有轻微的窜气声，因为经过磨合能逐渐消除。如有严重的漏气声，应尽量查明原因予以排除，以免长期影响发动机的动力性和 [13]经济性，尤其对因拉缸造成的漏气声，必须及时排除，否则后果严重。 3.3.2 发动机异响的仪器诊断分析 发动机异响的仪器诊断，主要是根据异响的振动波形、振幅、频率来进行诊断的。常用的仪器主要有听诊器、噪声仪、振动分析仪、示波器等。其中采用带相位选择的示波器显示异响诊断仪或具有异响诊断功能的发动机综合检测仪检测时，可通过对异响振动波形的检测进行发动机异响故障诊断，将异响的仪器诊断和经验判断相结合，可大大提高对异响诊断的准确率。本节主要介绍了用示波器 [22]显示异响诊断仪检测发动机的异响。 21 本科生毕业设计(论文) 3.3.2.1检测异响的原理及种类 发动机异响是由于部件装配不当或长期磨损而产生机械间隙、重要部位润滑不良、某些零部件变形松动等原因使发动机在工作过程中各部件之间产生冲击、振动所致。示波器对发动机异响检测原理利用振动传感器感知发动机缸盖、缸体及油底壳的机械振动，经过信号的高频放大，用屏幕显示出来，从而间接而准确地判断出异响的种类、部位及严重程度。用示波器能够准确诊断出发动机主要异响的种类有:(1) 曲轴轴承响;(2) 连杆轴承响;(3) 活塞敲缸响;(4) 活塞销响。 3.3.2.2异响的检测方法 (1) 曲轴主轴承响的检测方法 将振动传感器分别触放在各缸正对的油底壳上，然后起动发动机，用抖动油门的方法使发动机在(1200-2000)r/min的转速范围内做变速运转，观察抖动油门时各缸的波形的最后部分有无如a曲线所示频率较低的正弦波出现(见图3.2)，必要时可以通过逐缸断火试验，断火试验时曲轴主轴承的异响波形曲线可能消失。 (2) 连杆轴承响的检测方法 将振动传感器分别垂直顶放在发动机缸体侧壁正对各缸连杆轴承处(油门一侧)，但要注意不要顶在缸体有筋板的部位上。然后起动发动机，从怠速开始逐步提高转速直到2000r/min左右，观察各缸波形的中后部位有无如b曲线所示故障波形(见图3.2)，随着转速的提高，异响波形的振幅会明显增加，必要时可用抖 [19]动油门的方法进行观测或用逐缸断火试验的方法检测不同转速的波形。 图3.2 异响故障波形 (3) 活塞销响的检测方法 将振动传感器分别安置在垂直于缸盖正对各缸活塞处，然后起动发动机，将转速由800r/min逐渐提高到2400r/min左右，观察各缸的波形在上止点附近有无如c曲线所示故障波形(见图3.2)，必要时可在中、高速范围内用抖动油门的方 22 本科生毕业设计(论文) 法观察或采用逐缸断火试验的方法进行试验。 (4) 活塞敲缸响的检测方法 将振动传感器分别安置在面对发动机、垂直发动机缸体右侧正对各缸处，然后起动发动机，将转速从怠速逐渐提高到1000r/min左右，观察各缸的波形在中前部有无如d曲线所示故障波形(见图3.2)，必要时可在低、中速范围内用抖动油门的方法观察，并进行断火试验，断火时故障波形消失。 3.3.2.3异响故障波形的分析及故障诊断 在进行异响故障波形分析时，将被检测缸在压缩行程上止点定为曲轴转角为0?，利用曲轴转角从0?到60?这段波形加以分析。下面以六缸发动机的第II缸异响故障波形为例来分析说明。 (1) 曲轴主轴承的异响故障波形分析 曲轴主轴承的异响故障波形通常是在分析波形段的最后阶段(曲轴转角为40?-60?)出现(见图3.3a)，其故障波形的振幅随发动机转速增加而增加。当被检测缸断火时，其故障波形消失(见图3.3b)。因此可以利用在一定转速下故障波形的振幅大小来判断曲轴主轴承异响的严重程度，最终诊断出与该缸邻近的曲轴主轴承间隙是否过大;主轴承螺栓是否松动;主轴承润滑是否不良;主轴承轴瓦是否转动或破裂等。 a)被测缸着火时 b)被测缸断火时 图3.3 曲轴主轴承异响波形 (2) 连杆轴承的异响故障波形分析 连杆轴承的异响故障波形通常是在分析波形段的中后阶段(曲轴转角为30?-40?)出现(见图3.4)，其故障波形的振幅随发动机转速增加而增加。当被检测缸断火时，其故障波形消失。因此可以利用在一定转速下故障波形的振幅大小来判断连杆轴承异响的严重程度，最终诊断出连杆轴承间隙是否过大;连杆轴承螺栓是否松动;连杆轴承润滑是否不良;连杆轴颈是否失圆等。 23 本科生毕业设计(论文) a)n=800r,min b)n=1600r,min 图3.4 ?缸连杆轴承异响波形 (3) 活塞销的异响故障波形分析 活塞销的异响故障波形通常是在分析波形段的前段(曲轴转角为10?-20?)出现(见图3.5)，其故障波形的振幅随发动机转速增加而增加(见图3.5a、b、c)。当被检测缸断火时，其故障波形消失(见图3.5d)。因此可以利用在一定转速下故障波形的振幅大小来判断活塞销异响的严重程度，最终诊断出该缸活塞销与连杆衬套或活塞销座孔的配合是否松动;活塞销卡环是否脱落;曲轴箱机油油面是否过低致使润滑不良等。 a)n=850r,min b)n=1500r,min c)n=2000r,min d)n=2400r,min 图3.5 ?缸活塞销异响波形 (4) 活塞敲缸的异响故障波形分析 活塞敲缸的异响故障波形通常是在分析波形段的中前段(曲轴转角为20?-30?)出现(见图3.6)，其故障波形的振幅随发动机转速增加而增加(见图3.6a、b)。当被检测缸断火时，其故障波形消失。因此可以利用在一定转速下故障波形 24 本科生毕业设计(论文) 的振幅大小来判断活塞敲缸的严重程度，最终诊断出该缸活塞与气缸壁之间的间隙是否过大;活塞与气缸壁之间润滑是否不良;活塞的圆度及活塞裙部的圆柱度是否符合标准等。 a)n=(500-600)r,min b)n=(600-1000)r,min 图3.6 ?缸活塞异响波形 发动机的异响表明发动机存在不同性程度的故障，异响只是现象，而故障才是本质。对发动机异响的诊断就是要透过现象找到本质，是汽车故障诊断的一个非常重要方面。利用示波器对发动机某些重要部位振动波形进行检测分析，可以非常准确地将发动机重要部位的故障诊断出来。它是现代汽车检测与诊断技术的一种方法。 25 本科生毕业设计(论文) 第4章 发动机异响故障的实例诊断 针对上文叙述的发动机异响的诊断方法，下面分别以汽油发动机和柴油发动机为例介绍发动机异响故障的实例诊断分析，并根据此故障实例绘制了诊断流程图。 4.1 汽油发动机异响的实例诊断分析 一辆2004年奥迪C5A6 轿车，配备1.8T发动机和自动变速器，行驶里程为10万 km。车主反映发动机在2、3挡加速时有“咯啦、咯啦”异响声，声音已经持续了约半个月的时间，且时有时无，直到最近这两天声音变得明显起来。 经试车发现声音果然如车主所述，在2、3挡时加速听见发动机传出“咯啦咯啦”声，听声音确实像发动机的爆震声，但发动机的动力并没有受到什么影响，原地加速发动机声音一切正常。笔者结合故障分析，发动机在2、3挡加速时能够发出“咯啦”声主要有以下几个原因。 (1)可变配气正时机构故障。因为在2、3挡加速时发动机已经进入了中等负荷工况，根据这款发动机的特点，配气正时应该已经进入了调节位置，调节方式是通过改变链条张紧轮的位置来实现的如图1。根据原理可知当凸轮轴链条进行调节时，如果链条张紧器力量不足就会使链条在调节过程中处于松弛状态而发出响[1][11][23][15]声。 涡轮增压系统 (2)发动机由于爆震而产生的声音。这又有以下几种可能:?燃油辛烷值过低导致爆震。此车的发动机应使用93号以上无铅汽油，最好使用95号以上无铅汽油，否则就会产生爆震。?点火时间过早产生爆震。由于此发动机采用电脑闭环控制下的独立点火系统，因此发动机电脑调节错误导致点火过早产生爆震的可能性不大。?活塞顶部及燃烧室积炭导致实际压缩比过大而产生爆震。?涡轮增压系统异常调节。该车配有涡轮增压系统，发动机增压系统结构及工作原理如图2所示。当发动机不需要增压时，进气歧管内的真空通过真空管经空气再循环电磁阀将空气再循环阀的膜片吸起，这样增压器出口与增压器进口相通，此时增压器不起作用。当发动机超速切断时，为保证空气再循环阀可靠打开，空气再循环电磁阀通电切断空气再循环阀，与进气歧管连通，从而与真空罐连通，这样就可以避免因进气歧管内真空度低而无法打开空气再循环阀。增压压力控制阀和增压压力控制电磁阀用于控制发动机增压压力的大小，当涡轮增压系统在不该增压的时候对发动机进行了增压，则会导致气缸内压力过高，而发动机控制单元对点火系统又没 26 本科生毕业设计(论文) 有进行相应的延迟点火的调节，就会导致在加速过程中出现“爆震”。 通过以上对可能产生异常声音的原因的分析，故障产生的各种可能已经基本清楚，笔者决定本着由简至繁的顺序排除这个故障。 将配气相位调节电磁阀的插头拔掉，使车辆不能够进行配气相位的调节。随后进行试车，发现故障依旧，这样就排除了由于配气相位改变时链条张紧力不足造成响声的可能，看来异响的原因应该是由爆震造成的。 经询问车主得知，此车一直在固定的加油站使用93号无铅汽油，而且不光自己的车，本单位所有的车都在那个加油站加油，其中大部分都是同型号的车，加油后都没有问题。因此对于燃油辛烷值低造成爆震的可能性笔者决定最后再作怀疑。 使用专用故障诊断仪V.A.G1552调取发动机故障码，没有故障码显示。读取数据流并让车主按照能够发出异响的状态驾驶，重点读取增压压力值，在V.A.G1552上逐次键入01-08-115，其中第3区为理论增压压力，第4区为通过中冷器处的压力传感器测量到的实际增压压力。当车主驾驶车辆在3挡以40 km/h缓慢加速时，从V.A.G1552上看到第3区的理论增压压力为101 kPa，而第4区实际的增压压力值已经达到了127 kPa，此时开始听到了发动机传出“咯啦、咯啦”的声音，看来问题的原因是实际增压压力过大导致发动机出现爆燃的，而增压压力过大的原因则有可能是空气再循环阀没有开启。 首先应该检查空气再循环阀的真空源。拆下发动机上面的护罩，发现连接进气歧管与空气再循环电磁阀的真空管由于发动机排放出的热量的烘烤已经变得很脆，看着还是一根整管，拿手一捏马上就断成几截。更换这根真空管后再次试车，在3挡以40 km/h并缓慢加速时，V.A.G1552第4区实际的增压压力值已经降到了110 kPa，爆燃的声音也消失了，但再加速时还是会出现一些很轻的“咯啦、咯 [26]啦”声，此时实际增压压力值也正常，没有超过110 kPa。笔者认为出现这个问题的原因有可能是这半个月以来由于缸内压力比较高，使得发动机一直处于一种过热状态，从而在燃烧室和活塞顶部产生积炭，导致气缸的实际压缩比高于理论压缩比，同时由于积炭而产生炙热点，有早燃和爆震的可能。针对这个问题，笔者采用发动机积炭清洗设备对进气道、气门和气缸内部的积炭进行了清洗，第1 27 本科生毕业设计(论文) 次清洗完后，隔了一段时间又进行了第2次清洗，此后故障彻底解决 上述具体诊断流程图详见附录I。 4.2 柴油发动机异响的实例诊断分析 一台R6105型柴油装载机，在使用中驾驶员反映该机的发动机有异响。 (1) 故障现象与诊断 1) 在发动机体外听察时，怠速时其异响为短促而坚实的“当、当”声;若发动机转速由怠速到中速时，异响更清晰，为连续敲击声，并且随着转速的增高，敲击声更为突出，急加速时异响明显。 2) 不论发动机温度高或低，异响没有变化。 3) 将发动机转速稳定于中速，侧耳细听时发现，异响是有规律的声响，且随着发动机转速的增加，异响频率提高。 4) 用单缸断火法检查时，发现解除III缸负荷后异响减弱;解除其他缸的负荷后异响无明显变化;解除II、III缸和III、IV缸的负荷后，异响减弱程度同解除II缸负荷后的相近。 28 本科生毕业设计(论文) 5) 将机油加注口盖打开，倾耳听察发现，异响呈清脆而音量较大的“嘎、嘎”声。 6) 在检查异响的同时，观察到机油压力偏低。 (2) 通过上述诊断、分析可得出: 该异响与发动机的转速、负荷、工作循环有关，而与发动机的温度无关，同时，异响随转速的升高而加强，解除III缸负荷后异响减弱，因而根据异响特性初步认为故障是III缸的连杆轴承松旷引起，再结合异响的部位及机油压力的偏低，最终判定故障是III缸的连杆轴承松旷，应马上进行检修。拆下连杆轴瓦后，发现II缸的轴瓦已严重剥落，表面有轻微烧熔，其他各缸轴瓦正常;经测量，曲轴上连杆轴颈的尺寸和圆度均在要求范围内。更换了一付连杆轴承后异响消失。因该故障发现处理得早，防止了故障的扩大。同时因运用了异响特性的分析和诊断方 [20]法，正确地诊断了故障的原因，做到了有目的地拆检，及时地排除了故障。 上述具体诊断流程图详见附录II。 29 本科生毕业设计(论文) 30 本科生毕业设计(论文) 总 结 本文首先介绍了与发动机异响故障相关的组成部件，如:汽缸体、汽缸盖、活塞、气门等，汽油发动机与柴油发动机的基本工作原理。在此基础上对发动机的异响机理进行分析，主要介绍了发动机异响的产生原理、产生原因、异响的类型及产生规律、发动机异响的特性分析，进而对发动机异响的产生过程进行了详细的论述。而在介绍发动机的诊断方法前先对发动机异响诊断的一般步骤、诊断原则、诊断区域进行分析，为具体介绍发动机异响的诊断方法奠定基础。 发动机异响的诊断方法主要介绍了人工经验听诊法和仪器辅助诊断法。其中人工经验听诊法分别以曲轴主轴承响、连杆轴承响、活塞敲缸响、活塞销响、气门响、汽缸漏气响、正时齿轮响等常见异响故障为例，从故障现象、故障原因、排除方法三个方面进行分析。如发动机的曲轴主轴承响，总结出了抖动节气门时异响声是否随转速的升高而加大;反复变更发动机转速时加机油口处是否有沉重有力的金属敲击声;用听诊器听诊异响声最大部位是否在发动机曲轴侧;某缸断火后异响声是否减弱;踩离合器踏板后异响声是否减弱等几种诊断方法。在进行故障诊断时可根据此诊断方法结合实际情况进行故障诊断与排除，这是目前使用最普遍也是最主要的诊断方法。由于发动机异响故障的复杂性在实际诊断过程中常用一些仪器来进行辅助诊断。常用的仪器主要有听诊器、噪声仪、振动分析仪、示波器等。文中介绍了用示波器辅助诊断发动机异响故障，利用示波器检测发动机重要部位的振动波形，分别以曲轴主轴承响、连杆轴承响、活塞敲缸响、活塞销响为例对振动波形进行分析，从而总结出异响故障的诊断方法。如发动机曲轴主轴承响可以利用油门抖动方法和逐缸断火试验法根据其得出的故障波形来分析故障原因，找出异响故障部位，从而排除故障。 最后分别以汽油发动机和柴油发动机为例列举了奥迪C5A6气门挺杆响和R6105型柴油装载机的维修实例，对异响故障进行实际诊断分析，绘制出了气门挺杆响和曲轴连杆轴承响的诊断流程图。旨在为发动机异响故障的实际诊断提供可以借鉴的经验，以供维修人员参考。 31 本科生毕业设计(论文) 参考文献 [1]William A. 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