发动机机械故障诊断_发动机故障诊断设备

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发动机机械故障诊断国内外发动机发展现状

目前国内已经能够自行设计并开发中小功率的汽油发动机和部分中速发动机。华晨汽车将自主知识产权的1.8T发动机装上了自己的汽车。中国“首款自主T系列车型”———1.8T中华轿车近日在北京人民大会堂高调上市。清华大学汽车工程开发研究院常务副院长宋健博士告诉记者，根据他的了解，即使与国外的“T”型车相比，1.8T中华的表现也仍然在多项指标上高出一截。尽管合资汽车公司在总量上占据了目前中国国内发动机生产的绝大部分地盘，但作为汽车的心脏，自己制造发动机也出现在越来越多的中国自主品牌汽车公司的计划中。吉利汽车做出了中国第一台CVVT发动机；奇瑞和奥地利AVL公司合作开发了多款发动机；长安汽车和德国FEV公司合作开发了系列发动机；海马汽车也引进了马自达的发动机技术。国内已经投产的发动机厂可以分为三大类：第一类 是2000年以前投产的，基本是20年以前的技术，典型的代表就是丰田的491发动机至今还在生产。第二类 是在2000年到2005年之间投产的，它是上一代技术被转移到中国来的结果，典型的代表是三菱4G6平台上的发动机。第三类 是2005年之后开工的，和国际先进水平保持同步水准，比如通用的V8的技术、大众的EA888平台上的直喷技术。也就是说，不同技术水平的发动机现在几乎都在中国同时生产。但是随着中国政府排放法规的越来越严格，未来技术落后的发动机将难以在国内立足。从目前发动机的国2排放标准到2007年7月1日实施的国3排放标准，再到2010年的国4排放标准，以及2013年可能实施的国5排放标准，发动机厂家被不断要求提升技术能力。

以福特为例，日前，福特汽车公司在美国底特律推出了一项名为EcoBoost的全新发动机技术。未来5年中，每年在北美将有50万辆福特、林肯和安全品牌汽车采用这一新技术，从而使其燃油经济性提升高达20％。

采用EcoBoost技术的4缸和6缸发动机兼具涡轮增压和燃油直喷两种技术。相比更为昂贵的混合动力与柴油发动机，EcoBoost技术建立在现今广泛使用的汽油发动机上，通过改进，使其在无损驾驶性能的前提下提高燃油经济性并降低排放。目前，各国的汽车公司都在大力开发和采用这种技术先进、性能优异的产品。日本三菱汽车公司一直处于领先地位。自1996年8月率先向市场投放第一台GDI发动机以来，三菱公司先后又开发出了多种不同类型的GDI发动机，即2.4L四缸机、3.0L六缸机和3.5L六缸机，它们已分别装用于四种中、大型轿车投放市场。近年来，该公司又推出多种GDI新机型:4.5L的V8机、1.5L的直列四缸机和0.66L的直列三缸机。三菱公司称，其1.8L的GDI发动机不仅可节省燃油20％，降低排放20％，而且还可把发动机的功率和扭矩提高10％。

内燃机的发展带动汽车的发展，伴随汽车产销量快速增长而来的是大气污染和石油消耗。无疑，先进的发动机技术将在汽车节能、环保技术开发中起着关键的决定性的作用。近 20 年来, 面对世界石油资源日趋枯竭给社会发展带来的压力, 面对汽车保有量急剧增长对环境的影响, 世界汽车界不停地在寻找实现汽车工业可持续发展的解决方法。曲柄连杆机构常见故障

2.1 缸体、缸盖变形

气缸体与气缸盖的变形将造成气缸密封不严、漏气、漏水，甚至燃烧气体冲坏气缸垫。气缸体变形不仅影响发动机的装配质量，还影响飞轮壳及变速器的装配关系，造成离合器、变速器工作时发响和磨损加剧，导致发动机的动力性、经济性下降。2.1.1 故障现象

发动机排白烟；怠速运转时，打开水箱盖看到水箱冒气泡；缸压低。2.1.2 故障原因

(1)缸体在铸造和机械确保有残余应力，由于零件的时效处理不足，造成内应力很大，高温时内应力重新分布。

(2)曲柄连杆机构往复运动产生的力作用在气缸体上，使气缸拉压、弯曲和扭转作用，使气缸体平面翘曲变形。

(3)在拧进气缸盖螺栓时，不按规定顺序拧紧，扭力过大或不均匀，以及在高温下拆卸气缸盖等原因，也会造成气缸体与气缸盖的变形。

(4)在使用中，发动机长期在高转速、大负荷条件下工作，润滑不足、烧瓦抱轴等也会引起气缸体变形、抱轴，承座孔中心线的变化。

2.2 气缸体与气缸盖的裂纹 2.2.1 故障现象

发动机排白烟；怠速运转时，打开水箱盖看到水箱冒气泡；缸压低。

2.2.2 故障原因

(1)气缸体与气缸盖水套壁厚较薄。

(2)缸体结冰冻裂、冷热急剧变化、碰撞受振。(3)水垢集聚过多而散热不良。(4)铸造时的残余应力影响。

(5)发动机在高速运转时的惯性、热应力、气缸体受交变应力作用等原因，使水套壁产生裂纹。2.3 气缸垫烧蚀 2.3.1 故障现象

(1)发动机运转不平稳，排气管有“突、突”的响声。(2)发动机工作性能变坏，动力下降，转速不能提高。

(3)相邻两缸窜气，气缸压力降低，有时化油器回火，排气管放炮。(4)气缸垫水道处窜气，致使发动机散热器内有气泡。(5)冷却液漏入气缸内，排白烟，发动机难以启动。(6)冷却液漏入曲轴箱，使润滑油油面升高，且变质。

(7)发动机温度高，有时会发现在发动机外部气缸垫边缘有漏水之处。

2.3.2 故障原因

气缸盖螺栓拧紧力不均匀，或拧紧力不够；气缸体和气缸盖接合面变形；发动机经常在大负荷、点火过早、发动机过热、爆震等情况下运行；气缸垫本身质量差。2.3.3 故障诊断

及时拆检更换气缸垫，必要时研磨气缸盖平面。图1为缸盖螺栓拧紧顺序图。

图1 缸盖螺栓拧紧顺序图

2.4 气缸磨损 2.4.1 故障现象

冷启动时有明显的嗒嗒的敲击声，温度升高，响声减弱或消失;缸压低;有时排气管排蓝烟，加机油口处冒蓝烟;发动机动力性下降;油耗增加。2.4.2 气缸的磨损规律及其原因(1)气缸的磨损规律

气缸是在润滑不良、高温、高压、交变载荷和腐蚀性物质作用下工作的。气缸磨损是不均匀的，但正常情况下有一定的规律性。

从气缸的纵断面看，活塞环行程内的磨损一般是上大下小的不规则“锥形”或“锥体”，如图2-(a)所示。磨损的最大部位在活塞位于上止点时第一道活塞环所对应的缸壁。个别磨损呈中间的腰鼓形，见图2-(b)。

在气缸内活塞环接触不到的上口，没有磨损而形成了明显的台阶，称为“缸阶”或“缸肩”，如图2所示。

图2 汽缸体磨损平面

气缸下部活塞运动区域外的气缸壁，由于润滑条件比较好，温度适中，没有活塞环摩擦作用，气缸也几乎没有磨损。

在特殊情况下，气缸的磨损不在上部，而是在中部，形成中间大的“腰鼓形”磨损。在同一台发动机上，不同气缸磨损情况不尽相同，一般水冷却发动机的第一缸前壁和最后一缸的后壁处磨损较为严重。

从气缸横断面来看，气缸的磨损也是不均匀的，磨损成不规则的椭圆形，如图3所示。各气缸沿圆周方向的最大磨损部位随气缸结构、车型、使用条件的不同而异。一般是进气门对面附近缸壁磨损最大。

图3 气缸磨损图

（2）气缸磨损的原因

气缸磨损主要是由机械磨损、腐蚀磨损和磨料磨损等造成的，如图4所示。1)机械磨损。

发动机工作时，活塞环在自身弹力和高压气体窜入活塞环背面的作用下，致使活塞环对气缸壁的正压力加大，摩擦力也加大，润滑油膜被破坏，形成半干摩擦或干摩擦，造成活塞位于上止点时，第一道活塞环对应的气缸壁磨损最为严重，形成沿气缸轴上大下小的锥形磨损。

图4 气缸磨损

2)腐蚀磨损。

气缸内可燃混合气燃烧后，产生水蒸气和酸性氧化物CO2、SO2、NO2，它们溶于水而生成矿物酸，同时在燃烧过程中还生成有机酸(硫酸、碳蚁脂、醋酸)。这些物质附在气缸表面。对气缸表面产生腐蚀作用，使受腐蚀的气缸表面组织结构松散，并在活塞往复运动中逐步被活塞环刮掉，造成腐蚀磨损。由于气缸体上部不能完全被润滑油膜覆盖，其腐蚀作用更加严重。

矿物酸的生成及对磨损的影响与工作温度有直接关系。冷却液温度低于80℃时，在气缸体表面易形成水珠，酸性氧化物溶于水而生成酸，这一作用随发动机冷却液温度的降低而增加。发动机未达到工作温度时，其负荷不要过大，并且应尽量缩短低温运转时间，加快发动机的升温，以减少腐蚀磨损。对于多缸发动机，各缸磨损不均匀。如6缸发动机，由于1缸和6缸前后壁冷却效率较高和进气门对面被较冷的可燃混合气冲刷，润滑油膜难以形成，致使这些部位受到严重的腐蚀磨损。这使气缸上部磨损大并形成明显的椭圆形。

3)磨料磨损。

空气中的尘埃、润滑油中的机械杂质、发动机中的磨屑等进入气缸壁间造成磨料磨损。空气中的尘埃被吸入气缸上部，其棱角锋利，因而气缸上部磨损也最大。在风沙严重地区，大量灰尘进入气缸后，由于活塞在气缸中部运动速度最大，致使气缸形成腰鼓形。2.4.3 故障诊断

检测故障缸压力;检测气缸直径及圆柱度。2.5 发动机拉缸 2.5.1 故障现象

发动机运转有明显响声，温度升高，响声明显加重;发动机动力下降;发动机明显抖动;怠速运转时易熄火、停机;排气管排蓝烟，加机油口处冒蓝烟;手摇曲轴阻力大。

2.5.2 故障原因

(1)活塞与气缸配合间隙小。

(2)活塞加工几何形状变形。

(3)缸孔过脏。

(4)活塞环与缸壁发卡、活塞环隙过小。

(5)机油变质、压力过低。

(6)发动机过热。

(7)走合期驾驶员不正确使用。2.5.3 故障诊断

单缸断火蓝烟消失;拆检故障缸。

2.6 活塞环故障 2.6.1 故障现象

发动机动力下降;气缸压力不足;从加机油口处冒大量蓝烟;烧机油，机油严重变质;有漏气响。2.6.2 故障原因

(1)活塞环弹性不足。

(2)活塞环与活塞环隙大。

(3)活塞环断了。

(4)活塞环对口。

2.6.3 故障诊断

单缸断火后，响声减弱为故障缸;手摇曲轴阻力小;测缸压，压力低。采用注机油法再测缸压，缸压瞬间升高;延迟点火时刻，响声减弱。2.7 活塞的故障

(1)活塞环槽的磨损。

(2)活塞裙部磨损。

(3)活塞销与销座孔的磨损。

(4)活塞的刮伤(或称拉缸)，主要是由于活塞与气缸壁间隙过小，不能形成足够的油膜或气缸表面严重不清洁，存有较大和较多的机械杂质；活塞销与销座孔配合过紧等原因。

(5)活塞烧伤，主要是发动机在超负荷条件下或爆燃情况下长时间工作，造成活塞顶或侧面局部或大面积熔化。

(6)活塞脱顶，即活塞头部与裙部分离。主要原因是活塞环开口间隙过小，工作中受高温膨胀后在气缸中卡死；活塞环与气缸壁间发生粘结，而活塞在连杆的拖动下运动。2.8 曲轴轴颈的磨损 2.8.1 故障现象

主轴颈、连杆轴颈磨损成椭圆形。轴颈的磨损规律见图5；机油压力明显降低；接合离合器，总有短暂颤抖。2.8.2 故障原因

(1)润滑不好，机油牌号不对。

(2)热处理工艺不当。

(3)轴颈磨削之前，校正不好，加工时，磨掉淬硬层。

(4)曲轴飞轮组动平衡不好。

(5)长时间承受大负荷。

图5 轴颈的磨损规律

2.8.3 故障诊断

长期使用中，机油压力逐渐降低；出现连杆轴瓦响、曲轴主轴瓦响。2.9 曲轴裂纹 2.9.1 故障原因

(1)轴颈圆角半径小或圆角淬硬不好造成应力集中。

(2)热处理工艺不好。

(3)长期在恶劣条件下工作、临界转速下工作，形成共振。2.9.2 检查 磁力探伤。

2.10 曲轴弯、扭变形

主要原因有：

发动机工作不平稳，各轴颈受力不均匀；发动机突然超负荷工作，使曲轴过分受振；发动机经常发生“突爆”燃烧；曲轴轴瓦和连杆轴瓦间隙过大，工作时受到冲击；曲轴轴瓦松紧不一，中心线不在一条直线上；点火时间过早；活塞质量不一致；曲轴端隙过大，运转时前后移动；驾驶时紧急制动；上坡时换挡不及时，利用冲力带动发动机，使曲轴受到较大的扭力。3 配气机构常见故障诊断分析

3.1 气门关闭不严 3.1.1 故障现象

化油器回火；排气管放炮；发动机动力不足；气门响。3.1.2 故障显因

(1)气门间隙过小。

(2)气门弹簧过软、折断。

(3)气门烧蚀。

(4)气门发卡。

(5)气门与气门导管磨损严重。3.1.3 故障诊断

单缸断火，进气管回火或排气管放炮声消失；测缸压，气缸压力低，注机油后，测缸压仍低。

3.2 点火正时不对 3.2.1 故障现象

发动机启动困难，同时伴有错火；化油器回火，排气管放炮；动力性下降。3.2.2 故障原因

(1)正时齿轮被打坏。(2)正时齿带磨损、松旷。(3)正时齿轮轮毂与轮辐脱开。

(4)凸轮轴的正时齿轮的键松动或磨损。3.2.3 故障诊断

重新调整点火正时，若无效，拆检检查。