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故障檢修與技術(shù)維護 |
柴油發(fā)動(dòng)機敲擊聲來(lái)源和異響特征 |
摘要：技術(shù)狀況良好的發(fā)動(dòng)機，在以不同的轉速運轉時(shí)，發(fā)動(dòng)機發(fā)出的聲音雖然其頻率、波長(cháng)、聲級和衰減系數不同，但都有一定的規律和范圍，如果發(fā)動(dòng)機在運轉過(guò)程中，伴隨有其他聲響，如發(fā)出間歇或連續的金屬敲擊聲、連續的金屬摩擦聲、排氣滯喘聲等，即表明發(fā)動(dòng)機運轉不正常，所伴隨的聲響為發(fā)動(dòng)機異響。研究表明，發(fā)動(dòng)機的異響是發(fā)動(dòng)機故障的重要表現形式，是判斷分析故障的重要依據，并具有一定的規律性。經(jīng)驗豐富者可通過(guò)對異響的分析判斷確診故障部位及受損程度，正確判斷故障源，減少工作上的盲目性，力爭將損失降低到最小程度。
一、發(fā)動(dòng)機異響的來(lái)源
發(fā)動(dòng)機異響的主要來(lái)源有以下十三點(diǎn)：
1、發(fā)動(dòng)機附屬部件的異響，如發(fā)電機、空調壓縮機、動(dòng)力轉向液壓泵、水泵、冷卻風(fēng)扇等旋轉部件異響。
2、驅動(dòng)皮帶打滑異響。
3、正時(shí)皮帶或鏈條異響。
4、氣門(mén)異響。
5、活塞銷(xiāo)運動(dòng)部件異響。
6、活塞與氣缸敲擊異響。
7、活塞環(huán)的金屬敲擊聲、活塞環(huán)的漏氣異響。
8、曲軸頸與軸承之間異響。
9、曲軸平衡軸頸與軸承之間異響。
10、爆震聲。
11、進(jìn)排氣系統漏氣聲。
12、回火聲。
13、放炮聲。
二、發(fā)動(dòng)機異響的特征
發(fā)動(dòng)機異響的聲音與正常的發(fā)動(dòng)機聲音是有區別的，我們可以感知的是發(fā)動(dòng)機異響聲有時(shí)候比較刺耳，而且不同在發(fā)動(dòng)機不同工況下異響聲也不盡相同。這就是發(fā)動(dòng)機異響的一些特征，它包括音頻特征、轉速特征、負荷特征等。
1、異響的音頻特征
指發(fā)動(dòng)機異響的不同聲調。例如：曲軸主軸承響聲沉悶“鐺鐺”響，氣門(mén)腳響聲清脆“嗒嗒”響。這些異響聲的不同是源于汽車(chē)上各零部件制造的選材、形狀、尺寸大小、設計以及加工工藝等的不同而引起的。比如活塞選用鋁合金，而氣缸選用鋼鐵，機體用鑄鐵等等。
2、異響的轉速特征
異響常與發(fā)動(dòng)機轉速有關(guān)，發(fā)動(dòng)機的大多數常見(jiàn)異響的存在取決于發(fā)動(dòng)機的轉速狀態(tài)。例如：異響僅在或低速運轉時(shí)存在，一般是由：活塞與壁間隙過(guò)大、活塞銷(xiāo)裝配過(guò)緊或連桿軸承裝配過(guò)緊、挺桿與其導孔間隙過(guò)大、配氣凸輪輪廓磨損等原因引起的；維持在某轉速時(shí)聲響紊亂，急減速時(shí)相繼發(fā)出短暫聲響。一般是凸輪軸正時(shí)齒輪破裂或其固定螺母松動(dòng)、曲軸折斷、活塞銷(xiāo)襯套松曠、凸輪軸軸向間隙過(guò)大或其襯套松曠等原因引起的。
3、異響的負荷特征
發(fā)動(dòng)機上不少異響與其負荷有明顯的關(guān)系。例如：某缸斷火，異響頓無(wú)或減輕。發(fā)響的原因一般有：活塞敲缸、連桿軸承松曠；活塞環(huán)漏氣；活塞銷(xiāo)折斷等。某缸斷火，則聲響加重或原來(lái)無(wú)響，此時(shí)反而出現聲響。發(fā)響的原因有：活塞銷(xiāo)銅套松曠；活塞裙部錐度過(guò)大；活塞銷(xiāo)竄出；連桿軸承蓋固定螺栓松動(dòng)過(guò)甚或連桿軸瓦合金燒熔脫凈；飛輪固定螺栓松動(dòng)過(guò)甚等。相鄰兩缸斷火異響減輕或消失。發(fā)響的原因有：曲軸軸承松曠等。
4、異響的溫度特征
發(fā)動(dòng)機異響與溫度有關(guān)。比如有時(shí)低溫發(fā)響，溫度升高后聲響減輕，甚至消失；有時(shí)溫度升高后有聲響，溫度降低后聲響減輕或消失。比如因為活塞和氣缸的選材不一樣從而它們的熱膨脹系數也不一樣。如冷機時(shí)有異響而機溫升高后異響減輕或消失，這是由于它們的膨脹系數不一樣，冷機間隙過(guò)大有異響而當溫度升高時(shí)活塞膨脹大一些所以間隙減小異響消失。
5、異響的缸位特征
指對某一缸或相鄰兩缸斷火（油）后和復火（油）后的異響變化。例如：活塞敲缸斷火油后消失而復火(油）時(shí)異響又隨之產(chǎn)生。某些缸的曲軸軸瓦因潤滑不良或合金燒蝕或裝配不達標而產(chǎn)生異響斷火后異響消失。
6、異響的工作循環(huán)特征
發(fā)動(dòng)機的異響故障往往與發(fā)動(dòng)機的工作循環(huán)有明顯的關(guān)系，尤其是曲柄連桿機構和配氣機構的異響都與工作循環(huán)有關(guān)。例如：四行程發(fā)動(dòng)機，凡由曲柄連桿機構引起的聲響均為發(fā)動(dòng)機作功一次發(fā)響兩次；凡由配氣機構引起的聲響均為發(fā)動(dòng)機作功一次發(fā)響一次。
7、異響的聽(tīng)診位置特征
異響與聽(tīng)診位置的關(guān)系。例如：氣門(mén)響在汽缸蓋位置，主軸承在汽缸體下部，活塞敲缸在缸體上部，進(jìn)排氣異響在發(fā)動(dòng)機的兩側，正時(shí)鏈條或正時(shí)鏈輪異響在發(fā)動(dòng)機的前端，連接不穩定一般在發(fā)動(dòng)機的后側。
8、異響伴隨現象特征
發(fā)動(dòng)機在發(fā)生某些異響故障時(shí)，常常伴隨出現其他故障現象。例如：主軸承和連桿軸承響常伴隨機油壓力低，點(diǎn)火漏電聲響常伴隨發(fā)動(dòng)機抖動(dòng)?；钊酶装殡S著(zhù)排氣冒藍煙，節氣門(mén)異響伴隨著(zhù)排氣滯喘。
三、柴油機異響故障分析
1、凸輪軸軸承的敲擊聲
凸輪軸機構示例如圖1所示。凸輪軸軸承的敲擊聲是一種發(fā)悶的、有節奏的“嗒嗒”聲，比曲軸軸承的異響聲稍尖銳一些?？得魉拱l(fā)電機在發(fā)響的同時(shí)凸輪軸軸承附近的缸體上有振動(dòng)現象，反復變換柴油發(fā)電機轉速，響聲及振動(dòng)較為明顯。
（1）原因
① 軸承與凸輪軸配合間隙過(guò)大或磨損過(guò)甚。
② 推力墊片磨損過(guò)甚或調整不當，使凸輪軸軸向間隙過(guò)大，產(chǎn)生軸向竄動(dòng)。
③ 凸輪軸彎曲或變形。
④ 軸承合金燒毀或脫落。
（2）診斷與處理方法
① 用聽(tīng)診器或旋具抵觸在氣缸體凸輪軸軸承附近聽(tīng)診，若有振動(dòng)響聲，則可確診為凸輪軸軸承發(fā)響。
② 響聲規律一般是怠速、中速時(shí)較清晰，高速時(shí)聲音雜亂或減弱。
③ 若凸輪軸竄動(dòng)，應進(jìn)行軸向間隙調整，更換或調整推力墊片。
④ 凸輪軸變形或軸承間隙過(guò)大應進(jìn)行修理。
⑤ 若軸承合金燒毀或脫落，應更換。
（3）凸輪軸與凸輪軸軸承孔的檢查
凸輪軸易磨損的部位有兩處：
（1）凸輪升程區
即凸輪基圓到凸輪頂端的距離，該部位磨損會(huì )影響氣門(mén)升程高度，即氣門(mén)打開(kāi)的高度，從而影響進(jìn)排氣的質(zhì)量。請查看凸輪升程的標準值與使用極限表，超過(guò)極限要及時(shí)更換凸輪軸。
（2）凸輪軸軸頸與軸承孔的配合。
凸輪軸軸承有兩種形式，一種為下座上蓋，測量此種軸承孔時(shí)，必須用規定的扭矩旋緊軸承蓋螺栓后，才能測量孔徑的尺寸；另一種為整圓襯套式的軸承孔，此種軸承孔，凸輪軸安裝時(shí)必須從一端穿入軸承孔內，因此凸輪軸上的幾個(gè)軸承孔尺寸大小就不一樣，其配合間隙也有區別。
2、正時(shí)齒輪的異常響聲
配氣機構組成示例如圖2所示。柴油發(fā)電機怠速運轉時(shí)，發(fā)出輕微的“嘎啦嘎啦”聲，中速時(shí)響聲明顯，高速時(shí)響聲較雜亂，正時(shí)齒輪蓋處響聲較為明顯，不受斷缸及柴油發(fā)電機溫度變化的影響。
（1）判斷方法
在怠速到中速以前，不斷改變柴油機轉速，在柴油發(fā)電機的前面和凸輪軸一側聽(tīng)，響聲明顯即可能是正時(shí)齒輪響，而后將柴油機轉速定在響聲較大位置，用金屬棒等在正時(shí)齒輪蓋一側導音聽(tīng)，如響聲反應較強，可斷定是正時(shí)齒輪響。正時(shí)齒輪的異常響聲必須及時(shí)排除，這是因為柴油機的缸蓋下部大多是平面，由于正時(shí)齒輪響會(huì )使配氣相位改變，可能引起氣門(mén)與活塞相撞而造成嚴重的機械事故。
（2）原因及處理方法
① 正時(shí)齒輪處缸體前端的噴油嘴堵塞或噴油口過(guò)小，造成正時(shí)齒輪缺油而磨損加劇，產(chǎn)生不正常的響聲，此時(shí)應停機檢查，排除噴油嘴雜質(zhì)及油污。
② 正時(shí)齒輪軸竄動(dòng)發(fā)響，多因凸輪軸軸向限位裝置失效，或因正時(shí)齒輪固定螺釘松動(dòng)而脫出所致。此時(shí)應更換凸輪軸軸向限位裝置或正時(shí)齒輪固定螺釘。
③ 正時(shí)齒輪個(gè)別牙齒損傷發(fā)響。在怠速運轉時(shí)，可聽(tīng)到一種周期性的雙響聲，并隨柴油發(fā)電機轉速的升高，響聲越來(lái)越劇烈且周期縮短。此時(shí)應更換損壞的正時(shí)齒輪。
④ 更換正時(shí)齒輪后，齒輪的嚙合較差，此時(shí)會(huì )有一定的異常響聲。這種情況若磨合一段時(shí)間后，響聲會(huì )自行消除；有的是因齒隙過(guò)大或過(guò)小而發(fā)出的噪聲，如果響聲長(cháng)期存在，則應檢查或更換正時(shí)齒輪。
曲軸、凸輪軸的正時(shí)齒輪經(jīng)更換或安裝后不平整，致使嚙合失常，應調整、修復或更換正時(shí)齒輪。
（3）正時(shí)檢查
① 正時(shí)鏈條的檢查。
正時(shí)鏈條磨損后伸長(cháng)，不但產(chǎn)生噪聲還會(huì )破壞鏈輪的配合，必須及時(shí)更換。測量鏈條伸長(cháng)的方法有兩種：一種是拉緊鏈條后用卡尺測量 20 節鏈節的長(cháng)度。當節距為 9.525mm 時(shí)，其 20 節標準長(cháng)度為 190.5mm ，使用極限為 193.5mm ；當節距為 12.7mm 時(shí)，其 20 節標準長(cháng)度為 254mm ，使用極限為 258mm 。另一種方法是，用鏈條半鏈輪包起來(lái)，將鏈條中間部位拉起來(lái)，當其間隙超過(guò)半個(gè)齒高時(shí)，就表示鏈條已不能使用。
② 正時(shí)齒帶的檢查。
現在很多采用聚氨酯制造的正時(shí)齒帶，若齒帶上出現裂紋，膠質(zhì)磨損，缺齒，帆布層顯露時(shí)，均應更換。
③ 正時(shí)齒帶輪的檢查
檢查正時(shí)齒帶輪的外徑的磨損。
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柴油機凸輪軸結構圖 |
柴油機配氣機構結構圖. |
3、工作粗暴（燃燒異響）
（1）主要原因
① 柴油選擇不當。
如果柴油的十六烷值低，就使得燃油著(zhù)火延遲期加長(cháng)，此間噴入氣缸的燃油相對較多，已進(jìn)入氣缸的燃油同時(shí)燃燒的概率加大，燃燒速率加劇，氣缸內壓力急速上升，柴油機工作自然粗暴。因此，應選用十六烷值高的柴油。柴油的自燃性好，著(zhù)火延遲期短，著(zhù)火后進(jìn)入氣缸的燃油量相對減少，著(zhù)火后壓力升高的速度降低。此時(shí)，柴油機工作相對柔和、平穩。而十六烷值太高，也將造成柴油機冒黑煙、經(jīng)濟性能下降等問(wèn)題。十六烷值的選用與柴油機的使用轉速有關(guān)，對于車(chē)用中高速柴油機，十六烷值的范圍應該在40-50之間。
② 供油時(shí)間過(guò)早。
如果供油時(shí)間過(guò)早，此時(shí)氣缸內的壓力和溫度相對較低，噴油氣缸的燃油與空氣的混合過(guò)程變慢，這使得著(zhù)火延遲期加長(cháng)，導致柴油機著(zhù)火燃燒過(guò)程變得緩慢，這同樣導致柴油機燃燒粗暴。且過(guò)大的供油提前角還將造成柴油機動(dòng)力下降、油耗增加、起動(dòng)困難等其他故障。
③ 噴油延續時(shí)間過(guò)小。
與噴油提前角一樣，噴油延續時(shí)間對柴油機性能同樣有著(zhù)重要影響。在噴油量一定的條件下，噴油延續時(shí)間短，則噴油速率過(guò)快，此時(shí)雖可獲得較好的油耗及排氣煙色，但也帶來(lái)柴油機燃燒粗暴的負面效果。
④ 各缸供油量不一樣。
如果某個(gè)氣缸的供油量較大，則該氣缸在運行過(guò)程中就可能發(fā)出清脆的、有節奏的敲擊聲。
（2）柴油機工作粗暴的危害
柴油機工作粗暴，一般是由于燃燒瞬間的爆發(fā)力和運動(dòng)慣性力激發(fā)而引起內部機構的機械振動(dòng)所致。這將加劇氣缸活塞的磨損，增加活塞連桿所受的沖擊力，使連桿和曲軸產(chǎn)生變形，從而導致機體變形等故障出現，嚴重影響柴油機的使用壽命。與此同時(shí)，這些振動(dòng)通過(guò)與之剛性連接的零部件的振動(dòng)及柴油機外表向外界輻射出噪聲，污染環(huán)境。
（3）故障診斷與排除
當柴油機出現燃燒異響（敲缸或工作粗暴）后，應著(zhù)重進(jìn)行下述方法的檢查，找出故障源并排除，確保柴油機的正常工作。
① 如果響聲有節奏，表明各個(gè)氣缸工作情況類(lèi)似，應檢查噴油正時(shí)。
噴油時(shí)間過(guò)早，氣缸內會(huì )發(fā)出尖銳、清脆和有規律的敲擊聲；如果噴油正時(shí)正常，應檢查空氣濾清器是否堵塞、進(jìn)氣管是否堵塞、橡膠接管是否凹癟等，使柴油機進(jìn)氣量不足。如果存在這些堵塞，應該予以清除或修復。
② 如果敲擊聲無(wú)一定規律，且排氣冒黑煙，表明各個(gè)氣缸工作情況不一致。
可能是噴油器滴油、出油閥磨損或卡住造成部分缸的供油量增大。噴油器滴油可用拆卸排氣管的方法或單缸斷油法判斷；出油閥磨損可用手油泵壓油時(shí)拆下高壓油管的方法檢測，如果此時(shí)出油閥接頭處有柴油溢出，則說(shuō)明出油閥漏油，應查明原因并予以排除。
③ 供油量不均。
供油量不均時(shí)，如果某個(gè)缸的噴油量過(guò)多，該氣缸就會(huì )產(chǎn)生強烈的有節奏的“噠、噠、噠”的燃燒噪聲并可能冒黑煙，此時(shí)可用單缸斷油法判斷故障缸。某個(gè)氣缸斷油后，敲擊聲消失，則該氣缸就是故障缸，酌情予以修復。
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圖3 柴油機爆震故障原因 |
圖4 柴油機爆震故障診斷流程圖 |
總結：
柴油機使用的燃料是較難揮發(fā)又較易自燃的柴油，柴油是在壓縮行程終了時(shí)，在高壓下高速?lài)娙肴紵?、被細化成微粒、迅速蒸發(fā)并與空氣混合。由于油氣混合時(shí)間短，且這種不均勻可燃混合氣不是由外源點(diǎn)燃，而是燃油在高溫、高壓下的自燃，就使得氣缸內壓力在燃燒瞬間上升很快，導致柴油機工作粗暴、噪聲大。如果在油氣混合的某些環(huán)節出現不協(xié)調的情況（如個(gè)別缸的噴油時(shí)間不合適、噴油量較大等）時(shí)，將導致柴油機燃燒狀況的進(jìn)一步惡化，噪聲增大，出現類(lèi)似金屬敲擊的“噠、噠、噠”聲。柴油機出現這種情況后，危害很大。此時(shí)應停機檢查，排除故障，避免更大的故障發(fā)生。
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