汽車發動機故障與分析

趙世來，趙俊男，孫秀毅

（華晨汽車工程研究院動力總成設計處，遼寧 沈陽 110141）

汽車發動機故障與分析

趙世來，趙俊男，孫秀毅

（華晨汽車工程研究院動力總成設計處，遼寧 沈陽 110141）

發動機是汽車的動力裝置，發動機的研發是一個復雜的過程，經過多輪耐久試驗才能夠實現批產，試驗期間出現的故障模式也是復雜多樣，這里詳細地闡述一下故障的解決過程。

發動機；活塞；機油泵

1 前言

汽車是一種包羅了各種典型機械元件、零部件、各種金屬與非金屬材料及各種機械加工工藝的典型機械產品，因此其設計思想顯然要以機械設計理論為基礎，但是，是否能夠批產，投入大批量使用，每個零件必須要通過單項試驗，整機耐久試驗，整車高溫，高原，高寒試驗等等，對于發動機來說，一款全新的發動機從競品調研分析到大批量生產，最少要經歷3年時間。

目前，汽車行業是一個比較熱門行業，作為一名汽車行業的工作者，我們就得像一名醫生一樣，可以根據發生的現象診斷出汽車發生故障的原因。這種診斷，有的是靠自己多年經驗的積累，有的靠專業儀器進行檢測。

下面針對兩個案例對故障車進行舉例分析。

2 路試車熄火后無法啟動問題

整車7萬公里路試試驗，是汽車耐久考核項之一，是不可缺少的一項試驗，可以全面考核整車所有零件的可靠性。

2.1 問題描述

某路試試驗車1：在高速環道以約165km/h速度行駛過程時，發動機突然間自動熄火，并伴有“吱吱”異響；停車后，打開機艙蓋，并沒有發現任何問題，一切正常，但是再次啟動發動機時，發動機無法成功起動；為了迅速排出原因，路試工程師拔下點火線圈，檢查火花塞的情況，發現第4缸火花塞電極變形、中心電極陶瓷芯體損壞，電極消失，（圖1）其他火花塞都正常，還能夠正常使用，4缸換上新火花塞后，還是無法啟動。通過內窺裝置觀看缸內情況，直接看見了連桿小頭上端（正常是看不見的）。活塞頂部破損嚴重，無法工作。（圖2）缸體內壁有多處劃痕現象，（圖3）異常磨損，初步判斷，由于活塞拉缸導致發動機無法啟動。

此試驗車完成試驗里程11638公里，其中普通公路里程2090公里，高速環道里程3671公里、高變里程3154公里、組合壞路，大點里程2141公里，模擬城市里程582公里。

圖1

圖2

圖3

2.2 原因分析

1）故障機拆解

對故障發動機拆解，見證了破損件的情況：

缸蓋方面：排氣門凸凹不平，積碳脫落，明顯是受到了異物的撞擊，見圖4。

圖4

曲柄連桿方面：第4缸活塞嚴重破損，出現多次敲擊缸壁的現象，導致活塞裙部已經消失，頭部已經缺失 1/3，見圖5。缸體已經拉缸，見圖6，第 2缸活塞裙部發黑，銷已卡死，裙部和缸體發生拉缸，見圖 7。相比之下，四缸最嚴重；3缸活塞銷有些犯卡，但是還沒有卡死，裙部沒有發生拉缸；1缸活塞正常。

圖5

圖6

圖7

機油泵方面：在拆到鏈輪室蓋時，卻發現意想不到的問題，發現電子機油泵出現問題，滑塊磨損失圓，內表面出現劃痕現象（圖8），內轉子破碎（圖9），3處斷裂處都是發生在安裝葉片的開口處。在沒有拆機之前，以為是早燃導致的活塞破損，導致拉缸。這時斷定是機油泵失去泵油能力，活塞溫度升高，銷孔變形量大，導致卡死；裙部由于溫度高，無法形成油膜，失去潤滑能力，裙部發生干磨，最終才發生的拉缸。

圖8

圖9

2）分析原因

整車廠的分析：

另一臺路試試驗車 2：怠速及低速輕踩油門加速時，車內發動機“嗡嗡”噪音過大，且冷態時上述現象更加嚴重，令人無法接受。但是還能夠工作，拆機進行對比分析。

此試驗車完成試驗里程 7850公里，其中普通公路里程2110公里，高速環道里程1400公里、高變里程1440公里、組合壞路里程2295公里，模擬城市里程605公里。拆解機時，活塞正常，但是滑塊也發生了磨損的現象，再一次斷定是機油泵的原因。

總結2個大原因：

零部件廠的分析：

從拆解的油泵內部圖片上看，推測造成此問題的直接原因如下：

a）滑塊磨損后葉片徑向的行程增大，此時葉片環已無法推動葉片和滑塊正常貼合，葉片和滑塊的貼合密封主要靠葉片所受的離心力，但此時油泵仍能給發動機提供壓力油；

b）發動機起動時轉速較低，葉片所受離心力較小，造成油液從葉片和滑塊的貼合處泄露，導致油壓波動，此應為發動機起動時異響產生原因。發動機高轉速狀態葉片和滑塊貼合力大，此時應無異響或異響較小，不易察覺；

c）當滑塊磨損到一定程度后某一葉片脫出轉子導軌，此時轉子處于高速運動狀態，脫出的葉片將轉子卡滯造成轉子斷裂。

3 異響分析問題

汽車行駛過程中有時候會出現一些莫名的雜音，這就是大家所說的汽車異響問題。但這些異響不容忽視，因為在許多情況下都是由于運動件的非正常運動、磨損和老化等原因帶來的非正常性的響聲，如果沒有得到及時的檢測和修理，輕者影響駕車心情，重者則帶來行車安全隱患。那么，如何辨別出現異響的問題根源？出現了這些異響之后，又該怎么辦呢？下面，談一下一種的汽車異響問題。

3.1 問題描述

汽車轉速在3800轉，7000HZ時，收油門時異響出現。通過在整車上布點測試，此生源來自發動機本體并且還是發動機內側，最終定在活塞上。

3.2 分析與驗證

3.2.1 銷孔偏心

活塞在設計上就存在偏心，在氣壓的作用下產生偏斜，裙部首先和主推力面接觸，然后通過上止點后，活塞整體才偏過來與主推力面接觸，在這種情況下，活塞不是突然變化，而是逐漸變化，這樣就不會出現敲缸現象，減少異響出現。現有發動機活塞銷孔方案是偏向主推力面0.5mm，驗證方案設計偏心0.8和0.35，主觀上評價，偏心0.8的異響有所減輕，但還是存在。偏心0.35的異響正常存在，說明銷孔偏心并不是引起異響出現的主要原因。

3.2.2 銷與孔間隙

銷與銷孔產生異響最多的是銷采用全浮式連接，因為銷與連桿孔是間隙配合，銷與活塞孔也是間隙配合。而這里的連接是采用半浮式連接，為了驗證間隙的合理性，我們做了競品分析與數據分析，此間隙屬于常規值。

3.2.3 優化配缸間隙

活塞型線影響活塞運動時導向，最終影響擺動。缸體采用壓板進行垳磨缸體，和批產活塞經行驗證。轉速在 3800轉時異響消失，但是又出現了另一種異響，4300HZ加速異響。為了解決第二種異響，結合貼合試驗優化活塞型線，在0.03-0.04，0.04-0.05，0.05-0.06，0.07-0.08間隙下驗證，0.03-0.04和0.07-0.08還是存在異響，最后把配缸間隙確定為0.04-0.07。

4 結論

發動機是汽車的核心，一旦出現故障，汽車將受到致命影響，所以，為了減少危險的出現，必須經過多輪耐久試驗，專項試驗，安全測試試驗，這樣才能夠生產上市。

[1] 周龍保,等.內燃機學[M].北京:機械工業出版社,2005.

[2] 陸際清等編.汽車發動機設計:第二冊.北京:清華大學出版社,1993.

[3] 吳兆漢等編.內燃機設計.北京:北京理工大學出版社,1990.

奔馳新技術——加水就能跑800公里

奔馳宣布在 2022年之前將旗下整個汽車產品線全部實現電動化，傳統燃油車型全面停產停售。奔馳發售的一款Ener-G-Force概念車，這款車并不是用傳統的插電或者是太陽能去驅動，而是用水來轉化，并且續航里程可達800公里。

這款車運用了名為"hydro-tech converter"的可再生資源轉換技術，車頂裝備蓄水池，將水轉化為氫燃料，兩塊電池組隱藏在車輛側裙的位置，可以通過燈光顏色來查看電池容量情況，車頂還配備了可360度旋轉的探測儀來掃描四周環境，從而自動改變懸掛阻尼。（編輯：陳婷）

Automobile Engin Fault And Analysis

Zhao Shilai, Zhao Junnan, Sun Xiuyi
( Brilliance Auto R＆D Center Power Train Design section, Liaoning Shenyang 110141 )

The engine is the power plant of the car, engine is the power source of the car. Research and development of the engine is a complex process. After several rounds of endurance test can realize batch production. The failure mode is complicated. Here describe in detail the process on the solution of the fault.

Engine; Piston; Oil Pum

U472.2

A

1671-7988 (2017)21-220-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.21.075

CLC NO.: U472.2

A

1671-7988 (2017)21-220-03

趙世來，工程師，就職于華晨汽車工程研究院，主要從事發動機設計工作。