談柴油機異響特征及其變化規律

暴玉峰

(榆樹市大嶺鎮政府農業服務科，吉林 榆樹 130400)

0 引言

柴油機工作狀態正常的情況下，發出的響聲是一種平穩而節奏協調的聲音。如果柴油機在運轉過程中產生不正常聲響，即表明柴油機運轉異常，這種聲響稱為柴油機異響。有異響說明柴油機內部工況惡化，存在故障。柴油機的異響是發動機故障的重要表現形式，是判斷分析故障的重要依據。熟悉柴油機異響故障特征及變化規律，有助于快速、正確地診斷柴油機故障。因而，總結各種異響的變化規律，對于研究和診斷異響相關故障有重要的指導意義。

1 柴油機異響特征

1.1 異響類型

柴油機正常運轉會產生多種復雜的噪聲，按其聲源可分為機械噪聲、空氣動力噪聲、燃燒噪聲和電磁噪聲等。柴油機內部結構的機械振動產生的噪聲，是間接向大氣輻射的，即通過柴油機的外表面，以及與柴油機剛性連接的部件的振動而向大氣放射，因此也稱之為表面噪聲。表面噪聲的來源有兩種：由于汽缸內氣體壓力的周期性變化，它主要由燃燒過程決定，叫燃燒噪聲；由于運動零件之間作用力周期性變化所產生的噪聲稱為機械噪聲。燃燒噪聲就其性質而言，是氣體動力噪聲，但從傳播途徑來看，它又是表面噪聲的重要組成部分，因而將其歸屬于表面噪聲。

柴油機是一種自運轉系統的周期性循環機械，柴油機異響在一定時間間隔內，產生重復的聲音和振動，形成輻射聲。柴油機是結構復雜的運轉機械，它的燃氣壓力通過活塞、連桿、曲軸等零件傳遞，并構成零件間的作用力。這些作用力使零部件在一定條件下加速，引起沖擊振動，這是異響產生的動力學原因。振動經不同的傳遞介質，并通過多種反射、折射和相互疊加，最終表現為柴油機的表面振動。振動強度超出一定范圍，即成為柴油機異響。診斷柴油機異響就是在不同的柴油機工況下，將噪聲和沖擊產生的振動異響區分，以獲得產生異響的真正原因。

1.2 異響振動的頻率和振幅

柴油機不同的零件，在不同的工況下有不同的機械振動，表現為不同異響聲調，這就是異響的聲響特征。聲調的高低與振動頻率有關，頻率越高，聲調越尖細；頻率越低，聲調越沉悶。聲響的強弱由振動沖擊的強度決定。振動強度越大，聲響越劇烈；振動強度越小，聲響越微弱。柴油機中的零部件，在不同的柴油機工況下，表現出聲調的明顯不同。在診斷柴油機異響時，要選擇某種零件聲響最明顯的工況(異響的特征工況)。特征工況下異響的頻率和振幅在異響的儀器診斷中常用來確定異響的聲源和判斷柴油機配合副的技術狀況。

1.3 異響的相位

柴油機工作中燃氣壓力的周期性變化，會引起相關零件受力狀態的周期性變化，并由此使相關零件異響出現的時刻各不相同，即相位不同。區分異響產生相位的不同，很容易將其與某缸的工作情況聯系起來，通過相位分析區分產生異響的機構和汽缸。例如，曲柄連桿機構產生的異響一般與汽缸的工作情況密切相關，而配氣機構的異響與汽缸工作關系不大。

在異響診斷中，常用“上缸”來區別異響的類別。“上缸”是指切斷某缸的供油，使該缸的異響明顯地減弱或消失。一般情況下，凡是“上缸”的異響，通常是曲柄連桿機構的零件造成的；不“上缸”的異響通常是配氣機構或其他運動零件產生的。

1.4 異響在輻射面上的分布

柴油機異響的振源、傳遞介質、傳播路徑不同時，異響在柴油機輻射表面上的分布也不同。通常距振源越近，傳播路徑越短，傳播過程中的衰減越小，則表面振動越強。實驗表明，柴油機軸承異響最好在徑向或軸向測量，其他機件最好在沖擊振動的方向上測量。柴油機主要異響的聽察部位：活塞銷—連桿區域，熱發動機怠速或中速運轉下，聲音明顯如鋼球相撞聲；活塞—汽缸區域，冷發動機，中速交變轉速下，干脆的“嗒嗒”聲；氣門區域，熱發動機怠速或急速運轉時，清晰而響亮的響聲；曲軸—主軸承區域，熱發動機交變轉速時，低音鈍啞有節奏的敲擊聲；曲軸—連桿軸承區域，熱發動機交變中轉速時，有明顯敲擊聲，斷油中斷，異響即消失或明顯減弱。

2 異響的變化規律

柴油機中產生異響的零件，由于其材料、尺寸與形狀、工作溫度與潤滑條件、運動狀態和運動速度、工作位置與載荷性質等條件的不同而呈現一定的規律性。異響的變化規律是指，不同的柴油機異響隨轉速、溫度、負荷、潤滑和振動的變化關系。

2.1 轉速

柴油機異響診斷常在空轉時進行。多數柴油機異響的特征工況有明顯的特征轉速，即柴油機異響在特征轉速下很明顯，低于或高于該轉速時，異響變化不明顯，或難以辨析診斷。如連桿軸承響，在1 000～1 200 r·min-1時非常易于聽察，而在怠速時幾乎聽不到，在高速下因聲響嘈雜又難以分辨。

2.2 溫度

有些異響與柴油機溫度有關，利用零件材料膨脹、潤滑條件與溫度變化的關系，可方便地區分柴油機的異響類型。如活塞與汽缸的配合間隙，冷態時較大，熱態下減小。若活塞有敲缸聲響，就會表現為冷態時明顯，而熱狀態下減弱或消失的規律。又如，曲軸與軸承的異響，起動瞬時明顯，冷態減弱或消失(潤滑油黏度大)，隨溫度升高而聲響加劇。

2.3 負荷

曲柄連桿機構由于直接承受混合氣燃燒爆發壓力，故對負荷變化敏感。通常隨負荷增加，其聲響明顯加劇。柴油機的燃氣壓力波沖擊也隨負荷增加而增大。但配氣機構的異響一般受負荷變化影響不明顯。

2.4 潤滑

由于曲軸的主軸承、連桿軸承直接與主油道相連，出現異響時會使潤滑壓力明顯低于正常值。另外，活塞與汽缸、軸承與軸徑的配合間隙很小，當潤滑條件差時，又會加劇異響的振動沖擊。

2.5 振動

有些零件發生異響時直接撞擊汽缸體，如活塞敲缸響、連桿軸承響和曲軸軸承響，正時齒輪嚴重的嚙合噪聲等都會明顯地反應在傳播方向的機體表面上，利用區分相同缸沖擊不同，柴油機異響不同，其變化規律各不相同往往成為異響診斷條件，部位的振動差異和不同表面的傳播強度差異，很容易分辨出異響的汽缸、軸頸或零件。另外，當曲軸軸承松曠造成異響沖擊時，在高速下能引起整個柴油機抖振現象。

3 典型異響的診斷

3.1 活塞敲缸

故障現象：“叭、叭”的金屬撞擊聲。曲軸每轉一次，上、下止點處各響一次。

故障原因：活塞與缸套配合間隙過大。

故障診斷：聽診機體活塞裙部上、下止點處，當活塞在上、下止點處換向運動時，側向力的方向亦發生改變。在側向力的作用下，活塞從一側壓向另一側。由于間隙大，便產生活塞裙部拍擊缸壁而發響。

3.2 活塞銷異響

故障現象：(1)怠速和中速時響聲比較明顯、清晰，發出有節奏的“嗒、嗒”聲；(2)發動機轉速變化時，響聲的周期也隨著變化；急加速時，響聲更大；(3)發動機溫度升高后，響聲不減弱；(4)某缸“斷火”時響聲減弱或消失。當恢復該缸工作時的瞬間(瞬間復火)，會出現明顯的響聲或連續兩個響聲。

故障原因：(1)活塞銷與連桿小頭襯套配合松曠；(2)活塞銷與活塞銷孔配合松曠；(3)機油壓力低，潤滑不良。

故障診斷：將發動機穩定在響聲較強的轉速，逐缸“斷火”試驗。當斷開某缸后，響聲明顯減弱或消失，并在“復火”的瞬間，響聲恢復，可斷定此缸活塞銷響。如響聲非常嚴重，轉速越高，響聲越大，此時作“斷火”試驗，往往響聲不但不消失，反而變得雜亂，其原因是配合間隙過大。

3.3 連桿軸承響

故障現象：(1)響聲在機油加注口處明顯，是一種中音短促的金屬敲擊聲；(2)發動機怠速運轉時無明顯聲響，稍高于怠速時有清晰地“嗒、嗒”敲擊聲，而高速時有“當、當”敲擊聲，急加速時聲響尤為明顯，連桿軸承響較曲軸主軸承聲響輕緩而短促。

故障原因：(1)連桿軸承與軸頸磨損過量導致失圓，配合間隙過大；(2)連桿軸承蓋緊固螺栓松動；(3)連桿軸承潤滑不良，合金燒蝕脫落。

故障診斷：(1)首先檢查機油壓力、機油油面高度及潤滑系統工作狀況。因為潤滑系統有故障，即使這時軸承間隙適當，也可引起軸承的敲擊聲；(2)在怠速時，從高速突然減速和突然加速中察聽響聲，響聲隨發動機轉速升高而增大。用起子逐缸進行單缸“斷火”試驗。如果響聲明顯減弱或消失，復火時響聲又恢復，此種情況可斷定個別連桿軸承間隙過大而發響；(3)怠速時，響聲應該較小，甚至沒有，如怠速時也有明顯響聲，則說明軸承已嚴重松曠。