趙世來(lái)，趙俊男，孫秀毅

（華晨汽車工程研究院動(dòng)力總成設(shè)計(jì)處，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障與分析

趙世來(lái)，趙俊男，孫秀毅

（華晨汽車工程研究院動(dòng)力總成設(shè)計(jì)處，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的動(dòng)力裝置，發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，經(jīng)過(guò)多輪耐久試驗(yàn)才能夠?qū)崿F(xiàn)批產(chǎn)，試驗(yàn)期間出現(xiàn)的故障模式也是復(fù)雜多樣，這里詳細(xì)地闡述一下故障的解決過(guò)程。

發(fā)動(dòng)機(jī)；活塞；機(jī)油泵

1 前言

汽車是一種包羅了各種典型機(jī)械元件、零部件、各種金屬與非金屬材料及各種機(jī)械加工工藝的典型機(jī)械產(chǎn)品，因此其設(shè)計(jì)思想顯然要以機(jī)械設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，但是，是否能夠批產(chǎn)，投入大批量使用，每個(gè)零件必須要通過(guò)單項(xiàng)試驗(yàn)，整機(jī)耐久試驗(yàn)，整車高溫，高原，高寒試驗(yàn)等等，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，一款全新的發(fā)動(dòng)機(jī)從競(jìng)品調(diào)研分析到大批量生產(chǎn)，最少要經(jīng)歷3年時(shí)間。

目前，汽車行業(yè)是一個(gè)比較熱門行業(yè)，作為一名汽車行業(yè)的工作者，我們就得像一名醫(yī)生一樣，可以根據(jù)發(fā)生的現(xiàn)象診斷出汽車發(fā)生故障的原因。這種診斷，有的是靠自己多年經(jīng)驗(yàn)的積累，有的靠專業(yè)儀器進(jìn)行檢測(cè)。

下面針對(duì)兩個(gè)案例對(duì)故障車進(jìn)行舉例分析。

2 路試車熄火后無(wú)法啟動(dòng)問(wèn)題

整車7萬(wàn)公里路試試驗(yàn)，是汽車耐久考核項(xiàng)之一，是不可缺少的一項(xiàng)試驗(yàn)，可以全面考核整車所有零件的可靠性。

2.1 問(wèn)題描述

某路試試驗(yàn)車1：在高速環(huán)道以約165km/h速度行駛過(guò)程時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)突然間自動(dòng)熄火，并伴有“吱吱”異響；停車后，打開機(jī)艙蓋，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題，一切正常，但是再次啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法成功起動(dòng)；為了迅速排出原因，路試工程師拔下點(diǎn)火線圈，檢查火花塞的情況，發(fā)現(xiàn)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(wú)法啟動(dòng)。通過(guò)內(nèi)窺裝置觀看缸內(nèi)情況，直接看見了連桿小頭上端（正常是看不見的）?；钊敳科茡p嚴(yán)重，無(wú)法工作。（圖2）缸體內(nèi)壁有多處劃痕現(xiàn)象，（圖3）異常磨損，初步判斷，由于活塞拉缸導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法啟動(dòng)。

此試驗(yàn)車完成試驗(yàn)里程11638公里，其中普通公路里程2090公里，高速環(huán)道里程3671公里、高變里程3154公里、組合壞路，大點(diǎn)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(jī)拆解

對(duì)故障發(fā)動(dòng)機(jī)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(yán)重破損，出現(xiàn)多次敲擊缸壁的現(xiàn)象，導(dǎo)致活塞裙部已經(jīng)消失，頭部已經(jīng)缺失 1/3，見圖5。缸體已經(jīng)拉缸，見圖6，第 2缸活塞裙部發(fā)黑，銷已卡死，裙部和缸體發(fā)生拉缸，見圖 7。相比之下，四缸最嚴(yán)重；3缸活塞銷有些犯卡，但是還沒(méi)有卡死，裙部沒(méi)有發(fā)生拉缸；1缸活塞正常。

圖5

圖6

圖7

機(jī)油泵方面：在拆到鏈輪室蓋時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)意想不到的問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)電子機(jī)油泵出現(xiàn)問(wèn)題，滑塊磨損失圓，內(nèi)表面出現(xiàn)劃痕現(xiàn)象（圖8），內(nèi)轉(zhuǎn)子破碎（圖9），3處斷裂處都是發(fā)生在安裝葉片的開口處。在沒(méi)有拆機(jī)之前，以為是早燃導(dǎo)致的活塞破損，導(dǎo)致拉缸。這時(shí)斷定是機(jī)油泵失去泵油能力，活塞溫度升高，銷孔變形量大，導(dǎo)致卡死；裙部由于溫度高，無(wú)法形成油膜，失去潤(rùn)滑能力，裙部發(fā)生干磨，最終才發(fā)生的拉缸。

圖8

圖9

2）分析原因

整車廠的分析：

另一臺(tái)路試試驗(yàn)車 2：怠速及低速輕踩油門加速時(shí)，車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)“嗡嗡”噪音過(guò)大，且冷態(tài)時(shí)上述現(xiàn)象更加嚴(yán)重，令人無(wú)法接受。但是還能夠工作，拆機(jī)進(jìn)行對(duì)比分析。

此試驗(yàn)車完成試驗(yàn)里程 7850公里，其中普通公路里程2110公里，高速環(huán)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(jī)時(shí)，活塞正常，但是滑塊也發(fā)生了磨損的現(xiàn)象，再一次斷定是機(jī)油泵的原因。

總結(jié)2個(gè)大原因：

零部件廠的分析：

從拆解的油泵內(nèi)部圖片上看，推測(cè)造成此問(wèn)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(shí)葉片環(huán)已無(wú)法推動(dòng)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(shí)油泵仍能給發(fā)動(dòng)機(jī)提供壓力油；

b）發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)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(dǎo)致油壓波動(dòng)，此應(yīng)為發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)異響產(chǎn)生原因。發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速狀態(tài)葉片和滑塊貼合力大，此時(shí)應(yīng)無(wú)異響或異響較小，不易察覺(jué)；

c）當(dāng)滑塊磨損到一定程度后某一葉片脫出轉(zhuǎn)子導(dǎo)軌，此時(shí)轉(zhuǎn)子處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，脫出的葉片將轉(zhuǎn)子卡滯造成轉(zhuǎn)子斷裂。

3 異響分析問(wèn)題

汽車行駛過(guò)程中有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)一些莫名的雜音，這就是大家所說(shuō)的汽車異響問(wèn)題。但這些異響不容忽視，因?yàn)樵谠S多情況下都是由于運(yùn)動(dòng)件的非正常運(yùn)動(dòng)、磨損和老化等原因帶來(lái)的非正常性的響聲，如果沒(méi)有得到及時(shí)的檢測(cè)和修理，輕者影響駕車心情，重者則帶來(lái)行車安全隱患。那么，如何辨別出現(xiàn)異響的問(wèn)題根源？出現(xiàn)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(wèn)題。

3.1 問(wèn)題描述

汽車轉(zhuǎn)速在3800轉(zhuǎn)，7000HZ時(shí)，收油門時(shí)異響出現(xiàn)。通過(guò)在整車上布點(diǎn)測(cè)試，此生源來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)本體并且還是發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)側(cè)，最終定在活塞上。

3.2 分析與驗(yàn)證

3.2.1 銷孔偏心

活塞在設(shè)計(jì)上就存在偏心，在氣壓的作用下產(chǎn)生偏斜，裙部首先和主推力面接觸，然后通過(guò)上止點(diǎn)后，活塞整體才偏過(guò)來(lái)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(huì)出現(xiàn)敲缸現(xiàn)象，減少異響出現(xiàn)?，F(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)活塞銷孔方案是偏向主推力面0.5mm，驗(yàn)證方案設(shè)計(jì)偏心0.8和0.35，主觀上評(píng)價(jià)，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(shuō)明銷孔偏心并不是引起異響出現(xiàn)的主要原因。

3.2.2 銷與孔間隙

銷與銷孔產(chǎn)生異響最多的是銷采用全浮式連接，因?yàn)殇N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(yàn)證間隙的合理性，我們做了競(jìng)品分析與數(shù)據(jù)分析，此間隙屬于常規(guī)值。

3.2.3 優(yōu)化配缸間隙

活塞型線影響活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)導(dǎo)向，最終影響擺動(dòng)。缸體采用壓板進(jìn)行垳磨缸體，和批產(chǎn)活塞經(jīng)行驗(yàn)證。轉(zhuǎn)速在 3800轉(zhuǎn)時(shí)異響消失，但是又出現(xiàn)了另一種異響，4300HZ加速異響。為了解決第二種異響，結(jié)合貼合試驗(yàn)優(yōu)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(yàn)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(jié)論

發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的核心，一旦出現(xiàn)故障，汽車將受到致命影響，所以，為了減少危險(xiǎn)的出現(xiàn)，必須經(jīng)過(guò)多輪耐久試驗(yàn)，專項(xiàng)試驗(yàn)，安全測(cè)試試驗(yàn)，這樣才能夠生產(chǎn)上市。

[1] 周龍保,等.內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

[2] 陸際清等編.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì):第二冊(cè).北京:清華大學(xué)出版社,1993.

[3] 吳兆漢等編.內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì).北京:北京理工大學(xué)出版社,1990.

奔馳新技術(shù)——加水就能跑800公里

奔馳宣布在 2022年之前將旗下整個(gè)汽車產(chǎn)品線全部實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化，傳統(tǒng)燃油車型全面停產(chǎn)停售。奔馳發(fā)售的一款Ener-G-Force概念車，這款車并不是用傳統(tǒng)的插電或者是太陽(yáng)能去驅(qū)動(dòng)，而是用水來(lái)轉(zhuǎn)化，并且續(xù)航里程可達(dá)800公里。

這款車運(yùn)用了名為"hydro-tech converter"的可再生資源轉(zhuǎn)換技術(shù)，車頂裝備蓄水池，將水轉(zhuǎn)化為氫燃料，兩塊電池組隱藏在車輛側(cè)裙的位置，可以通過(guò)燈光顏色來(lái)查看電池容量情況，車頂還配備了可360度旋轉(zhuǎn)的探測(cè)儀來(lái)掃描四周環(huán)境，從而自動(dòng)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(lái)，工程師，就職于華晨汽車工程研究院，主要從事發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)工作。