發動機異響特性的分析與診斷

發動機異響標志發動機某一機構的技術狀態已發生變化。主要是因有些零件磨損過甚或裝配、調整不當引起的。有些異響尚可預告發動機將可能發生事故性損傷，因而當發動機出現異響時，應及時修理，防止故障擴大。在拆開之前，先要進行檢查，以初步確定故障的所在部位，然后對發動機異響特性的分析，可以基本上診斷異響的部位、原因和程度，避免拆檢的盲目性。
   1．發動機異響特性的分析
  發動機異響常與發動機的轉速、負荷、溫度和工作循環有關，通過對異響進行特性分析，可找出其變化規律。
   （1）異響與發動機轉速的關系
   發動機的大多數常見異響的存在取決于發動機的轉速狀態。
   ①異響僅在怠速或低速運轉時存在。發響的原因有：活塞與氣缸壁間隙過大；活塞銷裝配過緊或連桿軸承裝配過緊；挺桿與其導孔間隙過大；配氣凸輪輪廓磨損；有時，起動抓松動而使皮帶輪發響（在轉速改變時明顯）。
   ②維持在某轉速時聲響紊亂，急減速時相繼發出短暫聲響。發響的原因有：凸輪軸正時齒輪破裂或其固定螺母松動；曲軸折斷；活塞銷襯套松曠；凸輪軸軸向間隙過大或其襯套松曠。
   ③異響在發動機急加速時出現，維持高速運轉時聲響仍存在。發響的原因有：連桿軸承松曠、軸瓦燒熔或尺寸不符而轉動；曲軸軸承松曠或軸瓦燒容；活塞銷折斷；曲軸折斷。
   （2）異響與負荷的關系
   發動機上不少異響與其負荷有明顯的關系，診斷時可采取逐缸解除負荷的方法進行試驗，通常采用單缸或雙缸斷火法解除一或兩缸的負荷，以鑒別異響與負荷的關系。
   ①某缸斷火，異響頓無或減輕。發響的原因有：活塞敲缸；連桿軸承松曠；活塞環漏氣；活塞銷折斷。
   ②某缸斷火，則聲響加重，或原來無響，此時反而出現聲響。發響的原因有：活塞銷銅套松曠；活塞裙部錐度過大；活塞銷竄出；連桿軸承蓋固定螺栓松動過甚或連桿軸瓦合金燒熔脫凈；飛輪固定螺栓松動過甚。
   ③相鄰兩缸斷火異響減輕或消失。發響的原因有：曲軸軸承松曠。
   （3）異響與溫度的關系
   ①低溫發響，溫度升高后聲響減輕，甚至消失。發響的原因有：活塞與缸壁間隙過大；活塞因主軸承油槽深度和寬度失準；機油壓力低而潤滑不良。
   ②溫度升高后有聲響，溫度降低后聲響減輕或消失。發響的原因有：過熱引起的早燃；活塞裙部橢圓的長、短軸方向相反；活塞橢圓度小、活塞與缸壁的間隙過小；活塞變形；活塞環各間隙過小。
   （4）異響與發動機工作循環的關系
   發動機的異響故障往往與發動機的工作循環有明顯的關系，尤其是曲柄連桿機構和配氣機構的異響都與工作循環有關。就四行程發動機而言，凡由曲柄連桿機構引起的聲響均為發動機作功一次發響兩次；凡由配氣機構引起的聲響均為發動機作功一次發響一次。
  ①由曲柄連桿機構引起的異響其原因有：活塞敲擊缸壁；活塞銷發出的敲擊聲；活塞頂缸蓋；連桿軸承松曠過甚；活塞環漏氣。
   ②由配氣機構引起的異響其原因有：氣門間隙過大；挺桿與其導孔間隙過大；凸輪輪廓靡損；氣門桿與其導管間隙過大；氣門彈簧折斷；凸輪軸正時齒輪徑向破裂；氣門座圈松脫；氣門卡滯不能關閉。
   ③若異響與工作循環無關，則應注意其發響區域。通常，由與工作循環無關的間隙引起的發響多為發動機附件有故障；若是與工作循環無關的機件發出的連續金屬摩擦聲，則可考慮是某些旋轉件有故障。
  （5）異響與發動機部位的關系
   發動機發生異響時，必然會產生一定程度的振動，根據振動的特點和部位可以輔助診斷發生異響的原因。發動機常見異響所引起的振動部件和區域如附圖所示，可分為4個區域（A-B、B-B、C-C、D-D）和兩個部位（正時齒輪蓋、機油加注口）。
   ①在A-A區域可聽察燃燒室、主軸承和氣門等部位，可以輔助診斷活塞頂碰缸蓋、氣缸凸肩磨損過甚、氣門座圈脫出、曲軸折斷和主軸承松曠等故障。
   ②在B-B區域的氣門室一側，可聽察氣門組合件及挺桿等部位，如在氣門室對面，可輔助診斷活塞敲缸一類的故障；在機油加注口處聽察可輔助判明活塞銷、連桿軸承發響和活塞環漏氣等故障。
   ③在C-C區域可聽察凸輪軸的襯套和正時齒輪，可輔助診斷凸輪軸正時齒輪破裂或其固定螺母松動，以及凸輪襯套松曠等故障。
   ④D-D區域是在氣缸體及油底殼分開面的附近（凸輪軸的對面），在此區域聽察可以輔助判明主軸承發響或曲軸斷裂等故障。
   （6）異響與其他故障現象的關系
   發動機在發生某些異響故障時，常常伴隨出現其他故障現象。因此，這些伴同現象就成為輔助診斷異響原因的重要依據。發動機發生異響時常伴隨出現的其他故障現象如附表所示。
   2．發動機異響的診斷
   （1）異響診斷的原則
   若聲響在低速運轉時顯得輕微、單純，在高速運轉時顯得轟鳴且平穩均勻，在加速或減速顯得圓滑過渡，則為正常聲響。

   若聲響中伴隨著沉悶的“鏜”“鏜”聲，或清脆的“當、當”聲，或短促的“嗒、嗒”聲，或細微的“涮、涮”聲，或強烈的“嘎、嘎”聲，即表明發動機存在不正常的異響，至于其是否嚴重，則可依據以下情況判斷：
   ①聲響若僅在怠速運轉時存在，轉速提高后即自行消失，在整個使用過程中聲響又無明顯的變化，則屬于危害不大的異響，允許暫時存在，待適當時機再行修理。
   ②聲響若在突然加速或突然減速時出現，而且當發動機在中、高速運轉期并不消失，同時又引起機體振抖，則屬于不允許再繼續存在異響，應予以立即查明原因，進行排除。
   ③聲響倘若是在運轉中突然出現的，且又較猛烈，則不應使用發動機繼續運轉或進行試聽診斷，而應立即停機拆檢。一般應先拆油底殼，再拆缸蓋。
   （2）異響診斷的方法
   ①人工直觀試探法。主要是借助聽診器、斷火試驗，結合變換節氣門開度等，憑耳、眼進行行聽、察異響的變化情況。在聽察過程中，還要及時觀察排氣管冒出的煙色、煙量的變化和各儀表的工作情況等。
   ②儀器診斷法。因為發動機各類異響和振動的聲響、聲壓、振幅等不同，只要發動機各摩擦副磨損，配合間隙增大或某一部分發生松動，就會產生異響與振動，形成特有的聲級、聲壓和振幅并通過儀器反映出來。
   （3）異響的確診過程
   根據異響出現的時機和連貫存在的時間來看，異響一般都分別存在于怠速或低速運轉期間和高速運轉期間。
   當異響出現在怠速或低速運轉期間，可依以下順序進行診斷：
   ①用單缸斷火法檢查異響與缸位是否有關聯。若某缸斷火后異響有明顯的變化，說明故障在該缸。
   ②若某缸斷火后異響并無明顯的變化，說明異響與缸位并無關系。繼而應逐缸檢查異響與工作循環是否有關聯，判定故障出在哪一機構。
   ③進而再逐漸提高發動機轉速，聽察異響有無變化，根據異響隨轉速的變化，判斷運動機制耗損的程度。
   ④此外，在診斷過程中，還應注意觀察發動機溫度的變化對異響的影響。
   當異響出現在高速運轉期間，可依以下順序進行診斷：
   ①從低速逐漸提高發動機轉速，直至高速運轉。在此過程中，注意異響出現的時機。
   ②當異響出現后，使發動機穩定于該轉速運轉，仔細聽察異響，利用單缸斷火法查明缸位。
   ③若難以查明缸位，則應聽察該異響分布的區域。
   ④若從低速逐漸提高轉速的過程中，并不出現異響，卻在急加速或急減速時出現異響，則用單缸斷火法并配以速度的急劇變化，即可判明異響發生在哪個缸位。
   通過上述診斷，基本可查明異響與發動機的負荷、工作循環、轉速和溫度之間的關系。如若異響與某種異響 特性相符合，即可作出診斷結診。此外，在診斷過程中還應聽察異響引起的振動部位及伴同的其他故障現象，注意機油壓力、機油加注口和排氣管等處的變化，輔以診斷故障，從而得出確診的結論。
   3．實例分析
   我公司一臺ZLM30型裝載機，在使用中駕駛員反映該機的發動機有異響，經到現場診斷發現：
   ①在發動機體外聽察時，怠速時其異響為短促而堅實的“嗒、嗒”聲；若發動機轉速由怠速到中速時，異響更清晰，為連續敲擊聲，并且隨著轉速的增高，敲擊聲更為突出，急加速時異響明顯。
   ②不論發動機溫度高或低，異響沒有變化。
   ③將發動機轉速穩定于中速，側耳細聽時發現，異響是有規律的聲響，且隨著發動機轉速的增加，異響頻率提高。
   ④用單缸斷火法檢查時，發現解除III缸負荷后異響減弱；解除其他缸的負荷后異響無明顯變化；解除II、III缸和III、IV缸的負荷后，異響減弱程度同解除II缸負荷后的相近。
   ⑤將機油加注口蓋打開，傾耳聽察發現，異響呈清脆而音量較大的“當、當”聲。
  ⑥在檢查異響的同時，觀察到機油壓力偏低。
   通過上述診斷、分析知：該異響與發動機的轉速、負荷、工作循環有關，而與發動機的溫度無關；同時，異響隨轉速的升高而加強，解除III缸負荷后異響減弱，因而根據異響特性初步認為故障是III缸的連桿軸承松曠引起，再結合異響的部位及機油壓力的偏低，最終判定故障是III缸的連桿軸承松曠，應馬上進行檢修。拆下連桿軸瓦后，發現II缸的軸瓦已嚴重剝落，表面有輕微燒熔，其他各缸軸瓦正常；經測量，曲軸上連桿軸頸的尺寸和圓度均在要求范圍內。更換了一付連桿軸承后異響消失。因該故障發現處理得早，防止了故障的擴大。同時因運用了異響特性的分析和診斷方法，正確地診斷了故障的原因，做到了有目的地拆檢，及時地排除了故障。