汽车发动机故障与分析
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10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.21.075 汽车发动机故障与分析 赵世来,赵俊男,孙秀毅 (华晨汽车工程研究院动力总成设计处,辽宁 沈阳 110141) 摘 要:发动机是汽车的动力装置,发动机的研发是一个复杂的过程,经过多轮耐久试验才能够实现批产,试验期间出现的故障模式也是复杂多样,这里详细地阐述一下故障的解决过程。 关键词:发动机;活塞;机油泵 中图分类号:U472.2 文献标识码:A 文章编号:1671-7988 (2017)21-220-03 Automobile Engin Fault And Analysis Zhao Shilai, Zhao Junnan, Sun Xiuyi ( Brilliance Auto R&D Center Power Train Design section, Liaoning Shenyang 110141 ) Abstract: 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. Keywords: Engine; Piston; Oil Pum CLC NO.: U472.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)21-220-03 1 前言 汽车是一种包罗了各种典型机械元件、零部件、各种金属与非金属材料及各种机械加工工艺的典型机械产品,因此其设计思想显然要以机械设计理论为基础,但是,是否能够批产,投入大批量使用,每个零件必须要通过单项试验,整机耐久试验,整车高温,高原,高寒试验等等,对于发动机来说,一款全新的发动机从竞品调研分析到大批量生产,最少要经历3年时间。 目前,汽车行业是一个比较热门行业,作为一名汽车行业的工作者,我们就得像一名医生一样,可以根据发生的现象诊断出汽车发生故障的原因。这种诊断,有的是靠自己多年经验的积累,有的靠专业仪器进行检测。 下面针对两个案例对故障车进行举例分析。 2 路试车熄火后无法启动问题 整车7万公里路试试验,是汽车耐久考核项之一,是不可缺少的一项试验,可以全面考核整车所有零件的可靠性。 2.1 问题描述 某路试试验车1:在高速环道以约165km/h速度行驶过程时,发动机突然间自动熄火,并伴有“吱吱”异响;停车后,打开机舱盖,并没有发现任何问题,一切正常,但是再次启动发动机时,发动机无法成功起动;为了迅速排出原因,路试工程师拔下点火线圈,检查火花塞的情况,发现第4缸火花塞电极变形、中心电极陶瓷芯体损坏,电极消失,(图1)其他火花塞都正常,还能够正常使用,4缸换上新火花塞后,还是无法启动。通过内窥装置观看缸内情况,直接看见了连杆小头上端(正常是看不见的)。活塞顶部破损严重,无法工作。(图2)缸体内壁有多处划痕现象,(图3)异常磨损,初步判断,由于活塞拉缸导致发动机无法启动。 此试验车完成试验里程11638公里,其中普通公路里程2090公里,高速环道里程3671公里、高变里程3154公里、作者简介:赵世来,工程师,就职于华晨汽车工程研究院,主要从事发动机设计工作。 赵世来 等:汽车发动机故障与分析 221 2017年第21期 组合坏路,大点里程2141公里,模拟城市里程582公里。 图1 图2 图3 2.2 原因分析 1)故障机拆解 对故障发动机拆解,见证了破损件的情况: 缸盖方面:排气门凸凹不平,积碳脱落,明显是受到了异物的撞击,见图4。 图4 曲柄连杆方面:第4缸活塞严重破损,出现多次敲击缸壁的现象,导致活塞裙部已经消失,头部已经缺失1/3,见图5。缸体已经拉缸,见图6,第 2缸活塞裙部发黑,销已卡死,裙部和缸体发生拉缸,见图7。相比之下,四缸最严重;3缸活塞销有些犯卡,但是还没有卡死,裙部没有发生拉缸;1缸活塞正常。 图5 图6 图7 机油泵方面:在拆到链轮室盖时,却发现意想不到的问题,发现电子机油泵出现问题,滑块磨损失圆,内表面出现划痕现象(图8),内转子破碎(图9),3处断裂处都是发生在安装叶片的开口处。在没有拆机之前,以为是早燃导致的活塞破损,导致拉缸。这时断定是机油泵失去泵油能力,活塞温度升高,销孔变形量大,导致卡死;裙部由于温度高,无法形成油膜,失去润滑能力,裙部发生干磨,最终才发生的拉缸。 图8 图9 2)分析原因 整车厂的分析: 另一台路试试验车2:怠速及低速轻踩油门加速时,车内发动机“嗡嗡”噪音过大,且冷态时上述现象更加严重,令人无法接受。但是还能够工作,拆机进行对比分析。 此试验车完成试验里程7850公里,其中普通公路里程2110公里,高速环道里程1400公里、高变里程1440公里、组合坏路里程2295公里,模拟城市里程605公里。拆解机时,活塞正常,但是滑块也发生了磨损的现象,再一次断定是机油泵的原因。 总结2个大原因: 零部件厂的分析: 从拆解的油泵内部图片上看,推测造成此问题的直接原因如下: a)滑块磨损后叶片径向的行程增大,此时叶片环已无法推动叶片和滑块正常贴合,叶片和滑块的贴合密封主要靠叶片所受的离心力,但此时油泵仍能给发动机提供压力油; b)发动机起动时转速较低,叶片所受离心力较小,造成油液从叶片和滑块的贴合处泄露,导致油压波动,此应为发汽车实用技术 222 2017年第21期 动机起动时异响产生原因。发动机高转速状态叶片和滑块贴合力大,此时应无异响或异响较小,不易察觉; c)当滑块磨损到一定程度后某一叶片脱出转子导轨,此时转子处于高速运动状态,脱出的叶片将转子卡滞造成转子断裂。 3 异响分析问题 汽车行驶过程中有时候会出现一些莫名的杂音,这就是大家所说的汽车异响问题。但这些异响不容忽视,因为在许多情况下都是由于运动件的非正常运动、磨损和老化等原因带来的非正常性的响声,如果没有得到及时的检测和修理,轻者影响驾车心情,重者则带来行车安全隐患。那么,如何辨别出现异响的问题根源?出现了这些异响之后,又该怎么办呢?下面,谈一下一种的汽车异响问题。 3.1 问题描述 汽车转速在3800转,7000HZ时,收油门时异响出现。通过在整车上布点测试,此生源来自发动机本体并且还是发动机内侧,最终定在活塞上。 3.2 分析与验证 3.2.1 销孔偏心 活塞在设计上就存在偏心,在气压的作用下产生偏斜,裙部首先和主推力面接触,然后通过上止点后,活塞整体才偏过来与主推力面接触,在这种情况下,活塞不是突然变化,而是逐渐变化,这样就不会出现敲缸现象,减少异响出现。现有发动机活塞销孔方案是偏向主推力面0.5mm,验证方案设计偏心0.8和0.35,主观上评价,偏心0.8的异响有所减轻, 但还是存在。偏心0.35的异响正常存在,说明销孔偏心并不是引起异响出现的主要原因。 3.2.2 销与孔间隙 销与销孔产生异响最多的是销采用全浮式连接,因为销与连杆孔是间隙配合,销与活塞孔也是间隙配合。而这里的连接是采用半浮式连接,为了验证间隙的合理性,我们做了竞品分析与数据分析,此间隙属于常规值。 3.2.3 优化配缸间隙 活塞型线影响活塞运动时导向,最终影响摆动。缸体采用压板进行垳磨缸体,和批产活塞经行验证。转速在3800转时异响消失,但是又出现了另一种异响,4300HZ加速异响。为了解决第二种异响,结合贴合试验优化活塞型线,在0.03-0.04,0.04-0.05,0.05-0.06,0.07-0.08间隙下验证,0.03-0.04和0.07-0.08还是存在异响,最后把配缸间隙确定为0.04-0.07。 4 结论 发动机是汽车的核心,一旦出现故障,汽车将受到致命影响,所以,为了减少危险的出现,必须经过多轮耐久试验,专项试验,安全测试试验,这样才能够生产上市。 参考文献 [1] 周龙保,等.内燃机学[M].北京:机械工业出版社,2005. [2] 陆际清等编.汽车发动机设计:第二册.北京:清华大学出版社,1993. [3] 吴兆汉等编.内燃机设计.北京:北京理工大学出版社,1990. 奔驰新技术——加水就能跑800公里 奔驰宣布在2022年之前将旗下整个汽车产品线全部实现电动化,传统燃油车型全面停产停售。奔驰发售的一款Ener-G-Force概念车,这款车并不是用传统的插电或者是太阳能去驱动,而是用水来转化,并且续航里程可达800公里。 这款车运用了名为"hydro-tech converter"的可再生资源转换技术,车顶装备蓄水池,将水转化为氢燃料,两块电池组隐藏在车辆侧裙的位置,可以通过灯光颜色来查看电池容量情况,车顶还配备了可360度旋转的探测仪来扫描四周环境,从而自动改变悬挂阻尼。 (编辑:陈婷)