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发动机异响特性的分析与诊断

作者: 来源: 发布时间:2018-2-11 16:12:47  点击数:518
发动机异响标志发动机某一机构的技术状态已发生变化。主要是因有些零件磨损过甚或装配、调整不当引起的。有些异响尚可预告发动机将可能发生事故性损伤,因而当发动机出现异响时,应及时修理,防止故障扩大。在拆开之前,先要进行检查,以初步确定故障的所在部位,然后对发动机异响特性的分析,可以基本上诊断异响的部位、原因和程度,避免拆检的盲目性。
1.发动机异响特性的分析
发动机异响常与发动机的转速、负荷、温度和工作循环有关,通过对异响进行特性分析,可找出其变化规律。
(1)异响与发动机转速的关系
发动机的大多数常见异响的存在取决于发动机的转速状态。
①异响仅在怠速或低速运转时存在。发响的原因有:活塞与气缸壁间隙过大;活塞销装配过紧或连杆轴承装配过紧;挺杆与其导孔间隙过大;配气凸轮轮廓磨损;有时,起动抓松动而使皮带轮发响(在转速改变时明显)。
②维持在某转速时声响紊乱,急减速时相继发出短暂声响。发响的原因有:凸轮轴正时齿轮破裂或其固定螺母松动;曲轴折断;活塞销衬套松旷;凸轮轴轴向间隙过大或其衬套松旷。
③异响在发动机急加速时出现,维持高速运转时声响仍存在。发响的原因有:连杆轴承松旷、轴瓦烧熔或尺寸不符而转动;曲轴轴承松旷或轴瓦烧容;活塞销折断;曲轴折断。
(2)异响与负荷的关系
发动机上不少异响与其负荷有明显的关系,诊断时可采取逐缸解除负荷的方法进行试验,通常采用单缸或双缸断火法解除一或两缸的负荷,以鉴别异响与负荷的关系。
①某缸断火,异响顿无或减轻。发响的原因有:活塞敲缸;连杆轴承松旷;活塞环漏气;活塞销折断。
②某缸断火,则声响加重,或原来无响,此时反而出现声响。发响的原因有:活塞销铜套松旷;活塞裙部锥度过大;活塞销窜出;连杆轴承盖固定螺栓松动过甚或连杆轴瓦合金烧熔脱净;飞轮固定螺栓松动过甚。
③相邻两缸断火异响减轻或消失。发响的原因有:曲轴轴承松旷。
(3)异响与温度的关系
①低温发响,温度升高后声响减轻,甚至消失。发响的原因有:活塞与缸壁间隙过大;活塞因主轴承油槽深度和宽度失准;机油压力低而润滑不良。
②温度升高后有声响,温度降低后声响减轻或消失。发响的原因有:过热引起的早燃;活塞裙部椭圆的长、短轴方向相反;活塞椭圆度小、活塞与缸壁的间隙过小;活塞变形;活塞环各间隙过小。
(4)异响与发动机工作循环的关系
发动机的异响故障往往与发动机的工作循环有明显的关系,尤其是曲柄连杆机构和配气机构的异响都与工作循环有关。就四行程发动机而言,凡由曲柄连杆机构引起的声响均为发动机作功一次发响两次;凡由配气机构引起的声响均为发动机作功一次发响一次。
①由曲柄连杆机构引起的异响其原因有:活塞敲击缸壁;活塞销发出的敲击声;活塞顶缸盖;连杆轴承松旷过甚;活塞环漏气。
②由配气机构引起的异响其原因有:气门间隙过大;挺杆与其导孔间隙过大;凸轮轮廓靡损;气门杆与其导管间隙过大;气门弹簧折断;凸轮轴正时齿轮径向破裂;气门座圈松脱;气门卡滞不能关闭。
③若异响与工作循环无关,则应注意其发响区域。通常,由与工作循环无关的间隙引起的发响多为发动机附件有故障;若是与工作循环无关的机件发出的连续金属摩擦声,则可考虑是某些旋转件有故障。
(5)异响与发动机部位的关系
发动机发生异响时,必然会产生一定程度的振动,根据振动的特点和部位可以辅助诊断发生异响的原因。发动机常见异响所引起的振动部件和区域如附图所示,可分为4个区域(a-b、b-b、c-c、d-d)和两个部位(正时齿轮盖、机油加注口)。
①在a-a区域可听察燃烧室、主轴承和气门等部位,可以辅助诊断活塞顶碰缸盖、气缸凸肩磨损过甚、气门座圈脱出、曲轴折断和主轴承松旷等故障。
②在b-b区域的气门室一侧,可听察气门组合件及挺杆等部位,如在气门室对面,可辅助诊断活塞敲缸一类的故障;在机油加注口处听察可辅助判明活塞销、连杆轴承发响和活塞环漏气等故障。
③在c-c区域可听察凸轮轴的衬套和正时齿轮,可辅助诊断凸轮轴正时齿轮破裂或其固定螺母松动,以及凸轮衬套松旷等故障。
④d-d区域是在气缸体及油底壳分开面的附近(凸轮轴的对面),在此区域听察可以辅助判明主轴承发响或曲轴断裂等故障。
(6)异响与其他故障现象的关系
发动机在发生某些异响故障时,常常伴随出现其他故障现象。因此,这些伴同现象就成为辅助诊断异响原因的重要依据。发动机发生异响时常伴随出现的其他故障现象如附表所示。
2.发动机异响的诊断
(1)异响诊断的原则
若声响在低速运转时显得轻微、单纯,在高速运转时显得轰鸣且平稳均匀,在加速或减速显得圆滑过渡,则为正常声响。
异响原因伴同现象
主轴承径向间隙过大或轴瓦合金烧熔脱落机油压力下降,机体振抖
连杆轴承松旷过甚机油压力下降
进、排气门卡滞不能闭个别缸不工作,机体振抖。若排气门卡滞将造成排气管有喘气声
活塞与缸壁间隙过大,活塞环对口或抱死加机油口出现脉动冒烟,排气管冒浓蓝烟,机油消耗多,燃油消耗多但是多功率下降
排气门弹簧折断个别缸不工作,发动机抖动,不易加速
点火时间过迟燃油消耗多,功率降低

若声响中伴随着沉闷的“镗”“镗”声,或清脆的“当、当”声,或短促的“嗒、嗒”声,或细微的“涮、涮”声,或强烈的“嘎、嘎”声,即表明发动机存在不正常的异响,至于其是否严重,则可依据以下情况判断:
①声响若仅在怠速运转时存在,转速提高后即自行消失,在整个使用过程中声响又无明显的变化,则属于危害不大的异响,允许暂时存在,待适当时机再行修理。
②声响若在突然加速或突然减速时出现,而且当发动机在中、高速运转期并不消失,同时又引起机体振抖,则属于不允许再继续存在异响,应予以立即查明原因,进行排除。
③声响倘若是在运转中突然出现的,且又较猛烈,则不应使用发动机继续运转或进行试听诊断,而应立即停机拆检。一般应先拆油底壳,再拆缸盖。
(2)异响诊断的方法
①人工直观试探法。主要是借助听诊器、断火试验,结合变换节气门开度等,凭耳、眼进行行听、察异响的变化情况。在听察过程中,还要及时观察排气管冒出的烟色、烟量的变化和各仪表的工作情况等。
②仪器诊断法。因为发动机各类异响和振动的声响、声压、振幅等不同,只要发动机各摩擦副磨损,配合间隙增大或某一部分发生松动,就会产生异响与振动,形成特有的声级、声压和振幅并通过仪器反映出来。
(3)异响的确诊过程
根据异响出现的时机和连贯存在的时间来看,异响一般都分别存在于怠速或低速运转期间和高速运转期间。
当异响出现在怠速或低速运转期间,可依以下顺序进行诊断:
①用单缸断火法检查异响与缸位是否有关联。若某缸断火后异响有明显的变化,说明故障在该缸。
②若某缸断火后异响并无明显的变化,说明异响与缸位并无关系。继而应逐缸检查异响与工作循环是否有关联,判定故障出在哪一机构。
③进而再逐渐提高发动机转速,听察异响有无变化,根据异响随转速的变化,判断运动机制耗损的程度。
④此外,在诊断过程中,还应注意观察发动机温度的变化对异响的影响。
当异响出现在高速运转期间,可依以下顺序进行诊断:
①从低速逐渐提高发动机转速,直至高速运转。在此过程中,注意异响出现的时机。
②当异响出现后,使发动机稳定于该转速运转,仔细听察异响,利用单缸断火法查明缸位。
③若难以查明缸位,则应听察该异响分布的区域。
④若从低速逐渐提高转速的过程中,并不出现异响,却在急加速或急减速时出现异响,则用单缸断火法并配以速度的急剧变化,即可判明异响发生在哪个缸位。
通过上述诊断,基本可查明异响与发动机的负荷、工作循环、转速和温度之间的关系。如若异响与某种异响 特性相符合,即可作出诊断结诊。此外,在诊断过程中还应听察异响引起的振动部位及伴同的其他故障现象,注意机油压力、机油加注口和排气管等处的变化,辅以诊断故障,从而得出确诊的结论。
3.实例分析
我公司一台zlm30型装载机,在使用中驾驶员反映该机的发动机有异响,经到现场诊断发现:
①在发动机体外听察时,怠速时其异响为短促而坚实的“嗒、嗒”声;若发动机转速由怠速到中速时,异响更清晰,为连续敲击声,并且随着转速的增高,敲击声更为突出,急加速时异响明显。
②不论发动机温度高或低,异响没有变化。
③将发动机转速稳定于中速,侧耳细听时发现,异响是有规律的声响,且随着发动机转速的增加,异响频率提高。
④用单缸断火法检查时,发现解除iii缸负荷后异响减弱;解除其他缸的负荷后异响无明显变化;解除ii、iii缸和iii、iv缸的负荷后,异响减弱程度同解除ii缸负荷后的相近。
⑤将机油加注口盖打开,倾耳听察发现,异响呈清脆而音量较大的“当、当”声。
⑥在检查异响的同时,观察到机油压力偏低。
通过上述诊断、分析知:该异响与发动机的转速、负荷、工作循环有关,而与发动机的温度无关;同时,异响随转速的升高而加强,解除iii缸负荷后异响减弱,因而根据异响特性初步认为故障是iii缸的连杆轴承松旷引起,再结合异响的部位及机油压力的偏低,最终判定故障是iii缸的连杆轴承松旷,应马上进行检修。拆下连杆轴瓦后,发现ii缸的轴瓦已严重剥落,表面有轻微烧熔,其他各缸轴瓦正常;经测量,曲轴上连杆轴颈的尺寸和圆度均在要求范围内。更换了一付连杆轴承后异响消失。因该故障发现处理得早,防止了故障的扩大。同时因运用了异响特性的分析和诊断方法,正确地诊断了故障的原因,做到了有目的地拆检,及时地排除了故障。

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