汽車發(fā)動機(jī)冷機(jī)起步異響問題的分析

□ 胡 廣 □ 喬彥超 □ 陳麗霞 □ 湯守哲

寧波吉利羅佑發(fā)動機(jī)零部件有限公司 浙江寧波 315336

1 問題情況

汽車發(fā)動機(jī)在運(yùn)行中常見的質(zhì)量問題為活塞敲缸故障,短期敲缸產(chǎn)生的異響會影響發(fā)動機(jī)品質(zhì),長期敲缸會損壞汽缸體缸壁,導(dǎo)致汽缸體變形,甚至損壞,給汽車帶來危害。研究發(fā)現(xiàn),活塞在汽缸體內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動,活塞的軌跡偏離時,活塞的裙部與缸孔內(nèi)壁發(fā)生碰撞,從而會產(chǎn)生異響。

某款三缸汽車發(fā)動機(jī)在工廠進(jìn)行靜態(tài)評價時,主觀評價存在冷機(jī)起步敲擊聲,熱機(jī)后異響消失。共評價五臺發(fā)動機(jī),兩臺出現(xiàn)異響。

2 故障分析

打開發(fā)動機(jī)艙蓋,通過人耳聽覺初步鎖定異響聲由發(fā)動機(jī)產(chǎn)生。通過專業(yè)設(shè)備對發(fā)動機(jī)異響位置進(jìn)行檢測,如圖1所示。

對冷機(jī)起步敲擊聲頻率進(jìn)行分析,分析得到寬頻頻率為1 300～1 900 Hz,中心頻率為1 640 Hz,如圖2所示。

對冷機(jī)起步敲擊時刻進(jìn)行分析,異響階次為0.5階,第一次敲擊異響聲在1缸上止點后30°的時刻,第二次敲擊異響聲在2缸上止點后24°的時刻。

▲圖1 發(fā)動機(jī)異響位置檢測

通過對敲擊頻率及敲擊時刻進(jìn)行分析,活塞在汽缸上止點換向時,活塞的裙部與缸孔內(nèi)壁出現(xiàn)碰撞,產(chǎn)生異響。

3 故障鎖定

發(fā)動機(jī)缸體結(jié)構(gòu)如圖3所示。從圖3中可見異響時刻活塞裙部大點位置與缸體頂面距離。

對活塞敲擊零部件進(jìn)行復(fù)現(xiàn)驗證,鎖定異響點。對異響發(fā)動機(jī)及不異響發(fā)動機(jī)分別進(jìn)行振動與噪聲檢測評價。對異響發(fā)動機(jī)及不異響發(fā)動機(jī)零部件進(jìn)行交叉驗證,將異響發(fā)動機(jī)缸體總成與不異響發(fā)動機(jī)缸蓋總成組裝為發(fā)動機(jī),經(jīng)過評價,發(fā)動機(jī)仍存在異響,說明異響跟隨缸體總成發(fā)生。對異響發(fā)動機(jī)活塞組件與不異響發(fā)動機(jī)缸體組件進(jìn)行振動與噪聲測試,發(fā)動機(jī)異響消失。兩次復(fù)現(xiàn)驗證變化點為,缸孔與活塞配合間隙、曲軸與主軸孔軸瓦間隙發(fā)生變化,說明問題點為缸孔與活塞配合間隙、曲軸與主軸孔軸瓦間隙。結(jié)合振動與噪聲測試對敲擊頻率和時刻進(jìn)行的分析,確定問題為缸孔與活塞配合間隙造成敲擊異響。對異響發(fā)動機(jī)更換不同尺寸的活塞進(jìn)行驗證評價,經(jīng)過尺寸檢測,異響發(fā)動機(jī)的缸孔與活塞配合間隙為0.083 mm,振動與噪聲測試評價發(fā)動機(jī)有異響。對異響發(fā)動機(jī)更換活塞,調(diào)整發(fā)動機(jī)的缸孔與活塞配合間隙在0.059 mm范圍內(nèi),對發(fā)動機(jī)進(jìn)行振動與噪聲測試,評價結(jié)果為發(fā)動機(jī)異響消失。通過振動與噪聲測試評價及零部件復(fù)現(xiàn)驗證,結(jié)合不同缸孔與活塞配合間隙,確定異響原因為缸孔與活塞配合間隙偏大。

▲圖2 發(fā)動機(jī)冷機(jī)起動敲擊聲頻率分析

▲圖3 發(fā)動機(jī)缸體結(jié)構(gòu)

4 零部件尺寸分析

對零部件相關(guān)尺寸進(jìn)行排查,分析是否由尺寸不合格造成缸孔與活塞配合間隙偏大。

汽缸體缸孔直徑見表1,檢測尺寸無異常。

表1 汽缸體缸孔直徑

汽缸體缸孔圓柱度見表2,檢測尺寸無異常。

表2 汽缸體缸孔圓柱度 mm

活塞裙部直徑見表3,檢測尺寸無異常。

表3 活塞裙部直徑 mm

結(jié)合零部件尺寸檢測,通過故障復(fù)現(xiàn)及振動與噪聲測試評價,可以確認(rèn)異響原因為缸孔與活塞配合間隙過大,導(dǎo)致活塞換向時敲擊缸孔內(nèi)壁,產(chǎn)生異響。

5 整改對策

發(fā)動機(jī)的缸孔與活塞配合間隙在偏大范圍,于是對對應(yīng)機(jī)型發(fā)動機(jī)的缸孔與活塞配合間隙上限數(shù)值進(jìn)行微調(diào),將現(xiàn)有缸孔與活塞配合間隙范圍由0.048～0.076 mm優(yōu)化調(diào)整為0.03～0.058 mm。具體為保持缸孔直徑不變,對活塞裙部直徑進(jìn)行調(diào)整。

對于缸孔與活塞配合間隙,三缸統(tǒng)一調(diào)整為上限0.058 mm,在常溫狀態(tài)下進(jìn)行振動與噪聲測試,發(fā)動機(jī)異響消失。

對于缸孔與活塞配合間隙,三缸統(tǒng)一調(diào)整為上限0.058 mm,在-20 ℃低溫狀態(tài)下進(jìn)行振動與噪聲測試,發(fā)動機(jī)異響消失。

發(fā)動機(jī)缸孔與活塞配合間隙三缸均調(diào)整至0.029 mm,進(jìn)行拉缸試驗。發(fā)動機(jī)活塞兩側(cè)裙部均無異常磨損,缸孔進(jìn)排氣側(cè)內(nèi)壁均無異常拉傷、磨痕。可見對應(yīng)缸孔與活塞配合間隙滿足發(fā)動機(jī)運(yùn)行要求。

調(diào)整缸孔與活塞配合間隙后,小批量試裝進(jìn)行振動與噪聲測試。共評價15臺發(fā)動機(jī),均無異響問題,整改有效。

6 結(jié)束語

針對某款三缸汽車發(fā)動機(jī)的冷機(jī)起步異響問題,通過振動與噪聲測試設(shè)備對聲音頻率和階次進(jìn)行分析,確定異響位置。根據(jù)故障模式確定異響原因,通過設(shè)備識別并結(jié)合故障復(fù)現(xiàn)驗證,最終鎖定缸孔與活塞配合間隙偏大為故障原因。通過試驗驗證,該發(fā)動機(jī)的缸孔與活塞配合間隙變更為0.03～0.058 mm,解決了發(fā)動機(jī)冷機(jī)起步異響問題。