汽車發動機的維修和保養技術

摘要：汽車是人們出行的重要交通工具，發動機是汽車的核心部件，發動機長期運行磨損導致出現故障會危害駕駛人的安全，加強保養維護對提升發動機性能具有重要意義。據此，介紹了汽車發動機結構原理，并從曲軸磨損破壞、冷卻系統破壞等方面總結了發動機常見的故障類型及原因，探討了汽車發動機維修保養技術方法。

關鍵詞：汽車發動機;維修保養;技術

中圖分類號：U472收稿日期：2022-05-23

DOI：10.19999lj.cnki.1004-0226.2022.07.028

1 汽車發動機故障診斷技術研究

隨著汽車工業的快速發展，我國汽車保有量迅速增加，為工農業生產帶來很大的便利。汽車是復雜的機械電子系統，發動機是汽車的動力源，汽車技術性能與發動機相關性能有較大聯系，發動機單位里程配件消耗占比最大山。隨著電子控制系統的日趨復雜，維修行業對汽車維修技術要求不斷提高。發動機電子系統故障診斷對使用者技術水平要求高，國內大部分修理企業不能達到專業水平，一些低水平診斷設備在市場泛濫，影響發動機故障快速診斷維修，因此需要加強對發動機故障診斷維修與保養技術研究，保證汽車發動機運行安全。

1.1汽車發動機結構原理

發動機是為汽車提供動力裝置，決定了汽車經濟穩定性，根據其動力源分為汽柴油與電動發動機。汽柴油往復活塞式內燃發動機將燃料化學能轉化為機械能輸出動力，汽油機質量小、制造成本低;柴油機熱效率高、經濟性能好[2]。發動機大多為熱能動力裝置，發動機類型有多種，根據進氣系統工作方式分為渦輪機械增壓與自然吸氣式，按氣b7de0de43b673137680904a1a8fbc6e21c545c97b9bb1992d5841c343596ad13缸排列形式分為WV型與水平對置發動機等;依據冷卻方式分為水風冷發動機，水冷發動機廣泛應用于現代汽車制造;活塞運動方式有往復與旋轉式，沖程包括二沖程與四沖程內燃機，汽車發動機如圖1所示。

汽柴油發動機工作原理結構存在差異，四沖程汽油機是空氣與汽油按比例混合氣吸入氣缸，經壓縮點燃產生熱能推動活塞往復運動對外生成機械能。四沖程柴油機工作循環包括進排氣與壓縮做功沖程，柴油機自燃溫度低，采用壓縮終點壓燃著火。發動機結構包括曲柄連桿與配氣機構，主要部件包括氣缸體、活塞銷等，氣缸為往復式內燃機工作腔，氣缸內往復運動活塞通過活塞銷與連桿端鉸接，曲軸由氣缸體軸承支承，活塞在氣缸內往復運動連桿推動曲軸旋轉。連桿軸頸在曲軸箱內作圓周運動，曲軸轉動活塞運行氣缸容積變化循環，通過排氣門開閉實現進排氣，凸輪軸由曲軸通過齒形帶驅動。曲柄連桿機構將燃料燃燒后產生氣壓經連桿轉變為轉矩，利用飛輪慣性完成輔助行程。

1.2 發動機故障診斷技術發展

隨著汽車保有量的增加，對汽車行駛狀態監測成為核心研究內容。隨著電子工業的興起，使用真空表等儀器分析發動機性能提升診斷準確性，存在工作效率低等問題。近年來，微型計算機技術快速發展，出現計算機程控系統車輛檢測診斷系統，發動機診斷系統向在線實時方向發展4。我國汽車遠程監控方面研究起步較晚，目前處于理論研究階段，某些院校設立汽車遠程故障診斷宣傳站點提供汽車診斷服務。

工業設備故障診斷技術學科自上世紀60年代后發展，經歷早期人工診斷技術，自動檢測為主常規診斷技術與人工智能診斷技術階段。隨著汽車工業的發展，電控系統不斷增多，汽車電控系統控制器通常設計故障自診斷功能，可以自動診斷系統故障通過通信端口輸出故障信息，借助故障指示燈可方便讀出電控系統工作狀態，隨著電子技術的發展，專用故障診斷儀功能日益強大5。由于汽車電子技術的發展，電控系統裝車數量不斷增多，汽車電控系統診斷技術未來發展趨勢是增強在線診斷系統對汽車運行狀態監視功能，提高在線診斷系統對突發性故障的處理能力，應用汽車局部網加強診斷技術研究。目前汽車故障診斷方法包括基于故障樹診斷法、規則診斷法與人工神經網絡法等。

汽車故障診斷技術最早始于發達國家，國外對發動機故障檢測已有多種專門技術設備。由于人工智能技術的發展，機器學習算法應用于發動機故障診斷，采用汽車故障診斷儀來診斷發動機故障得到廣泛應用。由于我國汽車工業水平落后于發達國家，國內汽車發動機故障診斷技術起步較晚。上世紀60年代開始我國開始汽車故障診斷技術研究，一些科研院所研究汽車故障診斷取得一定成果。目前常用發動機故障診斷方法包括人工直觀實驗法、專家系統診斷法等。

2 發動機故障維修保養技術

隨著現代技術的快速發展，為滿足消費者對車輛舒適度可靠性要求，車輛電子技術日益普遍，車輛結構系統復雜，運行中通過燃燒做功產生動能，零部件應力交替產生，機械磨損發生導致故障率增加，發動機故障原因較多，發動機是承擔整車運行的重要部分，是出現故障造成破壞最大的部件，發動機故障率約占汽車總成的30%，需要總結分析發動機常見故障類型原因，研究發動機故障維修保養的有效措施[7]。

2.1 發動機故障分析維修

故障是設備工作中喪失規定功能的現象，汽車故障是零部件失去工作能力需要及時修復更換，發動機故障指機械電氣部件發生失效損壞，故障診斷是汽車存在故障隱患喪失工作能力，為確定技術狀況進行檢測分析判斷，發動機故障診斷是對部件進行機械電氣檢查且診斷性能是否滿足整車需求[8]。發動機故障是由于設計要求出現疲勞強度等材料性問題，以及發動機運行中產物對結構影響等所致，故障與發動機內部機油燃油系統等使用條件有關。

隨著電控技術在發動機上的普遍應用，現代發動機采用先進的VVT技術等，發動機機械結構發生調整，如出現變進氣管等，為發動機故障診斷帶來很大考驗。發動機故障類型分為電控機械與電氣系統，常見機械故障包括配氣機構、曲柄連桿機構、潤滑冷卻與燃油系統故障等。發動機電氣故障包括與ECU有關線束，出現發動機電氣故障現象為啟動困難、怠速不穩、加速無力等，原因可能是分缸高壓線漏電短路、分電器蓋漏電、火花塞工作不良等造成缺火，分缸高壓線次序插錯造成點火次序與發動機配氣順序不一致。

故障診斷方法是根據不同工況確定工作異常原因，發動機怠速穩定行駛無力、加速發悶等表明點火時間晚。發動機起動出現曲軸反轉加速伴有清脆金屬敲擊聲表明點火時間早，應將分電器殼體順旋轉方向調整減小點火提前角。發動機電控系統故障可能存在于驅逐位置傳感器、冷卻液溫度傳感器、進氣溫度傳感器、凸輪軸位置傳感器等之中。

發動機常見故障表現為冷卻系統狀況不良、曲軸箱油泥易產生磨損、機油變質導致濾芯不通等。發動機運作中氣缸內未充分燃燒氣體經活塞縫隙進入曲軸箱內，磨損產生金屬粉末與氧化物混合形成油泥，堵塞濾清器油孔導致零部件潤滑困難;機油使用中發生油質變化，變質機油通過機油濾芯細孔將雜質帶入濾清器，撐破機油濾芯從旁通閥到達機器潤滑部位引起磨損，應結合發動機使用情況定期更換機油避免引發故障。汽車燃油燃燒前由供油路徑通向燃燒室，在噴油泵形成膠質沉積影響燃油在油道內流動，造成發動機性能不穩定等情況，應避免油道堵塞使燃油供給壓力不足導致點火失敗。

2.2 發動機檢測保養

發動機故障檢測要遵循一定的原則方法，發動機故障排除堅持先外后內、先簡后繁的原則。單一檢測方法不能滿足多種類型故障檢測，實際檢測中要綜合運用多種方法，現代檢測方法包括儀器設備法、綜合診斷法、人工經驗法等。發動機故障診斷程序為了解發動機情況正確分析修理，找出發動機機械電氣電控故障原因，基于現代控制理論檢測法排查故障，將維修后期保養信息存儲在ECU中避免發生類似故障，出現類似故障后ECU給出正確維修方法促進現代故障診斷的快速發展。

發動機要及時維護保養延長使用壽命，避免發動機大修而節省人力物力，要熟悉發動機易出現故障部位、定期檢查機械結構，注意傳感器輸出數據是否正確、空氣濾清器是否及時清理等問題，減少故障發生率。發動機保養要注意定期清潔進氣燃油系統，更換機油濾芯，保養冷卻系統。潤滑油是發動機工作的基礎，要根據發動機設計使用相應質量等級的潤滑油，如進排氣系統附加裝置選用SD-SF級汽油機油，選用標準不低于發動機生產設計規定要求;發動機進氣系統分為濾芯與進氣道，濾芯不清潔發動機不能正常運行，應加大定期清潔避免機油通過細孔殘存雜質堵塞，利用高壓氣體向外吹出灰塵。發動機運轉時燃燒室高壓未燃燒氣體經活塞環進入曲軸箱形成油泥，油泥量大從油中析出堵塞油孔，導致發動機油耗增大發生拉缸，保證發動機清潔是日常保養的重要工作。

3 汽車發動機故障維修診斷系統

隨著發動機技術的發展，新材料新技術新工藝大量引入，這提升了發動機性能，同時使保養維修難度復雜性提升，對維修人員素質提出了較高的要求。傳統維修方式下，人員的經驗知識是確定發動機故障原因的主導因素，現代汽車發動機結構系統復雜，單靠人工經驗檢測診斷維修效率低。目前故障診斷設備智能化提高，發動機設計等部門在生產中積累了大量故障診斷文本知識數據，利用數據為發動機故障診斷維修具有重要意義。因此，需要設計應用智能電子信息系統，提高發動機故障診斷處理效率。

3.1 發動機故障檢修系統分析

汽車遠程故障診斷系統是車輛行駛中獲取故障信息，再上傳至數據處理中心，并進行復檢提示，協助車主安排維修的系統。通過車聯網構架實現遠程數據共享，利用維修專家技術優勢提供遠程診斷監控等服務，系統由數據采集智能診斷等構成，通過安裝在車輛OBD接口在線監測模塊讀取總線傳輸ECU工作信息，按數據協議將信息封裝，服務中心將接收數據信息解析，確定故障類型原因后判斷處理最佳方案，協助4S店分析故障情況，將診斷結果與鄰近維修網點告知車主完成故障維修工作。

汽車電子故障診斷系統包括遠程傳輸模塊、車輛信息管理服務中心等模塊，實現診斷功能核心模塊包括專家系統知識庫等。汽車遠程故障診斷系統設計主要是車載數據采集終端，由主控模塊、數據存儲介質等組成，通常將GPS定位接收模塊等集成在硬件結構中。車載數據采集終端利用嵌入式ARM主控系統，協議轉換系統支持SAEJ1850、IS09141等主流汽車通信協議實現數據鏈路層自動控制，通過串口進行數據收發。采集故障信號遠程傳輸需要選擇適合的通信技術為載體，依托電信通信協議選取適合的方案應用于故障診斷系統，安全及時是車輛功能設計的首要因素，采用技術成熟易于開發的方案設計適合遠程故障診斷系統，車載終端設備集成GPRS/3G無線傳輸模塊，將手機SIM卡嵌入模塊實現車輛自主診斷功能。方案車載終端帶有直接實現無線GPRS/3G通信SIM卡，降低使用維護成本。汽車遠程故障診斷系統如圖2所示。

車輛信息管理服務中心是遠程故障診斷系統判定核心部分，包括監控管理等服務器，為管理遠程診斷網提供智能診斷服務，提醒用戶實施維護保養等操作，涉及無線通信接收等模塊的設計。車輛信息管理服務中心需要建立大量服務器系統，通過建立服務器數據庫分析汽車運行狀態，各品牌汽車有嚴格保密的核心通信協議，目前未建立實現多種車型的遠程監控系統，在用的僅有少量的小規模汽車遠程監控系統。車輛信息管理中心核心業務是車輛故障診斷，目前業務難點是故障數據處理效率低，需要研究診斷方法提高遠程故障診斷系統的實用性。

3.2 發動機故障診斷系統實驗應用

發動機工作中工況隨點火系統運行變化，監測發動機點火系統工作特征對故障識別非常重要。由于駕駛員習慣不同導致火花塞老化時間差異，點火能量低對車輛行駛性能造成影響，高速無力等故障損害發動機性能，國內外學者對火花塞間隙在線監測研究較少，研究通過發動機點火系統故障實驗驗證診斷系統性能影響。實驗思路是采集發動機次級點火波形數據，將處理后的故障信息通過發動機故障系統進行遠程傳輸，檢驗系統能否穩定發動客觀評價，是否滿足預期，包括發動機故障診斷系統性能實驗等。

發動機數據采集實驗采集真實數據替代現有車內網傳輸數據，使用電子點火系統發動機工作正常間隙范圍為0.6～0.8cm，實驗對均勻速度變換工況采集相應次級點火波形數據，發動機每兩轉為一周期，使用Pico-scope示波器采集怠速工況。遠程故障診斷性能實驗驗證發動機波形數據預處理效果，利用CANoe讀取實驗采集發動機數據，通過CANoe仿真系統模擬整車總線環境，利用QXDM軟件可監控T-Box工況，獲取遠程故障診斷系統運行時間。

試驗表明小波閾值分析法提取次級點火波形故障清晰，可作為汽車遠程故障診斷系統預處理方法，對火花塞間隙過大情況識別準確度高于標準范圍內情況。利用系統傳輸車內總線故障數據并記錄故障信息報送平均時間間隔，增加診斷系統對火花塞間隙識別能力，提高診斷適用范圍。

4 結語

隨著社會經濟的發展，汽車行業得到蓬勃發展。發動機是汽車構造的重要部分，使用中由于各種原因出現故障，需要注意定期保養維護，保證發動機系統正常運行。發動機實際工作中發生多種故障，由于結構復雜導致排除難度大，利用專業檢測儀器設備監測故障分析原因，充分利用大數據等信息技術提高發動機狀態檢測能力具有重要意義。

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作者簡介：

薛勇，男，1971年生，高級講師，研究方向為職業教育。