汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的故障檢測和維修技術(shù)探討

摘要：近年來，我國汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，汽車成為人們出行的必備交通工具。發(fā)動(dòng)機(jī)是為汽車提供動(dòng)力的重要驅(qū)動(dòng)部件，其運(yùn)行的穩(wěn)定性直接影響整車性能。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展使其結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，其故障會(huì)影響汽車的正常使用并引發(fā)交通安全事故，而集成系統(tǒng)的應(yīng)用加大了汽車故障解決的難度，致使其可能出現(xiàn)電路機(jī)器等系列故障，因此需要研究總結(jié)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)檢測維修技術(shù)，保證汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。基于此，介紹了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行原理，歸納了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)常見故障類型原因，闡述了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障的檢測維修技術(shù)。

關(guān)鍵詞：汽車維修；發(fā)動(dòng)機(jī)故障；檢測技術(shù)

中圖分類號(hào)：U472" 收稿日期：2022-11-11

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.01.024

1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障檢修技術(shù)

進(jìn)入21世紀(jì)后汽車行業(yè)得到迅速發(fā)展，其在制造業(yè)市場占據(jù)重要地位，許多國家將汽車制造作為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。我國汽車產(chǎn)銷及保有量增長率處于世界領(lǐng)先地位，但我國汽車安全性能測試水平較低，相比英、美、法等國家汽車故障診斷技術(shù)還存在較大差距［1］。隨著人們生活質(zhì)量的提升，未來人們對(duì)車輛安全使用性能的要求會(huì)不斷提高。發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的核心部件，由于外部環(huán)境與零件磨損而導(dǎo)致發(fā)生故障，研究汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障檢修技術(shù)具有重要意義。

1.1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理

發(fā)動(dòng)機(jī)是將能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的機(jī)器，發(fā)動(dòng)機(jī)分為內(nèi)燃機(jī)與外燃機(jī)，外燃機(jī)是燃料在機(jī)器外部鍋爐內(nèi)燃燒加熱水產(chǎn)生高溫水蒸氣，并送往機(jī)器內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，內(nèi)燃機(jī)具有熱效率高、啟動(dòng)性能好等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代汽車中［2］。內(nèi)燃機(jī)燃料分為汽油機(jī)與柴油機(jī)，汽油機(jī)是將汽油噴入進(jìn)氣管道與空氣混合后吸入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸，產(chǎn)生熱能膨脹做功。柴油機(jī)利用噴油泵使柴油噴入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸與高溫空氣混合自燃產(chǎn)生熱能膨脹做功。發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力裝置決定汽車經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定性，發(fā)動(dòng)機(jī)類型按氣缸排列形式分為WV型與水平對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)等；沖程包括二沖程與四沖程內(nèi)燃機(jī)。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的連桿曲柄機(jī)構(gòu)如圖1所示。

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)包括曲柄連桿與配氣機(jī)構(gòu)，主要有燃料供給系統(tǒng)、潤滑冷卻與點(diǎn)火啟動(dòng)系統(tǒng)。曲柄連桿機(jī)構(gòu)主要由機(jī)體組、曲軸飛輪組與活塞連桿組部分，作用是提供燃燒場所將膨脹壓力轉(zhuǎn)變?yōu)榍S旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。配氣機(jī)構(gòu)主要由氣門組與傳動(dòng)組組成，氣門組包括氣門導(dǎo)管與彈簧等零件，應(yīng)保證氣門對(duì)氣缸的密封性［3］；傳動(dòng)組包括正時(shí)齒輪、搖臂軸及導(dǎo)推桿等，配氣機(jī)構(gòu)功能是按發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)工作循環(huán)定期啟閉進(jìn)排氣門，在壓縮與膨脹行程中保證燃燒室的密封。點(diǎn)火系統(tǒng)是汽油機(jī)的重要部分，是在火花塞兩電極間產(chǎn)生電火花的設(shè)備，通常包括發(fā)電機(jī)、蓄電池與點(diǎn)火線圈等。汽柴油活塞式內(nèi)燃機(jī)將燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出動(dòng)力，柴油機(jī)熱效率高、經(jīng)濟(jì)性能好。汽柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理不同，柴油機(jī)采用壓縮終點(diǎn)壓燃著火。發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞是通過活塞銷與連桿端鉸接的。

1.2 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障檢測技術(shù)的發(fā)展

汽車是復(fù)雜的機(jī)電一體化系統(tǒng)，其基本技術(shù)性能與發(fā)動(dòng)機(jī)性能相聯(lián)系，發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在使用中承受各種壓力導(dǎo)致故障率較高［4］。汽車檢修技術(shù)是改革汽車維修制度的基礎(chǔ)，早期汽車維修采用事后維修定期強(qiáng)制保養(yǎng)方式，隱含對(duì)人身安全的威脅與造成財(cái)產(chǎn)損失的危機(jī)，目前廣泛采用狀態(tài)維修制度減少不必要的拆卸，以提高機(jī)器的可靠性。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，維修任務(wù)量不斷加大，單純憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行維修不適合現(xiàn)代汽車技術(shù)的要求，因此加強(qiáng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障檢修技術(shù)的研究非常重要。

發(fā)展汽車故障診斷技術(shù)是提高維修效率的迫切需要，20世紀(jì)中期工業(yè)發(fā)達(dá)國家形成故障診斷為主的單項(xiàng)檢測技術(shù)，隨著汽車技術(shù)的進(jìn)步，汽車檢測技術(shù)大量應(yīng)用聲光電理化結(jié)合的檢測診斷技術(shù)［5］。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集處理自動(dòng)化等功能的汽車檢測儀器，工業(yè)發(fā)達(dá)國家的汽車檢測診斷管理實(shí)現(xiàn)了制度化，檢測技術(shù)向智能化方向發(fā)展。隨著電子工業(yè)的興起，近年來發(fā)動(dòng)機(jī)診斷系統(tǒng)向在線實(shí)時(shí)方向發(fā)展。汽車故障診斷儀在發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷中得到廣泛應(yīng)用，專用故障診斷儀功能日益強(qiáng)大。目前汽車故障診斷方法包括規(guī)則診斷法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。電控系統(tǒng)診斷技術(shù)發(fā)展趨勢是應(yīng)用汽車局部網(wǎng)加強(qiáng)診斷技術(shù)，將模糊集理論、混沌理論結(jié)合起來為故障分析開辟了新的途徑，微機(jī)成為提高診斷技術(shù)的自動(dòng)化水平的重要工具。

2 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)常見故障診斷檢修技術(shù)

近幾年隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車成為人們出行的重要交通工具［6］。乘用車銷量攀升推動(dòng)了售后服務(wù)市場的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)長期運(yùn)行的磨損故障會(huì)危害駕駛?cè)说陌踩l(fā)動(dòng)機(jī)在使用中出現(xiàn)各種故障，其電子系統(tǒng)故障診斷對(duì)使用者技術(shù)水平要求高，傳統(tǒng)僅靠經(jīng)驗(yàn)診斷的方式不能滿足現(xiàn)代汽車電子系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷的要求，要針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)故障類型原因采取相應(yīng)的處理措施，因此需要加強(qiáng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)常見故障診斷維修技術(shù)的研究。

2.1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障檢修方法

汽車性能是在自有配置下表現(xiàn)的工況特征，包括動(dòng)力性經(jīng)濟(jì)性與可靠性方面。我國發(fā)動(dòng)機(jī)水平相比先進(jìn)國家存在較大差距，表現(xiàn)為產(chǎn)品加工精度低，這增大了發(fā)動(dòng)機(jī)故障的幾率。汽車運(yùn)行中零件摩擦副因工作表面相互接觸、摩擦而使零件工作層逐漸磨耗，最終導(dǎo)致零件工作異常［7］。

汽油發(fā)動(dòng)機(jī)故障有多種類型，按工程通用分為機(jī)械電氣與外來干擾故障等，按發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)分類包括機(jī)體組故障，配氣機(jī)構(gòu)與點(diǎn)火冷卻潤滑系統(tǒng)故障等。發(fā)動(dòng)機(jī)工作中通過外力轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，故障檢修需要建立檢測診斷思路，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)常見故障包括電控冷卻系統(tǒng)等，電控系統(tǒng)故障人工檢測需要結(jié)合維修人員經(jīng)驗(yàn)選擇合適的故障檢測技術(shù)，出現(xiàn)儀表燈不顯示等情況可以判定為蓄電池問題［8］。要通用電子診斷技術(shù)及時(shí)了解電子點(diǎn)火器運(yùn)行情況，需要通過檢測儀檢測結(jié)果來分析故障原因。

冷卻系統(tǒng)故障包括發(fā)動(dòng)機(jī)過熱漏水等，通過紅外測溫計(jì)測量冷卻系統(tǒng)溫度來判斷水溫差從而表明系統(tǒng)散熱性存在問題，冷卻液溫度出現(xiàn)偏大需要測量機(jī)油的油量。發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷是檢測汽車故障的便攜式智能故障自檢儀，可以通過液晶顯示屏顯示故障信息，如圖2所示。故障診斷儀是維修中的重要工具，具有讀取清除故障碼、匹配設(shè)定與編碼等功能。發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷基本方法包括詢問用戶故障時(shí)間、現(xiàn)象及原因等，確定故障范圍，調(diào)出故障碼檢查故障內(nèi)容，檢修接頭是否松動(dòng)脫落，驗(yàn)證故障是否排除，根據(jù)故障現(xiàn)象逐個(gè)檢查元件的工作性能。

2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)主要故障檢測維修

汽車有故障時(shí)，零部件失去工作能力需要及時(shí)修復(fù)更換。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)工作中由于零部件磨損等因素引起系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劣化失效，使系統(tǒng)故障特征在傳播中發(fā)生扭曲，將原始故障表現(xiàn)為多個(gè)子系統(tǒng)故障。發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)易引發(fā)交通安全事故，故障檢測時(shí)需檢查部件的性能是否滿足整車需求。發(fā)動(dòng)機(jī)故障類型分為電控機(jī)械與電氣系統(tǒng)，電氣故障現(xiàn)象為啟動(dòng)困難、加速無力等，故障檢測根據(jù)工況確定工作異常原因，發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)故障包括驅(qū)逐位置傳感器等。

發(fā)動(dòng)機(jī)常見故障表現(xiàn)為冷卻系統(tǒng)狀況不良等，啟停系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要構(gòu)成部分，發(fā)動(dòng)機(jī)啟停系統(tǒng)故障概率較高，發(fā)動(dòng)機(jī)所用電池為蓄電池，蓄電池電量不足導(dǎo)致電源故障。電路故障可導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難，存在點(diǎn)火故障時(shí)利用正常方式不能啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)未充分燃燒氣體進(jìn)入曲軸箱內(nèi)導(dǎo)致零部件潤滑困難，應(yīng)結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)使用情況定期更換機(jī)油，避免油道堵塞導(dǎo)致點(diǎn)火失敗。發(fā)動(dòng)機(jī)處于啟動(dòng)狀態(tài)溫度升高，由于發(fā)動(dòng)機(jī)器件老化造成供電難度加大，要借助智能儀器排除溫度異常故障，發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪組件出現(xiàn)老化，發(fā)生溫度異常故障表明發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)異常。用戶使用汽車后聽到發(fā)動(dòng)機(jī)異常聲音，出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)供油不足與周圍零部件碰撞產(chǎn)生異常振動(dòng)。噪音故障發(fā)生初期不會(huì)對(duì)汽車產(chǎn)生很大影響，駕駛?cè)藛T發(fā)現(xiàn)噪音故障后要及時(shí)檢修。

3 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障處理與維護(hù)保養(yǎng)

現(xiàn)代汽車電子化程度不斷提高，使汽車的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能日趨復(fù)雜，控制系統(tǒng)發(fā)生故障對(duì)維修人員知識(shí)經(jīng)驗(yàn)提出了更高的要求。為提高發(fā)動(dòng)機(jī)故障檢測維修效率，各國汽車公司投入大量資金對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的故障診斷進(jìn)行研究。我國汽車電子工業(yè)落后于發(fā)達(dá)國家，研究汽車故障與維護(hù)對(duì)提高我國汽車檢修技術(shù)具有重要意義。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷理論隨著汽車技術(shù)的進(jìn)步逐步完善，建立系統(tǒng)科學(xué)的故障診斷理論體系成為故障診斷技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障處理要分析故障原因，注意加強(qiáng)日常維護(hù)保養(yǎng)。

汽車機(jī)械系統(tǒng)故障特點(diǎn)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)過程中，機(jī)械系統(tǒng)在不同時(shí)刻的觀察數(shù)據(jù)通常不重復(fù)，只能從統(tǒng)計(jì)意義上比較其差異。汽車機(jī)械系統(tǒng)故障具有離散型連續(xù)性、突發(fā)性與隨機(jī)性等特性，零部件相互耦合決定總成故障的多層次性。故障診斷是模式分類與識(shí)別問題，系統(tǒng)包括信息獲取、特征提取與識(shí)別部分。圖3所示為故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。隨著信號(hào)分析技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備振動(dòng)診斷法成為廣泛采用的故障診斷方法，由于某些故障特征淹沒于背景噪聲中，故障診斷特征提取方法成為信號(hào)分析法結(jié)合的故障特征提取方法，隨著信號(hào)處理相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，信號(hào)處理方法向小包分析法等方法轉(zhuǎn)變。

發(fā)動(dòng)機(jī)故障通常表現(xiàn)為聲響異常、溫度過高、油耗過大與外觀異常等。發(fā)動(dòng)機(jī)故障檢測要遵循先外后內(nèi)的原則，現(xiàn)代檢測方法包括綜合診斷法等。為找出機(jī)械電氣電控故障原因，發(fā)動(dòng)機(jī)要及時(shí)維護(hù)保養(yǎng)，以延長其使用壽命，注意空氣濾清器是否及時(shí)清理等問題。發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)中應(yīng)定期清潔，避免殘存雜質(zhì)堵塞。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)未燃燒氣體進(jìn)入曲軸箱形成油泥，日常保養(yǎng)工作要保證發(fā)動(dòng)機(jī)清潔。針對(duì)啟停故障檢測要找到故障原因，電池外表正常需進(jìn)行充放電實(shí)驗(yàn)，充電后裝回原位解決故障。檢測表明啟停故障非電源原因時(shí)，要更換保險(xiǎn)絲與開關(guān)，解決電路保險(xiǎn)絲熔斷故障。可以憑經(jīng)驗(yàn)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)噪音故障原因，維修人員可根據(jù)智能檢修設(shè)備判斷并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)判斷故障原因，需要使用短接火花塞維修，利用ECU檢測法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)詳細(xì)檢查。

4 結(jié)語

發(fā)動(dòng)機(jī)是將旋轉(zhuǎn)性和往復(fù)性運(yùn)動(dòng)結(jié)合的機(jī)械設(shè)備，其復(fù)雜結(jié)構(gòu)與較差工作運(yùn)行環(huán)境導(dǎo)致具有較高的故障率，發(fā)動(dòng)機(jī)廠家在成品出廠前進(jìn)行多項(xiàng)嚴(yán)密診斷檢測。不同故障產(chǎn)生原因不同，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的聲音信號(hào)反映出狀況性能，很多發(fā)動(dòng)機(jī)故障問題造成不同異常聲響，對(duì)不同異響信號(hào)分析診斷可以減低發(fā)動(dòng)機(jī)故障的嚴(yán)重性，日常使用中要利用專業(yè)檢測儀器設(shè)備監(jiān)測故障分析原因，充分利用信息技術(shù)提高發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測能力。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)故障維修技術(shù)需要具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，相關(guān)企業(yè)可以協(xié)同學(xué)校開展新技術(shù)設(shè)備培訓(xùn)，有效提升維修人員的技術(shù)水平。

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作者簡介：

邱祖漢，男，1974年生，技師，研究方向?yàn)樾履茉雌嚒?/p>