谈柴油机异响特征及其变化规律

暴玉峰

(榆树市大岭镇政府农业服务科，吉林 榆树 130400)

0 引言

柴油机工作状态正常的情况下，发出的响声是一种平稳而节奏协调的声音。如果柴油机在运转过程中产生不正常声响，即表明柴油机运转异常，这种声响称为柴油机异响。有异响说明柴油机内部工况恶化，存在故障。柴油机的异响是发动机故障的重要表现形式，是判断分析故障的重要依据。熟悉柴油机异响故障特征及变化规律，有助于快速、正确地诊断柴油机故障。因而，总结各种异响的变化规律，对于研究和诊断异响相关故障有重要的指导意义。

1 柴油机异响特征

1.1 异响类型

柴油机正常运转会产生多种复杂的噪声，按其声源可分为机械噪声、空气动力噪声、燃烧噪声和电磁噪声等。柴油机内部结构的机械振动产生的噪声，是间接向大气辐射的，即通过柴油机的外表面，以及与柴油机刚性连接的部件的振动而向大气放射，因此也称之为表面噪声。表面噪声的来源有两种：由于汽缸内气体压力的周期性变化，它主要由燃烧过程决定，叫燃烧噪声；由于运动零件之间作用力周期性变化所产生的噪声称为机械噪声。燃烧噪声就其性质而言，是气体动力噪声，但从传播途径来看，它又是表面噪声的重要组成部分，因而将其归属于表面噪声。

柴油机是一种自运转系统的周期性循环机械，柴油机异响在一定时间间隔内，产生重复的声音和振动，形成辐射声。柴油机是结构复杂的运转机械，它的燃气压力通过活塞、连杆、曲轴等零件传递，并构成零件间的作用力。这些作用力使零部件在一定条件下加速，引起冲击振动，这是异响产生的动力学原因。振动经不同的传递介质，并通过多种反射、折射和相互叠加，最终表现为柴油机的表面振动。振动强度超出一定范围，即成为柴油机异响。诊断柴油机异响就是在不同的柴油机工况下，将噪声和冲击产生的振动异响区分，以获得产生异响的真正原因。

1.2 异响振动的频率和振幅

柴油机不同的零件，在不同的工况下有不同的机械振动，表现为不同异响声调，这就是异响的声响特征。声调的高低与振动频率有关，频率越高，声调越尖细；频率越低，声调越沉闷。声响的强弱由振动冲击的强度决定。振动强度越大，声响越剧烈；振动强度越小，声响越微弱。柴油机中的零部件，在不同的柴油机工况下，表现出声调的明显不同。在诊断柴油机异响时，要选择某种零件声响最明显的工况(异响的特征工况)。特征工况下异响的频率和振幅在异响的仪器诊断中常用来确定异响的声源和判断柴油机配合副的技术状况。

1.3 异响的相位

柴油机工作中燃气压力的周期性变化，会引起相关零件受力状态的周期性变化，并由此使相关零件异响出现的时刻各不相同，即相位不同。区分异响产生相位的不同，很容易将其与某缸的工作情况联系起来，通过相位分析区分产生异响的机构和汽缸。例如，曲柄连杆机构产生的异响一般与汽缸的工作情况密切相关，而配气机构的异响与汽缸工作关系不大。

在异响诊断中，常用“上缸”来区别异响的类别。“上缸”是指切断某缸的供油，使该缸的异响明显地减弱或消失。一般情况下，凡是“上缸”的异响，通常是曲柄连杆机构的零件造成的；不“上缸”的异响通常是配气机构或其他运动零件产生的。

1.4 异响在辐射面上的分布

柴油机异响的振源、传递介质、传播路径不同时，异响在柴油机辐射表面上的分布也不同。通常距振源越近，传播路径越短，传播过程中的衰减越小，则表面振动越强。实验表明，柴油机轴承异响最好在径向或轴向测量，其他机件最好在冲击振动的方向上测量。柴油机主要异响的听察部位：活塞销—连杆区域，热发动机怠速或中速运转下，声音明显如钢球相撞声；活塞—汽缸区域，冷发动机，中速交变转速下，干脆的“嗒嗒”声；气门区域，热发动机怠速或急速运转时，清晰而响亮的响声；曲轴—主轴承区域，热发动机交变转速时，低音钝哑有节奏的敲击声；曲轴—连杆轴承区域，热发动机交变中转速时，有明显敲击声，断油中断，异响即消失或明显减弱。

2 异响的变化规律

柴油机中产生异响的零件，由于其材料、尺寸与形状、工作温度与润滑条件、运动状态和运动速度、工作位置与载荷性质等条件的不同而呈现一定的规律性。异响的变化规律是指，不同的柴油机异响随转速、温度、负荷、润滑和振动的变化关系。

2.1 转速

柴油机异响诊断常在空转时进行。多数柴油机异响的特征工况有明显的特征转速，即柴油机异响在特征转速下很明显，低于或高于该转速时，异响变化不明显，或难以辨析诊断。如连杆轴承响，在1 000～1 200 r·min-1时非常易于听察，而在怠速时几乎听不到，在高速下因声响嘈杂又难以分辨。

2.2 温度

有些异响与柴油机温度有关，利用零件材料膨胀、润滑条件与温度变化的关系，可方便地区分柴油机的异响类型。如活塞与汽缸的配合间隙，冷态时较大，热态下减小。若活塞有敲缸声响，就会表现为冷态时明显，而热状态下减弱或消失的规律。又如，曲轴与轴承的异响，起动瞬时明显，冷态减弱或消失(润滑油黏度大)，随温度升高而声响加剧。

2.3 负荷

曲柄连杆机构由于直接承受混合气燃烧爆发压力，故对负荷变化敏感。通常随负荷增加，其声响明显加剧。柴油机的燃气压力波冲击也随负荷增加而增大。但配气机构的异响一般受负荷变化影响不明显。

2.4 润滑

由于曲轴的主轴承、连杆轴承直接与主油道相连，出现异响时会使润滑压力明显低于正常值。另外，活塞与汽缸、轴承与轴径的配合间隙很小，当润滑条件差时，又会加剧异响的振动冲击。

2.5 振动

有些零件发生异响时直接撞击汽缸体，如活塞敲缸响、连杆轴承响和曲轴轴承响，正时齿轮严重的啮合噪声等都会明显地反应在传播方向的机体表面上，利用区分相同缸冲击不同，柴油机异响不同，其变化规律各不相同往往成为异响诊断条件，部位的振动差异和不同表面的传播强度差异，很容易分辨出异响的汽缸、轴颈或零件。另外，当曲轴轴承松旷造成异响冲击时，在高速下能引起整个柴油机抖振现象。

3 典型异响的诊断

3.1 活塞敲缸

故障现象：“叭、叭”的金属撞击声。曲轴每转一次，上、下止点处各响一次。

故障原因：活塞与缸套配合间隙过大。

故障诊断：听诊机体活塞裙部上、下止点处，当活塞在上、下止点处换向运动时，侧向力的方向亦发生改变。在侧向力的作用下，活塞从一侧压向另一侧。由于间隙大，便产生活塞裙部拍击缸壁而发响。

3.2 活塞销异响

故障现象：(1)怠速和中速时响声比较明显、清晰，发出有节奏的“嗒、嗒”声；(2)发动机转速变化时，响声的周期也随着变化；急加速时，响声更大；(3)发动机温度升高后，响声不减弱；(4)某缸“断火”时响声减弱或消失。当恢复该缸工作时的瞬间(瞬间复火)，会出现明显的响声或连续两个响声。

故障原因：(1)活塞销与连杆小头衬套配合松旷；(2)活塞销与活塞销孔配合松旷；(3)机油压力低，润滑不良。

故障诊断：将发动机稳定在响声较强的转速，逐缸“断火”试验。当断开某缸后，响声明显减弱或消失，并在“复火”的瞬间，响声恢复，可断定此缸活塞销响。如响声非常严重，转速越高，响声越大，此时作“断火”试验，往往响声不但不消失，反而变得杂乱，其原因是配合间隙过大。

3.3 连杆轴承响

故障现象：(1)响声在机油加注口处明显，是一种中音短促的金属敲击声；(2)发动机怠速运转时无明显声响，稍高于怠速时有清晰地“嗒、嗒”敲击声，而高速时有“当、当”敲击声，急加速时声响尤为明显，连杆轴承响较曲轴主轴承声响轻缓而短促。

故障原因：(1)连杆轴承与轴颈磨损过量导致失圆，配合间隙过大；(2)连杆轴承盖紧固螺栓松动；(3)连杆轴承润滑不良，合金烧蚀脱落。

故障诊断：(1)首先检查机油压力、机油油面高度及润滑系统工作状况。因为润滑系统有故障，即使这时轴承间隙适当，也可引起轴承的敲击声；(2)在怠速时，从高速突然减速和突然加速中察听响声，响声随发动机转速升高而增大。用起子逐缸进行单缸“断火”试验。如果响声明显减弱或消失，复火时响声又恢复，此种情况可断定个别连杆轴承间隙过大而发响；(3)怠速时，响声应该较小，甚至没有，如怠速时也有明显响声，则说明轴承已严重松旷。