汽车发动机异响分析

2023-03-27陈玉洁李永禄

汽车实用技术 2023年6期

卢意，宋浩，陈玉洁，李永禄

（泰州职业技术学院，江苏泰州 225300）

发动机是现代汽车上最精密、最重要、最复杂的动力总成，包括曲柄连杆、配气两大机构和点火、启动、润滑、冷却、供给五大系统。由于其自身结构的复杂性和功能的高集成性，发动机出现故障的概率也一直是居高不下，且一旦出现故障，维修起来费时费力。发动机异响是发动机的一种典型故障，引起该故障的原因有成百上千种，如果从故障位置作为切入口，那么维修诊断工作将会非常低效。本文将会从异响声的大小、声调、频率入手，分析不同的异响声音所对应的故障现象，并提出处理方案。

1 发动机异响分析

异响是发动机出现故障的一种表现形式，不同的部位出现不同的故障会发出不同声调和频率的噪声。这样的噪声大致有以下几种表现形式：“突突”“铛铛”“嗒嗒”等，下面就各种故障现象一一分析。

1.1 发动机“突突”的异响

发动机发出“突突”的异响，可能是以下两个原因：1）发动机缺缸；2）进入气缸的混合气空燃比过小。如果是缺缸引起，那么发动机上部除了发出“突突”的异响外，应该还同时出现其他的故障现象，最为典型的是发动机抖动严重，因为发动机有一个或者多个气缸无法工作时，自身的工作平衡被打破，当轮到故障气缸做功时，没有能量输出，曲轴的转动规律改变突兀。与此同时在尾部观察排气情况，可以发现排气速率不均匀有明显的间歇且排气管也存在抖动现象。解决缺缸的故障现在主要依靠诊断仪，先读取出哪个气缸不工作，第一步检查该缸火花塞本体（图1）和电路中是否有故障，若没有检查出问题，第二步检查该缸点火线圈的本体和电路是否有故障，若仍然没有检查出问题，第三步检查该缸喷油器本体和电路是否有故障。若以上的检查均正常，则要考虑缸压是否正常，各种机械配合间隙是否失调[1]。

图1 完好和污损的火花塞

气缸的混合气空燃比过小，即日常所说的混合气过浓。通过诊断仪可以读出数据，不同的车型提醒信息不一样，但是内容一致，如雪佛兰提示“燃油修正系统富化”、丰田提示“系统空燃比太浓”等。空燃比失调的原因很多：1）空气流量传感器故障造成发动机电脑无法准确掌握进气量，进而无法根据进气量准确供油；2）氧传感器故障，该故障发生发动机既丧失了闭环控制的准确性，也缺乏自我微调供油量的能力[2]；3）进气系统通道不畅，空气滤清器被灰尘堵塞，进气管被树叶等大杂物堵塞。第四节气门步进电机功能障碍，无法正常打开到对应角度。若排除了以上配气的原因，则应考虑供油的原因，检查燃油压力调节器，核实油压是否过高。检查喷油嘴，是否泄露或损坏。

1.2 发动机“铛铛”的异响

发动机发出“铛铛”的异响，可能是以下三个原因：1）发动机敲缸；2）曲轴主轴承或连杆轴承处间隙不严或损伤；3）发动机和车架之间撞击所致[3]。

发动机敲缸时，利用听诊器可以在问题气缸上方听到清脆有节奏的“铛铛”声。异响声音跟发动机的温度有很大关联，汽车刚启动发动机温度较低，此时异响声明显，尤其是怠速状态，发动机温度上升之后异响减弱甚至消失。发动机敲缸的原因很多，以下几种出现的概率最大：1）活塞与汽缸壁之间的间隙过大，间隙过大可能是活塞装反了，也可能是气缸磨损严重（图2）。这也是敲缸异响会跟发动机温度有关的原因，温度较低时间隙较大异响明显，温度较高时间隙较小异响减弱。2）发动机润滑条件不佳，活塞与汽缸壁之间的润滑方式主要是飞溅润滑，当油底壳机油液位过低或机油粘度不良时，活塞与汽缸壁之间不能形成油膜，无法有效润滑，活塞与汽缸壁之间发生撞击。在处理敲缸故障时，首先利用听诊器确定是哪一缸，然后对该缸“断火”，此时再次听取异响，如“铛铛”声消失，则可坐实该缸敲缸。然后向该缸内人为注入少量机油，观察发动机运转后异响是否减弱或消失，若消失则润滑系统出现故障。如果加入机油后“铛铛”声没有任何改变，则应检测冷态下问题气缸活塞与汽缸壁之间的配合间隙，对照维修手册，若配合间隙过大，更换活塞或者先镗缸再更换活塞[4]。

图2 磨损严重的气缸

若“铛铛”声是由曲轴主轴承或者连杆轴承处间隙不严或损伤所致，则该声音的来源应该是气缸的下部，且随着转速的变化而发生变化。怠速时声音较轻，转速提高时声音较大，尤其是在急踩油门时，“铛铛”声最为明显。故障原因主要包括以下几个方面：1）曲轴主轴承或者连杆轴承磨损过大，轴承与轴颈之间的间隙过大，两者撞击所致[5]；2）曲轴主轴承或者连杆轴承和轴承盖之间的螺栓松动，螺栓紧固力矩达不到维修手册的规定；3）轴承润滑不良或润滑油道堵塞，轴承合金层损伤或烧蚀。出现这方面的故障，需要解体发动机，首先确认主轴承、连杆轴承与轴承盖之间收否松动，用扭力扳手将力矩加到规定值。其次检查轴承与轴颈之间配合间隙以及轴承表面的合金层是否损伤或脱落，若出现则应更换同一修理尺寸的主轴承，若轴颈磨损过度，应先修磨轴颈再配以相应级别的轴承。

若“铛铛”声来自发动机下方，即发动机和车架之间支撑点处。则很可能是两者之间的缓冲胶脱落或者老化。缓冲胶是为了减缓发动机工作时的震动加上缓冲，并兼顾固定发动机的功用。若缓冲胶脱落或老化，则发动机会与车架之间无缓冲硬碰硬地撞击，且“铛铛”会随着转速加大而增强，出现该现象应检查缓冲胶并及时补充或更换。

1.3 发动机“嗒嗒”的异响

发动机发出“嗒嗒”的异响，原因有很多种。比如有的汽车在保养时更换了高粘度的机油，新机油粘度高、循环中内阻大，这时就可以听到“嗒嗒”的声音，如果是这种情况，发出的噪音会较小，车内无法察觉，对发动机也不会造成什么不利影响。此外还有两个原因也会导致发动机“嗒嗒”异响，不及时排除的话会严重影响发动机的正常工作[6]。

气门是构成燃烧室的一部分，做功冲程时，燃烧室的温度高达2 200～2 800 K，压力升至3～5 MPa，气门头部长期处于高温高压的恶劣工作环境中。部分发动机使用的是非液压挺柱即存在气门间隙，其中进气门间隙应在0.25～0.3 mm之间，排气门间隙则为0.3～0.35 mm，气门间隙过大，不仅会影响发动机的进气和排气，还会使得配气机构的零件之间发生碰撞发出异响。在确认发动机是否是该故障时，首先此噪音应来自发动机上部，当发动机转速较低时，“嗒嗒”声频率较低声音较小，当转速升高时，噪音频率增大声贝提高。且对单缸做断火试验时，异响仍然出现。想要排除该故障，首先应拆解发动机，用塞尺检查各缸气门间隙值（图3），若超出指标，应拧紧调整螺钉直至拉动塞尺时有阻力。若气门间隙不超标，则应检查气门杆尾部断面和调整螺钉之间以及凸轮和摇臂圆弧工作面之间的磨损情况，若磨损已超标，则应更换气门、调整螺钉等相关零部件[7]。

图3 气门间隙检测

现代汽车液压挺柱逐步全面取代传统挺柱，液压挺柱的最大优点是不需要调整气门间隙。这是因为液压挺柱可以利用机油的压力、液体的不可压缩性及油缸与柱塞间的缝隙调整自身高度。液压挺柱有使用寿命，当功能衰退或发生故障时，“嗒嗒”异响发生。在发动机怠速运转时，在发动机中部、气门液压挺柱则会听到“嗒嗒”的响声。响声规律不明显，提高发动机转速后声响减弱或杂乱，高速时消失。冷车较明显，热车响声逐渐减弱。若断火试验，响声依然存在。引起液压挺柱故障的原因大致以下几种。第一机油过量或不足，机油中产生气泡，有气泡的机油在液压挺柱中，形成弹性体而产生气门脚响。第二油泵工作不良油压不足，液压挺柱中缺少润滑油，使空气进入液压挺柱中，产生气门脚响。因此，解决该故障时首先应先检查机油液位是否正常，油泵产生的机油压力是否正常。若不是以上两种，则需要拆解发动机，检查液压挺柱的密封性，重点检查挺柱的外工作表面是否磨损过度、内工作配合表面是否密封不良，必要时可直接更换新的液压挺柱。

2 维修实例

某品牌轿车，行驶里程67 000 km，发动机是2.0 L涡轮增压，车主反映近期启动车辆怠速时，发动机有“嗒嗒”的响声，经维修人员检查后发现，该车怠速和中速时响声明显，为有节奏的“嗒嗒”声。异响频率随着转速变化而变化，冷车和热车状态下的异响没有变化。检查过程中，维修人员首先用听诊器确认噪音发出位置，发现“嗒嗒”的异响来自于缸盖液压挺柱处，而且缸体内3缸的内部还有“铛铛”异响。第二步检查机油液位和加油压力，发现机油液位和机油压力均正常。第三步拆解发动机，发现凸轮轴表面呈铁锈色，各缸液压挺柱的油槽两边均有明显磨损，磨损深度超过2 mm，综上所述初步判定上部的“嗒嗒”声是液压挺柱故障所致。将 3缸的活塞连杆整体从缸体中取出，发现此发动机的活塞销是半浮式，即活塞销只可在销座内自由摆动，无法在连杆小头中自由摆动。将取出的活塞和连杆平放到桌面上，活塞销垂直于桌面，固定住活塞，用手上下拉动连杆，发现活塞销与活塞销座之间的间隙较大。于是使用专用工具，将活塞销压出来进行检查，发现该缸的活塞销两端有一半圆周磨损，将该缸的活塞销更换后，重复之前的操作，发现间隙消失。证明该缸磨损过渡的仅为活塞销，活塞销座并未磨损。与此同时将该车的全部液压挺柱和机油、汽缸垫更换后，发动机异响消失，故障排除。