汽車發(fā)動機(jī)機(jī)械系統(tǒng)故障診斷分析

艾國政 尤勇 李巖

摘要：汽車發(fā)動機(jī)的可靠性和故障率直接影響著行車體驗(yàn)，適時地進(jìn)行發(fā)動機(jī)機(jī)械系統(tǒng)故障診斷分析可以有效地提升其可靠性、降低其故障率。以事實(shí)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)進(jìn)行的診斷分析方式，往往在定位故障問題的精確度，以及對故障的維修度上有所欠缺?；诖耍疚倪M(jìn)行汽車發(fā)動機(jī)機(jī)械系統(tǒng)故障的診斷分析。首先概述汽車發(fā)動機(jī)機(jī)械系統(tǒng)故障診斷分析的基本流程以及方法，其次根據(jù)發(fā)動機(jī)機(jī)械故障的損傷類型，并提出相應(yīng)的故障診斷以及故障維修的策略。

Abstract： The reliability and failure rate of automobile engines directly affect the driving experience， and timely diagnosis and analysis of engine mechanical system failures can effectively improve its reliability and reduce its failure rate. Diagnosis and analysis methods based on facts and experience often lack the accuracy of locating faults and the degree of maintenance of faults. Based on this， this paper conducts the diagnosis and analysis of the automobile engine mechanical system failure. Firstly， it summarizes the basic process and methods of failure diagnosis and analysis of automobile engine mechanical system. Secondly， according to the damage type of engine mechanical failure， the corresponding failure diagnosis and failure maintenance strategies are proposed.

關(guān)鍵詞：汽車發(fā)動機(jī);機(jī)械系統(tǒng);故障診斷

Key words： automobile engine;mechanical system;fault diagnosis

中圖分類號：U471.23? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）17-0154-02

0? 引言

汽車故障診斷技術(shù)是指在不拆解整車的情況下，根據(jù)汽車運(yùn)行過程中所出現(xiàn)的問題，對故障原因、故障部位進(jìn)行定位、分析的汽車應(yīng)用型技術(shù)。汽車發(fā)動機(jī)故障診斷的目的就是確定發(fā)動機(jī)的故障點(diǎn)，這是一項高度邏輯性、思維分析性的工作。而大多數(shù)的技術(shù)人員在執(zhí)行任務(wù)時缺乏對故障原因的分析，或者缺乏工作原理上的邏輯上證明，這很有可能導(dǎo)致故障排除步驟繁瑣、排查結(jié)果出現(xiàn)較大差錯，進(jìn)而難以對故障問題開展維修工作，對汽車駕駛員的安全帶來一定程度上的威脅，因此，汽車發(fā)動機(jī)機(jī)械系統(tǒng)故障診斷分析與維修工作聯(lián)系十分緊密，也都十分地重要。

1? 汽車發(fā)動機(jī)機(jī)械系統(tǒng)故障診斷的基本流程

維修人員在發(fā)動機(jī)機(jī)械系統(tǒng)故障診斷中，具體需要經(jīng)歷以下幾個過程：

1.1 確定待檢內(nèi)容? 在發(fā)動機(jī)故障診斷中，汽車維修人員首先要確定發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)所需檢測的內(nèi)容，主要包括確定檢測方法、檢測參數(shù)等。維修人員要考慮發(fā)動機(jī)檢測對象的結(jié)構(gòu)、故障形態(tài)、檢測對象的工作環(huán)境以及現(xiàn)有的檢測設(shè)備條件如何等因素。確定待檢測內(nèi)容十分重要，這是確定故障診斷工作的目的，要保證發(fā)動機(jī)系統(tǒng)診斷工作的順利進(jìn)行，必須對檢測內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇_定。

1.2 建立測試系統(tǒng)? 確定待檢內(nèi)容后，要根據(jù)檢測內(nèi)容的要求，選擇故障診斷要用的傳感器和各種配套設(shè)備，組成完整的檢測系統(tǒng)。通過測試系統(tǒng)收集所需要的故障診斷信息。汽車零部件檢測系統(tǒng)中，維修人員不僅要注重各類信息、數(shù)據(jù)的獲取，還要對系統(tǒng)的適應(yīng)環(huán)境進(jìn)行分析，做好防干擾工作，這一過程的關(guān)鍵在于采集狀態(tài)信號的工作。

1.3 數(shù)據(jù)、信息的提取與分析? 在這一環(huán)節(jié)中，維修人員需要從檢測系統(tǒng)的結(jié)果中提取有用的信息，對獲得的信息進(jìn)行篩選、清洗，做好濾波處理，去除異常數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析采用多種分析算法進(jìn)行。維修人員應(yīng)掌握先進(jìn)的信號處理技術(shù)，盡可能多地獲得被診斷目標(biāo)的狀態(tài)信息，掌握被診斷零部件的基本特征信息，這對提高發(fā)動機(jī)故障診斷的準(zhǔn)確性有積極的作用。

1.4 發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)測、判定以及運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)測? 這一過程中，維修人員主要要做的是建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)，選取相關(guān)診斷信息，確定發(fā)動機(jī)各部件的狀態(tài)相關(guān)參數(shù)，選取閾值，通過相關(guān)數(shù)據(jù)判斷被診斷對象的運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)測被診斷對象的運(yùn)行趨勢。

2? 汽車發(fā)動機(jī)機(jī)械系統(tǒng)故障診斷的基本方法

對汽車維修人員來說，了解發(fā)動機(jī)機(jī)械系統(tǒng)故障診斷的基本方法是非常必要的。通過正確的方法進(jìn)行故障診斷工作，就可以有效地排查發(fā)動機(jī)故障問題。發(fā)動機(jī)故障診斷的基本方法如下：

2.1 基于專家系統(tǒng)的故障診斷方法? 基于專家系統(tǒng)的故障診斷方法是汽車故障診斷中較為常用的方法，其由數(shù)據(jù)庫、知識規(guī)則庫、人機(jī)交互界面、推理程序等部分組成，通過計算機(jī)信息系統(tǒng)采集被診斷對象的信息，并存入數(shù)據(jù)庫，然后綜合各種知識、規(guī)則，通過推理程序來確定一個故障點(diǎn)，及其發(fā)生的可能性。

2.2 模糊故障診斷方法? 導(dǎo)致汽車發(fā)動機(jī)故障的實(shí)際原因比較復(fù)雜，單純用專家系統(tǒng)和數(shù)學(xué)模型很難準(zhǔn)確判斷異常情況與故障之間的關(guān)系，從而導(dǎo)致故障診斷具有模糊性。運(yùn)用這種模糊診斷法，維修人員可以分析故障產(chǎn)生的范圍、故障可能的成因以及程度等，運(yùn)用模糊邏輯方法對故障原因進(jìn)行分析，從大致范圍上排查故障。

2.3 故障樹診斷方法? 故障樹診斷方法可以反映出特征矢量和故障矢量之間的邏輯關(guān)系，用此方法進(jìn)行故障診斷時，根據(jù)搜索方法的不同可分為邏輯推理方法和最小割集故障診斷方法。這也是汽車發(fā)動機(jī)故障診斷的一個重要發(fā)展方向，是維修人員所必須掌握的維修方法。

2.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法? 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法是故障診斷領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中被廣泛采用，同樣也是汽車維修人員所必須掌握的方法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法主要應(yīng)用于兩個領(lǐng)域：一是作為分類器應(yīng)用于故障診斷;二是將其與其它診斷方法相結(jié)合。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷主要包括兩個過程，即學(xué)習(xí)和診斷，維修人員需要通過不斷的學(xué)習(xí)，掌握大量的維修知識，才能進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷如抽絲剝繭的推理工作。

3? 發(fā)動機(jī)系統(tǒng)常見的機(jī)械損傷類型

3.1 機(jī)械性損傷? 摩擦、撞擊而導(dǎo)致的損傷是汽車發(fā)動機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)的一種故障。隨著汽車發(fā)動機(jī)運(yùn)行時間的延長，其內(nèi)部構(gòu)件會破壞金屬表面原子的穩(wěn)定狀態(tài)，從而降低原子間的引力，原子將會出現(xiàn)較大程度的位移和剝離等現(xiàn)象。由于表面磨損導(dǎo)致其性能的改變，直接地增加了汽車發(fā)動機(jī)零部件的磨損，顯著地降低其性能。維修人員要在機(jī)械性損傷出現(xiàn)之后盡快加以消除。在發(fā)動機(jī)各零部件的摩擦損傷中，運(yùn)動部件（如齒輪、活塞、汽缸、散熱器等）的磨損率更高。活塞和汽缸壁在燃料燃燒的高溫高壓環(huán)境下工作，更是加劇了曲柄連桿機(jī)構(gòu)之間的碰撞。此外，發(fā)動機(jī)汽缸配置間隙過小也會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中漏氣，嚴(yán)重影響發(fā)動機(jī)的整體功率和性能。

3.2 腐蝕性損傷? 腐蝕性損傷是運(yùn)行環(huán)境影響下最常見的一種發(fā)動機(jī)故障類型，涉及到汽車發(fā)動機(jī)內(nèi)部的各種化學(xué)物質(zhì)?；瘜W(xué)腐蝕組要發(fā)生在發(fā)動機(jī)零部件長期暴露于腐蝕性環(huán)境下，導(dǎo)致其受到化學(xué)反應(yīng)侵蝕而損壞。發(fā)動機(jī)的腐蝕性損傷可以根據(jù)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的原理分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。在這些反應(yīng)中，化學(xué)腐蝕主要由滿足化學(xué)反應(yīng)的各種條件而導(dǎo)致，金屬零部件材料與空氣或液體接觸而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，如銹蝕等。電化學(xué)腐蝕是各種金屬材料在導(dǎo)電溶液附近發(fā)生的一種連鎖反應(yīng)，它會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)金屬部件的性能異常，同時還會造成不同程度的腐蝕。

3.3 應(yīng)力形變性損傷? 應(yīng)力形變性損傷是導(dǎo)致發(fā)動機(jī)在使用過程中發(fā)生故障的物理原因，也是最常見的故障類型。發(fā)動機(jī)在使用過程中，由于受溫度、外力以及內(nèi)部振動的作用，在工作中會產(chǎn)生過大的應(yīng)力，從而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)損壞。在發(fā)動機(jī)長時間的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，強(qiáng)大的應(yīng)力會使其主要零部件的強(qiáng)度下降，從而導(dǎo)致非正常壽命內(nèi)的形變、斷裂等，使得發(fā)動機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時還會危及行駛安全。

4? 發(fā)動機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的故障診斷與維修策略

4.1 發(fā)動機(jī)無法啟動? 發(fā)動機(jī)無法啟動是最常見而又最難以解決的故障，一旦發(fā)動機(jī)啟動失敗，汽車將無法正常運(yùn)行。發(fā)動機(jī)的起動由打火打壓、油噴嘴、空燃比以及缸壓等因素共同決定，由多個系統(tǒng)參與控制，包括點(diǎn)火系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)等。針對發(fā)動機(jī)無法啟動的診斷，就要對這些系統(tǒng)進(jìn)行逐一的故障排查，檢查發(fā)動機(jī)啟動過程的一系列環(huán)節(jié)。

如不能正常啟動汽車發(fā)動機(jī)，應(yīng)在發(fā)動機(jī)降溫后用萬用表檢查車載電瓶是否耗盡、是否為正常功率、是否損壞等，再按相應(yīng)的原因?qū)ζ溥M(jìn)行處理。當(dāng)電量耗盡時應(yīng)及時充電，如充完電后仍無法啟動，則需檢查點(diǎn)火系統(tǒng)的進(jìn)氣量進(jìn)、噴油量以及發(fā)動機(jī)的火花塞，如有問題應(yīng)立即更換。

4.2 發(fā)動機(jī)異響? 通常，車輛正常行駛時，發(fā)動機(jī)噪音不會太大，如果發(fā)生異常聲響，則說明發(fā)動機(jī)出現(xiàn)故障，應(yīng)對其部件進(jìn)行逐一檢查。機(jī)油不足、點(diǎn)火、溫度異常、曲柄連桿機(jī)構(gòu)松動等都是引起發(fā)動機(jī)異響的常見原因。

發(fā)動機(jī)異響的類型往往會顯示其故障所發(fā)生的位置。當(dāng)車輛發(fā)出劇烈的噪音時，表明發(fā)動機(jī)外殼或者傳動齒輪、傳動皮帶出現(xiàn)了問題;若發(fā)動機(jī)正常起動時出現(xiàn)金屬碰撞的聲音，則說明發(fā)動機(jī)燃料燃燒汽缸存在故障，需要檢查發(fā)動機(jī)汽缸里的燃料和溫度;在汽車加速過程中，如果聽到較為清脆的滴答聲音，則表示發(fā)動機(jī)使用太久而沒有記性潤滑;當(dāng)發(fā)動機(jī)響聲較為厚重，呈現(xiàn)剮蹭的聲音時，則是發(fā)動機(jī)的真空管受到損傷，需要及時更換。實(shí)際上，根據(jù)發(fā)動機(jī)發(fā)出的異常噪聲來確定引擎的故障類型還有較多方面的應(yīng)用，在這里不一一舉例。

4.3 發(fā)動機(jī)缺缸? 汽車點(diǎn)火系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)等正常工作時，通常不會發(fā)生發(fā)動機(jī)缺缸的問題。而這一系列系統(tǒng)的任何一個運(yùn)行環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障則會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)缺缸，表現(xiàn)為燃油燃燒不完全，氣壓過低，尾氣排放量大，動力不足等。當(dāng)發(fā)動機(jī)出現(xiàn)缺缸故障時，就要以汽缸故障的具體情況來進(jìn)行修繕。如出現(xiàn)單缺缸，則需要立即更換零件。如四缸出現(xiàn)故障，可根據(jù)損壞程度進(jìn)行維修，若無法維修至正常運(yùn)轉(zhuǎn)，則應(yīng)對四缸進(jìn)行更換;二缸出現(xiàn)問題，則維修或更換高壓線路;三缸出現(xiàn)問題，則進(jìn)行更換或者修理噴油器;四缸出現(xiàn)問題，則修理或更換火花塞。若經(jīng)上述處理后故障仍存在，則應(yīng)檢查發(fā)動機(jī)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)、傳動軸、傳動齒輪等機(jī)械結(jié)構(gòu)。

4.4 排氣管放炮現(xiàn)象? 發(fā)動機(jī)排氣管放炮的現(xiàn)象在汽車運(yùn)行中出現(xiàn)較少，會導(dǎo)致汽車耗油量的增加，更大大縮短了發(fā)動機(jī)的使用壽命，因此必須及時解決汽車排氣管放炮的問題。排氣管放炮的主要原因有啟動延遲、燃油燃燒不完全、汽缸損壞等。

若發(fā)生發(fā)動機(jī)的排氣管放炮，則需使用專業(yè)檢測儀讀出故障碼，并匹配相應(yīng)的維修策略。若故障碼讀取為零，則可能與發(fā)動機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)故障有關(guān)，包括點(diǎn)火時間有誤差，火花塞電壓不夠等。若排氣管放炮時伴有黑煙，則表示發(fā)動機(jī)的噴油嘴出損壞，應(yīng)及時更換。

5? 結(jié)束語

總之，在科技不斷發(fā)展的背景下，汽車的結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，汽車發(fā)動機(jī)的構(gòu)造也變得更加復(fù)雜，使得發(fā)動機(jī)故障診斷成為一大新挑戰(zhàn)。作為一名汽修人員，應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)故障診斷的理論和方法，確保對發(fā)動機(jī)故障進(jìn)行有效評估，能夠及時消除隱患，提升發(fā)動機(jī)維修的質(zhì)量與效率。

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