汽車發(fā)動機的維修和保養(yǎng)技術

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

關鍵詞：汽車發(fā)動機;維修保養(yǎng);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(fā)動機故障診斷技術研究

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

1.1汽車發(fā)動機結構原理

發(fā)動機是為汽車提供動力裝置，決定了汽車經(jīng)濟穩(wěn)定性，根據(jù)其動力源分為汽柴油與電動發(fā)動機。汽柴油往復活塞式內(nèi)燃發(fā)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(jīng)濟性能好[2]。發(fā)動機大多為熱能動力裝置，發(fā)動機類型有多種，根據(jù)進氣系統(tǒng)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(fā)動機等;依據(jù)冷卻方式分為水風冷發(fā)動機，水冷發(fā)動機廣泛應用于現(xiàn)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(nèi)燃機，汽車發(fā)動機如圖1所示。

汽柴油發(fā)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(jīng)壓縮點燃產(chǎn)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(huán)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(fā)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(nèi)燃機工作腔，氣缸內(nèi)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(nèi)往復運動連桿推動曲軸旋轉。連桿軸頸在曲軸箱內(nèi)作圓周運動，曲軸轉動活塞運行氣缸容積變化循環(huán)，通過排氣門開閉實現(xiàn)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(chǎn)生氣壓經(jīng)連桿轉變?yōu)檗D矩，利用飛輪慣性完成輔助行程。

1.2 發(fā)動機故障診斷技術發(fā)展

隨著汽車保有量的增加，對汽車行駛狀態(tài)監(jiān)測成為核心研究內(nèi)容。隨著電子工業(yè)的興起，使用真空表等儀器分析發(fā)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(fā)展，出現(xiàn)計算機程控系統(tǒng)車輛檢測診斷系統(tǒng)，發(fā)動機診斷系統(tǒng)向在線實時方向發(fā)展4。我國汽車遠程監(jiān)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(yè)設備故障診斷技術學科自上世紀60年代后發(fā)展，經(jīng)歷早期人工診斷技術，自動檢測為主常規(guī)診斷技術與人工智能診斷技術階段。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，電控系統(tǒng)不斷增多，汽車電控系統(tǒng)控制器通常設計故障自診斷功能，可以自動診斷系統(tǒng)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(tǒng)工作狀態(tài)，隨著電子技術的發(fā)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(fā)展，電控系統(tǒng)裝車數(shù)量不斷增多，汽車電控系統(tǒng)診斷技術未來發(fā)展趨勢是增強在線診斷系統(tǒng)對汽車運行狀態(tài)監(jiān)視功能，提高在線診斷系統(tǒng)對突發(fā)性故障的處理能力，應用汽車局部網(wǎng)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(guī)則診斷法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡法等。

汽車故障診斷技術最早始于發(fā)達國家，國外對發(fā)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(fā)展，機器學習算法應用于發(fā)動機故障診斷，采用汽車故障診斷儀來診斷發(fā)動機故障得到廣泛應用。由于我國汽車工業(yè)水平落后于發(fā)達國家，國內(nèi)汽車發(fā)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(fā)動機故障診斷方法包括人工直觀實驗法、專家系統(tǒng)診斷法等。

2 發(fā)動機故障維修保養(yǎng)技術

隨著現(xiàn)代技術的快速發(fā)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(tǒng)復雜，運行中通過燃燒做功產(chǎn)生動能，零部件應力交替產(chǎn)生，機械磨損發(fā)生導致故障率增加，發(fā)動機故障原因較多，發(fā)動機是承擔整車運行的重要部分，是出現(xiàn)故障造成破壞最大的部件，發(fā)動機故障率約占汽車總成的30%，需要總結分析發(fā)動機常見故障類型原因，研究發(fā)動機故障維修保養(yǎng)的有效措施[7]。

2.1 發(fā)動機故障分析維修

故障是設備工作中喪失規(guī)定功能的現(xiàn)象，汽車故障是零部件失去工作能力需要及時修復更換，發(fā)動機故障指機械電氣部件發(fā)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(fā)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(fā)動機故障是由于設計要求出現(xiàn)疲勞強度等材料性問題，以及發(fā)動機運行中產(chǎn)物對結構影響等所致，故障與發(fā)動機內(nèi)部機油燃油系統(tǒng)等使用條件有關。

隨著電控技術在發(fā)動機上的普遍應用，現(xiàn)代發(fā)動機采用先進的VVT技術等，發(fā)動機機械結構發(fā)生調整，如出現(xiàn)變進氣管等，為發(fā)動機故障診斷帶來很大考驗。發(fā)動機故障類型分為電控機械與電氣系統(tǒng)，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(tǒng)故障等。發(fā)動機電氣故障包括與ECU有關線束，出現(xiàn)發(fā)動機電氣故障現(xiàn)象為啟動困難、怠速不穩(wěn)、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(fā)動機配氣順序不一致。

故障診斷方法是根據(jù)不同工況確定工作異常原因，發(fā)動機怠速穩(wěn)定行駛無力、加速發(fā)悶等表明點火時間晚。發(fā)動機起動出現(xiàn)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(fā)動機電控系統(tǒng)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(fā)動機常見故障表現(xiàn)為冷卻系統(tǒng)狀況不良、曲軸箱油泥易產(chǎn)生磨損、機油變質導致濾芯不通等。發(fā)動機運作中氣缸內(nèi)未充分燃燒氣體經(jīng)活塞縫隙進入曲軸箱內(nèi)，磨損產(chǎn)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(fā)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(fā)動機使用情況定期更換機油避免引發(fā)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(nèi)流動，造成發(fā)動機性能不穩(wěn)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(fā)動機檢測保養(yǎng)

發(fā)動機故障檢測要遵循一定的原則方法，發(fā)動機故障排除堅持先外后內(nèi)、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(xiàn)代檢測方法包括儀器設備法、綜合診斷法、人工經(jīng)驗法等。發(fā)動機故障診斷程序為了解發(fā)動機情況正確分析修理，找出發(fā)動機機械電氣電控故障原因，基于現(xiàn)代控制理論檢測法排查故障，將維修后期保養(yǎng)信息存儲在ECU中避免發(fā)生類似故障，出現(xiàn)類似故障后ECU給出正確維修方法促進現(xiàn)代故障診斷的快速發(fā)展。

發(fā)動機要及時維護保養(yǎng)延長使用壽命，避免發(fā)動機大修而節(jié)省人力物力，要熟悉發(fā)動機易出現(xiàn)故障部位、定期檢查機械結構，注意傳感器輸出數(shù)據(jù)是否正確、空氣濾清器是否及時清理等問題，減少故障發(fā)生率。發(fā)動機保養(yǎng)要注意定期清潔進氣燃油系統(tǒng)，更換機油濾芯，保養(yǎng)冷卻系統(tǒng)。潤滑油是發(fā)動機工作的基礎，要根據(jù)發(fā)動機設計使用相應質量等級的潤滑油，如進排氣系統(tǒng)附加裝置選用SD-SF級汽油機油，選用標準不低于發(fā)動機生產(chǎn)設計規(guī)定要求;發(fā)動機進氣系統(tǒng)分為濾芯與進氣道，濾芯不清潔發(fā)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(fā)動機運轉時燃燒室高壓未燃燒氣體經(jīng)活塞環(huán)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(fā)動機油耗增大發(fā)生拉缸，保證發(fā)動機清潔是日常保養(yǎng)的重要工作。

3 汽車發(fā)動機故障維修診斷系統(tǒng)

隨著發(fā)動機技術的發(fā)展，新材料新技術新工藝大量引入，這提升了發(fā)動機性能，同時使保養(yǎng)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(tǒng)維修方式下，人員的經(jīng)驗知識是確定發(fā)動機故障原因的主導因素，現(xiàn)代汽車發(fā)動機結構系統(tǒng)復雜，單靠人工經(jīng)驗檢測診斷維修效率低。目前故障診斷設備智能化提高，發(fā)動機設計等部門在生產(chǎn)中積累了大量故障診斷文本知識數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)為發(fā)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(tǒng)，提高發(fā)動機故障診斷處理效率。

3.1 發(fā)動機故障檢修系統(tǒng)分析

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

汽車電子故障診斷系統(tǒng)包括遠程傳輸模塊、車輛信息管理服務中心等模塊，實現(xiàn)診斷功能核心模塊包括專家系統(tǒng)知識庫等。汽車遠程故障診斷系統(tǒng)設計主要是車載數(shù)據(jù)采集終端，由主控模塊、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集終端利用嵌入式ARM主控系統(tǒng)，協(xié)議轉換系統(tǒng)支持SAEJ1850、IS09141等主流汽車通信協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層自動控制，通過串口進行數(shù)據(jù)收發(fā)。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(xié)議選取適合的方案應用于故障診斷系統(tǒng)，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(fā)的方案設計適合遠程故障診斷系統(tǒng)，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(xiàn)車輛自主診斷功能。方案車載終端帶有直接實現(xiàn)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(tǒng)如圖2所示。

車輛信息管理服務中心是遠程故障診斷系統(tǒng)判定核心部分，包括監(jiān)控管理等服務器，為管理遠程診斷網(wǎng)提供智能診斷服務，提醒用戶實施維護保養(yǎng)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(tǒng)，通過建立服務器數(shù)據(jù)庫分析汽車運行狀態(tài)，各品牌汽車有嚴格保密的核心通信協(xié)議，目前未建立實現(xiàn)多種車型的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，在用的僅有少量的小規(guī)模汽車遠程監(jiān)控系統(tǒng)。車輛信息管理中心核心業(yè)務是車輛故障診斷，目前業(yè)務難點是故障數(shù)據(jù)處理效率低，需要研究診斷方法提高遠程故障診斷系統(tǒng)的實用性。

3.2 發(fā)動機故障診斷系統(tǒng)實驗應用

發(fā)動機工作中工況隨點火系統(tǒng)運行變化，監(jiān)測發(fā)動機點火系統(tǒng)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(fā)動機性能，國內(nèi)外學者對火花塞間隙在線監(jiān)測研究較少，研究通過發(fā)動機點火系統(tǒng)故障實驗驗證診斷系統(tǒng)性能影響。實驗思路是采集發(fā)動機次級點火波形數(shù)據(jù)，將處理后的故障信息通過發(fā)動機故障系統(tǒng)進行遠程傳輸，檢驗系統(tǒng)能否穩(wěn)定發(fā)動客觀評價，是否滿足預期，包括發(fā)動機故障診斷系統(tǒng)性能實驗等。

發(fā)動機數(shù)據(jù)采集實驗采集真實數(shù)據(jù)替代現(xiàn)有車內(nèi)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，使用電子點火系統(tǒng)發(fā)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(shù)據(jù)，發(fā)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(fā)動機波形數(shù)據(jù)預處理效果，利用CANoe讀取實驗采集發(fā)動機數(shù)據(jù)，通過CANoe仿真系統(tǒng)模擬整車總線環(huán)境，利用QXDM軟件可監(jiān)控T-Box工況，獲取遠程故障診斷系統(tǒng)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(tǒng)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(nèi)情況。利用系統(tǒng)傳輸車內(nèi)總線故障數(shù)據(jù)并記錄故障信息報送平均時間間隔，增加診斷系統(tǒng)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(jīng)濟的發(fā)展，汽車行業(yè)得到蓬勃發(fā)展。發(fā)動機是汽車構造的重要部分，使用中由于各種原因出現(xiàn)故障，需要注意定期保養(yǎng)維護，保證發(fā)動機系統(tǒng)正常運行。發(fā)動機實際工作中發(fā)生多種故障，由于結構復雜導致排除難度大，利用專業(yè)檢測儀器設備監(jiān)測故障分析原因，充分利用大數(shù)據(jù)等信息技術提高發(fā)動機狀態(tài)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(yè)教育。