一、发动机

一 、发动机

发动机是车身振动和轰鸣声的重要激励源，从检查发动机的状态开始，对各种辅助机构的安装状态（如螺栓预紧力矩等）逐一检查。

1.发动机激励

往复式发动机中，缸内气体的压力作用在活塞上，产生旋转方向的力矩，对于四冲程发动机来说，每个气缸在曲轴旋转2周内爆发1次。对于6气缸发动机，曲轴旋转2周内共产生6次气体爆发，即曲轴旋转1次产生3次转矩变动。4气缸则是曲轴旋转1周产生2次转矩变动。

不同类型发动机的转矩变动是不同的，如图7.2.1所示。对于同样是V6的发动机，由于气缸夹角和燃烧间隔的不同，造成二者产生的转矩也不同。

（1）不平衡惯性力

往复式发动机中，活塞的每半个往复运动，运动方向改变，因此，活塞、连杆等的重量引起的惯性力出现不平衡。该惯性力就是引起各种振动问题的激励。

对于六缸发动机来说，由于曲轴的平衡重的正确配置，发动机的俯仰、摇摆等旋转1次残余力矩不会发生，如图7.2.2所示。

图7.2.1 发动机转矩变动

图7.2.2 曲轴的平衡重

（2）气门机构敲击

由于正时带和气门机构的运动，各个部件相互之间敲击，产生振动激励。六缸发动机的正时带齿型经过精心调校后，齿轮啮合噪声能够大幅降低。另外，对于传动带噪声，采用无间隙挺柱等措施，也可以大幅降低噪声，如图7.2.3所示。

[参考]

1）正确调整正时带的张紧力是十分重要的，如果张紧力过大，即使速度不高也会产生异响、噪声。

2）无间隙挺柱无动作时可能会发生较大的传动带噪声。

3）减小气门重量有助于减小气门挺柱噪声。

（3）旋转体不平衡

发动机中有许多的旋转机构，每部分都有其自身的不平衡，旋转时会产生激励。

对于这些问题，在设计及制造过程中，精心调整各部分之间的间隙，有助于问题的解决。

（4）曲轴的弯曲、扭转振动

在气体爆发压力的作用下，曲轴会产生弯曲及扭转振动。为了解决此类问题，可以提高曲轴的刚度，或者使用扭转减振器，如图7.2.4所示。其原理是在曲轴上附加一个额外的旋转系统，由于与曲轴主旋转系统存在相位差，因此能够吸收曲轴系统的动能。通过精心调整附加系统的质量和刚度，就可以最大限度地减少曲轴主旋转系统的变动。常用的曲轴扭转减振器包括单质量扭转减振器和双质量扭转减振器。

图7.2.3 配气机构

图7.2.4 扭转减振器

2.发动机异响

发动机在运转过程中，可能会出现各种各样的异响和噪声，由于异响和噪声多来自于发动机内部，因此即使使用测试仪器，有时也难以区分和定位。异响和噪声几乎是全部依靠人的听觉来判断的，因此，所得到的结论会因人而异。

下面，对于发动机的噪声和异响，根据发生原因、发生条件不同时问题的表现和故障诊断时的要点来加以说明。

（1）机构不合理而产生的异响、噪声

发动机是由大量的部件组成的，各个部件在运动过程中会产生振动。产生振动的部位不一定有多余的间隙，而有间隙的部位则更容易受到冲击，从而引起噪声。如果间隙过大，超出正常的允许范围，那么就会产生严重的振动、噪声问题。

1）发动机本体的磨耗引起的噪声。一般来说主要有以下几种情况：

①发动机低温时噪声较大。

②润滑油黏度不足时噪声较大。

③油压较低时噪声较大。

④加速时噪声较大。

⑤高负荷时噪声较大。

2）噪声的种类。

①颤动声：部件相互摩擦时产生的噪声，如传动带噪声、轴承异响。

②敲打声：部件相互敲击时产生的噪声，如活塞敲缸声、气门落座声。

③其他：除以上两种噪声以外的混浊、复杂的噪声。

3）在探测故障时的注意事项。

①各旋转部位、振动部位的声音多是合成后的结果，到底是哪部分的噪声要准确把握。

②有间隙的部位，在运动时可能会出现敲打声。这个间隙加大的话噪声也会增加。但是，间隙有时会受温度的影响，需要特别注意。

③发生噪声时，某部位会在振动，需要注意部件的形状、有无反响等事项。

④不仅仅需要对发声部位进行检修。有些部位经过修理后暂时停止发声，但是不久又有噪声出现，这说明噪声的产生原因还包括其他部位。

4）以下的事项在检查时要重点记录：

①怠速时能清楚地听到的声音。

②在某个特定转速时能清楚地听到的声音。

③在任何转速范围都能听到的声音。

④怠速时所发出的噪声的主要原因和检查要点如表7.2.1所示。

表7.2.1 怠速噪声的产生原因和检查要点

⑤在某个转速能清晰听到噪声时的主要原因和检查要点如表7.2.2所示。

表7.2.2 固定转速噪声的主要原因和检查要点

[参考]

•如图7.2.5所示，相对于温度的变化，正时带的张力也是变化的。

+20℃的初期所设置的张力，到-20℃时张力降低13kgf。

如果张力降低，正时带的颤动引起水泵飞轮敲击声。

如果水泵的螺栓有松动，水泵壳体的振动声会加大。

⑥在任何转速范围能听到的声音的主要原因和检查要点如表7.2.3所示。

图7.2.5 温度与张力的关系

表7.2.3 任意转速噪声的主要原因和检查要点

（2）不正常燃烧引起的异响、噪声

发动机不正常燃烧引起的异响、噪声，包括敲缸、飞车、后燃、回火等几种，不管是哪一种现象，都会造成发动机性能降低、燃油消耗增大等问题。

1）敲缸。在节气门全开，或者加速中发出的“吭吭”的敲打声。如果敲缸连续发生，会对活塞、气门造成恶劣的影响，甚至有可能损坏发动机。

[参考]

①由于敲缸而引起的二次故障。

a）过热。(https://www.daowen.com)

b）发动机过热及轴瓦损伤。

c）热效率降低，燃料消耗增加。

d）火花塞熔化。

e）活塞、气门熔化。

f）气缸垫破损。

②敲缸的发生原因有如下几个方面。

a）火花塞不良。火花塞必须保持适当的温度（450～950℃）以实现其自我清洁。火花塞散热结构如图7.2.6所示。如果火花塞过热，将在过热部位形成热蚀点，引起提前点火。

图7.2.6 火花塞散热

b）点火提前。点火提前会使燃烧加剧，更易引起敲缸。当点火提前角过大时，即较早地喷射入雾状燃油与空气形成可燃混合气，发动机达到正常工作温度之后，此时缸内压力即使未达到正常工作压力，但缸内工作温度很容易升至燃油着火点，使缸内可燃混合气迅速燃烧膨胀，缸内压力迅速上升，此时缸内因气体迅速膨胀而使气缸燃烧压力最高点提前，造成缸内压力过大，活塞所受水平分力增加，敲击气缸壁的力增加而出现敲缸异响。

c）燃料抗爆性不足。辛烷值是燃油抗爆燃的指标，辛烷值越高，抗爆燃性越强。压缩比高的发动机，燃烧室的压力较高，若是使用抗爆燃性低的燃油，则容易发生爆燃。

d）混合气过稀。高速、高负荷时混合气如果过稀，更易发生敲缸。过稀的燃料空气混合比，会使得燃烧温度提升，而燃烧温度提高会造成发动机温度提升，空燃比不正确当然容易爆燃。

e）燃烧室积炭。如果燃烧室的某些部位积炭，会影响散热，形成热蚀点，引起提前点火。燃烧室内积炭过多时造成发动机压缩比增大，气体压力温度过高，喷射入气缸的雾状燃油遇到高温高压的气体即着火燃烧产生所谓的爆燃。爆燃时火焰以极高的速率向外传播，甚至在气体来不及膨胀的情况下，温度和压力急剧升高，形成压力波.以声速向前推进。当这种压力波撞击气缸壁时就发出尖锐的敲缸声。

f）过载运行。如果发动机的负荷过高，则更容易发生敲缸。

发生敲缸时的检查项目如表7.2.4所示。

表7.2.4 敲缸检查项目

2）飞车。即使切断点火开关，燃烧室内仍然发生燃烧（爆燃）、不稳定状态的持续现象，称为飞车。

点火开关切断后，在曲轴的惯性力作用下吸出来的燃料以及在进气管内的残余燃料所形成的混合气受到压缩，受压缩后的混合气温度达到燃点后，即使火花塞不点火，也能在燃烧室内形成燃烧。这种情况与柴油机的燃烧类似，因此也称为柴油机式。

压缩混合气的温度受燃烧室壁的温度、压缩压力以及吸入的空气温度等因素影响。

因此，当温度很高，或者压力很高时，更易发生飞车。如果对于实际的使用状态，长时间的高速、高负荷行驶后，发动机处于过热状态，切断点火开关后仍然会发生飞车。

其他还有一些容易发生飞车的情况，如飞轮的惯性质量越大则越容易发生，怠速转速提高、进气受到加热等使点火延迟都会引起飞车的发生。

产生飞车现象的主要原因有如下几个方面。

①燃料不当。燃料本身的点火温度、辛烷值较低时，只要有轻微的条件就容易发生飞车现象。

[参考]

汽油的点火温度为500℃左右，当压力升高时，点火温度会下降。

②进气温度高。混合气在气缸内受到压缩时，进气温度升高，压缩后的混合气比汽油自身的点火温度高。另外，燃料汽化情况很好时飞车更容易发生。

③发动机过热。发动机过热时，燃烧室内的各处的温度过高，更容易发生飞车。

④节气门未完全关闭。节气门拉索调整不佳时，节气门可能处于未完全关闭状态，少量的空气被吸入，与进气道内的残留燃料形成混合气，如果燃烧室内存在满足点火的条件，则会发生飞车。

以上所述为发生飞车现象的原因。对于ECI发动机，点火开关切断后，燃料也被切断，所以极少发生飞车现象。

关于飞车现象的主要检查项目如表7.2.5所示。

表7.2.5 飞车现象的检查项目

3）后燃。发动机制动状态下长距离行驶，或者突然松开加速踏板时，在排气管内部发生爆发性的燃烧，发出“乓…”“乓…”的声音，在排气尾管出口处甚至能见到火花，这种现象称为“后火”。有时会损伤消声器或者触媒介质。

这是由于混合气在燃烧室内未完全燃烧即排出，未燃烧的气体在排气系统内部加热，进而发生再次燃烧。

因此，发动机制动时以及换档时混合气过浓或者点火时间过迟，则容易发生后燃现象。

[参考]

•与后燃相似的现象是放炮，都属于后燃现象，缸内燃烧在上止点附近未完成，到爆发行程终了时燃烧仍在继续。

这二者本来是有区别的现象，但是在实际中一般认为是相同的现象来处理。

产生后燃的主要原因有如下几个方面：

①混合气过浓。如果混合气过浓，则氧含量不足，或者燃料与空气的混合状态恶化，混合气在燃烧室内不能完全燃烧，未燃烧的气体被排出，在排气管内受热后燃烧引起后燃现象。

ECI发动机的燃油喷射时间过长时，容易发生。

[参考]

•混合气过稀时也可能发生。发动机制动以及换档时，产生比较小的连续声音，能够听到“乓乓”“噗噗”类的声音。

②进气管负压急剧升高时。急减速、发动机制动、换档时，进气管内负压急剧升高，混合气过浓，使充气效率恶化，如图7.2.7所示。

其结果是发动机的“高压缩比”“易燃烧混合气”这两个重要的要素不满足，使燃烧不稳定，容易引起后燃。

③点火时间延迟。如果最初的点火时间过迟，如前所述在爆发行程终了时燃烧仍在继续，从而引起放炮现象（图7.2.8）。

④点火系统不良。如果点火系统工作状态不良，未燃烧气体被排出，在排气管内再次燃烧，形成后燃。

图7.2.7 充气效率

图7.2.8 点火时间延迟时的缸内温度

关于后燃发生时的主要检查项目如表7.2.6所示。

表7.2.6 后燃的检查项目

4）回火。燃烧在爆发行程中没有结束，在下一个循环中，进气门打开，吸入的混合气点火，在进气道部位的混合气开始燃烧，产生回火现象。

有时候回火会产生“乓乓”声音，使用化油器式发动机的汽车，甚至可能在化油器及空气滤清器处发生火灾。

一般来说，化油器式发动机检查气门的误动作、故障或者状态不佳时回火多有发生。

产生回火现象的主要原因如下几个方面：

①混合气过稀。如果混合气浓度过稀，如图7.2.9所示，火焰传播速度变慢，燃烧室内的燃烧在爆发行程中未完成，从而持续到下一个循环，产生回火现象。

②气门开启或者点火时间紊乱。因为某些条件使发动机点火紊乱时，引起回火，会造成发动机不工作。

③热蚀。如果出现热蚀，如前面所述的敲缸一样，燃烧室内有强烈的热蚀时，进气冲程即点燃混合气，燃烧在进气道内发生，引起回火。

关于回火的主要检查项目如表7.2.7所示。

图7.2.9 空燃比与传播速度的关系

表7.2.7 回火的检查项目

[参考]

如图7.2.10所示，是改变最初点火时间（怠速时点火时间）时，发动机的旋转速度和噪声级别在无负荷、全负荷时的关系。

无负荷时点火时间对发动机噪声的影响几乎没有，而在全负荷时却很明显，如果点火时间过早，发动机噪声增大（点火角由20°BTDC调整到15°BTDC，即5°的延迟改变，会有2dB的降噪效果）。

如上所述，当发动机噪声成为较严重的问题时，调整发动机的基本参数，即调整点火提前角是最常规的项目。

图7.2.10 点火时间的影响