机体组异响故障检测与修复

三、机体组异响故障检测与修复

通常，造成机体组异响故障的主要原因有：活塞环与汽缸壁漏光度太大（汽缸磨损）；活塞环开口间隙太大或各环开口重合；活塞环弹力太弱或因其侧隙、背隙太小而造成背压力建立不起来；活塞环卡死在环槽内；汽缸壁拉伤，出现沟槽。

1.汽缸体异响故障的检测与修复

（1）常见损伤形式

汽缸体的损伤主要有裂纹、变形和磨损三种形式。

1）裂纹

常见的汽缸体裂纹现象和产生裂纹的原因主要有：曲轴在高速转动时产生振动，在汽缸体的薄弱部位发生裂纹；发动机处于高温状态时突然加入大量冷水，或因水垢积聚过多而散热不良，使水道壁产生裂纹；在冬天及寒冷地区未加注防冻液，致使水道冻裂；镶有汽缸套的汽缸体在镶换缸套时，过盈量选择过大或压装工艺不当造成汽缸局部裂纹；装配汽缸螺栓时拧紧力矩过大，或镶套修复损坏的螺纹孔时其过盈量选择过大等，产生原螺纹孔裂损。

汽缸体的裂纹将造成漏水、漏油和漏气，影响发动机冷却和润滑系统工作，甚至使汽缸密封性变差。

汽缸体容易发生裂纹的部位往往与它们的结构有关，不同形式的发动机易出现裂纹的部位有不同的规律，应注意观察检查。

2）变形

汽缸体在使用过程中发生变形是普遍存在的。汽缸体的变形破坏了零件的正确几何形状，影响了发动机的装配质量和工作能力。如：汽缸体与汽缸盖结合面的平面度误差逾限，将造成汽缸密封不严、漏气、漏水，甚至燃气冲坏汽缸垫，从而严重影响发动机的装配质量。

常见汽缸体变形现象和成因有：由于拆装螺栓时力矩过大或不均，或不按顺序拧紧以及在高温下拆卸汽缸盖等原因，会引起汽缸体与汽缸盖的结合平面翘曲变形；汽缸体上、下平面在螺纹孔口周围凸起通常是由于装配时螺栓扭紧力过大，或装配时螺纹孔中未清理干净所致。此外，汽缸体在制造时，由于时效处理不足而造成零件内应力很大且不均衡，或在长期使用中形成的内应力也可引起零件变形。

3）磨损

汽缸在长期使用后，其尺寸和形状都将会发生改变。引起发动机技术状况变坏的因素有很多，但汽缸的磨损程度是衡量发动机是否需用大修的重要依据之一。因为汽缸磨损将直接造成燃气压力下降，使发动机的动力性和经济性变差。

汽缸磨损的特点是不均匀磨损。具体说来是汽缸沿工作表面在活塞环运动区域内呈上大下小的不规则锥形磨损，磨损最大部位是活塞在上止点位置时第一道活塞环相对应的汽缸壁，如图2.9所示。

图2.9　汽缸磨损的特点

1-金属磨料磨损；2-正常磨损；3-灰尘磨料磨损；4-酸性腐蚀磨损

汽缸磨损的原因是高温、高压、交变载荷作用，且活塞和活塞环在汽缸内高速往复运动。

（2）汽缸磨损特征分析

汽缸最大磨损位置处在第一道活塞环在上止点的部位，该部位磨损的主要原因是：

①由于活塞环换向，运动速度几乎为零，环的布油能力最差，油膜不易建立，此时活塞环的背压最大，使其接触面间的油膜形成更困难，因此，汽缸壁形成了上大下小的机械磨损。

②可燃混合气燃烧产生的酸性物质对汽缸壁有腐蚀作用，当发动机燃用高硫分燃油和发动机长期低温使用，以及在低温状态下频繁启动，这种腐蚀磨损更为严重。

③进气中的灰尘在此处缸壁上附着量较多，加剧了此处的磨料磨损。

④燃烧产生的高温、高压使活塞承受的侧向力加大且冷却不够，汽缸与活塞可能由于干摩擦使两者熔融黏着或剥落，造成黏着磨损。

（3）汽缸体裂损的检查与修复

1）水压试验法（如图2.10所示）

图2.10　汽缸体裂纹水压检查

用目视或五倍放大镜检查较大裂纹，用水压或气压试验检查细小裂纹。采用水压试验法时，用专用盖板封住汽缸体水道口，用水压机将水压入缸体水道中，在0.3～0.4MPa压力下5min左右无任何渗漏现象即为合格。

注意：水压或气压试验压力为0.3～0.4MPa。当需要镶换汽缸套（干式）时，应在镶好汽缸套后再进行一次水压试验。汽缸体在焊接修理后，也应进行水压试验。

汽缸体裂纹的修理方法有粘结法、焊接法等几种。在修理中，应根据裂纹的大小、裂纹的部位、损伤的程度，以及技术能力、设备条件等情况，灵活而适当地选择。

2）粘结法修复

对汽缸体受力较小部位裂纹可采用粘结法，常采用环氧树脂，它具有粘结力强、收缩性小、耐疲劳等优点，且工艺简单、操作方便、成本低，其主要缺点是不耐高温，不耐冲击等。

3）气焊修理

气焊修理适用于铸铁汽缸体。裂纹较深（6mm以上）时需开焊接坡口，如图2.11（a）所示。

4）电焊修理

电焊修理适用于铸铁汽缸体。焊前在裂纹走向前钻φ3止裂孔。裂纹较深时需开焊接坡口，如图2.11（b）所示。

图2.11　开焊接坡口

（4）汽缸体的变形检验与修复

1）汽缸体汽缸盖平面度检查

如图2.12所示，将水压样板尺放在汽缸盖下表面，用塞尺检查汽缸盖的平面度。

图2.12　汽缸体平面度误差的检测

汽缸体上平面的平面度检测时，应分别沿着汽缸体上平面的长度、宽度和对角线方向进行，并且在螺孔、水道口、油道口及汽缸之间的间隔处也应检测其平整程度。

有些发动机强调要用高度尺检查汽缸两端的高度，以确定汽缸体上、下平面的平行度；检查汽缸下平面至曲轴主轴承孔的距离，以确定主轴承孔与汽缸体下平面的平行度，这些平行度误差应符合原厂技术要求。在镗磨汽缸时，这些平面是主要的定位基准，直接影响到汽缸中心线与主轴承孔中心线的垂直度。

表2.1　汽缸体上平面的平面度公差（mm）

汽缸体平面局部不平，可用铲削的方法修平。平面变形较大时，可采用平面磨床进行磨削加工修理，但总切削量不宜过大，一般为0.24～0.50mm，否则将影响汽缸的压缩比。

2）汽缸体主轴承座孔、凸轮轴座孔的检验（如图2.13所示）

图2.13

①曲轴轴承孔的检测。

a.圆柱度检测：可用内径千分表沿圆周测量3～5点，沿轴线方向测量3处，取其最大值。

b.同轴度检测：以两端轴承座孔的公共轴线为基准测量；相邻两轴承孔同轴度，以它们的公共轴线为基准测量。测量仪器主要有同轴度检验仪、综合量规。定心轴支承在定心套内，可以沿轴向移动，在定心轴上装有本体、等臂杠杆及百分表。测量时，使等臂杠杆的球形触头触及被测孔的表面，当转动心轴时，如果孔不同轴，等臂杠杆的球形触头便产生径向移动。移动量经杠杆传给百分表，便能测量出曲轴轴承孔的同轴度。

②凸轮轴轴承孔的检测。

凸轮轴轴承孔圆柱度、同轴度的检测与曲轴轴承孔的检测方法相同。凸轮轴轴承孔同轴度检验时，以两端轴承孔的公共轴线为测量基准。

3）汽缸磨损测量

a.圆度误差：即测量同一横截面上磨损不均匀性，测量值为在同一横截面上不同方向测得最大与最小直径差值的一半。

b.圆柱度误差：即测量沿汽缸轴线的轴向截面上磨损不均匀性，测量值为被测汽缸表面任意方向所测得的最大与最小直径差值的一半。

使用测量范围为50～200mm的量缸表，在汽缸内3个位置上进行横向（A向）和纵向（B向）垂直测量，如图2.14所示。

图2.14　汽缸磨损测量原理由于方法

（5）汽缸修理

汽缸修理是按修理尺寸法或镶套修复法，通过镗削或磨削加工，使汽缸达到原来技术要求的工艺过程。

当汽缸磨损后，其圆度或圆柱度误差超过公差限度时，对磨损的汽缸应进行机械加工，使其通过尺寸的改变，恢复汽缸正确的几何形状和配合性质，这种方法称为修理尺寸法。扩大后的尺寸叫修理尺寸。

汽缸经多次修理，当直径超过最大修理尺寸，或汽缸壁上有特殊损伤时，可对汽缸作圆整加工，用过盈配合的方式镶上新的汽缸套，使汽缸恢复到原来的尺寸，这种方法称为镶套修复法。

汽缸的修复就是按修理尺寸法或镶套修复法，通过镗削或磨削加工，使汽缸达到原来的技术要求，恢复发动机的使用性能。汽缸修理的方式有汽缸镗削、汽缸磨削、汽缸镶套以及汽缸激光淬火等多种方式。

1）汽缸的镗削

①汽缸修理尺寸的确定。当汽缸磨损超过允许的限度时，应选择确定汽缸的修理尺寸，并选配与汽缸修理尺寸相对应的活塞、活塞环，以恢复汽缸正确的几何形状和正常的配合间隙。

汽缸的修理尺寸＝汽缸最大直径+镗磨余量

镗磨余量一般取0.10～0.20mm，在保证加工精度和粗糙度的前提下尽可能小些。

计算出的修理尺寸应与修理级别相对照。如与修理级别不相符，应圆整到下一个修理级别。同一台发动机的各汽缸应采用同一级修理尺寸。

②确定汽缸的镗削量。

汽缸的修理尺寸确定以后，应选择同级修理尺寸的活塞，并依次测定每个活塞裙部的尺寸；结合必要的活塞与汽缸壁的配合间隙和镗磨余量，分别根据各缸的实际尺寸，计算确定各缸的镗削量。

镗削量＝活塞裙部最大直径-汽缸最小直径+配合间隙-磨缸余量

配合间隙应根据各发动机技术要求确定。磨缸余量一般取0.01～0.05mm，在保证磨缸质量的条件下，尽可能取较小值。

③镗缸。汽缸镗削的目的是恢复汽缸正确的圆度、圆柱度和表面粗糙度，保证各缸中心线与曲轴主轴承座孔中心线在同一平面内并互相垂直。目前常用的镗缸设备有两种：固定式镗缸机和移动式镗缸机。

固定式镗缸机是以汽缸下平面为基准面，刚性好，加工精度高，生产效率高，如图2.15所示。移动式镗缸机是以汽缸上平面为基准面，机动灵活，安装方便，但加工精度稍差。汽缸镗削时，汽缸中心线位置的确定有同心定心法和偏心定心法两种。同心定心法是以汽缸磨损最小的部位为基准来确定汽缸的镗削中心。偏心定心法是以汽缸磨损最大的部位为基准来确定汽缸的镗削中心。

图2.15　汽缸的镗削加工（固定式镗缸机）

汽缸镗削后的质量要求是：圆柱度公差不超过0.01mm，表面粗糙度R_a不超过1.6μm。

2）汽缸的磨削

汽缸磨削的目的是去除镗削刀痕，降低表面粗糙度，提高汽缸表面加工质量，达到汽缸加工的最终尺寸要求。

磨缸是用珩磨的方法加工汽缸表面，如图2.16所示。珩磨是一种高精度的加工方法，主要加工工具是带有砂条的珩磨头。珩磨头由磨缸机主轴带动旋转并作上下往复运动。珩磨头工作时是以汽缸孔本身进行定位的，它与主轴是挠性连接，因而可以消除磨头与汽缸中心间的误差。汽缸磨削后，汽缸与活塞的配合间隙应符合要求。

图2.16　汽缸的磨削加工

3）汽缸镶套

①干缸套：用专用工具，过盈量为0.03～0.08mm。

②湿缸套：高出缸体上平面0.05～0.15mm。

4）汽缸修理尺寸

汽缸修理尺寸一般分为6级（桑塔纳汽缸分3级），如表2.2所示。

表2.2　汽缸修理尺寸分级表

汽缸的修理尺寸＝汽缸最大直径+镗磨余量

镗磨余量一般取0.10～0.20mm，在保证加工精度和粗糙度的前提下尽可能小些。

计算出的修理尺寸应与修理级别相对照。如与修理级别不相符，应圆整到下一个修理级别。同一台发动机的各汽缸应采用同一级修理尺寸。

2.汽缸盖异响故障的检测与修复

汽缸盖的主要耗损形式是裂纹和变形。气门座的装配应力过大会使汽缸盖的进、排气门座之间的过梁处产生裂纹而报废。汽缸体、汽缸盖的平面度用测量尺和厚薄规检测。汽缸盖长度L≤300mm，平面度公差为0.05mm；L＞300mm，平面度公差为0.1mm。汽缸盖翘曲变形，指的是汽缸盖下平面的平面度误差逾限。汽缸盖平面变形后，会使汽缸密封不严，可用铲削或磨削的方法修理，或更换新缸盖。

对汽缸盖的检验要求是：汽缸盖无破裂；汽缸盖下平面的平面度误差，每50mm×50mm范围内不大于0.05mm，整个平面的平面度误差不大于0.20mm。可用直尺放在缸盖的下平面上，然后用塞尺测量直尺与平面间的间隙。

对汽缸盖裂纹的修复方法主要有粘结法、焊修法和堵漏法等。应根据裂纹的部位和大小程度，选用其中合适的一种方法修复裂纹。

（1）汽缸压缩压力的检测

1）检测目的

检测活塞到达上止点时汽缸压缩压力的大小可以表明汽缸的密封性。

2）检测方法（步骤）

①发动机正常运转，达正常工作温度。停机后，拆下空气滤清器，用压缩空气吹净火花塞或喷油器周围的灰尘和脏物，然后卸下全部火花塞或喷油器，断开喷油器连接器。

对于汽油发动机，还应把分电器中央电极高压线拔下并可靠搭铁，以防止电击和着火，然后把汽缸压力表的橡胶接头插在被测缸的火花塞孔内，扶正压紧。节气门和阻风门置于全开位置。

②用启动机转动曲轴3～5s（不少于4个压缩行程），发动机转速保持在150～180r/min（柴油机500r/min），待压力表头指针指示并保持最大压力后停止转动。取下汽缸压力表，记下读数，按下单向阀使压力表指针回零。按上述方法依次测量各缸，每缸测量次数不少于两次。就车检测柴油机汽缸压力时，应使用螺纹接头的汽缸压力表。

诊断参数标准：汽缸压缩压力标准值由制造厂提供。根据GB/T15746.2-1995《汽车修理质量检查评定标准一发动机大修》附录B的规定：大修竣工发动机的汽缸压力应符合原设计规定，每缸压力与各缸平均压力的差，汽油机不超过8％，柴油机不超过10％。

表2.3　常见几种车型的汽缸压缩压力值

③结果分析：测量结果如高于原设计规定，并不一定是汽缸密封性好，要结合使用和维修情况进行分析。这种情况有可能是燃烧室内积炭过多、汽缸衬垫过薄或缸体与缸盖结合平面经多次修理加工过甚造成。测量结果如低于原设计规定，可向该缸火花塞或喷油器孔内注入适量机油（20mL），然后用汽缸压力表重测汽缸压力并记录，通常有以下三种情况：

a.如果第二次测出的压力比第一次高，接近标准压力，表明汽缸、活塞环、活塞磨损过大或活塞环对口、卡死、断裂及缸壁拉伤等原因造成汽缸不密封。

b.如果第二次测出的压力与第一次略同，即仍比标准压力低，表明进、排气门或汽缸衬垫不密封。

c.如果两次检测结果均表明某相邻两缸压力都相当低，说明两缸相邻处的汽缸衬垫烧损窜气。