一种发动机异响故障诊断装置及方法

摘要

本发明提供了一种发动机异响故障诊断装置及方法，包括一发动机以及异响检测设备，在发动机的曲轴连杆轴与连杆轴瓦之间设置第一间隙，在曲轴主轴与曲轴主轴颈轴瓦之间设置第二间隙，在活塞和气缸之间设置第三间隙，其中，第一间隙大于0.12mm，第二间隙大于0.17mm，第三间隙大于0.12mm；所述异响检测设备包括信号采集装置、信号处理装置、信号分析装置及显示屏，与所述发动机连接，实时诊断所述发动机的异响故障。本发明的发动机异响故障诊断装置及方法诊断故障点有针对性，并与检测设备相连，保证异响判断的准确性，为在校学生及企业维修人员提供了学习的平台。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车发动机技术领域，尤其涉及发动机机械部分磨损异常导致的 异响故障及故障诊断、分析与排除。

背景技术

发动机作为汽车的心脏，其工作性能的好坏直接影响汽车的正常工作。由于 发动机结构复杂，又是在高温、高压、高速、高负荷、高振动的恶劣环境下工作， 因而故障率最高。发动机在运转的过程中产生的超过技术文件规定的不正常的响 声，称为发动机异响，是一种机械故障，使用年限越长的发动机，出现异响故障 的频率也越高。

发动机异响标志着发动机某一机构的工作状态已发生变化，往往反映着不同 性质和不同程度的故障，是发动机产生恶性损坏事故的前奏，表明存在严重的安 全隐患。异响仅是现象，故障是本质，若不及时排除故障，发动机带病工作可能 导致更大的损伤。维修从业人员采用正确的故障诊断及检测方法对发动机的状况 作出准确判断，是排除发动机异响故障、保障发动机正常运行的有效措施。

随着电子技术在发动机上的大量应用，大量先进电子检修仪器的使用，维修 从业人员把更多的精力放在了发动机电控系统的检修上，而忽视了发动机机械部 分故障诊断的内容。当遇到发动机异响故障时，往往不能直接判断是某一个机构 或某一个零件出了问题，解决的方法是直接大修发动机，将发动机全部拆解，逐 一检查各个零部件，浪费了大量的时间和精力，最后故障可能还没有解决。目前， 大部分维修从业人员不能直接判断发动机异响的故障原因和部位，而目前一线的 维修从业人员除老的维修工外，其余主要来源于中技和高职汽车专业的毕业生， 这些学生在校期间，几乎没有专门课程学习发动机异响故障的诊断与排除方法， 各学校相关设备也几乎没有，即使有使用的发动机异响装置，也基本都是用已报 废发动机来操作，故障点较分散，无针对性，对于故障诊断的准确性也没有保证。 且各汽车实训设备制造厂家目前也没有相关产品。

发明内容

为克服现有技术中存在的报废发动机故障点分散，无针对性，故障诊断不准 确的问题，本发明提供一种发动机异响故障诊断装置及方法。

一种发动机异响故障诊断装置，包括一发动机以及异响检测设备，所述发动 机至少包括曲轴连杆轴、曲轴主轴、连杆轴瓦、曲轴主轴颈轴瓦、活塞及气缸， 其特征在于：在所述曲轴连杆轴与所述连杆轴瓦之间设置第一间隙，在所述曲轴 主轴与所述曲轴主轴颈轴瓦之间设置第二间隙，在所述活塞和所述气缸之间设置 第三间隙，其中，所述第一间隙大于0.12mm，所述第二间隙大于0.17mm，所 述第三间隙大于0.12mm；所述异响检测设备包括信号采集装置、信号处理装置、 信号分析装置及显示屏，与所述发动机连接，实时诊断所述发动机的异响故障。

所述发动机为汽油机或柴油机。

所述信号采集装置包括设置在发动机上的振动传感器和声音传感器，所述信 号采集装置的信号输出端与所述信号处理装置的信号输入端连接。

所述信号处理装置包括放大器、滤波器和A/D转换器，所述信号处理装置的 信号输出端与所述信号分析装置的信号输入端连接。

所述信号分析装置对接收到的信号进行分析，并得出分析结果，所述信号分 析装置的信号输出端与所述显示屏的信号输入端连接。

所述显示屏显示异响故障诊断结果。

一种发动机异响故障诊断方法，包括以下步骤：

步骤一、提供一发动机；

步骤二、将所述发动机的曲轴连杆轴、曲轴主轴、连杆轴瓦、曲轴主轴颈轴 瓦、活塞及气缸进行拆解；

步骤三、对所述连杆轴瓦进行处理，使所述曲轴连杆轴与所述连杆轴瓦之间 形成第一间隙；对所述曲轴主轴颈轴瓦进行处理，使所述曲轴主轴与所述曲轴主 轴颈轴瓦之间形成第二间隙；对所述活塞进行处理，使所述气缸和所述活塞之间 形成第三间隙，其中，所述第一间隙大于0.12mm，所述第二间隙大于0.17mm， 所述第三间隙大于0.12mm；

步骤四、对所述曲轴连杆轴、曲轴主轴、连杆轴瓦、曲轴主轴颈轴瓦、活塞 及气缸进行装配，并使所述发动机在运转后发生异响；

步骤五、将所述发动机与一异响检测设备连接，所述异响检测设备包括信号 采集装置、信号处理装置、信号分析装置及显示屏，通过采集所述发动机的声音 和振动信号，实时诊断所述发动机的异响故障。

所述步骤五包括：所述信号采集装置包括振动传感器和声音传感器，在发动 机上设置所述振动传感器和所述声音传感器，连接所述信号采集装置的信号输出 端与所述信号处理装置的信号输入端。

所述步骤五包括：所述信号处理装置包括放大器、滤波器和A/D转换器，连 接所述信号处理装置的信号输出端与所述信号分析装置的信号输入端。

所述步骤五包括：分析所述信号分析装置接收到的信号，并得出分析结果， 连接所述信号分析装置的信号输出端与所述显示屏的信号输入端；通过所述显示 屏显示异响故障诊断结果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供了一种发动机异响故障 诊断装置及方法，包括一发动机及异响检测设备，模拟发动机异响故障，故障点 具有针对性，异响诊断实时、快速、准确，为在校学生以及企业维修人员提供学 习的平台。成熟的产品可在中职、高职院校及汽车培训机构推广使用，具有广泛 的应用前景。

附图说明

图1是本发明的发动机中三个配合间隙示意图；

图2是本发明的结构示意图。

图中标号：1-曲轴连杆轴颈径向配合间隙、2-曲轴主轴颈径向配合间隙、3- 活塞和气缸的配合间隙。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所 描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明

一般情况下，发动机重点故障部位及产生原因主要为磨损或维修不当导致的 曲轴连杆轴颈径向配合间隙增大、曲轴主轴颈径向配合间隙增大和活塞与气缸之 间配合间隙增大，然而不同原因造成的异响，其异响特征是有明显区别的。

对于连杆轴承与连杆轴颈间的配合间隙过大的状况，发动机中速运转时，在 缸体下部能听到一种较短促的金属敲击声，低速时则听不到，随着转速的升高而 逐渐明显，中速最明显，高速有减弱或消失。

而曲轴轴承与曲轴轴颈配合间隙过大，致使轴颈与轴承碰撞发响。异响在中 速出现，高速明显，并在中、高速范围始终有响声，比连杆轴承异响更沉重。响 声随负荷增大而增大，中、高速抖油门最明显。

当活塞裙部与气缸套配合间隙过大，发动机怠速运转时，在气缸体上部发出 清晰而有节奏的敲击声。汽油机为“嗒嗒”声，柴油机为“刚刚”声。活塞直径 小，敲击声脆；活塞直径大，敲击声沉重。且低速运行时响声明显，中、高速时 响声消失。

本发明针对上述异响特点对发动机进行改造，提供一种发动机异响诊断装 置。该装置包括一发动机以及异响检测设备，该发动机可为柴油机或汽油机，并 至少包括曲轴连杆轴、曲轴主轴、连杆轴瓦、曲轴主轴颈轴瓦、活塞及气缸，如 图1所示，在曲轴连杆轴与连杆轴瓦之间设置第一间隙1，在曲轴主轴与曲轴主 轴颈轴瓦之间设置第二间隙2，在活塞和所述之间设置第三间隙3，并使第一间 隙1大于0.12mm，第二间隙2大于0.17mm，第三间隙3大于0.12mm，超出其 磨损极限，从而模拟发动机由于这三个部位严重磨损导致的异响。

由于上述现象仅是不同异响所产生的表象，其本质上是各异响故障产生时振 动波形的不同及分贝范围的差异。所以本发明在发动机的旁边连接有异响检测设 备，如图2所示，该异响检测设备包括信号采集装置、信号处理装置、信号分析 装置及显示屏，与该发动机连接，对不同异响故障进行实时检测并显示异响部位、 原因、相应的振动波形及分贝范围，保证诊断的准确性。其中，信号采集装置包 括振动传感器和声音传感器，安装在发动机上，其信号输出端与信号处理装置的 信号输入端连接；信号处理装置包括放大器、滤波器和A/D转换器，其信号输出 端与信号分析装置的信号输入端连接；信号分析装置对接收到的信号进行分析， 并得出分析结果，其信号输出端与显示屏的信号输入端连接；显示屏实时显示发 动机异响故障诊断结果。

优选地，该发动机中可设置一个以上的间隙，异响检测设备可同时检测一个 以上的异响故障。

本发明的另一实施方式中提供了一种发动机异响故障诊断方法。首先，需要 一发动机，然后将发动机的曲轴连杆轴、曲轴主轴、连杆轴瓦、曲轴主轴颈轴瓦、 活塞及气缸进行拆解，并依次对连杆轴瓦、曲轴主轴颈轴瓦及活塞进行处理，使 曲轴连杆轴与连杆轴瓦之间形成第一间隙1，曲轴主轴与曲轴主轴颈轴瓦之间形 成第二间隙2，气缸和活塞之间形成第三间隙3，其中，第一间隙1大于0.12mm， 第二间隙2大于0.17mm，第三间隙3大于0.12mm，最后将曲轴连杆轴、曲轴 主轴、连杆轴瓦、曲轴主轴颈轴瓦、活塞及气缸进行装配，并使发动机恢复至原 有技术状态，运转后发生异响。

将处理好的发动机与一异响检测设备连接，该异响检测设备包括信号采集装 置、信号处理装置、信号分析装置及显示屏，通过采集该发动机异响时的声音和 振动信号，实时诊断所述发动机的异响故障。

为了更好的理解本发明，本发明以桑塔纳1.6L发动机为例进行更详细的阐述， 但不仅限于此。

桑塔纳1.6L发动机的曲轴连杆轴颈径向间隙在新车时为0.01-0.06mm，磨损 极限为0.12mm，该间隙主要靠连杆轴颈尺寸以及连杆颈轴瓦保证。利用刮刀将 一道新的连杆轴颈轴瓦减磨合金部分刮去0.15mm，并用2500#砂纸对表面进行 抛光处理后得到第一间隙，重新装配轴瓦及活塞连杆组，其径向间隙增至 0.16-0.21mm，超出其磨损极限。将发动机重新装配，恢复至原有技术状态，在 运转后，异响明显。

曲轴主轴颈径向间隙新车时为0.03-0.08mm，磨损极限为0.17mm，其间隙主 要靠曲轴主轴颈尺寸以及主轴颈轴瓦保证。利用刮刀将一道新的主轴颈轴瓦减磨 合金部分刮去0.2mm，并用2500#砂纸对表面进行抛光处理后得到第二间隙，重 新装配轴瓦及曲轴，使径向间隙增至0.23-0.28mm，超出其磨损极限。将发动机 重新装配并恢复至原有技术状态，在运转后，异响明显。

活塞和气缸的配合间隙新车时为0.025-0.045mm，活塞磨损极限尺寸不超过 0.04mm，气缸直径磨损极限尺寸不超过0.08mm，即总的磨损极限为0.12mm。 利用刮刀将活塞裙部刮去0.15mm，并用2500#砂纸对表面进行抛光处理后得到 第三间隙，重新装配活塞连杆组，其配合间隙增大至0.145-0.165mm，超出其磨 损极限。将发动机重新装配，恢复至原有技术状态，在运转后，异响明显。

将已加工好的桑塔纳1.6L发动机与异响检测设备连接，该异响检测设备包括 信号采集装置、信号处理装置、信号分析装置及显示屏，其中信号采集装置包括 振动传感器和声音传感器，安装在发动机的适当位置，在发动机异响时及时感应 并对其产生的振动信号和声音信号进行采集，同时转换成电信号，输入信号处理 装置；信号处理装置包括放大器、滤波器和A/D转换器，电信号经信号放大器放 大、滤波器滤波和A/D转换器将其转换成数字信号，数字信号输入信号分析装置； 信号分析装置对接收到的数字信号进行分析，与已经储存在信号分析装置中的发 动机正常情况及各种部位异常的标准数据进行比较后，将结果显示在检测设备显 示屏中，从显示的结果中可以获知发动机的异响部位、原因、相应的振动波形及 分贝范围。该异响检测设备可同时对多种故障进行检测，检测结果快速准确。

本发明的发动机异响故障诊断装置及方法，对发动机进行合理的加工，不仅 能够模拟活塞与气缸之间配合间隙过大、曲轴连杆轴颈径向配合间隙过大和曲轴 主轴颈径向配合间隙过大这三个故障点所产生的异响，还根据各故障点产生异响 的特点及规律设置有异响检测设备，与发动机进行配合，发动机中可设置一个以 上的故障点，检测设备也可同时检测多种故障，故障点有针对性的同时还能够保 障故障诊断结果的准确性。

而报废的发动机由于操作者个人习惯、行驶路况等诸多因素的不同，磨损的 部位及程度大相径庭，故障点复杂又分散，无法有效的获得需要的信息，而诊断 的结果依据技术人员人工判断，准确性没有保证，况且在目前市场中各汽车实训 设备制造厂家也没有相关产品。

本发明的发动机异响故障诊断装置及方法则为在校学生以及企业维修人员 提供了良好的学习平台，克服了上述缺点，也填补了此类产品的空缺。成熟的产 品还可在中职、高职院校及汽车培训机构推广使用，具有广泛的应用前景。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局 限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组 合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域 的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神 和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。