从引擎异声之研析谈故障排除

一、机械于运转时所产生之异声（振动），其中包含着许多内部机件运转状态之信息，藉此信息可分析出机械运转时作动是否正常？及其机能状况为何？
二、过去检验工作是由保修技术人员凭借其听觉、触觉及所累积的经验来进行分析。现今应用科学仪器及各测试器材如汽缸压力、真空吸力、引擎振动仪器分析、引擎振动噪音等检验方式及感测撷取机械的性能讯号，作为检验人员分析之客观依据。
三、引擎异声中最严重也最不易判别的故障，包括：曲轴与曲轴轴承间、连杆与杆轴承间、活塞与汽缸壁间及气门脚产生之异声等。
四、透过各种异声形成原因及检测方式，逐一研析并提供适切之检修程序，作为保修人员平时维修之参考。

A、前　言
机械运转时所产生之异声（振动），其中包含着许多内部机件运转状态之信息，藉此信息可分析出机器运转时之机能运作是否正常。过去的检验工作，是由保修技术人员凭借其听觉、触觉及所累积的经验来进行分析，其可靠性约80%左右。而目前车辆检修时,则采用各种测试仪器，以捡测汽缸压力、真空吸力、引擎振动仪器分析、引擎振动噪音等检验项目，透过传感器撷取机械的性能讯号，以量测计算出一定量性之数据，作为检验工作更客观精准之依据。

B、本　文
引擎异声形成，大都是属于作动时机械配合间隙不正确（磨耗）所导致，若持续使用会加速耗损引擎应有之寿限。为防止引擎异声之发生，根本实际问题在于引擎零件加工作业时，必需xx并符合品管规格之要求，并依据技术保修手册之规定安装与配置等。
一、异声研究动机分析
引擎异声在翻修引擎时常发生，对于长久担任车辆保修技术人员而言，的确是一件令人「绞尽脑汁」却也不可忽视的事情。主要的原因系引擎运转时出现不正常的异声，其象征着引擎显露出不正常的讯号，急需保修人员诊断及检验问题的所在，以维护机件之妥善状态。然而引擎异声的形成因素繁杂，即使是一位熟练的保修技术人员，也会有误判的现象。因此xx引擎之异声必须细心及耐心，运用各种测试仪器及正确的方法与步骤，细心分析、小心求证、并积极培养工作经验等，以达事半功倍的效果。

二、引擎异声可能原因
(一)引擎异声之诊断程序
1.在诊断引擎异声时，先确认此异声是否来至引擎及其附件所驱动之组件，包括齿轮、风扇离合器、液压泵浦、驱动皮带、发电机、空压机及涡轮增压器……等，并以下列数据做为参考，将有助于解决引擎故障问题。
2. 由于异声亦会传送至与问题无关之金属附件上，因此使用听诊器有助于引擎找出产生异声之所在。若引擎之异声频率与曲轴转速（引擎转速）相同，则此异声与曲轴、连杆、活塞及活塞销　有关；若与凸轮轴转速（引擎转速之半）相同，则此异声应与汽门传动机构有。故使用数字显　示转速表有助于判定此异声声源，进而判断出是与曲轴转速或凸轮轴转速之附件有关。
3.引擎之异声有时需藉压制喷油嘴柱塞作隔离判定，若于压住某缸喷油嘴柱塞作动，使之不再喷油时，若异声之音量减少或消失，则表示此异声应与引擎该汽缸有关。
(二)引擎异声产生
通常引擎异声之主要产生来源包括下列四种：
1.曲轴及曲轴轴承产生之异声。
2.连杆及连杆轴承产生之异声。
3.活塞与汽缸壁产生之异声。
4.气门脚产生之异声
。
C、引擎异声形成原因分析与诊断
(一)曲轴及曲轴轴承（俗称大波司）产生之异声：
曲轴为承受汽缸内之爆发压力，将活塞连杆之往复运动变成旋转运动之机件，并传输扭力至飞轮及离合器等。而车用柴油引擎曲轴之{zg}转数约在2300～4000RPM范围，且承受极高之负荷及震动，故必须非常坚固及耐磨。
1.异声形成原因
引擎因曲轴轴承「松动」（连杆大端）会产生低沉之金属敲击异声。而此敲击声在引擎每一转速中会很规律的出现，此异声亦会在引擎负载下加大（速）；此敲击声较连杆与活塞销结合处（连杆小端）所产生之异声低沉音量较低，当机油油膜太薄或无机油时，亦会使轴承产生敲击之声。
若有不规律之异声产生则表示曲轴轴承之止推轴承（垫圈）磨耗。若有间歇而尖锐之敲击声，则表示曲轴之端间隙太大，需经由离合器结合与分离之重复动作，改变异声音量与声频，以进一步判别之。
2.检测方式
(1)引擎转速控制在1000～2000rpm转之间。（约中负荷转速）
(2)使用引擎听诊器将感应头置于引擎体约位于曲轴轴承往复运动的位置，听诊异声状况。（笔者曾经使用过水管替代听诊器听异声所在，如用其它如金属棒亦可达到不错的效果。）
(3)逐缸松开高压油管与喷油嘴之接头螺帽，进行各缸诊听，以检测异声（如汽油引擎则拆脱高压线），引擎转速下降及无异声，则表示该缸为正常状态，并依序以检测之。
3.检修程序
(1)如确定引擎曲轴轴承发生异声，应立即熄火，并依保修作业程序送修，以免造成更大的损坏。
(2)曲轴轴承从本体拆下时，轴承盖在拆卸前应先做上记号，记号须打在轴承盖和曲轴箱壁同侧位置上，切勿损坏轴颈或主轴轴承壳套，以免因损伤而缩短附件使用寿命，并应保持清洁与干燥。
(3)曲轴之油道必须用高压空气彻底吹净后，使用外测微卡，量测曲轴轴颈及曲柄销之失圆度与斜差度。
(4)各缸之活塞（活塞环）、曲轴轴承、连杆轴承、与衬套等，须成组单独保存，于再组装时可保持相同磨损状况及正确装配。
(5)选择合格之加大主轴轴承，依规定程序完成装配。（依厂商之规格）
(6)组装曲轴时，须使用塑料量规，平放在曲轴轴颈与曲轴轴承之间，锁紧轴承螺栓至规定之扭力，再拆下曲轴轴承螺栓与帽，并用测量带测量塑料规之宽度是否合乎标准，必要时重新调整及装配之。
(二)连杆及轴承（俗称小波司）产生之异声：
连杆为连接活塞与曲轴间之机件，系将活塞之动力传送至曲轴，同时将活塞之往复运动转成旋转运动，连杆所受之力量非常大，故其所选用之材料必须强度大且重量轻，和汽油引擎相比，柴油引擎之连杆强度要求更大，一般采用碳钢、铬钢或锰钼钢等合金钢锻压而成。
1.异声形成之原因
若连杆轴承之间隙太大，在引擎高转速及怠速负荷的情况下，均会产生敲击声。而当引擎之转速增加时，此异声亦随之增加，然此异声会与活塞之敲击声及活塞销移动之声音混淆，并于机油压力不足时，亦会产生此种现象。
2.检测方式
(1)引擎到达正常之工作温度后，再做诊断检测。
(2)使用引擎听诊器，将感应头置于引擎体外连杆轴承，约于曲轴上死点之部位听诊。
(3)引擎转速控制于1500rpm左右。
(4)听诊时，猛加油门或累积重负荷时检查有无异声。
(5)逐缸松开高压油管与喷油嘴之接头螺帽，并进行逐缸听诊是否有异声。
(6)如熄火后，若该缸之异声消失或减弱，表示该缸之连杆轴承间隙过大或为已烧蚀。
3.检修程序：
(1)如已确定引擎连杆轴承发生异声，应立即熄火，并依保修作业程序送修，以免造成更大的损坏。
(2)使用连杆校正器，量测连杆弯曲度及扭曲度。
(3)如需要则更换新连杆，必须在连杆轴承盖上冲压汽缸号码，予以识别。
(4)引擎连杆轴承间隙过大或烧蚀时，应更换新的轴承片；如轴颈磨损，则重新研磨曲轴，并更换加大之轴承片以因应之（笔者曾经利用薄铜片及耐油纸等替代品，垫置于轴承与轴承盖之上下，减少间隙过大等问题，此属于阶段性替代作法）。
注意：此种方式要考虑到曲轴与连杆是否有润滑油道及活塞往复运动时薄铜片或耐油纸易产生滑动状况之顾虑。
(三)活塞与汽缸壁产生之异声：
作用在活塞顶部的瞬间{zd0}爆发压力极高，约为９Mpa活塞温度约达330至340℃，且活塞在引擎{zg}转速时以8－14m/s之高速往复运动，因而活塞之工作繁重不难想见，故活塞必须具备强度大、耐磨、质轻、导热性佳、膨胀系数小等特性。
活塞及活塞环在动力冲程中，高至4000磅【18000牛顿】的力会突然加到活塞顶上；以在公路上行驶的速度，每秒会有30到40次动力冲程，而活塞顶上之温度达到2204℃【4000℉】。
汽缸之磨耗以上部最为严重，这是由于爆炸压力、燃烧高温、不良润滑、活塞环热胀等因素造成，至于汽缸底部润滑较佳，活塞环热胀较小，且活塞推力承受较少，因此底部区域，一般显示磨耗较小。另外汽缸顶部，在活塞环未达最上方位置时，磨耗也很小，长期作用下便有余缘产生。
1.异声形成之原因
(1) 活塞裙部与汽缸壁间的距离（称活塞间隙；通常为0.001至0.004吋之间）。引擎运转时，活塞与活塞环在充满间隙的机油膜上移动，若此间隙太小，则因高摩擦力及严重的磨耗而造成动力损失，活塞也有可能咬死在汽缸中，使引擎无法运转。太大的活塞间隙则会造成活塞敲缸，此异声是因为动力冲程开始时，活塞会从汽缸的一边移到另一边，活塞敲缸经常发生于汽缸壁及活塞裙部磨损或磨坏的老旧引擎。
(2) 要区别活塞销、连杆及活塞所产生之噪音很困难，当引擎于怠速时，松动的活塞销会产生重复大音量的敲击声，当声响大于此汽缸之喷油嘴声响时，此敲击声会有明显的变化。活塞销如安装不正确，于引擎无负荷时，能更明显的听出轻微之敲击声；而当引擎有负荷时，此异声会xx消失，活塞销产生之异声一般在引擎减低转速时即可听到。
2.检测方式：
(1)引擎进行听诊时，听诊器感应头应置于各缸与汽缸床密合处下方一吋左右。
(2)逐缸松动高压油管及喷油嘴之接头螺帽，在无压缩点火状况并逐一进行各缸听诊是否有异声。
(3)如熄火后，该缸之异声消失或减弱，表示该缸之连杆轴承间隙过大或已烧蚀状况。
(4)汽缸经搪缸加大翻修后，须用量缸表或针盘量规校对缸壁是否圆滑、平直。如果是安装新缸套，必须将绉纹磨平，然后再施予磨缸工作。
(5)汽缸壁不可能光亮如镜，缸壁太光滑将不能存留机油，活塞与汽缸壁均得不到适当之机油润滑，缸壁表面应该成45度交叉细密之磨痕。
3.检测程序：
(1)使用外测微卡、厚薄规及深度尺等工具量测活塞直径、活塞环槽间隙及活塞环开口间隙。（参阅制造厂商规范）
(2)使用内测微卡或量缸表，测量汽缸内径之失圆度及斜差度。
(3)依搪缸之缸径选择规定加大之活塞及活塞环。后依规定程序完成装配。
(4)如需要更换新活塞，必须在活塞顶部，冲压汽缸号码，加予识别。
(四)气门脚产生之异声：
每一四行程引擎气缸至少有两个气门，一个进气门及一个排气门；进气门在进气冲程刚开始前打开，使混合气进入汽缸（柴油引擎为纯空气）而排气门则在排气冲程刚开始时打开，在燃烧引擎运转时，后的气体由汽缸中排出。
气门在气门导管中运动，不仅需要经常承受极高的温度（进气门为200～550℃，排气门为600～850℃以上），同时在高速开启与闭合时（约100至 400公克之重力加速度），要能承受与气门座之往复冲击，于此苛酷条件下工作，气门必须具有耐冲击、耐磨耗、耐腐蚀等条件。
1.异声形成之原因：
气门脚作动的声音为「搭.搭.搭.搭」，大都发生在引擎中、低速运转时最为明显。有时这种声音除了气门脚声响以外，还混杂着气门导管磨耗过大所生之响声。
2.检测方式
(1)打开摇臂室盖，将引擎油门控制引擎转速约每分钟650～1500转，检视并聆听气门脚之声响。
(2)引擎发动时，拆下摇臂室盖，以该引擎规定之量规，检测各气门脚间隙，并依据技术手册之规格调整。
(3)进xx门弹簧强度、正直度、自由长度之量测。
(4)引擎真空试验结果分析：
A.气门弹簧太弱：引擎高转速时，指针在10～22吋间摆动，再加速时摆动则更剧烈。
B.气门导管松动：气门导管磨损，将导致空气由导管上方混入，于引擎慢车时，指针较正常约低于3吋且快速摆动，但在引擎加速时则为正常。
C.气门阀面烧蚀：引擎低转速时指针有规律地跌落几吋（指针应稳定指示在17至21吋间）。
D.气门阀面漏气：当气门阀面关闭时，指针跌落2吋多。
E.如汽缸压力合于标准时，则引擎冒蓝烟，即表示引擎有下机油之现象产生，并可判定该响声来 自气门导管之磨损过大或油封失效。
3.检修程序
(1)使用外测微卡或千分表及Ｖ形规与平板工具，测量气门杆直径磨损及气门杆弯曲度。
(2)检查气门接触面：在研磨或绞修气门后，以红丹或深蓝色涂料涂抹在气门上，然后与气门座接合数次。将气门小心取出，检视气门座接触面。若涂料均匀分布于气门座接触面中央则表示磨合状况良好，反之若过高或过低及不完整圆线等则为不良。
(3)如不良则需重新研磨与气门导管衬套。
(4)选择规定加大之气门导杆及气门衬套与之配合，后依规定程序完成装配之。
参、结　语
引擎于使用一段时间后，活塞、活塞环（销）、汽缸壁、大小轴承等均会产生一定会磨耗现象，如其磨耗失圆斜差值超过规范时，便须搪缸或换新缸套等之修理。因此本文透过车辆引擎机构之曲轴与轴承、连杆与轴承、活塞与汽缸壁、气门脚等产生异声之分析，提供保修人员落实车辆引擎检修勤务。