汽车发动机故障诊断与排除论文2

汽车检测与维修技术X班 XXX

【摘要】本文简单的介绍了汽车发动机的概况，叙述了汽车发动机的构造组成，工作原理，故障现象，故障原因分析以及故障诊断与排除方法。 【关键词】汽车发动机 结构原理 故障诊断排除

1.引言

随着汽车越来越多的走入寻常百姓家中，为我们出行带来了方便，与此同时汽车故障也为我们带来了许多麻烦。发动机是汽车的心脏，为汽车的提供动力，当汽车发动机出现故障时，我们要先根据现象将故障归纳到某一系或机构中。然后再从中找到具体的故障部位。最后进行修复或更换，将故障排除。因此发动机故障分析与排除的关键是要弄清故障现象，故障原因和排除方法。要想找出发动机故障的原因及排除故障，首先必须了解熟悉发动机的构造组成和工作原理。

2.汽车发动机概况

2.1发动机发展历史

往复活塞式四冲程汽油机是德国人奥托在大气压力式发动机基础上，于1867发明并投入使用的。由于采用了进气、压缩、做功和排气四个冲程，发动机的热效率从大气压力式发动机的11%提高到14%，而发动机的质量却降低了70%。

12年德国工程师狄塞尔发明了压燃式发动机(即柴油机)，实现了内 燃机历史上的第二次重大突破。由于采用高压缩比和膨胀比，热效率比当时其他发动机有提高了1倍。

1926年，瑞士人布希提出了废气涡轮增压理论，利用发动机排出的废气能量来驱动压气机，给发动机增压。

1956年，德国人汪克尔发明了转子式发动机，使发动机转速有了大幅度的提高。50 年代后，废气涡轮增压技术开始在车用内燃机上逐渐得到应用，

使发动机性能有很大提高，成为内燃机发展史上的第三次重大突破。

19年德国SUN公司首次将转子式发动机安装在轿车上。

1967 年德国博世公司首次推出由电子计算机控制的汽油喷射系统，开创了电控技术在汽车发动机上应用的历史。由于电控技术的应用，发动机的污染物排放、噪声和燃油消耗大幅度地降低，改善了动力性能，成为内燃机发展史上第四次重大突破。

1967年，美国比林斯公司制造了第一辆氢气汽车。

1971年，第一台热气发动机——斯特林机的公共汽车已开始运行。 1972年，日本本田技研工业在市场售出装有复合涡流控制燃烧的发动机的西维克牌轿车，打响了稀薄气体燃烧发动机的第一炮。

1977年，在美国芝加哥召开了第一次国际电动汽车会议，展出了各种电动汽车一百多辆。

1978年，日本研究成功复合动力汽车，即内燃机——电力汽车。 1979年8月，巴西制造出以酒精为燃料的汽车——菲亚特147型和帕萨特型轿车。

1980年，日本研制成功液态氢气车。

1980年，美国试制成功了一种锌氯电池电动汽车。 1980年，西班牙试研制成功一种太阳能汽车。

1980年，西德汉堡市西北伊策霍的一位工程师，发明了一种利用电石气（乙炔气）作动力的汽车。

1981年，美国研制出的一种新的节约能源的风能汽车，这辆汽车现在还不能全部使用风能，而是与燃料交替使用。

1982年，日本东京大学一色尚次教授，经过多年的研究，终于成功地研制出世界上第一辆盐水发动机汽车。

1983年，世界上第一辆装备柴油陶瓷发动机的汽车运行试验成功。 1984年，前苏联研制出一种双重燃料汽车。当汽车发动时，首先使用汽

油，然后专用天然气。

1984年，美国美孚石油公司的阿莫柯比化学公司，研制出了一种叫杜隆塑料的合成材料，该公司采用这一塑料成功地制造出了世界上第一台全塑料汽车发动机，其重量只有84公斤。

1984年，澳大利亚工程师沙里许经10年研究，花费了1300万美元后，研制成功了一种在功率、燃烧效率和降低污染多方面优于四冲程内燃机的OCP发动机。

1985年，澳大利亚一位叫彼兰丁的发明家，经过多年努力，研制出一种安全可靠、启动灵活、高速而又不冒烟的蒸汽机汽车。

1986年，日本的三洋电气公司研制成功首辆由太阳能电池带动的汽车。 1994年，澳大利亚研制出用柴油机改装的燃烧椰子油的汽车。 无数年的努力，无数人的智慧与汗水造就了如今汽车业的蓬勃发展，历史的变迁让汽车成为了人类生活中必不可少的部分。 纵观历史，汽车的发展虽然只经历了短短的100多年，但是它对我们来说拥有无比重大的意义，可以说它的存在推进了历史的进程，改变了人类的生活，缩短了人类之间的距离，创造了历史的新纪元！

2.2发动机现状 2.2.1国内汽油机现状

目前国内已经能够自行设计并开发中小功率的汽油发动机和部分中速发动机。华晨汽车将自主知识产权的1.8T发动机装上了自己的汽车。中国“首款自主T系列车型”———1.8T中华轿车近日在北京人民大会堂高调上市。清华大学汽车工程开发研究院常务副院长宋健博士告诉记者，根据他的了解，即使与国外的“T”型车相比，1.8T中华的表现也仍然在多项指标上高出一截。尽管合资汽车公司在总量上占据了目前中国国内发动机生产的绝大部分地盘，但作为汽车的心脏，自己制造发动机也出现在越来越多的中国自主品牌汽车公司的计划中。吉利汽车做出了中国第一台CVVT发动机；奇瑞和奥地利AVL公司合作开发了多款发动机；长安汽车和德国FEV公司合作开发了系列发动机；海马汽车也引

进了马自达的发动机技术。国内已经投产的发动机厂可以分为三大类： 第一类 是2000年以前投产的，基本是20年以前的技术，典型的代表就是丰田的491发动机至今还在生产。

第二类 是在2000年到2005年之间投产的，它是上一代技术被转移到中国来的结果，典型的代表是三菱4G6平台上的发动机。

第三类 是2005年之后开工的，和国际先进水平保持同步水准，比如通用的V8的技术、大众的EA888平台上的直喷技术。 也就是说，不同技术水平的发动机现在几乎都在中国同时生产。但是随着中国排放法规的越来越严格，未来技术落后的发动机将难以在国内立足。从目前发动机的国2排放标准到2007年7月1日实施的国3排放标准，再到2010年的国4排放标准，以及2013年可能实施的国5排放标准，发动机厂家被不断要求提 升技术能力。 当然，这种发动机的升级换代工作还受燃油价格、油品质量特别是柴油质量的影响。汽车消费税和燃油消耗量，也都会对发动机在中国的生产起到很大的作用。混合动力和代用燃料仍然会扮演重要的替代角色。 2.2.2国外汽油机现状

以福特为例，日前，福特汽车公司在美国底特律推出了一项名为EcoBoost全新发动机技术。未来5年中，每年在北美将有50万辆福特、林肯和安全品牌汽车采用这一新技术，从而使其燃油经济性提升高达20％。 采用EcoBoost技术的4缸和6缸发动机兼具涡轮增压和燃油直喷两种技术。相比更为昂贵的混合动力与柴油发动机，EcoBoost技术建立在现今广泛使用的汽油发动机上，通过改进，使其在无损驾驶性能的前提下提高燃油经济性并降低排放。目前，各国的汽车公司都在大力开发和采用这种技术先进、性能优异的产品。日本三菱汽车公司一直处于领先地位。自1996年8月率先向市场投放第一台GDI发动机以来，三菱公司先后又开发出了多种不同类型的GDI发动机，即2.4L四缸机、3.0L六缸机和3.5L六缸机，它们已分别装用于四种中、大型轿车投放市场。近年来，该公司又推出多种GDI新机型:4.5L的V8机、1.5L的直列四缸机和0.66L的直列三缸机。三菱公司称，其1.8L的GDI发动机不仅可节省燃油20％，降低排放

20％，而且还可把发动机的功率和扭矩提高10％。

2.3发动机发展趋势

燃油电子喷射：相比于过去采用的化油器，燃油电子喷射系统可以的燃

油计量精确度上有较大幅度的提高。因此，采用电子控制燃油喷射的汽油机，其经济性和动力性有很大的提高，使对混合气浓度要求的三效催化转化器降低排放成为可能。

电子控制燃油喷射：从单点式发展到多点式。这使汽油机不仅在动力性上仍旧能保持其密度的特点，而且其燃油性几乎可以和柴油机相媲美。有人甚至称汽油直接喷射是汽油机的一次。汽油直接喷射技术已经在日本三菱、丰田和日产的一些发动机上应用。欧洲的一些汽车公司如德国大众、法国雷诺等也在发展之中。

点火和管理系统：汽油机是电火花点燃混合气的点燃式发动机。火花的发生过去是依靠点火系统内的机械式白金断电器来完成的。断电器在高速运转下很容易磨损并烧蚀，从而使发动机出现失火，造成动力性下降和有害排放物激增的后果。

采用电磁式或霍尔式无触点的断电器便彻底解决汽油机运转过程中动力下降的排放增加的难题，也大大地减少了发动机的维修和保养工作。现代的高性能汽油机已经毫无例外地采用了电子控制的无触点点火系统。

可变气门定时和升程系统 发动机的气门是控制进气与换气过程的基本机构，主要的控制参数是气门定时和升程。对应于一定的运行工况，要求的定时和升程各不相同。但一般发动机一经制造出后，气门机构的定时和升程便不能改变，这势必造成部分工况不能在最优的状态下，动力性、经济性和排放品质达到最优。 汽油机直喷（GDI）技术，就是将汽油通过高压（约100大气压）供油系统将汽油直接喷到燃烧室内与空气混合、燃烧。GDI在电子喷射和控制技术取得长足发展后，于上世纪90年代后期开始进入市场。与传统的多点气道喷射的汽油机相比，GDI有四大显著的优点：能有效降低发动机的未燃碳氢化合物的排放，因为GDI技术避免了气道喷射汽油机在冷起动时燃油在气道壁面沉积的问题，而

且极大地提高了燃油与空气的混合程度，更为精确地控制了每个燃烧循环的空气与燃油的比例，从而达到缸内完全燃烧的目的；使汽油在燃烧室内雾化、蒸发，降低了燃烧室内空气的温度，从而增加了燃烧室内空气的质量；因汽油蒸发降低了充气的温度，使发动机设计师有可能提高发动机的压缩比，提高发动机的热效率；GDI使发动机能很容易实现分层燃烧。

燃烧速率控制滑片是另一项节能环保技术，类似的设计思想在Toyota和Ford的发动机上有所体现。汽油机在怠速和小负荷时，燃烧室内残余废气所占的比例很高，会导致点火困难、火焰传播速度慢，这会负面影响发动机的排放及效率。而另一方面，在一般城市交通中，汽车发动机绝大部分时间是在中、小负荷及怠速状况。优化汽油机在这些状态下的排放和热效率具有重大的意义。燃烧速率控制滑片就是通过促进燃烧室内在火花塞附近创造稳定的、容易点燃的空气燃油混合比，通过增加燃烧室湍流的强度达到节能环保的目的。发动机在怠速或小负荷时，发动机电子控制器会实时调节滑片在发动机进气道的位置，使滑片挡住进气道部分截面积，从而使新鲜空气—燃油混合气在进入燃烧室时有一切向的速度，在燃烧室内形成有序的涡流。在着火及燃烧的早期，有序的涡流碎化成小尺度的涡流，从而大大提高火焰的传播速度。

另一项最近两年开始投入市场的汽油机技术就是切缸工作循环，或称为可变排量。可变排量技术就是根据汽车动力的需求来实时决定发动机的有效排量，使做功的汽缸总是处于大负荷状态，从而达到节能环保的目的。这一技术适用于中大排量、V型布置的发动机，如本田的V6、通用的V8及戴-克的V12汽油机。

内燃机的发展带动汽车的发展，伴随汽车产销量快速增长而来的是大气污染和石油消耗。无疑，先进的发动机技术将在汽车节能、环保技术开发中起着关键的决定性的作用。 近 20 年来, 面对世界石油资源日趋枯竭给社会发展带来的压力, 面对汽车保有量急剧增长对环境的影响, 世界汽车界不停地在寻找实现汽车工业可持续发展的解决方法。

3.汽车发动机结构组成及工作原理

3.1发动机结构组成

汽车发动机主要由“两大机构，五大系统”组成。“两大机构”是指曲柄连

杆机构和配气机构；“五大系统”分别是燃料供给系统，冷却系统，润滑系统，点火系统，启动系统。 3.1.1曲柄连杆机构

曲柄连杆机构由机体组、活塞连杆组、曲轴飞轮组三部分组成。 （1）机体组：气缸体、气缸垫、气缸盖、曲轴箱、汽缸套及油底壳。 （2）活塞连杆组：活塞、活塞环、活塞销、连杆。 （3）曲轴飞轮组：曲轴、飞轮、扭转减振器、平衡轴。

曲柄连杆机构的作用是提供燃烧场所，把燃料燃烧后产生的气体作用在活塞顶上的膨胀压力转变为曲轴旋转的转矩，不断输出动力。

（1）将气体的压力变为曲轴的转矩。 （2）将活塞的往复运动变为曲轴的旋转运动。

（3） 把燃烧作用在活塞顶上的力转变为曲轴的转矩，以向工作机械输出机械能。 3.1.2配气机构

配气机构主要由气门组和气门传动组组成。

（1）气门组包括气门、气门导管、气门座及气门弹簧等零件。有的进气门还设有气门旋转机构，气门组应保证气门对汽缸的密封性。

（2）气门传动组主要包括凸轮轴、正时齿轮、挺柱及其导杆，推杆、摇臂臂和摇臂轴等，其作用是使进排气门按配气相位规定的时刻进行开闭，并保证有足够的开度。

配气机构的功用是按照发动机每一气缸内所进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭各气缸的进、排气门，使新鲜充量得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出；在压缩与膨胀行程中，保证燃烧室的密封。新鲜充量对于汽油机而言是汽油和空气的混合气，对于柴油机而言是纯空气。 3.1.3点火系统

点火系统是汽油发动机重要的组成部分，点火系统的性能良好与否对发动机的功率、油耗和排气污染等影响很大。能够在火花塞两电极间产生电火花的全部设备称为发动机“点火系统”。通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。

点火系统在引擎运转时所扮演的角色是在任何引擎转速及不同的引擎负荷下，均能在适当的时机提供足够的电压，使火花塞能产生足以点燃汽缸内混合气的火花，让引擎得到最佳的燃烧效率。 点火系统的基本装置包含了电源（电瓶）、点火触发装置、点火正时控制装置、高压产生器（高压线圈）、高压电分配装置（分电盘）、高压导线及火花塞。现代的点火提前装置则已改由引擎管理电脑所控制，电脑收集引擎转速、进气歧管压力或空气流量、节气门位置、电瓶电压、水温、爆震等讯号，算出最佳点火正时提前角度，再发出点火讯号，达到控制点火正时的目的。

3.1.4润滑系统

发动机润滑系统主要由油底壳，机油泵，机油滤清器，机油集滤器，主油道，限压阀，机油泵吸，曲轴箱通风装置等组成。

润滑系统的功用就是在发动机工作时连续不断地把数量足够、温度适当的洁净机油输送到全部传动件的摩擦表面，并在摩擦表面之间形成油膜，实现液体摩擦。从而减小摩擦阻力、降低功率消耗、减轻机件磨损，以达到提高发动机工作可靠性和耐久性的目的。 3.1.5冷却系统

发动机冷却系主要由冷却液，节温器，水泵，散热器，散热风扇，水温传感器，储液罐，采暖装置等组成。

冷却系的功用是将受热零件吸收的部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。 发动机的冷却系有风冷和水冷之分。以空气为冷却介质的冷却系称为风冷系；以冷却液为冷却介质的称为水冷系。 3.1.6燃料供给系统

汽油机燃料供给系的任务是将汽油经过雾化和蒸发(汽化)并和空气按一定比例均匀混合成可燃混合气，再根据发动机各种不同工况的要求，向发动机气缸内供给不同质(即不同浓度)和不同量的可燃混合气，以便在临近压缩终了时点火燃烧而放出热量燃气膨胀作功，最后将气缸内废气排至大气中。

目前汽油机的燃料供给系有：化油器式燃料供给系；汽油喷射式燃料供给系；液化石油气燃料供给系以及其它混合燃料供给系统等。化油器式燃料供给系是汽油机传统的供给系仍在广泛应用，而汽油喷射式燃料供给系在汽油机上的使用已经普及。 3.1.7启动系统

发动机启动系统，由蓄电池、启动机和启动控制电路组成。启动控制电路包括启动按钮或开关、启动继电器等。

起动系统的作用就是供给发动机曲轴转动转矩，使发动机达到必须的起动转速，以便使发动机进入自行运转状态。当发动机进入自由运转状态后，便结束任务立即停止工作。

3.2发动机工作原理

汽油机是将空气与汽油以一定的比例混合成良好的混合气，在吸气冲程被

吸入汽缸，混合气经压缩点 火燃烧而产生热能，高温高压的气体作用于活塞顶部，推动活塞作往复直线运动，通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。四冲程汽油机在进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程内完成一个工作循环。 (1) 吸气冲程(intake stroke)

活塞在曲轴的带动下由上止点移至下止点。此时进气门开启，排气门关闭，曲轴转动180°。在活塞移动过程中，汽缸容积逐渐增大，汽缸内气体压力从pr逐渐降低到pa，汽缸内形成一定的真空度，空气和汽油的混合气通过进气门被吸入汽缸，并在汽缸内进一步混合形成可燃混合气。由于进气系统存在阻力，进气终点 (图中a 点)汽缸内气体压力小于大气压力0 p ，即pa= (0.80～0.90) 0 p 。进入汽缸内的可燃混合气的温度，由于进气管、汽缸壁、活塞顶、气门和燃烧室壁等高温零件的加热以及与残余废气的混合而升高到340～400K。

(2) 压缩冲程(compression stroke)

压缩冲程时，进、排气门同时关闭。活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180°。活塞上移时，工作容积逐渐缩小，缸内混合气受压缩后压力和温度不断升高，到达压缩终点时，其压力pc可达800～2 000kPa，温度达600～750K。在示功图上，压缩行程为曲线a～c。 (3) 做功冲程(power stroke)

当活塞接近上止点时，由火花塞点燃可燃混合气，混合气燃烧释放出大量的热能，使汽缸内气体的压力和温度迅速提高。燃烧最高压力pZ达3 000～6 000kPa，温度TZ达2 200～2 800K。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动，并通过曲柄连杆机构对外输出机械能。随着活塞下移，汽缸容积增加，气体压力和温度逐渐下降，到达 b 点时，其压力降至300～500kPa，温度降至1 200～1 500K。在做功冲程，进气门、排气门均关闭，曲轴转动180°。在示功图上，做功行程为曲线c-Z-b。 (4) 排气冲程(exhaust stroke)

排气冲程时，排气门开启，进气门仍然关闭，活塞从下止点向上止点运动，曲轴转动180°。排气门开启时，燃烧后的废气一方面在汽缸内外压差作用下向缸外排出，另一方面通过活塞的排挤作用向缸外排气。由于排气系统的阻力作用，排气终点r 点的压力稍高于大气压力，即pr=(1.05～1.20)p0。排气终点温度Tr=900～1100K。活塞运动到上止点时，燃烧室中仍留有一定容积的废气无法排出，这部分废气叫残余废气。

4.汽车发动机故障诊断与排除

4.1发动机冷却系统故障

故障现象：发动机在正常运行时冷却液温度过高。

故障原因分析：（1）冷却液不足。（2）冷却液温度表及传感器损坏。（3）散热器及其连接管路漏水。（4）节温器不能正常开启。（5）冷却液泵故障。（6）散热器冷却风扇不能正常工作。（7）气缸盖衬垫损坏(8)散热器散热不良。（9）

发动机内部循环水道部分阻塞。

故障诊断与排除：检查冷却液是否减少，储水壶及其连接的软管有无渗漏，若无则检查节温器，发现散热器上下水管温度一样，确定节温器完好。启动发动机后使用电脑检测仪检查发现当冷却液温度到达92.8℃时散热器风扇开始转动，说明散热器风扇工作正常。观察散热器外部外部，并无杂物等影响散热的物体，内部水垢很少。然后检查冷却液泵驱动带，发现并无松动，冷却液泵也无渗漏。启动发动机后打开散热器盖，发现冷却液流动情况正常，确定冷却液泵工作正常。最后观察发现发动机启动冷却液温度升高后，散热器附近有大量的气泡和冷却液溢出，所以得出结论为发动机气缸垫变形损坏，需更换气缸垫。

4.2发动机启动困难

故障现象：冷车时启动困难。

故障原因分析：（1）燃油泵压力不够。（2）燃油含水。(3)冷却液温度传感器传送信号错误。（4）点火线圈点火效果不好，无火花或火花弱。（5）节气门体及怠速旁通气道过脏。

故障诊断与排除：（1）首先在燃油分配管总成的进前端接上燃油压力表，启动发动机，燃油压力在250kpa左右，燃油泵供油正常，再将燃油压力调节器真空管拔掉，燃油压力上升至300kpa，说明燃油系统正常。（2）检查点火系统，拔出缸线，接上火花塞，将火花塞电极与发动机机体处接地，启动发动机，有蓝白火花，点火系统正常。（3）拔下冷却液温度传感器插头，用替换法串联上一个2500Ω的电阻，然后启动发动机，启动正常。用欧姆表测量冷却液温度传感器电阻，在20℃时，电阻为1300Ω（标准应为2500Ω）；冷却液温度传感器电阻值明显低于标准值，导致发动机ECU检测的冷却液温度信号错误，致使混合气过稀。(4)由此可判断发动机在冷车启动时，冷却液温度传感器电阻值过小，传感器传输给ECU的电压信号降低，从而使ECU控制喷油量减少；混合气过稀，导致冷车启动困难。需更换冷却液温度传感器。