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发动机敲缸是什么原因造成的(是机械故障吗?)

前几天写了一篇文章,简单说了说发动机拉缸、爆缸、顶缸等故障发生的底层原因,反响还是比较好的,网友评论互动也比较热烈。今天有网友问我,说发动机敲缸是怎么回事,为什么发动机在冷启动时偶尔会有“铛”的一声响?这个问题与上述的几种故障有关联之处,算是一个知识点遗漏,今天把这个坑填上。

所谓的发动机敲缸,是指发动机中的活塞敲击气缸壁,发出“铛铛”声音的现象。它与上述几种故障最大的区别是:拉缸、爆缸、顶缸都是严重的发动机机械故障,而敲缸不一定是故障!

对于所有的往复活塞式发动机来说,都会有敲缸现象,只是严重的程度不同而已;而且在某些特殊的工况下,发动机必然会出现敲缸现象。当然,如果是严重的敲缸声,就是机械故障了。

之前的文章中说了,发动机的活塞与气缸壁之间有0.05~0.10mm的间隙,不同的发动机这个间隙大小不同,发动机在不同个温度下这个间隙也不同,一般冷机时间隙较大,热机时间隙较小。由于这个间隙的存在,活塞在上下止点换向时,就会敲击对向的气缸壁,发出敲缸声音。

发动机“敲缸”敲的是哪儿?敲缸都是机械故障吗?

我们详细地来说一下。比如活塞从下止点向上止点运动,在连杆推力的作用下,活塞是沿着气缸壁左侧上行的;当活塞运行到上止点之后,改变方向向下运行,活塞在连杆的拉动下,会沿着气缸壁的右侧下行。这样,活塞在上止点位置时,会有一个从左侧过渡到右侧的一个过程。这个过程中,活塞在侧压力的作用下,会对气缸壁产生冲击,这就是敲缸的基本原理。

可以看出,所有的往复活塞式发动机,都会在上下止点处发生活塞换向,所以都会有敲缸现象。发动机一个做功过程有四个冲程,活塞换向四次,所以理论上会有四次敲缸。只是在下止点处,气缸压力较小,润滑较好,气缸磨损也较小,敲缸声不明显,一般都忽略不计了;而在上止点处,可能是排气冲程末期,也可能是压缩冲程末期、做功冲程开始,这两种情况下,活塞顶部的压力都是比较大的,所以活塞换向速度比较快,敲缸声就比较明显。特别是在压缩冲程末期、做功冲程开始时,活塞在巨大压力的作用下,几乎是从一侧“拍”到另一侧,敲缸声是比较明显的。

发动机“敲缸”敲的是哪儿?敲缸都是机械故障吗?

为了减轻发动机敲缸现象,发动机在结构上做出了改进,最常见的方式就是活塞销座偏置。即把活塞销座朝向承受做功侧压力的方向偏置1~2mm。这样活塞在接近上止点时,活塞顶部的气体压力使活塞倾斜,下端的裙部先换向;然后活塞越过上止点,侧压力反向作用,活塞以下端裙部为支撑点偏转换向。这样,活塞换向就分成了两步来完成,并且换向时间延长,冲击力减小,敲缸现象大大减轻。

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发动机在冷机状态下,活塞与气缸壁之间的间隙较大,二者之间的润滑也不好,活塞换向时冲击力也较大,所以很多车在冷机状态时都会有敲缸声。有些发动机在冷启动时发出的“铛铛”声,就是这种敲缸声。特别是柴油机,这种现象特别明显。当发动机温度升高后,活塞与气缸壁间隙变小,润滑改善,敲缸声就不那么明显了。这是一种正常的现象。

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发动机在正常工作时,燃烧室中的最高压力点都是出现在活塞越过上止点之后、开始下行的时候。如果发动机点火时间过早(或者喷油时间过早),活塞在到达上止点时,燃烧室中已经出现最高压力点,此时活塞换向就非常迅速,活塞猛烈的拍向对侧的气缸壁,发出较大的声响。这种现象一般发生在点火时间过早(或者喷油时间过早)、发动机大负荷运转(比如重载爬坡、急加速等)等情况下,俗称“叫杆”。一般发动机在这种情况下,动力会略有上升,以满足汽车短时间超负荷运行的需求。如果长时间处于这种工况下,发动机会磨损严重,寿命缩短。

发动机“敲缸”敲的是哪儿?敲缸都是机械故障吗?

还有一种情况,就是发动机在发生爆燃时,活塞顶部的可燃混合气发生多点燃烧,燃烧室内部的压力异常升高,气流紊乱,活塞在高温高压气体的冲击下,发生高频振荡,左右摆动反复冲击气缸壁,发出尖锐的声音,这也是敲缸的一种。这属于发动机异常燃烧导致的敲缸故障,只要把爆燃消除了,故障就消失了。最常见的就是使用了不符合标号的汽油,比如规定使用95号汽油,而车主却使用了92号汽油,当发动机大负荷工作时,汽油在发动机中爆燃,进而产生敲缸故障。

发动机“敲缸”敲的是哪儿?敲缸都是机械故障吗?

除此之外,发动机出现敲缸现象就属于机械故障了。比如活塞与气缸壁之间由于过度磨损导致间隙增大发生敲缸;或者是活塞与气缸壁之间润滑不良,二者金属部分直接接触,没有油膜隔离;或者是连杆变形,气缸体变形导致气缸中心线偏移,活塞偏缸,或者是活塞尺寸偏差过大等,也会导致敲缸故障。

发动机“敲缸”敲的是哪儿?敲缸都是机械故障吗?

发动机发生敲缸时,在发动机的中上部位发出连续有节奏的“铛铛”金属敲击声,当发动机转速和温度发生变化时,敲缸声也会随之消失或减弱。在日常工作中,通常用单缸断火或者断油的方法来判断具体的敲缸位置:如果某个气缸断火或者断油后,敲缸声消失,就可以判断是这个气缸有敲缸故障。一般来说,如果发动机只是在冷车时敲缸,热车后消失,可以不用处理;如果是冷车正常,热车敲缸,或者是冷热车都敲缸,就属于发动机机械故障了,必须解体维修。

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