從引擎異聲之研析談故障排除

可馬可馬

從引擎異聲之研析談故障排除 後勤學校　何克威士官長 　 提　要 一、機械於運轉時所產生之異聲（振動），其中包含著許多內部機件運轉狀態之信息，藉此信息可研判出機械運轉時作動是否正常？及其機能狀況為何？ 二、過去檢驗工作是由保修技術人員憑藉其聽覺、觸覺及所累積的經驗來進行研判。現今應用科學儀器及各測試器材如汽缸壓力、真空吸力、引擎振動儀器分析、引擎振動噪音等檢驗方式及感測擷取機械的性能訊號，作為檢驗人員研判之客觀依據。 三、引擎異聲中最嚴重也最不易判別的故障，包括：曲軸與曲軸軸承間、連桿與桿軸承間、活塞與汽缸壁間及氣門腳產生之異聲等。 四、透過各種異聲形成原因及檢測方式，逐一研析並提供適切之檢修程序，作為保修人員平時維修之參考。 壹、前　言 機械運轉時所產生之異聲（振動），其中包含著許多內部機件運轉狀態之信息，藉此信息可研判出機器運轉時之機能運作是否正常。過去的檢驗工作，是由保修技術人員憑藉其聽覺、觸覺及所累積的經驗來進行研判，其可靠性約80%左右。而目前車輛檢修時,則採用各種測試儀器，以撿測汽缸壓力、真空吸力、引擎振動儀器分析、引擎振動噪音等檢驗項目，透過感測器擷取機械的性能訊號，以量測計算出一定量性之數據，作為檢驗工作更客觀精準之依據。 貳、本　文 引擎異聲形成，大都是屬於作動時機械配合間隙不正確（磨耗）所導致，若持續使用會加速耗損引擎應有之壽限。為防止引擎異聲之發生，根本實際問題在於引擎零件加工作業時，必需精確並符合品管規格之要求，並依據技術保修手冊之規定安裝與配置等。 一、異聲研究動機分析 引擎異聲在翻修引擎時常發生，對於長久擔任車輛保修技術人員而言，的確是一件令人「絞盡腦汁」卻也不可忽視的事情。主要的原因係引擎運轉時出現不正常的異聲，其象徵著引擎顯露出不正常的訊號，急需保修人員診斷及檢驗問題的所在，以維護機件之妥善狀態。然而引擎異聲的形成因素繁雜，即使是一位熟練的保修技術人員，也會有誤判的現象。因此消除引擎之異聲必須細心及耐心，運用各種測試儀器及正確的方法與步驟，細心研判、小心求證、並積極培養工作經驗等，以達事半功倍的效果。 二、引擎異聲可能原因 (一)引擎異聲之診斷程序 1.在診斷引擎異聲時，先確認此異聲是否來至引擎及其附件所驅動之元件，包括齒輪、風扇離合器、液壓泵浦、驅動皮帶、發電機、空壓機及渦輪增壓器……等，並以下列資料做為參考，將有助於解決引擎故障問題。 2.由於異聲亦會傳送至與問題無關之金屬附件上，因此使用聽診器有助於引擎找出產生異聲之所在。若引擎之異聲頻率與曲軸轉速（引擎轉速）相同，則此異聲與曲軸、連桿、活塞及活塞銷　有關；若與凸輪軸轉速（引擎轉速之半）相同，則此異聲應與汽門傳動機構有。故使用數字顯　示轉速表有助於判定此異聲聲源，進而判斷出是與曲軸轉速或凸輪軸轉速之附件有關。 3.引擎之異聲有時需藉壓制噴油嘴柱塞作隔離判定，若於壓住某缸噴油嘴柱塞作動，使之不再噴油時，若異聲之音量減少或消失，則表示此異聲應與引擎該汽缸有關。 (二)引擎異聲產生 通常引擎異聲之主要產生來源包括下列四種： 1.曲軸及曲軸軸承產生之異聲。 2.連桿及連桿軸承產生之異聲。 3.活塞與汽缸壁產生之異聲。 4.氣門腳產生之異聲。 三、引擎異聲形成原因分析與診斷 (一)曲軸及曲軸軸承（俗稱大波司）產生之異聲： 曲軸為承受汽缸內之爆發壓力，將活塞連桿之往復運動變成旋轉運動之機件，並傳輸扭力至飛輪及離合器等。而車用柴油引擎曲軸之最高轉數約在2300～4000RPM範圍，且承受極高之負荷及震動，故必須非常堅固及耐磨。 1.異聲形成原因 引擎因曲軸軸承「鬆動」（連桿大端）會產生低沉之金屬敲擊異聲。而此敲擊聲在引擎每一轉速中會很規律的出現，此異聲亦會在引擎負載下加大（速）；此敲擊聲較連桿與活塞銷結合處（連桿小端）所產生之異聲低沉音量較低，當機油油膜太薄或無機油時，亦會使軸承產生敲擊之聲。 若有不規律之異聲產生則表示曲軸軸承之止推軸承（墊圈）磨耗。若有間歇而尖銳之敲擊聲，則表示曲軸之端間隙太大，需經由離合器結合與分離之重複動作，改變異聲音量與聲頻，以進一步判別之。 2.檢測方式 (1)引擎轉速控制在1000～2000rpm轉之間。（約中負荷轉速） (2)使用引擎聽診器將感應頭置於引擎體約位於曲軸軸承往復運動的位置，聽診異聲狀況。（筆者曾經使用過水管替代聽診器聽異聲所在，如用其他如金屬棒亦可達到不錯的效果。） (3)逐缸鬆開高壓油管與噴油嘴之接頭螺帽，進行各缸診聽，以檢測異聲（如汽油引擎則拆脫高壓線），引擎轉速下降及無異聲，則表示該缸為正常狀態，並依序以檢測之。 3.檢修程序 (1)如確定引擎曲軸軸承發生異聲，應立即熄火，並依保修作業程序送修，以免造成更大的損壞。 (2)曲軸軸承從本體拆下時，軸承蓋在拆卸前應先做上記號，記號須打在軸承蓋和曲軸箱壁同側位置上，切勿損壞軸頸或主軸軸承殼套，以免因損傷而縮短附件使用壽命，並應保持清潔與乾燥。 (3)曲軸之油道必須用高壓空氣徹底吹淨後，使用外測微卡，量測曲軸軸頸及曲柄銷之失圓度與斜差度。 (4)各缸之活塞（活塞環）、曲軸軸承、連桿軸承、與襯套等，須成組單獨保存，於再組裝時可保持相同磨損狀況及正確裝配。 (5)選擇合格之加大主軸軸承，依規定程序完成裝配。（依廠商之規格） (6)組裝曲軸時，須使用塑膠量規，平放在曲軸軸頸與曲軸軸承之間，鎖緊軸承螺栓至規定之扭力，再拆下曲軸軸承螺栓與帽，並用測量帶測量塑膠規之寬度是否合乎標準，必要時重新調整及裝配之。 (二)連桿及軸承（俗稱小波司）產生之異聲： 連桿為連接活塞與曲軸間之機件，係將活塞之動力傳送至曲軸，同時將活塞之往復運動轉成旋轉運動，連桿所受之力量非常大，故其所選用之材料必須強度大且重量輕，和汽油引擎相比，柴油引擎之連桿強度要求更大，一般採用碳鋼、鉻鋼或錳鉬鋼等合金鋼鍛壓而成。 1.異聲形成之原因 若連桿軸承之間隙太大，在引擎高轉速及怠速負荷的情況下，均會產生敲擊聲。而當引擎之轉速增加時，此異聲亦隨之增加，然此異聲會與活塞之敲擊聲及活塞銷移動之聲音混淆，並於機油壓力不足時，亦會產生此種現象。 2.檢測方式 (1)引擎到達正常之工作溫度後，再做診斷檢測。 (2)使用引擎聽診器，將感應頭置於引擎體外連桿軸承，約於曲軸上死點之部位聽診。 (3)引擎轉速控制於1500rpm左右。 (4)聽診時，猛加油門或累積重負荷時檢查有無異聲。 (5)逐缸鬆開高壓油管與噴油嘴之接頭螺帽，並進行逐缸聽診是否有異聲。 (6)如熄火後，若該缸之異聲消失或減弱，表示該缸之連桿軸承間隙過大或為已燒蝕。 3.檢修程序： (1)如已確定引擎連桿軸承發生異聲，應立即熄火，並依保修作業程序送修，以免造成更大的損壞。 (2)使用連桿校正器，量測連桿彎曲度及扭曲度。 (3)如需要則更換新連桿，必須在連桿軸承蓋上沖壓汽缸號碼，予以識別。 (4)引擎連桿軸承間隙過大或燒蝕時，應更換新的軸承片；如軸頸磨損，則重新研磨曲軸，並更換加大之軸承片以因應之（筆者曾經利用薄銅片及耐油紙等替代品，墊置於軸承與軸承蓋之上下，減少間隙過大等問題，此屬於階段性替代作法）。 注意：此種方式要考慮到曲軸與連桿是否有潤滑油道及活塞往復運動時薄銅片或耐油紙易產生滑動狀況之顧慮。 (三)活塞與汽缸壁產生之異聲： 作用在活塞頂部的瞬間最大爆發壓力極高，約為９Mpa活塞溫度約達330至340℃，且活塞在引擎最高轉速時以8－14m/s之高速往復運動，因而活塞之工作繁重不難想見，故活塞必須具備強度大、耐磨、質輕、導熱性佳、膨脹係數小等特性。 活塞及活塞環在動力衝程中，高至4000磅【18000牛頓】的力會突然加到活塞頂上；以在公路上行駛的速度，每秒會有30到40次動力衝程，而活塞頂上之溫度達到2204℃【4000℉】。 汽缸之磨耗以上部最為嚴重，這是由於爆炸壓力、燃燒高溫、不良潤滑、活塞環熱脹等因素造成，至於汽缸底部潤滑較佳，活塞環熱脹較小，且活塞推力承受較少，因此底部區域，一般顯示磨耗較小。另外汽缸頂部，在活塞環未達最上方位置時，磨耗也很小，長期作用下便有餘緣產生。 1.異聲形成之原因 (1)活塞裙部與汽缸壁間的距離（稱活塞間隙；通常為0.001至0.004吋之間）。引擎運轉時，活塞與活塞環在充滿間隙的機油膜上移動，若此間隙太小，則因高摩擦力及嚴重的磨耗而造成動力損失，活塞也有可能咬死在汽缸中，使引擎無法運轉。太大的活塞間隙則會造成活塞敲缸，此異聲是因為動力衝程開始時，活塞會從汽缸的一邊移到另一邊，活塞敲缸經常發生於汽缸壁及活塞裙部磨損或磨壞的老舊引擎。 (2)要區別活塞銷、連桿及活塞所產生之噪音很困難，當引擎於怠速時，鬆動的活塞銷會產生重複大音量的敲擊聲，當聲響大於此汽缸之噴油嘴聲響時，此敲擊聲會有明顯的變化。活塞銷如安裝不正確，於引擎無負荷時，能更明顯的聽出輕微之敲擊聲；而當引擎有負荷時，此異聲會完全消失，活塞銷產生之異聲一般在引擎減低轉速時即可聽到。 2.檢測方式： (1)引擎進行聽診時，聽診器感應頭應置於各缸與汽缸床密合處下方一吋左右。 (2)逐缸鬆動高壓油管及噴油嘴之接頭螺帽，成無壓縮點火狀況並逐一進行各缸聽診是否有異聲。 (3)如熄火後，該缸之異聲消失或減弱，表示該缸之連桿軸承間隙過大或已燒蝕狀況。 (4)汽缸經搪缸加大翻修後，須用量缸錶或針盤量規校對缸壁是否圓滑、平直。如果是安裝新缸 套，必須將縐紋磨平，然後再施予磨缸工作。 (5)汽缸壁不可光亮如鏡，缸壁太光滑將不能存留機油，活塞與汽缸壁均得不到適當之機油潤滑，缸壁表面應該成45度交叉細密之磨痕。 3.檢測程序： (1)使用外測微卡、厚薄規及深度尺等工具量測活塞直徑、活塞環槽間隙及活塞環開口間隙。（參閱製造廠商規範） (2)使用內測微卡或量缸錶，測量汽缸內徑之失圓度及斜差度。 (3)依搪缸之缸徑選擇規定加大之活塞及活塞環。後依規定程序完成裝配。 (4)如需要更換新活塞，必須在活塞頂部，沖壓汽缸號碼，加予識別。 (四)氣門腳產生之異聲： 每一四行程引擎氣缸至少有兩個氣門，一個進氣門及一個排氣門；進氣門在進氣衝程剛開始前打開，使混合氣進入汽缸（柴油引擎為純空氣）而排氣門則在排氣衝程剛開始時打開，在燃燒引擎運轉時，後的氣體由汽缸中排出。 氣門在氣門導管中運動，不僅需要經常承受極高的溫度（進氣門為200～550℃，排氣門為600～850℃以上），同時在高速開啟與閉合時（約100至400公克之重力加速度），要能承受與氣門座之往復衝擊，於此苛酷條件下工作，氣門必須具有耐衝擊、耐磨耗、耐腐蝕等條件。 1.異聲形成之原因： 氣門腳作動的聲音為「搭.搭.搭.搭」，大都發生在引擎中、低速運轉時最為明顯。有時這種聲音除了氣門腳聲響以外，還混雜著氣門導管磨耗過大所生之響聲。 2.檢測方式 (1)打開搖臂室蓋，將引擎油門控制引擎轉速約每分鐘650～1500轉，檢視並聆聽氣門腳之聲響。 (2)引擎發動時，拆下搖臂室蓋，以該引擎規定之量規，檢測各氣門腳間隙，並依據技術手冊之規格調整。 (3)進行氣門彈簧強度、正直度、自由長度之量測。 (4)引擎真空試驗結果分析： A.氣門彈簧太弱：引擎高轉速時，指針在10～22吋間擺動，再加速時擺動則更劇烈。 B.氣門導管鬆動：氣門導管磨損，將導致空氣由導管上方混入，於引擎慢車時，指針較正常約低 於3吋且快速擺動，但在引擎加速時則為正常。 C.氣門閥面燒蝕：引擎低轉速時指針有規律地跌落幾吋（指針應穩定指示在17至21吋間）。 D.氣門閥面漏氣：當氣門閥面關閉時，指針跌落2吋多。 E.如汽缸壓力合於標準時，則引擎冒藍煙，即表示引擎有下機油之現象產生，並可判定該響聲來 自氣門導管之磨損過大或油封失效。 3.檢修程序 (1)使用外測微卡或千分錶及Ｖ形規與平板工具，測量氣門桿直徑磨損及氣門桿彎曲度。 (2)檢查氣門接觸面：在研磨或絞修氣門後，以紅丹或深藍色塗料塗抹在氣門上，然後與氣門座接合數次。將氣門小心取出，檢視氣門座接觸面。若塗料均勻分布於氣門座接觸面中央則表示磨合狀況良好，反之若過高或過低及不完整圓線等則為不良。 (3)如不良則需重新研磨與氣門導管襯套。 (4)選擇規定加大之氣門導桿及氣門襯套與之配合，後依規定程序完成裝配之。 參、結　語 引擎於使用一段時間後，活塞、活塞環（銷）、汽缸壁、大小軸承等均會產生一定會磨耗現象，如其磨耗失圓斜差值超過規範時，便須搪缸或換新缸套等之修理。因此本文透過車輛引擎機構之曲軸與軸承、連桿與軸承、活塞與汽缸壁、氣門腳等產生異聲之分析，提供保修人員落實車輛引擎檢修勤務。 「平時多流汗，戰時少流血」，不是老生常談，而是要身體力行。人員教育訓練並非一蹴可幾，尤其是保修教育訓練之落實，需事前縝密規劃，反覆練習，方能充份發揮裝備保修及使用效能。 參考資料 一、李應當，汽車修護乙級技術士檢定術科實作，五版，85年10月，P258-267。 二、康明斯，C型柴油引擎故障排除與檢修手冊，74年3月，P2-43。 三、呂明茂，汽車修護實習，85年8月，P34、84、118。 四、楊思裕柴油引擎（上、下冊），87年5月，P107。 作者簡介 何克威，一等士官長、兵校常士班22期、兵校外語班1期、士校正規班4期、南亞技術學院八十七年班汽修科畢業、現任教於陸軍後勤學校車輛組教官。

大丙 FF-22

http://www.mnd.gov.tw/division/~defense/mil/mnd/mhtb/%E5%BE%8C%E5%8B%A4%E5%8D%8A%E5%B9%B4%E5%88%8A/Magazinefile/mag30/NO30/30-3.htm