奥迪Q5发动机异响故障方案设计

毕业设计（论文）

标 题： 奥迪Q5发动机异响故障方案设计 学生姓名：

系 部： 机电工程系 专 业：班 级：指

汽车制造与装配 汽制1202 导

教

师

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目 录

摘要 …………………………………………………………………(1) 第一章 奥迪Q5发动机的概述 ……………………………………(3)

1.1 发动机的结构 ……………………………………………(3) 1.2 发动机工作原理图 ………………………………………(4) 1.3 发动机结构图 ……………………………………………(4) 第二章 奥迪Q5发动机异响的分析………………………………(5)

2.1 发动机异响的区分 ………………………………………(5) 2.2 异响的区分 ………………………………………………(5) 2.3 异响的故障类型 …………………………………………(6) 2.4 异响的诊断方法 …………………………………………(9) 第三章 奥迪Q5发动机故障诊断及其排除 ………………………(10)

3.1 异响故障的现象 …………………………………………(10) 3.2 故障诊断 …………………………………………………(10) 3.3 故障总结 …………………………………………………(13) 3.4 故障原因 …………………………………………………(13) 3.5 故障排除 …………………………………………………(13) 3.6 排故流程图………………………………………………（14） 结论 …………………………………………………………………(15) 参考文献 ……………………………………………………………(16)

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摘 要

本文从奥迪Q5发动机的结构、组成、原理入手。发动机异响常见故障主要在曲柄连杆机构和配气机构中。这款发动机的连杆轴瓦已经严重的磨损，从而导致了活塞边缘处正好与上对应的缸盖边缘相撞，在排故的过程中通过一听，二看，三摸，四测，通过仪器的检测等手段来诊断这款发动机异响的具体故障。当拆下曲柄连杆机构查看时，曲轴已经达到了报废的程度，可而得知，这款发动机要彻底更换损坏的零件或者进行大修，如果再不加以排故，有可能会导致安全事故发生。

关键词：发动机、曲轴、连杆、诊断、更换、排除

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第一章 奥迪Q5发动机的概述

1.1 发动机的结构

由两大机构、五大系统组成。 一、

曲柄连杆机构

曲柄连杆机构是发动机实现工作循环，完成能量转换的主要运动零件。它由机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组等组成。 二、

配气机构

配气机构的功用是根据发动机的工作顺序和工作过程，定时开启和关闭进气门和排气门，使可燃混合气或空气进入气缸，并使废气从气缸内排出，实现换气过程。进、排气门的开闭由凸轮轴控制。凸轮轴由曲轴通过齿形带或齿轮链条驱动。进、排气门和凸轮轴以及其他一些零件共同组成配气机构。 三、 燃料供给系

汽油机燃料供给系的功用是根据发动机的要求，配制出一定数量和浓度的混合气，供入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出到大气中去。 四、 润滑系

润滑系的功用是向作相对运动的零件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损。并对零件表面进行清洗和冷却。润滑系通常由润滑油道、机油泵、机油滤清器和一些阀门等组成。 五、

冷却系

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。水冷发动机的冷却系通常由冷却水套、水泵、风扇、水箱、

节温器等组成。

六、 点火系

在汽油机中，气缸内的可燃混合气是靠电火花点燃的，为此在汽油机的气缸盖上装有火花塞，火花塞头部伸入燃烧室内。能够按时在火花塞电极间产生电火花的全部设备称为点火系，点火系通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。 七、

起动系

理解这个并不难，要使发动机由静止状态过渡到工作状态，必须先用外力转

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动发动机的曲轴，使活塞作往复运动，气缸内的可燃混合气燃烧膨胀作功，推动活塞向下运动使曲轴旋转，发动机才能自行运转，工作循环才能自动进行。因此，曲轴在外力作用下开始转动到发动机开始自动地怠速运转的全过程，称为发动机的起动。完成起动过程所需的装置，称为发动机的起动系统。

1.2 奥迪Q5发动机工作原理图

图1.1 奥迪Q5发动机工作原理图

1.3 奥迪Q5发动机的结构图

图

1.2

发

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动

机

结

构

图

的

第二章 奥迪Q5发动机异响的分析

2.1 异响的区分

①发动机与变速器异响的区分

在诊断时应特别注意区分异响是来自发动机还是离合器或变速器，否则会降低诊断效率，在无显著特征表明为变速器故障时，断开试车法是区分发动机异响和变速器异响的最好方法。

当自动变速器油面过低或滤网脏污堵塞时， 在变速器前端或底部可能会发出低沉的噪声，有时发动机起动后，变速器即发出“吱吱”或“呵呵”等连续的音调较低的杂乱噪声， 这类声音一般是油液在高过流动时由于振动而产生的异响不要误判为发动机异响。

②发动机自身异响与附件异响的区分。

在诊断时还应注意区分是发动机自身异响还是附件异响， 附件产生的响声经 常被误认为是发动机其他部分的故障， 因此发动机有异响时应对发电机转向助力 泵，二次空气喷射泵，空调压缩机和冷却液泵等附件进行仔细检查和察听。

（1）传动带异响：这是极普通而又经常出现的异响，如果怀疑是传动带发响，应拆下传动带并使发动机运转一会，或在发动机运转时将肥皂水喷在传动带上，如果噪声消失即可断定为传动带发响

（2）风扇离合器异响：风扇离合器也会产生一种让人难以判断与严重响声，由于风扇在转动，无法使用听诊器来听诊，在发动机熄火后检查时会感到风扇离合器松动，可拆下风扇传动带，然后再使发动机运转查听是否仍有异响

（3）转向助力泵异响：转向助力系统缺油或有空气油罐内过脏等也会造成异响通常较易诊断

③根据异响特征区分异响

诊断发动机异响时必须了解各种异响与发动机转速，温度，负荷，缸位，工作循环，润滑条件等因素的关系， 充分利用异响特征来区分发动不同部位的异响。

如前所述，可根据转速，负荷，温度条件的变化来区分发动机异响，除此之外还因注意异响的下列特征：

（1）声调：人们常把声响用一些象声词来描述如“嗒嗒”、“吱吱”声系，

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但同一个声音不同的人听后的感觉不一样， 象声描述也不相同， 有人认为是 “嗒嗒”5声，也有人认为是“铛铛”声，还有人认为“哒哒”响，所以最好能用生活中常 听到的响声来类比。

（2）缸位：异响与缸位的关系，通常用上缸不上缸及反上缸，所谓上缸是指异响在单缸断火后声响减弱或消失，而不上缸则指异响在单缸断火后响声既不减弱也不增大，单缸是否工作对异响没有影响，所谓反上缸，则是指单缸断火后，声响不但不减弱 反而明显增强，反上缸的异响通常都是恶性影响，应立即排除。

（3）听诊的部位：发动机常见异响所引起的振动可分别在缸盖缸体中上部缸体下部及油底壳部位察听，在缸盖部位用螺钉旋具或听诊器触听气缸盖各燃烧室各部位能辅助诊断活塞顶碰缸盖气缸上部凸肩，气门坐圈脱出上置凸轮轴轴承响等故障，在缸体中上部，可辅助诊断活塞敲缸，活塞销响等故障，在气缸体与油底壳结合面的附近，可辅助诊断曲轴轴承异响或曲轴断裂等故障。

2.2 异响的故障类型 ①冷敲缸

活塞敲缸响指活塞上下运动时在气缸内摆动或窜动，其头部或裙部与缸壁缸 盖相碰撞产生异响，又可分为冷敲缸、热敲缸及冷热均敲缸。

（1）故障现象

①低温时有敲击声，发动机温度正常后响声减弱或消失。

②怠速或低速时，发出清晰又节奏的“嗒嗒”敲击声，转速提高后响声减弱或消失。

③某缸断火后异响减弱或消失，且火花塞跳火一次发响两次。

②热敲缸

（1）故障现象

①怠速时发出有规律的“嗒嗒”声高速时发生“嘎嘎”的连续金属敲击声，并伴有机体抖动现象且温度升高，响声加大。

②火花塞跳火一次，发响两次，单缸断火声响加大。

③活塞销响

活塞销是连接活塞与连杆的重要零件，发动机运行中，它承受较大的交变载荷，与活塞的活塞销座孔和连杆小端的衬套之间，都会发生相对的磨损，使配合

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间隙增大而松旷，引起异常的敲击声和机件的损坏，甚至出现打坏气缸等情况。

（1）故障现象

①发动机怠速时发出有节奏而又清脆的声响或尖锐的金属敲击声， 突然加 节气门时响声也随之加大，高速时响声混纯不清。

②火花塞跳火一次发响两次，单缸断火时声响减弱或消失，严重时上缸。

④曲轴主轴承响

（1）故障现象

①发动机稳定运转时并无响声， 当转速突然变化时， 发出沉闷连续的 “镗镗” 敲击声转速越高，声响越大同时伴有机体振动现象。

②发动机负荷增大时，响声加剧有时上坡加速时，在驾驶室内就可听到沉闷的“镗镗”敲击声。

③单缸断火时声响变化不大，而相邻两缸断火时声响明显减弱。

⑤连杆轴承响

（1）故障现象

①发动机怠速运转时无明显声响，稍高于怠速时有清晰地“嗒嗒”敲击声有点类似钢球落在钢板上所发出的声音，而高速时有“咯咯”敲击声急加速时声响尤为明显，连杆轴承响较曲轴主轴承声响轻缓而短促。

②当发动机负荷增加时声响也随之增大，单缸断火声响明显减弱或消失。

⑥曲轴断裂响

（1）故障现象：发动机低速运转时机体的振动就较大，甚至有摆动摇晃现象，同时发出沉重粗闷而较大的“嘣嘣”敲击声，转速稍有提高就出现巨大可怕的响声类似采石场里的碎石机所发出的“卡噶”的破碎声。

⑦活塞环响

活塞环响在气缸上部听诊比较明显：

（1）如果活塞环侧隙过大，其在环槽内过于松动，加速时会产生高节奏的 “咔嗒”声要排除这种故障应更换活塞环，必要时应更换活塞。

（2）如果气缸磨损严重，缸壁出现肩（缸肩）时，第一道活塞环敲击台肩发出高节奏的“咔嗒”声，发动机加速时异响更为明显，此时应镗磨气缸更换活 塞连杆组。

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（3）如果活塞环折断加速时，常常会发出高节奏的“啪啪”声，同时在加机油口有脉动冒烟现象，单缸断火后冒烟现象消失。

⑧气门响

(1)故障现象

①发动机怠速时，在气门室处发出有节奏的“嗒嗒”声，转速升高节奏加快声响也随之增大中速以上时，声响变得混杂。

②发动机温度变化或单缸断火时，声响不变。

⑨液压挺杆响

①怠速或低速时出现断续的响声，一般由挺杆单向阀磨损或脏污所致。 ②怠速时有异响转速提高后异响消失，一般是挺杆体和柱塞之间磨损过度所 致，油压过低或机油粘度过小也会出现这种响声。

③怠速时不响高速时发响， 表明挺住机油有空气可能是机油液面过高曲轴搅动机油使空气进入机油中，也可能油路渗漏机油泵吸入空气。

④液压挺杆始终发响，在任何转速下液压挺杆都发响，其主要原因为液压 杆脏污或被沉积物卡位，机件严重磨损，机油压力过低等。

⑩气门圈响

（1）故障现象

①在冷车初起动时易出现气门座圈响，运转时发出清脆的“礅气门”声响，但很快即会消失，严重时此声响将频繁出现。

②火花塞跳火一次发响一次，中速响声清晰，单缸断火响声不变。 ③异响出现时常伴随有个别缸不工作现象，声响消失后气缸工作恢复正常。 (2）故障原因

①气门座圈与轴承孔配合松旷。 ②气门做圈材料的热膨胀系数过小。 ③气门座圈与缸体过盈是过小。

⑪凸轮轴响

（1）故障现象

①发动机中速时从缸体凸轮轴一侧或缸盖处发出锤重的声响高速时声响混纯不清。

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②异响出现时凸轮轴轴承附近有振动，单缸断火声响不变。

⑫正时齿轮响

（1）故障现象

①当发动机怠速运转或转速变化时，在正时齿轮盖处发出来乱而轻微的“嘎 啦”声转速提高后声响可能消失，急加速时声响尾随出现有时在正时齿轮室盖处有振动现象。

②声响有时受温度影响，高温时声响明显单缸断火声响无变化。

⑬燃烧异响

爆燃响是汽油发动机最典型的燃烧异响，发动机产生爆燃不正常燃烧时，会出现金属敲击（点火敲击）声，严重时响声较大并引起发动机的强烈振动——即爆燃，出现爆燃时气缸内气体燃烧时的压力升高率很大发出尖锐的冲击振音，并造成活塞与气缸连杆与曲轴轴承等部位的强烈冲击产生异响点火敲击声与金属 敲击声类似，如同弹子在金属罐里产生的尖锐清脆的拍击声。

2.3 异响的诊断方法

发动机异响常见故障主要在曲柄连杆机构和配气机构。发动机异响的诊断方 法有两种，即人工经验听诊法和仪器辅助诊断法。

①人工经验听诊法

技术人员通过改变发动机工况等措施使异响再现， 找出异响特征和规律并了解异响出现时发动机的运行状况及故障征兆， 进而判断出异响部位这是目前使用最普通也是最主要的方法。在和用人工经验诊断发动机异响的过程中，常常借助于螺钉旋具来察听异响，这一传统的方法虽然简便有效，但也存在明显不足，这主要表现在三方面， 一旦螺钉旋具的长度有限并且不能弯曲由于受车上空间的限制许多部位无法触及也就无法诊断， 二是必须侧耳对着异响部位眼睛无法看着螺钉旋具为保证安全不能接触各种转动零部件，三是用螺钉旋具察听时，一只耳朵能听到螺钉旋具传来的声音，而另一只耳会听到很强的背景噪声，降低了判断的准确性。

②仪器辅助诊断法

由于人工经验听诊法的准确率较低， 因此常用一些仪器设备来辅助听诊与分 析，常用的仪器主要有听诊器，噪声器，振动分析仪等。

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第三章 奥迪Q5发动机故障确定及其排除

3.1 异响故障的现象

车型：2013款奥迪Q5，配置2.0LTFSI发动机。 行驶里程：27350km 故障现象：发动机异响，怠速时响声不太明显，但稍微加点速，发动机出现了机械咔咔声，比较清脆。

3.2 故障诊断

首先检查发动机的机油缺不缺，仔细观察发动机也没有什么地方漏油的痕迹。连上大众诊断仪VAS6160诊断电控系统无故障码，并且仪表无任何报警灯亮提示。为了进一步确认发动机响声究竟来自何方，启动发动机，稍微带点油门，仔细听发动机运转时发出的咔咔机械声，从其前部可以听到发动机后部发出的声音，将车在举升机升起，在发动机下部靠近变速箱连接部分能听到咔咔的响声，给人的感觉是发动机与变速箱之间发出的声音，经变速箱检视孔检查，发动机与变速箱的从动轮连接螺栓并没有松动，将车落下继续听，感觉从上部缸盖内传出比较有节奏的咔咔撞击异响声，刚开始认为是滚珠摇臂脱落了，但仔细一听，不像是凸轮轴摇臂脱落，如此声音节奏会有点凌乱，并且响声也不会这么亮，经过现场仔细辨听后，感觉像活塞在撞击缸盖的声音，在怠速听撞击声不太明显，稍带一点轻微的声音，只要轻带点油门马上就能听见从缸盖处有节奏的撞击声，觉得要拆下发动机缸盖。

拆下缸盖后发现四缸活塞边缘处正好与上对应的缸盖边缘相撞留下的痕迹，如下图。

图3.1 活塞的顶面

图3.2 缸盖的内侧面

从上图看到活塞顶上记号处与缸盖内侧平面上经过撞击都留下了痕迹。那么为什么活塞会撞击缸盖呢？我认为一定是连杆瓦出了问题，如果连杆瓦松动和瓦片磨损，导致连杆瓦与曲轴间隙超差，当连杆经过旋转到达活塞上止点，由于运动产生惯性，活塞要撞击缸盖，检查到这里，需要打开发动机油底壳，检查连杆瓦间隙。拆下油底壳全是金属粉末，如下图。

图3.3 图油底壳底部

看到这情景，也许连杆轴瓦甚至曲轴已经报废了，为了进一步检查，将发动机从车上拆下，然后将其装在发动机翻转台上，拆下四缸连杆下瓦座，瓦座内已

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经没有瓦片了，而附在曲轴上瓦片已经残缺不全，如下图所示。

图3.4 曲轴

慢慢从曲轴上剥离的瓦片（如下图）拆检其余的连杆瓦都正常。经检查四缸连杆瓦座螺栓没有松动，四缸连杆瓦座及其曲轴连杆轴颈已经超出正常磨损，曲轴连杆润滑油孔没有堵塞。

图3.5 轴瓦

从曲轴连杆结构图可以看到，连杆是梯形截面，能承受较大缸内燃烧汽油点火后爆发所传授的力。上下连杆瓦片不分，没有定位凸起，其材料组成无非表层是耐磨层，铜铅层，钢背层。

3.3故障总结

发动机出现机械异响，要根据发动机机械结构组成及工作原理来辨听，当然这确实是比较难，因为声音确定位有困难，不是马上就能准确判断出异响来自何方。

3.4故障原因

①机油供给不足和脏污，导致机油泵不能将机油吸入、泵出，造成机油压力低或无压力

②连杆弯曲或扭曲，材质太差或者材料根本就用错了

③曲轴连杆轴变形，活塞中连杆连接轴的轴套损坏，发动机的缸压不平衡，曲轴瓦损坏

④连杆瓦片质量问题； ⑤使用劣质的机油。

3.5故障的排除：

①更换机油泵； ②更换新的连杆； ③更换曲柄连杆轴； ④使用原型号的连杆瓦片； ⑤使用原厂的机油。

3.6 排故流程图

发动机异响 11

插上vas6160检查有无故障 检查机油是否缺少 启动发动机听是否有声音？ 拆开发动机检查缸盖，活塞组是否磨损 拆下曲柄连杆机构查看是否严重磨损 否 否 有 是 是 正常 正常 故障原因 ①机油供给不足和脏污； ②连杆弯曲或扭曲； ③曲轴连杆轴变形； ①更换机油泵或； 故 结 论 ④连杆瓦片质量问题； ②更换新的连杆； 障 奥迪Q5发动机异响特性分析方法和诊断程序是诊断发动机常见异响的基础⑤使用劣质的机油。 ③更换曲柄连杆轴； 排 理论与方法，只要掌握了这些基本知识，并在实践中不断总结、积累经验，就一④使用原厂原型号的连杆瓦片； 除 定能够对帕萨特B5发动机常见异响做出及时、正确的诊断，从而保证奥迪Q5发

⑤使用原厂的机油。 动机与汽车良好的技术状况。发动机的异响表明发动机存在不同性质和不同程度的故障，异响只是现象， 而故障才是本质。对发动机异响的诊断就是要透过现象找到本质，它是汽车故障 诊断的一个非常重要方面。

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参考文献

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