第二节
汽车技术状况及汽车故障的形成

在汽车运用过程中，由于汽车本身缺陷、外界运用条件等多种因素的影响，汽车技术状况不断发生变化。随着汽车行驶里程的增加，故障率将增大。汽车检测诊断的目的是确定汽车技术状况，查找故障或者异常，并在此基础上，通过及时维护和修理，保障汽车安全、经济、可靠地工作。因此，汽车检测诊断的基础之一是对引起汽车技术状况变化及故障的主要原因有所了解，并掌握科学的检测诊断分析方法。

一、汽车的技术状况

汽车的技术状况是指定量测得的、表征某一时刻汽车的外观和性能的参数值的总和。

在汽车使用过程中，汽车内部零件之间、零件与工作介质和工作产物之间、汽车与外部环境之间均存在着相互作用，其结果是汽车零件在机械负荷、热负荷和化学腐蚀作用下，引起零件磨损、发热、腐蚀等一系列物理的和化学的变化，使零件尺寸、零件装配位置、配合间隙、表面质量等发生改变。如发动机气缸活塞组的尺寸、曲柄连杆机构的尺寸、制动器制动蹄片的尺寸、制动蹄与鼓的间隙等，在汽车使用过程中时刻都在发生着变化。汽车是由机构、总成组成的，而机构和总成又由零件组成，所以零件是汽车的基本组成单元。零件性能下降后，汽车的技术状况将受到影响，因此汽车技术状况的变化取决于组成零件的综合性能。

随着汽车行驶里程的增加，汽车的技术状况将逐渐变坏，致使汽车的动力性下降、燃油经济性变坏、使用方便性下降、行驶安全性和使用可靠性改变，直至最后达到使用极限。

二、汽车故障及其主要类型

某装置或机构发生故障是指其功能的丧失或性能的降低。例如：发动机轴瓦烧损和拉缸属于功能立即丧失的破坏性故障，而汽车制动距离超标则属于性能降低的故障。

从存在形式和发生过程分析，汽车故障具有多种类型。

1.间断性故障和永久性故障

按照故障存在时间可分为间断性故障和永久性故障。顾名思义，间断性故障只是在引发其发生的原因短期存在的条件下才显现，而永久性故障则只有在更换某些零部件后才能使其得以排除。例如：供油系气阻使供油中断而造成的功能丧失为间断性故障，因为气阻由于供油系温度过高而产生，冷却后气阻自然消失，供油功能就得以恢复；发动机拉缸造成的功能丧失，则须在更换缸套、活塞、活塞环并排除引起拉缸的原因后才能恢复，因此属于永久性故障。

2.突发性故障和渐发性故障

按照故障发生快慢可分为突发性故障和渐发性故障。突发性故障指发生前无任何征兆的故障，一般不能通过检测诊断来预测，其特点是故障的发生有偶然性；渐发性故障则是由于零件磨损、疲劳、变形、腐蚀、老化等原因使技术状况劣化而引起，常对应有一个逐渐发展的过程，因此能够通过早期检测诊断来预测。例如：车轮掉入坑中使钢板弹簧折断具有突发性质，而由于气缸磨损引起的敲缸则是渐发的。

3.功能故障和潜在故障

按照故障是否显现可分为功能故障和潜在故障。导致功能丧失或性能降低的故障为功能故障；正在逐渐发展但尚未对功能产生影响的故障属潜在故障。例如：汽车前轴和传动轴裂纹，当未扩展到极限程度时，为潜在故障。值得重视的是：潜在故障一旦对功能产生影响，常常具有突发性质，因此对汽车的安全行驶极其不利。

汽车检测诊断技术面对的主要是渐发性、永久性的功能故障或潜在故障。

三、汽车故障形成及技术状况变化的基本原因

汽车故障形成的内因是零件失效，外因是运行条件。在汽车运行过程中，汽车的零部件之间，工作介质、燃油及燃烧产物与相应零部件之间，均存在相互作用，从而引起零部件受力、发热、变形、磨损、腐蚀等，使汽车在整个使用寿命期内，故障率由低到高，技术状况由好变坏。外界环境（如道路、气候、季节等）和使用强度（如车速、载荷等）通过对上述相互作用过程的影响，而成为汽车故障发生和技术状况变化的重要因素。

1.磨损

磨损是汽车零件损坏的主要原因，也是汽车故障形成和技术状况变化的主要原因。

磨损是指由于摩擦而使零件表面物质不断损失的现象，是摩擦副相互作用——摩擦的结果。根据表面物质损失的机理，磨损分为以下四类：

（1）黏着磨损 黏着磨损指相互作用的摩擦副间产生表面物质撕脱和转移的磨损。

黏着磨损易发生在承受载荷大、滑动速度高、润滑条件差的摩擦表面。此时，摩擦副间产生大量热，使表面温度升高并形成局部热点，塑性变形增大，材料强度降低。这又使得摩擦副间的润滑油膜遭到破坏，进一步加剧了摩擦过程，表面温度进一步上升。如此逐渐恶化，最终形成局部热点间的“点焊”现象。“点焊”部位由于相互运动再被撕开，从而形成表面物质的撕脱和从一个摩擦表面到另一个摩擦表面的转移。

黏着磨损是破坏性极强的磨损，黏着磨损一旦发生，便能在很短时间内对零件表面造成严重损坏，从而使相应机构的功能立即丧失。在汽车零件中，产生黏着磨损的典型实例是“拉缸”和“烧瓦”。汽车主减速器缺少润滑油时，其锥齿轮轮齿啮合齿面也很容易产生黏着磨损。

在汽车使用过程中，应注意避免黏着磨损的发生。黏着磨损的产生除与零件材料的塑性和配合表面的粗糙度有关外，还与工作条件（如工作温度、压力、摩擦速度）和润滑条件有关。因此，在汽车工作过程中，要设法改善上述条件特别是润滑条件，防止黏着磨损的发生。

（2）磨料磨损 磨料磨损指在夹在摩擦副间微粒的作用下产生的磨损。微粒通常是坚硬、锐利的颗粒物质，当其存在于相互运动着的摩擦表面间时，可研磨并刮伤摩擦表面；破坏润滑油膜，从而使零件磨损速度加快。

磨料主要是来自外界空气中的尘土、油料中的杂质、零件表面的磨屑及燃烧积炭。因此，避免油料（燃油、润滑油）污染，保持“三滤”（空气滤清器、机油滤清器、燃油滤清器）技术状况良好，可大大减轻磨料磨损。

易于发生磨料磨损的部位主要有：气缸壁、曲轴颈、凸轮轴凸轮表面、气门挺杆等。

（3）表面疲劳磨损 表面疲劳磨损是指在摩擦面间接触应力反复作用下，因表面材料疲劳而产生物质损失的现象。

在交变载荷作用下，摩擦表面产生塑性变形和裂纹并逐渐积累、扩展，润滑油渗入裂纹，而在交变压力下产生的楔入作用进一步加剧了裂纹形成过程，使之加深、扩展，从而导致表面材料剥落。

汽车上的齿轮、滚动轴承、凸轮等，在经过一定使用时间后，摩擦面所产生的麻点或凹坑均是表面疲劳磨损的典型例子。

（4）腐蚀磨损 腐蚀磨损是指在腐蚀和摩擦共同作用下导致零件表面物质损失的现象。

在腐蚀介质作用下，零件表面产生腐蚀产物。由于摩擦的存在，腐蚀产物被磨掉，腐蚀介质又接触到未被腐蚀的金属，再次产生新的腐蚀产物，使腐蚀向深处发展。腐蚀产物的不断生成和磨去，使摩擦表面产生了物质损失。

实际上，任何摩擦副都存在腐蚀磨损，其磨损速度主要受腐蚀介质影响，见图1-1。

2.变形和断裂

零件尺寸和形状改变的现象称为变形；断裂则指零件的完全破裂。变形和断裂均是零件的应力超过材料极限应力的结果。超过屈服强度，零件中产生永久变形；超过强度极限，零件则发生断裂。

零件变形，特别是基础件变形，改变了与相关零件的配合关系，对机构的功能有很大影响。试验表明，由于发动机缸体变形使气缸轴线对曲轴轴线的垂直度在200mm长度上从0.05mm增大到0.18mm时，气缸磨损增大30%。断裂则导致功能的丧失。

（1）变形 从零件应力的来源看，产生变形的原因为：工作应力、内应力和温度应力。

零件承受外载荷时，在零件内产生工作应力。在汽车上，有许多形状复杂、厚薄不一的铸件或焊接件。这些零件在加工过程中，常会产生较大内应力，虽然经过人工时效除去了大部分内应力，但仍有部分内应力残存下来。如薄厚不同的铸件冷却时，外层冷却快，中心部分冷却慢。这样在外层冷却收缩后，中心部分再冷却收缩时，便会产生拉应力。在厚薄不匀的接触面处，薄的部分冷却快，而厚的部分冷却慢。这样，在薄壁处冷却收缩后，较厚部分再冷却收缩时，接触面处就会产生压应力。温度应力由于零件受热不匀、温差大而产生。温度高的区域热膨胀大，温度低的区域热膨胀小，从而在温差大的区域，因膨胀变形量不同而产生拉应力。

温度差不仅产生温度应力，还可能引起变形，同时温度过高还会使材料的屈服强度降低，使零件易于发生永久性变形。图1-2为碳钢的屈服强度随温度而变化的情况。

以上各种应力叠加，当应力大于材料的屈服强度时，便会导致零件变形。

（2）断裂 断裂也是在应力作用下产生的。按产生应力的载荷性质分类，断裂可分为一次加载断裂和疲劳断裂。

一次加载断裂指零件在一次静载荷或动载荷作用下发生的断裂。载荷过大时，零件内产生的工作应力过大，若与其他形式的应力叠加后超过了材料的强度极限，便可导致零件断裂。

实际上，在汽车正常使用时，其零部件发生一次加载断裂的情况很少。汽车超载过多及遇到过大的行驶阻力或动载荷时，一次加载断裂可能发生。例如：车轮掉入坑中，钢板弹簧折断；汽车突然碰撞障碍物，传动系统零部件受到阶跃载荷而断裂。

疲劳断裂是在交变载荷作用下，经历反复多次应力循环后发生的断裂。汽车零件的断裂故障中，60%～80%属于疲劳断裂。

疲劳断裂发生在应力低于屈服强度的情况下，断裂前一般不产生明显塑性变形。断裂是在交变应力产生的疲劳裂纹积累、扩展到一定程度后突然发生的。首先，在交变应力作用下，零件表面出现疲劳裂纹。这些裂纹通常出现在有材料缺陷或应力集中的区域。裂纹在应力反复作用下逐渐加深和扩展，使零件强度大大降低。当受到较大载荷时，零件就会突然断裂。

汽车前轮转向节轴颈根部较易发生疲劳断裂，由于断裂前疲劳裂纹经历了较长时期的积累和发展过程，因此可采用无损探伤技术早期发现裂纹，从而避免因断裂而引发的事故。

3.蚀损

蚀损指在周围介质作用下产生表面物质损失或损坏的现象。按发生机理的不同，其可分为腐蚀、气蚀和浸蚀。

（1）腐蚀 腐蚀指零件在腐蚀性物质作用下而损坏的现象。汽车上较易产生腐蚀破坏的零部件有燃料供给系和冷却系的管道及车身、驾驶室、车架等裸露的金属件等。

（2）气蚀 气蚀又称穴蚀，指在压力波和腐蚀共同作用下产生的破坏现象。气蚀经常发生在与液体接触并有相对运动的零件表面。例如：湿式气缸套外壁、水泵叶轮表面等。

液体中一般溶有一定的气体，当压力降低时，便会以气泡形式析出；若液体中某些部分的压力低于液体在当时温度下的饱和蒸气压，液体也会蒸发形成气泡。压力升高后，气泡崩破产生压力波，不断冲击与其相接触的金属零件表面氧化膜并使其破坏，促使液体对金属表面的腐蚀逐步向深层发展而形成穴坑。发动机工作时，活塞上下敲击气缸壁产生振动。当缸壁外表面因振动稍离开冷却液时，缸壁外表面处压力降低，于是低压区液体蒸发产生气泡，并向缸壁外表面低压区集中；压力再次升高后，气泡在靠近缸壁处崩破，产生的压力波冲击缸壁外表面的氧化膜，使其遭到破坏。如此循环往复，氧化膜不断生成又不断被破坏，使腐蚀得以发展而在缸壁外表面形成许多麻点状的直径为0.2～1.2mm的穴坑。气蚀严重时，零件表面可呈泡沫海绵状，直至穿透。图1-3为柴油机缸套外壁被气蚀后的情况。

（3）浸蚀 由于高速液流对零件的冲刷导致其表面物质损失或损坏的现象称为浸蚀。易发生浸蚀的零部件有发动机的进、排气门等。

在高速液流冲刷下，零件表面的氧化膜被破坏，继而重新产生。如此周而复始，导致冲刷表面产生麻点、条纹或凹坑，使零件损坏。

4.其他

除以上原因外，老化、失调、烧蚀、沉积等也是汽车某些零部件发生故障的重要原因。

老化指零件由于材料受物理、化学和温度变化影响而逐渐损坏或变质的故障形式。老化常发生于汽车上的非金属零件，如轮胎、油封、膜片等及电气元件如电容器、晶体管等，可使其破损、断裂或失去应有功能。

失调指某些可调元件或调整间隙由于调整不当，或在使用中偏离标准值而引起相应机构功能降低或丧失的故障形式。如气门间隙调整不当可使发动机的配气相位发生变化，影响发动机的进、排气过程，进而对发动机的动力性、燃料经济性和排放性能产生影响。

零部件在强电流、强火花作用下会发生烧蚀，其正常工作性能将降低或丧失。易发生烧蚀的汽车零部件有火花塞电极、各种照明灯泡和电子元件等。

磨屑、尘土、积炭、油料结胶和水垢等沉积在某些零件工作表面，可引起其工作能力降低或丧失。如空气滤清器、机油滤清器堵塞，燃烧室积炭，气缸盖、气缸体和散热器冷却水道中积有水垢等。

四、汽车技术状况的变化规律

汽车在使用过程中，随着行驶里程增加，技术状况逐渐变坏，致使汽车的动力性下降、经济性变坏、可靠性降低。

如上所述，引起汽车故障和技术状况变化的因素有多种。在正常使用情况下，零件磨损是导致汽车技术状况变坏、产生故障以至失去工作能力的主要因素。如果能够掌握零件磨损规律，适时维护修理，就可以降低磨损速率，保持汽车技术状况良好，延长汽车的使用寿命。

图1-4为正常使用情况下汽车零件的典型磨损曲线。磨损过程可分为三个阶段。 L ₁ 为初期磨损或走合期磨损阶段，因零件表面的微观不平、几何形状偏差和零件的装配误差，使该阶段磨损速率较大； L ₂ 为正常工作阶段，零件经磨合形成光滑摩擦表面后，磨损速率大大降低，磨损量随汽车行驶里程增加而缓慢增长； L ₃ 为总磨损量达到极限值 δ 后的零件磨损期，此阶段的磨损加剧，故障增加，工作能力急剧下降。若能够注意汽车的合理使用和及时的维护修理，可使初期磨损量减小、正常工作阶段的磨损速率下降、磨损量达到极限值 δ 时的行驶里程增长，从而也就延长了汽车的使用寿命，如图1-4中虚线所示。

汽车运用性能随使用时间或行驶里程的变化曲线见图1-5。汽车初始性能是在汽车生产制造时确定的，在使用过程中，随着使用时间和行驶里程的增长，汽车使用性能将按指数规律下降。合理运用并及时维护汽车，可使性能的下降速率减小，从而使汽车在整个使用期内的平均使用性能得以提高，如图1-5中虚线所示。

对于渐发性故障而言，故障的产生过程是一个损伤逐步积累的过程。在这个过程中，由于磨损、腐蚀、变形、老化等原因，零件的强度降低、理化性能变差，使有关机构的技术状况从正常状况转化为不正常状况。当该机构某项技术性能指标低于许用标准时，该机构则处于故障状态。从汽车投入使用到故障状态所驶过的里程为正常行驶里程。

对于主要承受载荷并在其作用下易产生断裂故障的零件，如汽车大梁、前桥、后桥及发动机曲轴及传动系统齿轮（曲轴断裂，齿轮断齿）等，如果零件强度高于外载荷引起的应力，则处于正常工作阶段；若由于受力变形、磨损、裂纹等使零件强度低于外载荷所引起的应力时，便会产生故障，见图1-6。

汽车检测诊断的重要目的，是确定汽车技术状况是否正常、有无异常或故障，并预期汽车的续驶里程，通过采用汽车合理使用的技术措施，及时维护修理，消除故障隐患或排除已有故障，保证汽车技术状况良好，延长使用寿命。 CyHnXgkb4eL0NWJos2drDYBlG3+WzEPiKDB56eHBqr5WENIHFz2eos++be4zJ+Pi