發(fā)動機(jī)抖動異響，是日常維修中比較常見的問題。我們似乎已經(jīng)習(xí)慣使用壓力傳感器，配合曲位、點(diǎn)火、噴油等來尋找問題答案。

但今天的這篇案例，我們會將NVH與壓力傳感器結(jié)合，利用一個有趣的方法來定位異響問題根源。對于初學(xué)者而言，這個案例可能會有些復(fù)雜，但其中的思路，想必會對你有所啟發(fā)。

振動異響精準(zhǔn)診斷

01

故障現(xiàn)象

一輛3.6L V6保時捷卡宴，車主反映早上冷啟動時，發(fā)動機(jī)出現(xiàn)異常抖動（環(huán)境溫度約為28攝氏度左右）。

02

故障初步診斷

試車復(fù)現(xiàn)故障

接車后試車，儀表盤上并沒有故障碼和警告燈。但冷啟動怠速時，能夠感覺到明顯的振動。同時，還能聽到明顯的咔嗒聲或敲擊聲，判斷可能來自氣缸蓋的區(qū)域（極大概率來自氣門機(jī)構(gòu)）。

讀取發(fā)動機(jī)失火數(shù)據(jù)流，發(fā)現(xiàn)氣缸4存在失火計數(shù)，隨著發(fā)動機(jī)暖機(jī)之后，這些失火計數(shù)逐漸消失。

但是怠速工況下，即使在發(fā)動機(jī)正常的工作溫度下，依舊可以感受到發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不完全平穩(wěn)；而在較高轉(zhuǎn)速和負(fù)載工況下，在低溫和正常的工作溫度下，發(fā)動機(jī)運(yùn)行則完全正常。

進(jìn)一步診斷思路

該車?yán)鋯拥∷贂r4缸失火計數(shù)持續(xù)增加，那么我們首先需要確定：實(shí)際的失火氣缸是不是4缸，其故障原因?yàn)楹危?/strong>

與此同時，該車怠速時還存在一個異常的敲擊異響。當(dāng)然，我們并不能就此判定，失火與敲擊聲就來自同一位置，是用一個問題造成。因而我們?nèi)孕?span style="color:rgb(70,100,161);">單獨(dú)對異響源頭做一個定位。

如果異響源與失火氣缸在同一位置，則異響和失火大概率時同一個故障引起的，維修難度就會減小很多。

03

實(shí)際失火氣缸定位

數(shù)據(jù)采集

用虹科Pico汽車示波器測量曲軸位置傳感器信號（霍爾式）和1缸點(diǎn)火信號。使用數(shù)學(xué)通道中的曲軸Crank函數(shù)，將曲軸位置傳感器信號計算成發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速曲線。基于轉(zhuǎn)速曲線，使用1缸點(diǎn)火信號作為判缸信號（點(diǎn)火順序1-5-3-6-2-4），從而精準(zhǔn)確定失火缸。

1缸點(diǎn)火信號測量

曲軸位置傳感器信號測量

測量車輛冷啟動怠速時的波形，發(fā)現(xiàn)只有4缸點(diǎn)火后發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速不升反降，確認(rèn)有且僅有氣缸4出現(xiàn)失火。

失火原因診斷

為了避免雙缸失火干擾，我們選擇點(diǎn)火時序遠(yuǎn)離故障缸4的氣缸3作為參考?xì)飧?/strong>，以確保壓力數(shù)據(jù)對比的有效性。

氣缸壓力波形對比如圖1，紅色為氣缸3，紫色為氣缸4。借助參考波形功能，可將故障氣缸4與參照氣缸3的缸壓波形同步顯示進(jìn)行對比分析，重點(diǎn)觀測氣門正時偏差或進(jìn)排氣門堵塞的跡象。

圖1 氣缸3與氣缸4的缸壓波形對比

如圖2的黃色圓圈處，在第二個上止點(diǎn)（TDC）180度處，氣缸4出現(xiàn)一個較高的壓力；可能是由于此時排氣門和進(jìn)氣門正處于關(guān)閉的狀態(tài)，或接近關(guān)閉的狀態(tài)。這可能是由于液壓挺桿漏油或者凸輪軸桃尖磨損導(dǎo)致的。氣缸4和正常的氣缸3，在排氣門開啟時刻和進(jìn)氣門關(guān)閉時刻并沒有明顯的差異。

圖2 利用參考波形功能對比氣缸3與4的缸壓

04

異響定位

使用虹科Pico NVH診斷套件對敲擊聲進(jìn)行聲源定位，該技術(shù)能有效檢測并定位傳統(tǒng)方法難以發(fā)現(xiàn)的細(xì)微振動與異響。

尤其是對于豪華車來說，車主對車輛靜謐性與駕乘品質(zhì)要求更高，對任何微小的異常噪音都極為敏感。 虹科Pico的NVH診斷套件可以精準(zhǔn)定位此類問題的根源，滿足豪華車客戶的期望，亦有利于維持品牌體驗(yàn)。

診斷思路

試車時我們推斷敲擊聲大概率來自氣缸蓋的位置，但并不知道到底來自其中的哪一點(diǎn)，我們是否能將范圍進(jìn)一步縮小呢？

如圖3，我們的思路很簡單，利用接收到聲音的時間差。

圖3 異響定位思路

我們在發(fā)動機(jī)缸蓋兩端布置了A&B兩個加速計來捕捉振動信號（聲音傳遞的本質(zhì)是振動），那么我們的第一步，就是計算聲音在缸蓋中的傳播速度。

聲音傳播速度的計算

如圖4，將A、B兩個加速度計分別安裝在缸蓋的兩端，利用缸蓋螺栓通過磁吸的方式固定加速度計。使用卷尺測量兩點(diǎn)間的距離為51cm。

圖4計算速度時的硬件布置

安裝好加速度計之后，使用螺絲刀在靠近加速度計A附近人為制造敲擊聲。

此時：

?鄰近敲擊點(diǎn)的加速度A計率先捕捉到振動信號

?位于缸蓋末端的速度計B延遲一段時間后，接收到相同信號

?利用Pico示波器的標(biāo)尺功能精確測量兩個通道間的時間差

圖5 在A的臨近點(diǎn)敲擊時的波形

兩個加速度計之間的實(shí)際距離：51厘米

兩個加速度計接收到振動的時間差：190.3微秒

代入公式：速度=距離/時間

=51厘米/190.3微秒

可計算出聲音在該材質(zhì)中的傳播速度：0.2680厘米/微秒

測量A、B加速度計接收到異響的時間差

在知道加速度計間距及聲速后，現(xiàn)在我們只需啟動發(fā)動機(jī)并捕捉冷啟動怠速工況下的異響信號，依靠接收到振動的時間差、加速度計間距以及聲速，就可以計算出異響源頭的位置。

圖6 冷啟動怠速時的振動波形

注：綠色通道A代表加速度計A，藍(lán)色通道B代表加速度計B

如圖6，可知B點(diǎn)先接收到敲擊聲，表明B點(diǎn)更靠近異響源。與此同時，兩個加速度計接收到異常振動的時間差：20微秒。已知A、B兩點(diǎn)間的距離是51cm，假設(shè)異響源到A點(diǎn)的距離是X，則到B點(diǎn)的距離是（51-X）。

代入公式：速度=距離差/時間差

0.2680=[X-(51-X)]/20

5.36=2X-51

2X=56.36

解得X=28.18厘米

異響源距加速度計B距離：22.82厘米

異響源距加速度計A距離：28.18厘米

如圖7，至此，我們已經(jīng)可以在缸蓋上精確標(biāo)記出異響源相對于加速度計的坐標(biāo)位置。

圖7 異響源的相對位置

我們可以發(fā)現(xiàn)異響源的定位點(diǎn)與之前鎖定的4號氣缸區(qū)域完全重合。

結(jié)合失火氣缸也為氣缸4，可以確認(rèn)異響是由于氣缸4失火導(dǎo)致的。解決掉失火故障，異響故障就能解決。

根據(jù)此前的推薦，故障原因可能是液壓挺桿漏油或者凸輪軸桃尖磨損。

05

鎖定故障原因

如圖8，觀察異響振動信號波形，黃色波形為1缸點(diǎn)火信號，兩次點(diǎn)火之間（點(diǎn)火順序?yàn)椋?-5-3-6-2-4），最高的振動幅值（即異響時刻）出現(xiàn)在4缸進(jìn)氣門關(guān)閉時刻，推斷故障為液壓挺桿損壞。

圖8 故障出現(xiàn)時的1缸點(diǎn)火與振動波形

06

故障排除

拆解發(fā)動機(jī)，發(fā)現(xiàn)液壓挺柱軸承的確出現(xiàn)了損壞，脫離了原本的位置，導(dǎo)致進(jìn)氣門無法正常打開和關(guān)閉。

圖9 損壞的液壓挺柱

此案例的診斷過程，充分展現(xiàn)了虹科PicoNVH工具與壓力傳感器聯(lián)用的強(qiáng)大診斷能力。Pico示波器在此過程中同時充當(dāng)了標(biāo)尺、多通道波形記錄和數(shù)據(jù)處理的角色，可以做到快速免拆診斷，是效率與精度的必然之選。

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