發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)異響，是日常維修中比較常見(jiàn)的問(wèn)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(lái)尋找問(wèn)題答案。

但今天的這篇案例，我們會(huì)將NVH與壓力傳感器結(jié)合，利用一個(gè)有趣的方法來(lái)定位異響問(wèn)題根源。對(duì)于初學(xué)者而言，這個(gè)案例可能會(huì)有些復(fù)雜，但其中的思路，想必會(huì)對(duì)你有所啟發(fā)。

振動(dòng)異響精準(zhǔn)診斷

01

故障現(xiàn)象

一輛3.6L V6保時(shí)捷卡宴，車(chē)主反映早上冷啟動(dòng)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)異常抖動(dòng)（環(huán)境溫度約為28攝氏度左右）。

02

故障初步診斷

試車(chē)復(fù)現(xiàn)故障

接車(chē)后試車(chē)，儀表盤(pán)上并沒(méi)有故障碼和警告燈。但冷啟動(dòng)怠速時(shí)，能夠感覺(jué)到明顯的振動(dòng)。同時(shí)，還能聽(tīng)到明顯的咔嗒聲或敲擊聲，判斷可能來(lái)自氣缸蓋的區(qū)域（極大概率來(lái)自氣門(mén)機(jī)構(gòu)）。

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

但是怠速工況下，即使在發(fā)動(dòng)機(jī)正常的工作溫度下，依舊可以感受到發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)運(yùn)行則完全正常。

進(jìn)一步診斷思路

該車(chē)?yán)鋯?dòng)怠速時(shí)4缸失火計(jì)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(shí)，該車(chē)怠速時(shí)還存在一個(gè)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(lái)自同一位置，是用一個(gè)問(wèn)題造成。因而我們?nèi)孕?span style="color:rgb(70,100,161);">單獨(dú)對(duì)異響源頭做一個(gè)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(shí)同一個(gè)故障引起的，維修難度就會(huì)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(chē)示波器測(cè)量曲軸位置傳感器信號(hào)（霍爾式）和1缸點(diǎn)火信號(hào)。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(hào)計(jì)算成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速曲線?；谵D(zhuǎn)速曲線，使用1缸點(diǎn)火信號(hào)作為判缸信號(hào)（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(hào)測(cè)量

曲軸位置傳感器信號(hào)測(cè)量

測(cè)量車(chē)輛冷啟動(dòng)怠速時(shí)的波形，發(fā)現(xiàn)只有4缸點(diǎn)火后發(fā)動(dòng)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(shí)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(duì)比的有效性。

氣缸壓力波形對(duì)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(duì)比分析，重點(diǎn)觀測(cè)氣門(mén)正時(shí)偏差或進(jìn)排氣門(mén)堵塞的跡象。

圖1 氣缸3與氣缸4的缸壓波形對(duì)比

如圖2的黃色圓圈處，在第二個(gè)上止點(diǎn)（TDC）180度處，氣缸4出現(xiàn)一個(gè)較高的壓力；可能是由于此時(shí)排氣門(mén)和進(jìn)氣門(mén)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(mén)開(kāi)啟時(shí)刻和進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉時(shí)刻并沒(méi)有明顯的差異。

圖2 利用參考波形功能對(duì)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(duì)敲擊聲進(jìn)行聲源定位，該技術(shù)能有效檢測(cè)并定位傳統(tǒng)方法難以發(fā)現(xiàn)的細(xì)微振動(dòng)與異響。

尤其是對(duì)于豪華車(chē)來(lái)說(shuō)，車(chē)主對(duì)車(chē)輛靜謐性與駕乘品質(zhì)要求更高，對(duì)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(lèi)問(wèn)題的根源，滿足豪華車(chē)客戶的期望，亦有利于維持品牌體驗(yàn)。

診斷思路

試車(chē)時(shí)我們推斷敲擊聲大概率來(lái)自氣缸蓋的位置，但并不知道到底來(lái)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(jiǎn)單，利用接收到聲音的時(shí)間差。

圖3 異響定位思路

我們?cè)诎l(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋兩端布置了A&B兩個(gè)加速計(jì)來(lái)捕捉振動(dòng)信號(hào)（聲音傳遞的本質(zhì)是振動(dòng)），那么我們的第一步，就是計(jì)算聲音在缸蓋中的傳播速度。

聲音傳播速度的計(jì)算

如圖4，將A、B兩個(gè)加速度計(jì)分別安裝在缸蓋的兩端，利用缸蓋螺栓通過(guò)磁吸的方式固定加速度計(jì)。使用卷尺測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間的距離為51cm。

圖4計(jì)算速度時(shí)的硬件布置

安裝好加速度計(jì)之后，使用螺絲刀在靠近加速度計(jì)A附近人為制造敲擊聲。

此時(shí)：

?鄰近敲擊點(diǎn)的加速度A計(jì)率先捕捉到振動(dòng)信號(hào)

?位于缸蓋末端的速度計(jì)B延遲一段時(shí)間后，接收到相同信號(hào)

?利用Pico示波器的標(biāo)尺功能精確測(cè)量?jī)蓚€(gè)通道間的時(shí)間差

圖5 在A的臨近點(diǎn)敲擊時(shí)的波形

兩個(gè)加速度計(jì)之間的實(shí)際距離：51厘米

兩個(gè)加速度計(jì)接收到振動(dòng)的時(shí)間差：190.3微秒

代入公式：速度=距離/時(shí)間

=51厘米/190.3微秒

可計(jì)算出聲音在該材質(zhì)中的傳播速度：0.2680厘米/微秒

測(cè)量A、B加速度計(jì)接收到異響的時(shí)間差

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

圖6 冷啟動(dòng)怠速時(shí)的振動(dòng)波形

注：綠色通道A代表加速度計(jì)A，藍(lán)色通道B代表加速度計(jì)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(shí)，兩個(gè)加速度計(jì)接收到異常振動(dòng)的時(shí)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(shí)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(jì)B距離：22.82厘米

異響源距加速度計(jì)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(duì)于加速度計(jì)的坐標(biāo)位置。

圖7 異響源的相對(duì)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(hào)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(dòng)信號(hào)波形，黃色波形為1缸點(diǎn)火信號(hào)，兩次點(diǎn)火之間（點(diǎn)火順序?yàn)椋?-5-3-6-2-4），最高的振動(dòng)幅值（即異響時(shí)刻）出現(xiàn)在4缸進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉時(shí)刻，推斷故障為液壓挺桿損壞。

圖8 故障出現(xiàn)時(shí)的1缸點(diǎn)火與振動(dòng)波形

06

故障排除

拆解發(fā)動(dòng)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(mén)無(wú)法正常打開(kāi)和關(guān)閉。

圖9 損壞的液壓挺柱

此案例的診斷過(guò)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(guò)程中同時(shí)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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