發動機抖動異響，是日常維修中比較常見的問題。我們似乎已經習慣使用壓力傳感器，配合曲位、點火、噴油等來尋找問題答案。

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

振動異響精準診斷

01

故障現象

一輛3.6L V6保時捷卡宴，車主反映早上冷啟動時，發動機出現異常抖動（環境溫度約為28攝氏度左右）。

02

故障初步診斷

試車復現故障

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域（極大概率來自氣門機構）。

讀取發動機失火數據流，發現氣缸4存在失火計數，隨著發動機暖機之后，這些失火計數逐漸消失。

但是怠速工況下，即使在發動機正常的工作溫度下，依舊可以感受到發動機運轉不完全平穩；而在較高轉速和負載工況下，在低溫和正常的工作溫度下，發動機運行則完全正常。

進一步診斷思路

該車冷啟動怠速時4缸失火計數持續增加，那么我們首先需要確定：實際的失火氣缸是不是4缸，其故障原因為何？

與此同時，該車怠速時還存在一個異常的敲擊異響。當然，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。因而我們仍需單獨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

實際失火氣缸定位

數據采集

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缸點火信號。使用數學通道中的曲軸Crank函數，將曲軸位置傳感器信號計算成發動機轉速曲線。基于轉速曲線，使用1缸點火信號作為判缸信號（點火順序1-5-3-6-2-4），從而精準確定失火缸。

1缸點火信號測量

曲軸位置傳感器信號測量

測量車輛冷啟動怠速時的波形，發現只有4缸點火后發動機轉速不升反降，確認有且僅有氣缸4出現失火。

失火原因診斷

為了避免雙缸失火干擾，我們選擇點火時序遠離故障缸4的氣缸3作為參考氣缸，以確保壓力數據對比的有效性。

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行對比分析，重點觀測氣門正時偏差或進排氣門堵塞的跡象。

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（TDC）180度處，氣缸4出現一個較高的壓力；可能是由于此時排氣門和進氣門正處于關閉的狀態，或接近關閉的狀態。這可能是由于液壓挺桿漏油或者凸輪軸桃尖磨損導致的。氣缸4和正常的氣缸3，在排氣門開啟時刻和進氣門關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行聲源定位，該技術能有效檢測并定位傳統方法難以發現的細微振動與異響。

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。

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，我們是否能將范圍進一步縮小呢？

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

我們在發動機缸蓋兩端布置了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示波器的標尺功能精確測量兩個通道間的時間差

圖5 在A的臨近點敲擊時的波形

兩個加速度計之間的實際距離：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，現在我們只需啟動發動機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，藍色通道B代表加速度計B

如圖6，可知B點先接收到敲擊聲，表明B點更靠近異響源。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兩點間的距離是51cm，假設異響源到A點的距離是X，則到B點的距離是（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，我們已經可以在缸蓋上精確標記出異響源相對于加速度計的坐標位置。

圖7 異響源的相對位置

我們可以發現異響源的定位點與之前鎖定的4號氣缸區域完全重合。

結合失火氣缸也為氣缸4，可以確認異響是由于氣缸4失火導致的。解決掉失火故障，異響故障就能解決。

根據此前的推薦，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缸點火信號，兩次點火之間（點火順序為：1-5-3-6-2-4），最高的振動幅值（即異響時刻）出現在4缸進氣門關閉時刻，推斷故障為液壓挺桿損壞。

圖8 故障出現時的1缸點火與振動波形

06

故障排除

拆解發動機，發現液壓挺柱軸承的確出現了損壞，脫離了原本的位置，導致進氣門無法正常打開和關閉。

圖9 損壞的液壓挺柱

此案例的診斷過程，充分展現了虹科PicoNVH工具與壓力傳感器聯用的強大診斷能力。Pico示波器在此過程中同時充當了標尺、多通道波形記錄和數據處理的角色，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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