溫州交通運(yùn)輸集團(tuán)有限公司城西公交分公司 陳 春

故障現(xiàn)象一輛2009款斯柯達(dá)明銳車，搭載CDF發(fā)動(dòng)機(jī)，累計(jì)行駛里程約為15.5萬km。車主反映，該車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速異常振動(dòng)，故障已持續(xù)半年，在多家維修廠檢修過，均未能解決故障。

故障診斷接車后試車，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，將半瓶玻璃水放置在發(fā)動(dòng)機(jī)上（圖1），可見發(fā)動(dòng)機(jī)怠速振動(dòng)明顯，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高至900 r/min時(shí)振動(dòng)加?。贿M(jìn)行路試，發(fā)動(dòng)機(jī)加速正常。

用故障檢測(cè)儀檢測(cè)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元中無故障代碼存儲(chǔ)；讀取發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)流（圖2），4個(gè)氣缸的失火數(shù)均為0次，且其他數(shù)據(jù)流也都在正常范圍。利用pico示波器配合NVH套裝（圖3）中的三軸（x軸、y軸和z軸）加速度傳感器可以測(cè)量振動(dòng)情況，于是決定測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)上的振動(dòng)，根據(jù)振動(dòng)量和振動(dòng)頻率反推故障點(diǎn)。

pico示波器配套的診斷軟件（pico diagnostics）能計(jì)算出振動(dòng)頻率及幅值（振動(dòng)加速度），pico diagnostics還能通過ELM327從車輛的OBD診斷接口讀取發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和車速，自動(dòng)計(jì)算振動(dòng)與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、輪胎轉(zhuǎn)速及傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，這樣能幫助維修人員查找振動(dòng)源。

圖1 將半瓶玻璃水放置在發(fā)動(dòng)機(jī)上

圖2 故障車怠速時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)流（截屏）

振動(dòng)的強(qiáng)度用加速度表示，加速度越大，振動(dòng)強(qiáng)度就越大，一般振動(dòng)加速度超過20 mg（“1 mg”=9.81×10-3m/s2），人體就能感受到明顯的振動(dòng)。振動(dòng)頻率描述的是1 s內(nèi)的振動(dòng)次數(shù)，單位為Hz，例如1 s內(nèi)振動(dòng)1次，振動(dòng)頻率就是1 Hz。發(fā)動(dòng)機(jī)半階振動(dòng)（E0.5）是曲軸每轉(zhuǎn)1圈振動(dòng)發(fā)生0.5次，發(fā)動(dòng)機(jī)1階振動(dòng)（E1）是指曲軸每轉(zhuǎn)1圈振動(dòng)發(fā)生1次，發(fā)動(dòng)機(jī)2階振動(dòng)（E2）就是曲軸每轉(zhuǎn)1圈振動(dòng)發(fā)生2次，以此類推。若發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為900 r/min，則對(duì)應(yīng)曲軸1 s內(nèi)轉(zhuǎn)15圈，對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)1階振動(dòng)（E1）為15 Hz。

圖3 pico示波器及NVH套裝

圖4 故障車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為900 r/min時(shí)的振動(dòng)情況（截屏）

將三軸加速度傳感器（頭部具有磁性）吸附在發(fā)動(dòng)機(jī)上，測(cè)得發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為900 r/min時(shí)的振動(dòng)情況如圖4所示。發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)主要來源于2個(gè)方面：一個(gè)是燃燒壓力產(chǎn)生的振動(dòng)力造成曲軸轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，它又作為一種反作用力作用在氣缸體上；另一個(gè)是活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)和曲軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力。直列4缸發(fā)動(dòng)機(jī)自身能夠很好地平衡1階振動(dòng)，但存在較大的2階振動(dòng)，因此故障車上135 mg的2階振動(dòng)是正常的，不正常的是半階振動(dòng)及以半階振動(dòng)頻率的倍數(shù)遞增的諧振。

假設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)存在單缸失火故障，曲軸每轉(zhuǎn)動(dòng)2圈產(chǎn)生1次干擾，正好符合半階振動(dòng)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元并沒有監(jiān)測(cè)到失火，于是筆者決定測(cè)量排氣脈動(dòng)，以判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。將WPS500X壓力傳感器插入排氣管（圖5），測(cè)得故障車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的排氣脈動(dòng)如圖6所示，可見其中1個(gè)氣缸排氣不良，即某個(gè)氣缸工作不良。2次點(diǎn)火觸發(fā)信號(hào)之間為720°曲軸轉(zhuǎn)角，點(diǎn)火發(fā)生在氣缸壓縮上止點(diǎn)附近，1缸的排氣行程位于180°～360°曲軸轉(zhuǎn)角，根據(jù)1-3-4-2的點(diǎn)火順序，可推算出各個(gè)氣缸排氣沖程發(fā)生的時(shí)刻。分析排氣脈動(dòng)，推斷氣缸4工作不良。

鑒于該車已維修多次，且相關(guān)的外圍部件（火花塞、點(diǎn)火線圈等）均更換過，懷疑故障是由發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部機(jī)械故障引起的。用WPS500X壓力傳感器測(cè)量起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)氣缸4的氣缸壓力波形（圖7）可知，壓縮行程的最高氣缸壓力約為8.6 bar（1 bar=1 000 mbar=100 kPa），偏低（正常情況下應(yīng)能達(dá)到12 bar）；壓縮行程的上升曲線和做功行程的下降曲線不對(duì)稱，下降“斜坡”越陡，說明做功沖程氣缸壓力下降得越快；做功行程最大負(fù)壓約為-550 mbar，偏低（正常應(yīng)為-350 mbar左右）。當(dāng)燃燒室密封不嚴(yán)時(shí)，活塞上行壓縮時(shí)漏氣，致使最高壓縮壓力偏低；活塞下行做功時(shí)，由于氣缸內(nèi)的氣體減少，壓力下降得更快，并且在做功行程末段形成較大的負(fù)壓。診斷至此，推斷氣缸4燃燒室密封不嚴(yán)。

圖5 將WPS500X壓力傳感器插入排氣管

圖6 故障車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的排氣脈動(dòng)（截屏）

圖7 起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)氣缸4的氣缸壓力波形（截屏）

究竟是氣缸4燃燒室哪里密封不嚴(yán)呢？決定使用氣缸漏氣量測(cè)量?jī)x進(jìn)一步檢測(cè)故障。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理，當(dāng)氣缸位于壓縮上止點(diǎn)時(shí)，進(jìn)氣門和排氣門都是關(guān)閉的，燃燒室是封閉狀態(tài)，此時(shí)用氣缸漏氣量測(cè)量?jī)x從火花塞安裝孔向燃燒室內(nèi)打氣，根據(jù)測(cè)量?jī)x上2個(gè)壓力表的差值可計(jì)算出泄漏量，并且循著漏氣的聲音可以定位故障點(diǎn)。

使用氣缸漏氣量測(cè)量?jī)x測(cè)得氣缸4的漏氣量為73%（圖8），并且從氣缸3的火花塞孔向外漏氣。當(dāng)氣缸4處于壓縮上止點(diǎn)位置時(shí)，氣缸3處于做功下止點(diǎn)位置，此時(shí)氣缸3的排氣門是打開的（氣門提前開啟，延后關(guān)閉）。由此推斷氣缸4的排氣門關(guān)閉不嚴(yán)，高壓氣體按照“氣缸4燃燒室→氣缸4排氣門→排氣支管→氣缸3排氣門→氣缸3燃燒室→氣缸3火花塞孔”的路徑漏氣。

圖8 使用氣缸漏氣量測(cè)量?jī)x測(cè)試氣缸4

拆解發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)現(xiàn)氣缸4的一個(gè)排氣門關(guān)閉不嚴(yán)。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，由于氣門和氣門導(dǎo)管的曠擺間隙過大，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)氣門頭部和氣門座磨損不均勻，從而造成排氣門密封不嚴(yán)。

故障排除 研磨氣缸4的氣門座，并更換氣門導(dǎo)管、氣門座圈及氣門后試車，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，故障排除。