2009款斯柯達明銳車發(fā)動機怠速異常振動

溫州交通運輸集團有限公司城西公交分公司 陳 春

故障現(xiàn)象一輛2009款斯柯達明銳車，搭載CDF發(fā)動機，累計行駛里程約為15.5萬km。車主反映，該車發(fā)動機怠速異常振動，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，起動發(fā)動機，將半瓶玻璃水放置在發(fā)動機上（圖1），可見發(fā)動機怠速振動明顯，將發(fā)動機轉速提高至900 r/min時振動加劇；進行路試，發(fā)動機加速正常。

用故障檢測儀檢測，發(fā)動機控制單元中無故障代碼存儲；讀取發(fā)動機數(shù)據(jù)流（圖2），4個氣缸的失火數(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量振動情況，于是決定測量發(fā)動機上的振動，根據(jù)振動量和振動頻率反推故障點。

pico示波器配套的診斷軟件（pico diagnostics）能計算出振動頻率及幅值（振動加速度），pico diagnostics還能通過ELM327從車輛的OBD診斷接口讀取發(fā)動機轉速和車速，自動計算振動與發(fā)動機轉速、輪胎轉速及傳動軸轉速之間的關系，這樣能幫助維修人員查找振動源。

圖1 將半瓶玻璃水放置在發(fā)動機上

圖2 故障車怠速時的發(fā)動機數(shù)據(jù)流（截屏）

振動的強度用加速度表示，加速度越大，振動強度就越大，一般振動加速度超過20 mg（“1 mg”=9.81×10-3m/s2），人體就能感受到明顯的振動。振動頻率描述的是1 s內(nèi)的振動次數(shù)，單位為Hz，例如1 s內(nèi)振動1次，振動頻率就是1 Hz。發(fā)動機半階振動（E0.5）是曲軸每轉1圈振動發(fā)生0.5次，發(fā)動機1階振動（E1）是指曲軸每轉1圈振動發(fā)生1次，發(fā)動機2階振動（E2）就是曲軸每轉1圈振動發(fā)生2次，以此類推。若發(fā)動機轉速為900 r/min，則對應曲軸1 s內(nèi)轉15圈，對應的發(fā)動機1階振動（E1）為15 Hz。

圖3 pico示波器及NVH套裝

圖4 故障車發(fā)動機轉速為900 r/min時的振動情況（截屏）

將三軸加速度傳感器（頭部具有磁性）吸附在發(fā)動機上，測得發(fā)動機轉速為900 r/min時的振動情況如圖4所示。發(fā)動機產(chǎn)生的振動主要來源于2個方面：一個是燃燒壓力產(chǎn)生的振動力造成曲軸轉矩波動，它又作為一種反作用力作用在氣缸體上；另一個是活塞往復運動和曲軸旋轉運動產(chǎn)生的慣性力。直列4缸發(fā)動機自身能夠很好地平衡1階振動，但存在較大的2階振動，因此故障車上135 mg的2階振動是正常的，不正常的是半階振動及以半階振動頻率的倍數(shù)遞增的諧振。

假設發(fā)動機存在單缸失火故障，曲軸每轉動2圈產(chǎn)生1次干擾，正好符合半階振動。由于發(fā)動機控制單元并沒有監(jiān)測到失火，于是筆者決定測量排氣脈動，以判斷發(fā)動機的工作狀態(tài)。將WPS500X壓力傳感器插入排氣管（圖5），測得故障車發(fā)動機怠速時的排氣脈動如圖6所示，可見其中1個氣缸排氣不良，即某個氣缸工作不良。2次點火觸發(fā)信號之間為720°曲軸轉角，點火發(fā)生在氣缸壓縮上止點附近，1缸的排氣行程位于180°～360°曲軸轉角，根據(jù)1-3-4-2的點火順序，可推算出各個氣缸排氣沖程發(fā)生的時刻。分析排氣脈動，推斷氣缸4工作不良。

鑒于該車已維修多次，且相關的外圍部件（火花塞、點火線圈等）均更換過，懷疑故障是由發(fā)動機內(nèi)部機械故障引起的。用WPS500X壓力傳感器測量起動發(fā)動機時氣缸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（正常情況下應能達到12 bar）；壓縮行程的上升曲線和做功行程的下降曲線不對稱，下降“斜坡”越陡，說明做功沖程氣缸壓力下降得越快；做功行程最大負壓約為-550 mbar，偏低（正常應為-350 mbar左右）。當燃燒室密封不嚴時，活塞上行壓縮時漏氣，致使最高壓縮壓力偏低；活塞下行做功時，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壓。診斷至此，推斷氣缸4燃燒室密封不嚴。

圖5 將WPS500X壓力傳感器插入排氣管

圖6 故障車發(fā)動機怠速時的排氣脈動（截屏）

圖7 起動發(fā)動機時氣缸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呢？決定使用氣缸漏氣量測量儀進一步檢測故障。根據(jù)發(fā)動機的工作原理，當氣缸位于壓縮上止點時，進氣門和排氣門都是關閉的，燃燒室是封閉狀態(tài)，此時用氣缸漏氣量測量儀從火花塞安裝孔向燃燒室內(nèi)打氣，根據(jù)測量儀上2個壓力表的差值可計算出泄漏量，并且循著漏氣的聲音可以定位故障點。

使用氣缸漏氣量測量儀測得氣缸4的漏氣量為73%（圖8），并且從氣缸3的火花塞孔向外漏氣。當氣缸4處于壓縮上止點位置時，氣缸3處于做功下止點位置，此時氣缸3的排氣門是打開的（氣門提前開啟，延后關閉）。由此推斷氣缸4的排氣門關閉不嚴，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 使用氣缸漏氣量測量儀測試氣缸4

拆解發(fā)動機，發(fā)現(xiàn)氣缸4的一個排氣門關閉不嚴。進一步檢查發(fā)現(xiàn)，由于氣門和氣門導管的曠擺間隙過大，發(fā)動機工作時氣門頭部和氣門座磨損不均勻，從而造成排氣門密封不嚴。

故障排除 研磨氣缸4的氣門座，并更換氣門導管、氣門座圈及氣門后試車，發(fā)動機怠速運轉平穩(wěn)，故障排除。