温州交通运输集团有限公司城西公交分公司 陈 春

故障现象一辆2009款斯柯达明锐车，搭载CDF发动机，累计行驶里程约为15.5万km。车主反映，该车发动机怠速异常振动，故障已持续半年，在多家维修厂检修过，均未能解决故障。

故障诊断接车后试车，起动发动机，将半瓶玻璃水放置在发动机上（图1），可见发动机怠速振动明显，将发动机转速提高至900 r/min时振动加剧；进行路试，发动机加速正常。

用故障检测仪检测，发动机控制单元中无故障代码存储；读取发动机数据流（图2），4个气缸的失火数均为0次，且其他数据流也都在正常范围。利用pico示波器配合NVH套装（图3）中的三轴（x轴、y轴和z轴）加速度传感器可以测量振动情况，于是决定测量发动机上的振动，根据振动量和振动频率反推故障点。

pico示波器配套的诊断软件（pico diagnostics）能计算出振动频率及幅值（振动加速度），pico diagnostics还能通过ELM327从车辆的OBD诊断接口读取发动机转速和车速，自动计算振动与发动机转速、轮胎转速及传动轴转速之间的关系，这样能帮助维修人员查找振动源。

图1 将半瓶玻璃水放置在发动机上

图2 故障车怠速时的发动机数据流（截屏）

振动的强度用加速度表示，加速度越大，振动强度就越大，一般振动加速度超过20 mg（“1 mg”=9.81×10-3m/s²），人体就能感受到明显的振动。振动频率描述的是1 s内的振动次数，单位为Hz，例如1 s内振动1次，振动频率就是1 Hz。发动机半阶振动（E0.5）是曲轴每转1圈振动发生0.5次，发动机1阶振动（E1）是指曲轴每转1圈振动发生1次，发动机2阶振动（E2）就是曲轴每转1圈振动发生2次，以此类推。若发动机转速为900 r/min，则对应曲轴1 s内转15圈，对应的发动机1阶振动（E1）为15 Hz。

图3 pico示波器及NVH套装

图4 故障车发动机转速为900 r/min时的振动情况（截屏）

将三轴加速度传感器（头部具有磁性）吸附在发动机上，测得发动机转速为900 r/min时的振动情况如图4所示。发动机产生的振动主要来源于2个方面：一个是燃烧压力产生的振动力造成曲轴转矩波动，它又作为一种反作用力作用在气缸体上；另一个是活塞往复运动和曲轴旋转运动产生的惯性力。直列4缸发动机自身能够很好地平衡1阶振动，但存在较大的2阶振动，因此故障车上135 mg的2阶振动是正常的，不正常的是半阶振动及以半阶振动频率的倍数递增的谐振。

假设发动机存在单缸失火故障，曲轴每转动2圈产生1次干扰，正好符合半阶振动。由于发动机控制单元并没有监测到失火，于是笔者决定测量排气脉动，以判断发动机的工作状态。将WPS500X压力传感器插入排气管（图5），测得故障车发动机怠速时的排气脉动如图6所示，可见其中1个气缸排气不良，即某个气缸工作不良。2次点火触发信号之间为720°曲轴转角，点火发生在气缸压缩上止点附近，1缸的排气行程位于180°～360°曲轴转角，根据1-3-4-2的点火顺序，可推算出各个气缸排气冲程发生的时刻。分析排气脉动，推断气缸4工作不良。

鉴于该车已维修多次，且相关的外围部件（火花塞、点火线圈等）均更换过，怀疑故障是由发动机内部机械故障引起的。用WPS500X压力传感器测量起动发动机时气缸4的气缸压力波形（图7）可知，压缩行程的最高气缸压力约为8.6 bar（1 bar=1 000 mbar=100 kPa），偏低（正常情况下应能达到12 bar）；压缩行程的上升曲线和做功行程的下降曲线不对称，下降“斜坡”越陡，说明做功冲程气缸压力下降得越快；做功行程最大负压约为-550 mbar，偏低（正常应为-350 mbar左右）。当燃烧室密封不严时，活塞上行压缩时漏气，致使最高压缩压力偏低；活塞下行做功时，由于气缸内的气体减少，压力下降得更快，并且在做功行程末段形成较大的负压。诊断至此，推断气缸4燃烧室密封不严。

图5 将WPS500X压力传感器插入排气管

图6 故障车发动机怠速时的排气脉动（截屏）

图7 起动发动机时气缸4的气缸压力波形（截屏）

究竟是气缸4燃烧室哪里密封不严呢？决定使用气缸漏气量测量仪进一步检测故障。根据发动机的工作原理，当气缸位于压缩上止点时，进气门和排气门都是关闭的，燃烧室是封闭状态，此时用气缸漏气量测量仪从火花塞安装孔向燃烧室内打气，根据测量仪上2个压力表的差值可计算出泄漏量，并且循着漏气的声音可以定位故障点。

使用气缸漏气量测量仪测得气缸4的漏气量为73%（图8），并且从气缸3的火花塞孔向外漏气。当气缸4处于压缩上止点位置时，气缸3处于做功下止点位置，此时气缸3的排气门是打开的（气门提前开启，延后关闭）。由此推断气缸4的排气门关闭不严，高压气体按照“气缸4燃烧室→气缸4排气门→排气支管→气缸3排气门→气缸3燃烧室→气缸3火花塞孔”的路径漏气。

图8 使用气缸漏气量测量仪测试气缸4

拆解发动机，发现气缸4的一个排气门关闭不严。进一步检查发现，由于气门和气门导管的旷摆间隙过大，发动机工作时气门头部和气门座磨损不均匀，从而造成排气门密封不严。

故障排除 研磨气缸4的气门座，并更换气门导管、气门座圈及气门后试车，发动机怠速运转平稳，故障排除。