車輛詳細信息：瑪莎拉蒂總裁
發(fā)動機代碼： M139R
年份：2010
癥狀：乘客艙振動
發(fā)動機振動
作者：Steve Smith |Pico Technology

因為人類很難將電或振動形象化，因此只能傾向于經(jīng)歷兩者產(chǎn)生的影響。例如，我們感覺到熱是因為電流通過了一個加熱元件或者我們感覺到顫動是因為振動施加于一個部件上。為了測量和展示這些影響含有的能量，我們可以應用示波器。

使用示波器有兩大主要技巧，第一個是捕捉（示波器設置等等），另一個是對捕捉數(shù)據(jù)進行分析。振動分析是沒有什么例外的，雖然它可能是一個難以把握的概念，但它與測量電路的電壓沒有什么不同。我們應用相關的探頭和設置，測量我們能夠感覺到的能量的影響（振動）。

對于大多數(shù)人來說，Pico汽車振動診斷依然處于初期階段，但我使用NVH工具和分析結果的次數(shù)越多，我能發(fā)現(xiàn)的東西也越多。

下面是瑪莎拉蒂總裁的一個案例，高級技師賽的冠軍 Stuart White 和我很高興能對它進行診斷，更重要的是能對它進行矯正。

Stuart是一家綜合汽車保養(yǎng)店（CCM）的老板，提到一個顧客抱怨上述車輛在靜止或行駛過程中達到1600rpm時會產(chǎn)生振動。

振動診斷的困難是我們對它的解釋都不一樣（這就是為什么我們應該去測量而不是去猜想）。但是對于這輛車，我們不可否認一個大的振動產(chǎn)生于特定的發(fā)動機轉速范圍。從1450rpm開始到1700rpm，振動是很明顯的，在1600rpm時達到振動峰值。

拿出PicoDiagnostics 的NVH工具，遵照NVH軟件里的操作指引，我們可輕松地測量到振動的頻率和幅值。

獲取發(fā)動機速度是任何振動分析的基石，因為這是我們計算所有振動的源頭。汽車上所有轉動部件的頻率都可以通過發(fā)動機速度、傳動比/差速比和輪胎尺寸計算得到。

在這一個案例中，車輛靜止時這個振動來自發(fā)動機，所以通過我們的ELM線將發(fā)動機速度輸入NVH軟件中足夠可以計算出振動僅是由引擎引起的（ELM線使用J2534協(xié)議通過OBD插口請求VIN、發(fā)動機及行駛速度數(shù)據(jù)）

加速度計最初被安放在右手邊 組合板上（發(fā)動機艙）由于這種右舵車輛的駕駛室位置就在這里，所以這里似乎是比較受關注的區(qū)域。

很快我們的振動頻率和幅值就出現(xiàn)了，并且顯示了一個不同尋常的振動峰值，其在40.38Hz處超過了116mg(記住 RPM/60=Hz).

振動的位置顯示為“發(fā)動機階次”E1.5（發(fā)動機速度的1.5倍）



以下的頻譜圖代表了振動的高幅值為1.5*發(fā)動機速度：



以一個四沖程四缸發(fā)動機為例，來解釋發(fā)動機的振動階次。首先，所有的振動階次都以單位g（重力加速度）來進行測量。我們正在研究的振動級是振幅單位為mg（g的千分之一），振動速度表示為Hz。

E1（發(fā)動機振動的第一階）就是簡單的發(fā)動機速度，用Hz表示(E1*60=RPM)。E1振動可以歸因為與發(fā)動機速度相關的部件如飛輪和皮帶輪產(chǎn)生的。

通常來說，E2（發(fā)動機二階振動）發(fā)生在發(fā)動機速度的兩部處，代表振動的最高級（對四缸發(fā)動機），曲軸的每次轉動都會有兩個燃燒的過程(曲柄受到兩個沖擊)，生成一個典型的高E2。E2振動級可歸因于在兩倍的發(fā)動機速度時的燃燒過程或部件的旋轉運動。

對于6缸發(fā)動機，E3（不是E2）將會是最高級的振動，對于8缸發(fā)動機，同樣的E4將會是最高級的振動，這個案例中的瑪莎拉蒂應該就是這樣的。

在E0.5處檢測到的高振動級可歸因于轉速為發(fā)動機速度一半的部件，像如凸輪軸和相關輔助設備。再回到我們的瑪莎拉蒂上，什么部件會導致發(fā)生不尋常的E1.5階振動，我們怎樣才能找到噪聲源呢？從以上的信息我們發(fā)現(xiàn)高E1.5階次應該是3缸發(fā)動機導致的，然而這里我們擁有的是V8的氣缸。

下面的柱狀圖表示了E1.5高級的振動及相關的幫助文檔：



在開始我們的工作以前，就像任何診斷一樣，我們絕對不能忽視最基本的檢查。發(fā)動機燃油和冷卻液液位要確認是正確的；同時軟管、支架、線路線束和發(fā)動機懸置都必須要檢查確認是安全的，底盤的污垢和干擾也要注意檢查。

氣缸的壓縮、平衡及排放也必須要確認井然有序，并且移除蛇形傳送帶可消除任何輔助驅動部件。振動依然很明顯，情況也變得越來越嚴重?，F(xiàn)在是時候來評估一下我們發(fā)動機的原理圖并找出哪個部件以發(fā)動機速度的1.5倍在旋轉。

仔細觀察正時齒輪/正時鏈的布置，可以發(fā)現(xiàn)一個精心設計的發(fā)動機油泵傳動裝配。這個油泵的位置遠離正時齒輪（在發(fā)動機的右后方），通過一個六角形的驅動軸連接。觀察油泵驅動齒輪和曲軸正時齒輪之間的關系，我們得出一個簡單的1:1的驅動比。這樣的比值應該會在發(fā)動機一階（E1）時產(chǎn)生基礎的發(fā)動機振動，但也會產(chǎn)生其他的振動（諧振），這取決于傳到油泵驅動和組件上的振動。聯(lián)想到我們4缸發(fā)動機的E1和E2：E1是基礎振動，E2是E1的諧振，是由于在發(fā)動機速度時燃燒沖擊傳到曲軸上導致的。



油泵驅動裝置

所以在答應維修以前我們怎么確認發(fā)動機的這個區(qū)域。這個簡單的答案是“我們不能”。然而我們能夠搜索發(fā)動機周圍振動強烈的區(qū)域（這里我們開始使用加速度計，就像一個聽診器一樣）。



生成一個振動我們需要一個激振力如發(fā)動機，一個傳輸路徑如排氣裝置，以及一個振動元件如車身。

這里毫無疑問；我們肯定這輛車需要支付巨大的修理費。我們獲取的任何診斷結果都可以使得Stuart 和我信服，即這個引擎需要被拆卸下來。

記住，最好在拆卸之前利用我們已有的事實故障來進行診斷。一旦發(fā)動機被拆卸下來，我們再想復原這個故障就不是那么容易了。

記錄相同位置處的修理前后的振動級（幅值）能夠比單獨使用我們自身的感官提供更加客觀的測試結果，因為我們每個人對振動的理解都是不同的。

我們知道激振力是引擎，并且最可能的傳輸路徑是排氣。加速度計的仔細定位能很快揭示右下側排氣安裝支架的E1.5階振動的最大幅值，這保證了振動能從排氣系統(tǒng)傳到傳動裝置。

我們細想一下駕駛員抱怨發(fā)生振動的座位位置（這是一個右舵車），現(xiàn)在我們知道發(fā)動機油泵的速度和位置以及相關的傳遞路徑。我們能夠看到一個模式正在形成.......甚至將加速度計安裝在組合板左手邊面板產(chǎn)生的振動級比右手邊面板低。Pico NVH工具箱真正的優(yōu)點在于我們能夠快速精確的進行振動的測量而不帶任何假設。

當在診斷中評估任何車輛時，對比測試都是非常重要的。使用PicoScope我們能夠以一種制造商注意不到的方法進行測試和測量車輛。我的意思是說我們對組件的操作和行為功能有一個動態(tài)的了解，我們只是沒有技術數(shù)據(jù)來證實我們的結論。例如，多少制造商引用他們的車輛在不同的發(fā)動機速度和駕駛速度時的振動水平？我們是幸運的，Stuart已經(jīng)證實了這輛瑪莎拉蒂在特定的發(fā)動機轉速時會有明顯的車艙振動特征，但是這種可預見的水平符合這種高性能發(fā)動機的類型。

當試圖減少這種振動級時，我們應將我們的注意力集中在哪？車身是振動元件但我們不能簡單的斷開車內地板等來提高振動水平。排氣系統(tǒng)是我們的傳輸路徑但是它只是簡單的傳遞來自發(fā)動機的多余的振動。因此我們還是需要處理振動源（發(fā)動機），而它是這個案例中最好的鍛煉，如果忽視了它可能會導致重大的損失。

總結一下我們知道的事情：

· 抱怨車身在1600rpm時會有振動，可在駕馭員位置，車內地板及方向盤處感覺到；

· 在右手排氣安裝支架螺栓處可測量到振動的最高水平；

· 在E1.5處發(fā)生最高振動水平（1.5*發(fā)動機速度）；

· 在發(fā)動機線束、管道、電纜及車體處沒有污染；

· 沒有失火或各缸不均勻、沒有故障碼及具有良好的排放；

· 沒有由附件引導產(chǎn)生的振動（輔助傳動皮帶斷開連接）；

· 燃油泵的位置可以測到最高的振動（右手邊后油底殼）。

為了揭示組件到汽缸體的連接（特別是油泵），帶著以上所有信息我們有足夠的證據(jù)要求移除油底殼。移除油底殼以后，沒有再進行進一步的振動測量，而這也強調了在定論前進行的所有操作的重要性。



把燃油泵或驅動移除是為了能夠接近和檢查曲軸箱內所有可以看得見的部件并確保良好的安全性（螺栓檢查），以及沒有明顯的干擾/證明標記。這一切都還不錯。

鑒于E1.5是我們要考慮的振動問題，燃油泵隨后被拆卸下來并測量了其中的一些磨損情況：泵殼體及驅動轉子之間，驅動器和驅動轉子之間以及驅動轉子側間隙間。同時，對泵殼體來說有一些可見的痕跡證據(jù)，所有的測量都是正確的（鑒于發(fā)動機沒有遭受任何相關的油壓問題，這里沒有真正的驚喜。）









由于泵裝置里沒有故障，我們的注意力轉移到六角形的泵驅動軸上。查看六角泵驅動軸兩邊的安裝點位置，我們能夠清晰的看到驅動器上的磨損標記，這是由于油壓產(chǎn)生時來自正時齒輪和泵對面的驅動推力導致。

這兩種力是相對的，最后導致了油泵驅動轉子的旋轉及機油的密封增壓。六角驅動軸帶動驅動轉子旋轉，在驅動軸帶動驅動轉子之前，會有過度的自由轉動（反沖）。六角驅動軸兩端的驅動面的磨損標記代表了驅動轉子和正時齒輪之間的不同的接觸區(qū)域，在六角驅動中表明了磨損和變形。

我們將直尺和測隙規(guī)應用于六角驅動來突出任何變形，并且對油泵驅動轉子返回一個0.076mm的值（這個測量是不規(guī)范的）。

所以現(xiàn)在我們決定基于我們的目測、振動測試結果及進行的測量來替換周圍一些部件。在這些信息中，1.5*發(fā)動機速度（E1.5）時振動明顯。

我們知道曲軸不平衡會導致發(fā)動機第一階振動（E1），并且我們的曲軸由于燃燒（4*動力沖程 每轉）會受到發(fā)動機四階振動（E4），這兩個與我們的測試結果都是不相關的。

在發(fā)動機速度（與曲軸比例為1:1）時油泵驅動轉子轉動，但是會經(jīng)受6個脈沖，這是由驅動軸和驅動轉子之間的燃油壓縮造成的。這將會是6階發(fā)動機振動（E6）并且其中一個是不明顯的。在六角驅動上的油泵負載及部分扭轉/磨損能否產(chǎn)生E1.5的振動？

油泵和驅動負載施加于有良好接觸面的六角驅動上將會產(chǎn)生很小的振動甚至沒有振動產(chǎn)生，然而負載施加于磨損的六角驅動面上可能會產(chǎn)生噪聲/振動（記住振動和噪聲是一回事）





基于維修的成本來更換燃油泵、六角驅動和正時齒輪，客戶只同意更換燃油泵和六角驅動。作為除去正時鏈條的結果，更換正時齒輪會大大增加勞動成本。

重新裝配后的效果變得立即明顯，在六角驅動和油泵驅動轉子之間有最小的轉動，而這導致了驅動會瞬間轉移到油泵。發(fā)動機被重新組裝過，并且加速度計放置在相同的位置來測量1600rpm時的振動級。





在1600rpm時整車的振動級已經(jīng)有所改善（不能完全清除），并且獲得的值能夠充分說明這點，在修理前是113mg，修理后是6mg。

綜合六角驅動面的磨損、六角驅動軸及油泵驅動轉子之間的間隙以及正時齒輪和驅動轉子之間的六角驅動的一致性，這些都可以導致過度的E1.5階發(fā)動機振動產(chǎn)生。

這里值得注意的是，通過我們對振動的評估，我們可能排除許多基于他們各自的振動頻率振動的發(fā)動機部件。我們正在從一系列部件中尋找一個能夠導致E1.5階振動的發(fā)動機部件，然而，這些部件都是以其他的頻率旋轉。

事后來看，在修理前后使用WPS5000壓力傳感器分析發(fā)動機機油壓力的波動是一件很奇妙的事情。我們是否能夠看到由于油泵驅動的磨損導致的在1600rpm時油壓的波形？我想我們永遠不會知道但值得考慮的是現(xiàn)在我們擁有PicoScope和所有可用的新的測試技巧。

再一次，它不僅證明了什么是振動，而且也迅速證明了什么不是振動，這都是非常寶貴的。

修理前后的客觀結果已經(jīng)被證明是非常重要的，因為在1600rpm時發(fā)動機振動依然是明顯的，但已經(jīng)得到大大的改善，將我們的NVH工具箱提供的確鑿的證據(jù)進行備份并確認維修。非常感謝Stuart在這個充滿挑戰(zhàn)的案例研究中給予的幫助和支持。

原文鏈接：https://bbs.qichebo.com/forum.php?mod=viewthread&tid=66320&extra=page%3D1

編者按：本文表明，車輛磨損（耐久）后發(fā)生的振動噪聲特征信號與常見的振動階次激勵不同，需要詳細研究該振動噪聲發(fā)生的原因。不同學科專業(yè)之間的交叉研究對車輛開發(fā)是必要的，是需要進行深入研究的。