作者：Steve Smith | Pico Technology

診斷概述：

人類很難將電或振動形象化，因此只能傾向於經歷兩者產生的影響。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於一個部件上。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），另一個是對捕捉資料進行分析。振動分析是沒有什麼例外的，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麼不同。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）。

對於大多數人來說，Pico汽車振動診斷依然處於初期階段，但我使用NVH工具和分析結果的次數越多，我能發現的東西也越多。

下面是Maserati Quattroporte的案例，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校正。

故障現象：

一輛瑪莎拉蒂Quattroporte，搭載V8引擎，引擎代號為M139R，車輛在靜止或是行駛時，當引擎轉速達到1600rpm，會產生振動。

振動診斷的困難是我們對它的解釋都不一樣（這就是為什麼我們應該去測量而不是去猜想）。但是對於這輛車，我們不可否認一個大的振動產生於特定的引擎轉速範圍。從1450rpm開始到1700rpm，振動是很明顯的，在1600rpm時達到振動峰值。

診斷流程:

1. 使用PicoDiagnostics 的NVH工具，遵照NVH軟體裡的操作指引，我們可輕鬆地測量到振動的頻率和幅值。

2. 獲取引擎轉速是振動分析的基準點，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引擎轉速、傳動比/差速比和輪胎尺寸計算得到。

3. 車輛靜止時這個振動來自引擎，所以通過我們的ELM線將引擎轉速資訊輸入NVH軟體中足夠可以計算出振動僅是由引擎引起的（ELM線使用J2534協議通過OBD插口請求VIN、引擎轉速及行駛速度資料）。

4. 加速度計最初安裝在右側蓋板上（引擎室）由於右駕車輛的駕駛室位置就在這裡，所以這裡是比較受關注的區域。

5. 我們的振動頻率和幅值很快就出現了，並且顯示了一個不尋常的振動峰值，其在40.38Hz處超過了116mg (記住 RPM/60=Hz).

• 振動的位置顯示為“引擎轉速階次”E1.5（引擎轉速的1.5倍）

• 以下的頻譜圖代表了振動的高幅值為1.5倍的引擎轉速：

以一個四行程四缸引擎為例，來解釋引擎的振動階次。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的振幅單位為mg（g的千分之一），振動速度表示為Hz。

E1（引擎振動的第一階）就是簡單的引擎轉速，用Hz表示(E1*60=RPM)。E1振動歸因於引擎轉速相關的部件如飛輪和皮帶輪產生。

通常來說，E2（引擎二階振動）發生在引擎轉速的兩部處，代表振動的最高級（對四缸引擎），曲軸的每次轉動都會有兩個燃燒的過程(曲柄受到兩個衝擊)，生成一個典型的高E2。E2振動級可歸因於在兩倍的引擎轉速時的燃燒過程或部件的旋轉運動。

對於6缸引擎，E3（不是E2）會是最高級的振動，而8缸引擎，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於轉速為引擎轉速一半的部件，像如凸輪軸和相關輔助設備。再回到我們的瑪莎拉蒂上，什麼部件會發生不尋常的E1.5階振動，我們怎樣才能找到噪音源呢？從以上的資訊我們發現高E1.5階次應該是3缸引擎導致的，然而這裡我們擁有的是V8的氣缸。

• 下面的柱狀圖表示了E1.5高幅值的振動及相關文檔：

6. 在開始我們的工作以前，就像任何診斷一樣，我們絕對不能忽視基本的檢查。引擎燃油和冷卻液液位要確認是正確的；同時軟管、支架、線路線束和引擎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。

7. 氣缸的壓縮、平衡及排放也必須要確認正常，並且移除蛇形皮帶可消除任何輔助部件。而振動仍然很明顯，情況也變得越來越嚴重。現在是時候來評估一下我們引擎的原理圖並找出哪個部件以引擎轉速的1.5倍在旋轉。

8. 仔細觀察正時齒輪/正時鏈的配置，可以發現一個精心設計的引擎油泵傳動裝配。這個油泵的位置遠離正時齒輪（在引擎的右後方），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係，我們得出一個簡單的1:1的驅動比。這樣的比值應該會在引擎一階（E1）時產生基礎的引擎振動，但也會產生其他的振動（諧振），這取決於傳到油泵驅動和組件上的振動。聯想到我們4缸引擎的E1和E2：E1是基礎振動，E2是E1的諧振，是由於在引擎轉動時燃燒衝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如何確認引擎的這個區域。答案是“我們沒辦法”。但我們能夠搜索引擎周圍振動強烈的區域（這裡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引擎，一個傳輸路徑如排氣裝置，以及一個振動元件如車身。

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。一旦引擎被拆卸下來，我們再想復原這個故障就不是那麼容易了。

記錄相同位置處的修理前後的振動級（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，並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，這代表了振動能從排氣系統傳到傳動裝置。

9. 現在我們知道引擎油泵的轉速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左側蓋板產生的振動幅值比右邊蓋板低。Pico NVH工具箱真正的優點在於我們能夠快速精確的進行振動的測量而不帶任何假設。

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我們能夠以一種製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元件的操作和行為功能有一個動態的瞭解，我們只是沒有技術資料來證實我們的結論。例如，多少製造商引用他們的車輛在不同的引擎轉速和駕駛速度時的振動水準？我們是幸運的，Stuart已經證實了這輛瑪莎拉蒂在特定的引擎轉速時會有明顯的車艙振動特徵，但是這種可預見的水準符合這種高性能引擎的類型。

當試圖減少這種振動時，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準。排氣系統是我們的傳輸路徑但是它只是簡單的傳遞來自引擎的多餘的振動。因此我們還是需要處理振動源（引擎），而它是這個案例中最好的鍛煉。

總結一下目前所知道的事情：

• 車身在1600rpm明顯振動，可在駕駛員位置，車內地板及方向盤感覺到；
• 在右側排氣管支架螺栓處可測量到最高振動幅值；
• 在E1.5處發生最高振動水準（1.5*引擎轉速）；
• 在引擎線束、管道、電纜及車體處沒有異常；
• 沒有失火或各缸不均勻、沒有故障碼及具有良好的排放；
• 沒有由附件引起產生的振動（輔助傳動皮帶斷開連接）；
• 機油泵的位置可以測到最高的振動（右手邊後油底殼）。

10. 為了顯示組件與汽缸體的連接(特別是機油泵)，帶著以上訊息我們有足夠的證據要求拆開油底殼，移除油底殼以後，就不能再進行進一步的振動測量，這也顯示了在定論前進行所有測試的重要性。

11. 把機油泵和油泵驅動軸移除是為了能夠檢查曲軸箱內所有可以看得見的部件並確保良好的安全性（螺栓檢查），以及沒有明顯的干擾/證明標記。這一切都還不錯。而E1.5是我們要考慮的振動問題，機油泵隨後被拆卸下來並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，所有的測量都是正確的（鑒於引擎沒有遭受任何相關的油壓問題。）

12. 由於泵裝置裡沒有故障，我們的注意力轉移到六角形的油泵驅動軸上。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軸上的磨損標記，這是由於油壓產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，最後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域，在六角驅動中表明瞭磨損和變形。

13. 我們將直尺和測隙規應用於六角驅動來檢查變形，並且對油泵驅動轉子返回一個0.076mm的值（這個測量是不規範的）。

所以現在我們決定基於目測、振動測試結果及進行的測量來替換周圍一些部件。在這些資訊中，1.5*引擎轉速（E1.5）時振動明顯。

我們知道曲軸不平衡會導致引擎第一階振動（E1），並且我們的曲軸由於燃燒（4*動力衝程 每轉）會受到引擎四階振動（E4），這兩個與我們的測試結果都是不相關的。

在引擎轉速（與曲軸比例為1:1）時油泵驅動轉子轉動，但是會經受6個脈衝，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階引擎振動（E6）並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/磨損能否產生E1.5的振動？

油泵和驅動負載施加於有良好接觸面的六角驅動上將會產生很小的振動甚至沒有振動產生，然而負載施加於磨損的六角驅動面上可能會產生雜訊/振動（記住振動和噪音是同一個事物）

14. 基於維修的成本來更換機油泵、六角驅動和正時齒輪，客戶只同意更換機油泵和六角驅動。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。

15. 重新裝配後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，而這使驅動會瞬間轉移到油泵。引擎被重新組裝後，並且加速度計放置在相同的位置來測量1600rpm時的振動級。

16. 結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E1.5階引擎振動產生。

結論：

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於他們各自的振動頻率振動的引擎部件。我們正在從一系列部件中尋找一個能夠導致E1.5階振動的引擎部件，然而，這些部件都是以其他的頻率旋轉。

事後來看，在修理前後使用WPS5000壓力感測器分析引擎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於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，它不僅證明了什麼是振動，而且也迅速證明了什麼不是振動，這都是非常寶貴的。

修理前後的客觀結果已經被證明是非常重要的，因為在1600rpm時引擎振動依然是明顯的，但已經得到大大的改善，將我們的NVH工具箱提供的確鑿的證據進行備份並確認維修。非常感謝Stuart在這個充滿挑戰的案例研究中給予的幫助和支持。