汽車發(fā)動機(jī)渦輪增壓器故障診斷與排除

朱肇妍+黃春梅

摘 要 介紹汽車廢氣渦輪增壓器的基本工作原理，以上海大眾新途安TSI發(fā)動機(jī)渦輪增壓器為例，介紹其故障診斷與排除案例，總結(jié)廢氣渦輪增壓器的檢查、診斷和排除方法。

關(guān)鍵詞 渦輪增壓 ；發(fā)動機(jī) ；故障 ；診斷 ；排除

中圖分類號 U472

Abstract This paper introduces the basic working principle of exhaust gas turbocharger cars in Shanghai， the new Volkswagen Touran TSI engine turbocharger. Introduces the fault diagnosis and elimination of the case， summing up the exhaust turbocharger inspection， diagnosis and troubleshooting.

Key words turbocharger ； engine ； fault ； diagnosis ； elimination

渦輪系統(tǒng)是增壓發(fā)動機(jī)中最常見的增壓系統(tǒng)之一。渦輪增壓利用廢氣驅(qū)動，無額外能量損耗，便能輕易創(chuàng)造出大馬力，較自然進(jìn)氣發(fā)動機(jī)提升額外動力30 %-40 %。渦輪系統(tǒng)除為汽車帶來澎湃動力外，更好地增加了燃油的經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保性。以CO2的排放為例，由于增壓讓更多的空氣進(jìn)入燃燒室參與燃燒，使得燃燒更徹底，排放更干凈。一般來說，渦輪增壓發(fā)動機(jī)要比相同功率的自然進(jìn)氣發(fā)動機(jī)耗油低10 %-20 %。

1 汽車渦輪增壓系統(tǒng)簡介

1.1 發(fā)動機(jī)渦輪增壓系統(tǒng)構(gòu)造及工作原理

渦輪增壓系統(tǒng)主要包括渦輪增壓器、中冷器、進(jìn)氣旁通閥、排氣旁通閥及配套的進(jìn)排氣管道（如圖1）。

渦輪增壓器作為渦輪增壓系統(tǒng)中的最重要部件，主要由進(jìn)氣端、排氣端和中間的連接部分組成。進(jìn)氣端包括壓氣機(jī)殼體，其中包括壓氣機(jī)進(jìn)風(fēng)口、壓氣機(jī)出風(fēng)口、壓氣機(jī)葉輪；而排氣端包括渦輪殼體，其中包括渦輪進(jìn)風(fēng)口、渦輪出風(fēng)口、渦輪葉輪。在2個(gè)殼體間，有1個(gè)軸承室起著連接的作用，軸承室安裝有負(fù)責(zé)連接并承托起壓氣機(jī)葉輪、渦輪葉輪，應(yīng)付上萬轉(zhuǎn)速的渦輪軸，以及與之對應(yīng)的機(jī)油入口、機(jī)油出口等（甚至包括水入口和出口）（如圖2）。

渦輪增壓器是利用內(nèi)燃機(jī)運(yùn)作所產(chǎn)生的排氣中的剩余能量來工作的空氣泵。渦輪葉輪總成與壓氣機(jī)葉輪相連接，當(dāng)廢氣驅(qū)動渦輪增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)，發(fā)動機(jī)的燃燒室里被擠入大量的壓縮空氣。實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)在尺寸不變的條件下，由于增加了壓縮空氣，致使更多的燃油噴入到發(fā)動機(jī)燃燒室里參與燃燒，從而產(chǎn)生更多的功率（如圖3）。

1.2 渦輪增壓電控系統(tǒng)

以上海大眾新途安TSI發(fā)動機(jī)為例，渦輪增壓技術(shù)使發(fā)動機(jī)平均有效壓力增加，致使其爆燃傾向大大增加，熱負(fù)荷偏高。為了確保發(fā)動機(jī)在任何工況下都獲取最佳增壓值，以防止發(fā)動機(jī)爆燃和限制熱負(fù)荷，對渦輪增壓系統(tǒng)的增壓壓力必須進(jìn)行控制。

發(fā)動機(jī)增壓電控系統(tǒng)，主要由發(fā)動機(jī)控制單元J220、增壓壓力傳感器G31、增壓壓力限制電磁閥N75、增壓器空氣再循環(huán)電磁閥N249、機(jī)械式空氣再循環(huán)閥和真空罐以及連接管路等組成（如圖4）[1]。為避免廢氣渦輪增壓器受到過熱損害，在冷卻循環(huán)管路中集成了一個(gè)增壓空氣冷卻系統(tǒng)。為防止熱量的聚集，發(fā)動機(jī)關(guān)閉后，冷卻系統(tǒng)的冷卻液在一段設(shè)定時(shí)間內(nèi)繼續(xù)循環(huán)。為此，冷卻液循環(huán)泵V50集成在增壓空氣冷卻系統(tǒng)中。通過輔助的冷卻液泵繼電器J496，由發(fā)動機(jī)控制單元控制[2]。

發(fā)動機(jī)增壓壓力特性圖的有關(guān)數(shù)據(jù)存儲在ECU的存儲器中。增壓壓力理論值隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速而變化。在發(fā)動機(jī)工作時(shí)，ECU根據(jù)增壓壓力等傳感器輸入信息，可以確定當(dāng)時(shí)的實(shí)際進(jìn)氣增壓壓力，然后，將實(shí)際進(jìn)氣壓力和存儲的理論值進(jìn)行比較。若實(shí)際值與理論值不相符合，ECU則輸出控制信號，對增壓壓力電磁閥進(jìn)行控制，改變膜片式控制閥上的壓力，使放棄閥門動作。

1.2.1 進(jìn)氣溫度G299/增壓壓力傳感器G31

該傳感器安裝在節(jié)氣門閥體和增壓器之間的管路上，用于測量渦輪增壓器增壓壓力大小和溫度高低。

G31的信號用于發(fā)動機(jī)控制單元獲得增壓壓力的大小。其為增壓系統(tǒng)非常重要的傳感器，G31產(chǎn)生故障將導(dǎo)致控制單元無法及時(shí)對增壓壓力進(jìn)行控制，影響增壓壓力的大小。

G299的信號作用： ①用于計(jì)算增壓壓力的修正值?？紤]到了增壓氣體密度受溫度的影響；②用于保護(hù)零件。增壓壓力在增壓空氣溫度超過了某一特定值時(shí)會降低；③啟動冷卻液循環(huán)水泵V50。冷卻液循環(huán)水泵在增壓空氣冷卻器前部和后部的增壓空氣溫度差別小于8 ℃時(shí)開始運(yùn)轉(zhuǎn)；④用于冷卻液循環(huán)水泵V50可信度檢查。冷卻液循環(huán)泵在增壓空氣冷卻器前部和后部的增壓空氣溫度差小于2 ℃時(shí)，則說明出現(xiàn)故障，排放警示燈K83亮。

1.2.2 壓力傳感器G71/G42進(jìn)氣溫度

這2個(gè)傳感器集成在進(jìn)氣歧管上，增壓空氣冷卻器的后方，在這里測量渦輪增壓器下部的空氣壓力和溫度。

G71：用于計(jì)算空氣流量。

G42的信號作用：①啟用冷卻液繼續(xù)循環(huán)泵。 冷卻液循環(huán)泵在增壓空氣冷卻器前部和后部的增壓空氣溫度差別小于8 ℃時(shí)啟用；②用于冷卻液繼續(xù)循環(huán)泵的可信度檢驗(yàn)。冷卻液循環(huán)泵在增壓空氣冷卻器前部和后部的增壓空氣溫度差小于2 ℃時(shí)，則說明出現(xiàn)故障，排放警示燈K83亮。

1.2.3 冷卻液循環(huán)泵V50

冷卻液在冷卻液循環(huán)泵的作用下輸送至增壓空氣冷卻器和廢氣渦輪增壓器中。該泵在下列條件下開始工作：①冷卻液循環(huán)泵在發(fā)動機(jī)每次啟動后的短時(shí)間內(nèi)；②冷卻液循環(huán)泵在發(fā)動機(jī)扭矩達(dá)到約100 Nm以上；③冷卻液循環(huán)泵在進(jìn)氣歧管的增壓空氣溫度達(dá)到50 ℃以上；④冷卻液循環(huán)泵在增壓空氣冷卻器前部和后部的增壓空氣溫度差小于8 ℃；⑤冷卻液循環(huán)泵在發(fā)動機(jī)運(yùn)行時(shí)每120 s工作10 s，以避免燃燒積炭；⑥根據(jù)發(fā)動機(jī)綜合特性曲線而定，在發(fā)動機(jī)關(guān)閉后工作0-480 s，以避免過熱。

2 渦輪增壓器故障現(xiàn)象

2.1 發(fā)動機(jī)基本信息

以上海大眾新途安TSI發(fā)動機(jī)為例，故障車輛信息如下：車型為大眾新途安；行駛里程60 855 km；生產(chǎn)日期2011年8月；發(fā)動機(jī)號CFB147306；車架號 LSVRR21T9B2382955。

2.2 故障現(xiàn)象描述

故障現(xiàn)象為發(fā)動機(jī)動力不足故障燈點(diǎn)亮。故障數(shù)據(jù)顯示故障碼P0236、P0299。其中，P0236故障碼表示增壓壓力傳感器不可信信號，P0299故障碼表示增壓壓力控制未達(dá)到控制極限（如圖5-A、B）。

3 故障原因分析

上海大眾新途安TSI發(fā)動機(jī)渦輪增壓器故障原因：（1）增壓壓力調(diào)節(jié)器G31失效。G31/G229信號故障的影響。渦輪增壓器在2個(gè)傳感器信號都發(fā)生故障時(shí)只在開環(huán)控制下運(yùn)行，致使增壓壓力更小，發(fā)動機(jī)功率也會下降；（2）渦輪增壓循環(huán)空氣閥N249打開；（3）廢氣閥門打開；（4）渦輪增壓至節(jié)氣門壓力軟管漏氣；（5）渦輪增壓失效或卡死。

4 故障排查過程

上海大眾新途安TSI發(fā)動機(jī)渦輪增壓器故障排查過程：（1）根據(jù)發(fā)動機(jī)故障代碼，用診斷儀進(jìn)入01發(fā)動機(jī)-011-15第四組增壓壓力實(shí)際值數(shù)據(jù)為1 000 mbar，怠速至加速到2 500 mbar轉(zhuǎn)速均無變化（如圖6-A、B）。正常車怠速高數(shù)據(jù)會變大。檢查G31線路正常，與正常車對換過G31后故障一樣（圖6-C）；（2）按故障代碼和數(shù)據(jù)流判斷是渦輪增壓未起到增壓作用；（3）拆檢渦輪增壓至節(jié)氣門之間壓力軟管無漏氣；（4）用診斷儀進(jìn)入發(fā)動機(jī)005作動器診斷，檢查N249和N75正常；（5）檢查閥門推桿及管路都正常；（6）拆開渦輪增壓進(jìn)氣軟管發(fā)現(xiàn)，渦輪增壓葉輪與渦輪增壓有碰撞痕跡；（7）起功發(fā)機(jī)怠速至加速時(shí)，渦輪增壓葉輪均不轉(zhuǎn)動；（8）拆開渦輪增壓排氣管檢查發(fā)現(xiàn)，進(jìn)氣葉輪與排氣葉輪之間軸斷裂。

5 故障原因確定及排除

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，故障原因?yàn)闇u輪增壓的葉輪軸斷裂，在進(jìn)氣葉輪與排氣葉輪中間位置斷開，在重新更換新的渦輪增壓器后，故障得到排除。

參考文獻(xiàn)

[1] 羅德云. 汽車發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)構(gòu)造與檢修[M]. 北京：人民交通出版社，2011.

[2] 宋作軍，王玉華. 汽車發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)檢修[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2010.