2018款奧迪RS4渦輪增壓器異響

◆文/北京 任賀新

故障現(xiàn)象

一輛2018款奧迪RS4，搭載DEC型2.9T發(fā)動機(jī)，行駛里程為48000km。該車啟動后，在發(fā)動機(jī)處于高怠速狀態(tài)時，發(fā)動機(jī)艙內(nèi)傳出“噠噠”的金屬敲擊聲；在停車狀態(tài)下反復(fù)踩油門踏板，或者在車輛低速行駛過程中，也能聽到來自于發(fā)動機(jī)艙傳來的異響。據(jù)車主介紹，這是一輛剛買的二手車，發(fā)現(xiàn)異響問題后曾前往奧迪4S店檢查，維修人員建議更換兩個渦輪增壓器，費(fèi)用將近10萬元。

故障診斷與排除

奧迪EA839系列發(fā)動機(jī)包括3.0T和2.9T兩個型號，2.9T發(fā)動機(jī)(圖1)帶有兩個渦輪增壓器，都安裝在發(fā)動機(jī)的V型腔中，這種布局使得發(fā)動機(jī)排氣道更短且增壓器響應(yīng)更為迅速。

連接診斷儀進(jìn)行檢測，發(fā)動機(jī)控制單元內(nèi)未存儲故障碼。拆掉發(fā)動機(jī)蓋板，按照車主描述的方法試車，發(fā)現(xiàn)收回油門踏板的瞬間和啟動的瞬間，發(fā)動機(jī)艙內(nèi)均會發(fā)出“噠噠”的金屬敲擊異響。經(jīng)仔細(xì)排查，發(fā)現(xiàn)異響來自渦輪增壓器的廢氣旁通閥(圖2)。

圖2 故障車的異響部位

渦輪增壓器是為了在廢氣質(zhì)量流量小的條件下仍能讓發(fā)動機(jī)具有較大的扭矩，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速低于2000r/min時，增壓器就會處于全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。為防止在較大廢氣質(zhì)量流量時，渦輪增壓器超速，需要將一部分廢氣質(zhì)量通過旁通閥放走。旁通閥可優(yōu)化發(fā)動機(jī)的高、低速性能，壓力大時，部分發(fā)動機(jī)廢氣經(jīng)旁通閥排出，這樣既能改善低速性能，又能避免高速工況汽缸爆發(fā)壓力過高。因此，想找到故障車渦輪增壓器異響的根本原因，首先應(yīng)系統(tǒng)掌握旁通閥的控制原理。

該車渦輪增壓器采用真空控制式的廢氣旁通閥。執(zhí)行器被膜片分隔成兩個空腔，靠近渦輪增壓器的空腔連接大氣，另一個空腔(真空腔)內(nèi)裝有彈簧，頂著膜片，并通過真空調(diào)節(jié)電磁閥與真空泵相連。無需渦輪增壓器工作時，例如在熄火狀態(tài)下，ECU將切斷真空調(diào)節(jié)電磁閥電路，執(zhí)行器的真空腔連接大氣，此時膜片兩側(cè)均為大氣壓力。膜片在彈簧的作用下壓向空氣腔，并帶動推桿打開廢氣旁通閥(圖3)。

圖3 旁通閥全開時廢氣的流經(jīng)路線

需要渦輪增壓器介入工作時，ECU接通真空調(diào)節(jié)電磁閥，將執(zhí)行器的真空腔連接到真空泵。在真空吸力的作用下，膜片克服彈簧的彈力壓向真空腔一側(cè)，并帶動推桿關(guān)閉廢氣旁通閥(圖4)。

圖4 旁通閥全閉時廢氣的流經(jīng)路線

在調(diào)整增壓壓力的過程中，真空調(diào)節(jié)電磁閥不是開關(guān)狀態(tài)，而是可以無級調(diào)整其開度。發(fā)動機(jī)控制器通過脈沖寬度調(diào)制信號(PWM)控制電磁閥，實現(xiàn)開度從0到100%的無級控制，這樣就在執(zhí)行器上建立了不同的真空度，從而控制流經(jīng)旁通閥的廢氣流量。

根據(jù)廢氣旁通閥的控制原理，并結(jié)合故障車的故障現(xiàn)象，可從兩個方面進(jìn)行重點排查：廢氣旁通閥的拉桿和球頭間隙過大(如果是這種情況就只能更換增壓器總成)；提供給執(zhí)行器的真空度不足，無法拉緊廢氣旁通閥，發(fā)動機(jī)排出的廢氣推動旁通閥，讓其顫抖發(fā)出異響。

對比正常車輛的渦輪增壓器，該車旁通閥聯(lián)動機(jī)構(gòu)的間隙正常。拆掉前氧傳感器，用內(nèi)窺鏡觀察旁通閥(圖5)，未發(fā)現(xiàn)破損等異常現(xiàn)象，因此，可以排除渦輪增壓器自身問題，接下來應(yīng)重點檢查執(zhí)行器的真空度。

圖5 用內(nèi)窺鏡檢查故障車增壓器旁通閥

導(dǎo)致執(zhí)行器的真空不足的可能原因有：執(zhí)行器及其管路漏氣；真空調(diào)節(jié)電磁閥卡滯，ECU無法調(diào)整到正確位置；真空泵或進(jìn)氣歧管提供的真空度不足；ECU自身故障，提供錯誤的PWM信號。

用手動真空槍測試執(zhí)行器及相關(guān)管路無漏氣現(xiàn)象；用診斷儀執(zhí)行動作測試，促動真空調(diào)節(jié)電磁閥，伴隨閥芯動作可發(fā)出“噠噠”敲擊聲，說明真空調(diào)節(jié)電磁閥無卡滯現(xiàn)象；將壓力傳感器連接在真空泵和真空調(diào)節(jié)電磁閥之間，測量真空泵的真空度(圖6)，發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)15s左右真空度可達(dá)920mbar(1mbar=100Pa)，說明真空泵工作正常。

圖6 故障車真空泵的真空度檢測結(jié)果

為什么旁通閥會發(fā)出異響？為了找到答案，決定用示波器采集加速過程中的信號。將壓力傳感器用三通閥連接在真空調(diào)節(jié)電磁閥和執(zhí)行器之間(圖7)，測量執(zhí)行器的真空度。

圖7 壓力傳感器的連接位置

將示波器的第2個通道連接到ECU至真空調(diào)節(jié)電磁閥的控制針腳，采集調(diào)整電磁閥開度的PWM信號。真空調(diào)節(jié)電磁閥有兩個針腳，一個是供電線，另一個是PWM控制線。該車ECU采用負(fù)控方式調(diào)整電磁閥開度。在加速瞬間采集到的波形如圖8所示，其中藍(lán)線為執(zhí)行器真空度，紅線為真空調(diào)節(jié)電磁閥的PWM信號。

圖8 故障車執(zhí)行器真空度波形圖

從波形圖上可以看出，隨著紅線PWM信號的調(diào)整，執(zhí)行器真空度也在來回變化。通過這個波形，很難看出故障原因，因此需要使用數(shù)字存儲示波器的計算功能，將PWM信號轉(zhuǎn)換成占空比曲線。計算后的波形如圖9所示，圖中藍(lán)線表示執(zhí)行器真空度，黑線是根據(jù)PWM電壓信號計算出的占空比曲線。

圖9 計算后的真空度波形圖

從圖中可以看出，發(fā)動機(jī)怠速時，E C U控制真空調(diào)節(jié)電磁閥的占空比約為28%，對應(yīng)執(zhí)行器的真空度約為-180mbar。用力踩油門踏板時，ECU將占空比調(diào)整至約92%，執(zhí)行器的真空度隨之增大，油門踏板的深度不同，可以達(dá)到的最大真空度也不一樣。

每次松開油門踏板時，都能聽到旁通閥傳出敲擊異響，同時在藍(lán)色真空度曲線上出現(xiàn)毛刺，推測是旁通閥的振動傳遞到執(zhí)行器內(nèi)的膜片，導(dǎo)致執(zhí)行器內(nèi)真空腔的氣壓發(fā)生波動。

松開油門踏板瞬間，雖然節(jié)氣門迅速關(guān)閉，但發(fā)動機(jī)仍維持在較高轉(zhuǎn)速，因此排氣的流速和流量都比較高。松開油門踏板瞬間，ECU的控制占空比降低到28%左右，執(zhí)行器內(nèi)的真空度立刻降低至約-180mbar。這個真空度可以關(guān)閉旁通閥，但無法完全拉緊旁通閥。由于怠速時的排氣流量較小，旁通閥不會產(chǎn)生異響，然而松開油門踏板瞬間的排氣流量較大，足以推動旁通閥，致使旁通閥顫動發(fā)出異響。因此，我們懷疑是ECU提供了錯誤的PWM信號，導(dǎo)致執(zhí)行器的真空度不足，無法拉緊旁通閥。

為了進(jìn)一步驗證我們的判斷，拔掉真空調(diào)節(jié)電磁閥插頭，用一個信號模擬器驅(qū)動電磁閥(圖10)，人為輸出一個較大占空比的PWM信號，觀察松開油門踏板瞬間旁通閥是否異響。經(jīng)過驗證，我們發(fā)現(xiàn)占空比達(dá)到40%時，執(zhí)行器能拉緊旁通閥，松開油門踏板瞬間不再發(fā)出異響。由此可見，通過調(diào)整PWM信號的占空比，可以排除增壓器異響故障。

圖10 接上信號模擬器人為輸入較大占空比的PWM信號

與車主說明檢測結(jié)果并進(jìn)一步溝通時得知，該車曾經(jīng)刷過發(fā)動機(jī)一階動力。由此，我們懷疑是刷發(fā)動機(jī)動力時改變了增壓器參數(shù)而引發(fā)增壓器異響。嘗試將發(fā)動機(jī)控制單元的數(shù)據(jù)恢復(fù)為原廠狀態(tài)，經(jīng)過反復(fù)試車發(fā)現(xiàn)增壓器異響消失。用示波器讀取執(zhí)行器真空度波形如圖11所示，圖中紅線為執(zhí)行器真空度，黑線為根據(jù)PWM電壓信號計算出的占空比曲線。從波形圖中可以看出，發(fā)動機(jī)怠速時，ECU控制真空調(diào)節(jié)電磁閥的占空比約為7%，對應(yīng)執(zhí)行器的真空度約為-30mbar，提供給執(zhí)行器的真空度很小，執(zhí)行器內(nèi)彈簧的彈力作用在旁通閥上，旁通閥處于張緊狀態(tài)，因此廢氣無法推動旁通閥。廢氣旁通閥處于打開狀態(tài)，渦輪增壓器沒有工作。

圖11 異響故障排除后執(zhí)行器真空度波形圖

將發(fā)動機(jī)控制單元的數(shù)據(jù)恢復(fù)至出廠狀態(tài)后，該車增壓器異響的故障被徹底排除。

維修小結(jié)

對于性能車，車主為了追求速度帶來的刺激，往往會對其發(fā)動機(jī)進(jìn)行動力改裝升級。刷發(fā)動機(jī)一階動力是最初級的動力升級方式，雖然沒有對硬件進(jìn)行改裝，但會調(diào)整發(fā)動機(jī)的參數(shù)。在動力升級過程中，如果某項數(shù)據(jù)調(diào)整得不合適，就會引發(fā)相應(yīng)的故障。對于這類因為人為改變發(fā)動機(jī)參數(shù)而導(dǎo)致的軟故障，診斷起來確實比較困難。但是，如果能全面掌握系統(tǒng)的工作原理和控制邏輯，診斷時做到有條不紊，就一定能查個水落石出。