故障现象:
一辆行驶里程约50000km, 配置了N54双涡轮增压缸内直喷发动机的09款宝马X6,车型为E71。
车主反映车辆前一段时间的使用中,仪表中黄色发动机故障灯偶尔点亮,中央信息显示屏显示“发动机功率下降”的文字信息,故障灯点亮时发动机并无抖动现象,车辆启动也比较正常,只是加速没有以前那么顺畅了,油耗比以前明显增多。故障灯点亮时如果立即熄火再次启动,报警会立即消除,有时行驶中故障灯也会自动熄灭,这一次故障灯一直不熄灭。
故障分析:
接车后发现车辆仪表中黄色发动机故障灯正亮着,怠速状态下观察发动机运转平稳,原地急加速时发动机转速也可以立即响应。连接ISID进行诊断检测,读取发动机系统的故障码为30FF,DME废气涡轮增压器增压压力过低。选择故障内容执行检测计划,分析结果如图1所示。检测计划中给出可能引起故障的几种原因和建议首先目测的项目,这里首先需要对N54涡轮增压器的控制原理及主要控制部件作一下简要的说明。
N54发动机配置了两个小型双涡轮增压器,1、2、3缸共用一个,4、5、6缸共用一个。自然吸气通过单独进气管进入各自的增压器,增压后的压缩空气在增压空气冷却器前合并成一个进气管为发动机提供增压空气。增压后的废气又通过各自单独排气管经三元催化器排出。主要的调整控制增压压力的部件有废气旁通阀(2个)、电子气动压力转换器(EPDW)(2个)、循环空气减压阀(1个)、节气门前压力传感器、节气门后压力传感器以及真空控制管路和发动机控制模块DME等。具体的控制原理:涡轮增压器通过发动机废气驱动,就是说带有压力的废气通过废气涡轮增压器的涡轮,并以这种方式为同一轴上的压缩机提供驱动力。在此时先压缩进气,从而提高发动机燃烧室的进气量。这样可提高喷射和燃烧的燃烧量,从而提高发动机的功率和扭矩。废气涡轮增压器的增压压力与到达废气涡轮增压器涡轮处的废气气流有直接关系。无论是废气气流的速度还是质量都直接取决于发动机转速和发动机负荷。废气旁通控制阀对增压压力控制起着至关重要的作用,发动机管理系统通过废气旁通阀调节增压压力。废气旁通阀由真空执行机构操纵,真空控制废气旁通阀的一个主要优点是,在中等负荷范围时这些阀门可以部分开启,以免进气预先加压过度而增大耗油量。负荷较高时,这些阀门根据所需增压压力开启到相应的控制位置。这些执行机构同发动机管理系统通过电子气动压力转换器(EPDW)来控制。持续运行的发动机真空泵产生真空并将其存储在一个蓄压器内。通过废气旁通阀将全部或部分废气气流输送至涡轮处。达到所需增压压力时,废气旁通阀开始打开,部分废气气流通过旁通通道排出。这样可防止通过涡轮继续提高压缩机转速。处于怠速阶段时,两个涡轮增压器的废气旁通阀均关闭。其结果是全部废气气流在这些低发动机转速阶段都用于压缩机加速。需要提高发动机功率时,压缩机可立即提供所需增压压力。在满负荷情况下,达到最大允许扭矩时通过部分开启废气旁通阀保持一个较高的恒定增压压力值。压缩机始终根据运行情况保持相应的转速。通过开启废气旁通阀可降低涡轮的驱动能量,因此不会进一步提高增压压力,不会增加耗油量。
N54发动机的负荷控制通过节气门和废气旁通阀实现。节气门是主要执行元件,通过控制废气旁通阀对增压压力进行微调,满负荷时节气门完全打开,负荷由废气旁通阀进行控制。在发动机所有运行状况下,旁通阀都根据特性曲线参与负荷控制过程。N54 发动机的循环空气减压阀用于降低节气门快速关闭时不希望出现的增压压力峰值。因此,这些阀门对降低发动机噪音起到了重要作用,并且有助于保护涡轮增压器部件。如果发动机转速较高时关闭节气门,进气管内就会产生真空压力。由于至进气管的通道已阻断,因此会在压缩机后形成无法消除的较大背压。循环空气减压阀是机械操纵式弹簧膜片阀;如果节气门前后存在压力差,进气管压力就会使循环空气减压阀打开,并将增压压力转至压缩机的进气侧。压力差一旦超过30kPa,循环空气减压阀就会开启。
检测计划中给出的故障原因和建议首先目测的几个项目正是基于控制原理的基础上总结出来的。接下来就是目测检查图 1 中的项目。目测真空管路控制管路没有脱落、弯折的现象。测量真空度数值为 -90kPa 左右(正常不低于 -80kPa);目测增压空气管路,未见松脱漏气;检查推力换气阀(废气旁通阀)管路也没有发现异常。
接着检查减压阀,如果减压阀长期处于打开状态时就会造成增压空气导管内的压力过低,只有当节气门前后的压力差大于30kPa时,循环空气减压阀才会打开,读取节气门前后的压力计算出差值在10kPa,并借用其他正常车辆的减压阀进行对调试验,故障无法排除,可见循环空气减压阀应该也没有什么问题。用ISID控制涡轮增压器上的两个废气旁通执行机构,能看到其操纵杆活动自如,无卡滞现象。
根据检测计划推测的故障原因,剩下的就只有涡轮增压器本身、排气背压过高、汽缸盖罩/发动机排气门几个原因了。而综合分析,根据以往的经验判断,3个原因中排气背压过高需要首先考虑。这里的背压过高是指排气管的废气排不出去,在排气管内形成了较大的压力,一般三元催化器堵塞比较容易引起此问题。如果堵住后,本应该很顺畅排出的废气此时在三元催化器与涡轮增压器的涡轮之间的空间内集结,使排气背压过高,排气的流速大大降低,阻碍了涡轮的转动,这将直接减弱与涡轮同一轴的空气压缩机的压缩能力,从而引起增压压力过低的故障。
根据检测计划推测的故障原因,剩下的就只有涡轮增压器本身、排气背压过高、汽缸盖罩/发动机排气门几个原因了。而综合分析,根据以往的经验判断,3个原因中排气背压过高需要首先考虑。这里的背压过高是指排气管的废气排不出去,在排气管内形成了较大的压力,一般三元催化器堵塞比较容易引起此问题。如果堵住后,本应该很顺畅排出的废气此时在三元催化器与涡轮增压器的涡轮之间的空间内集结,使排气背压过高,排气的流速大大降低,阻碍了涡轮的转动,这将直接减弱与涡轮同一轴的空气压缩机的压缩能力,从而引起增压压力过低的故障。
由于三元催化器特殊设计形状和安装位置,拆卸下来检查难度非常大,没有一定的把握,拆下检查有点太鲁莽了。因此决定先通过上游氧传感器孔,用内窥镜观察里面是否有堵塞的现象。车辆冷却后拆卸下氧传感器用内窥镜观察,发现三元催化器里面的蜂窝状孔果然被堵塞了不少。既然发现了问题,于是把两个三元催化器拆卸下来仔细的检查。拆卸后检查发现两个三元催化器进气侧都被大面积堵塞了