涡轮增压器系统及常见故障案例分析

1、涡轮增压系统及常见故障案例分析,2,涡轮增压系统及常见故障案例分析 目录,3,技术背景 bmw涡轮增压器的种类,双涡轮增压器,单涡轮双涡管增压器,双涡轮双涡管,4,bmw涡轮增压器的种类 双涡轮增压器,n54,n63,n74,5,bmw涡轮增压器的种类 单涡轮双涡管增压器,n55,n20,n13,6,bmw涡轮增压器的种类 双涡轮双涡管增压器,s63顶级发动机,n63tu 发动机,7,双涡轮增压器 系统概览,1- 发动机控制单元 msd80 2 -至真空泵的管路 3- 电子气动压力转换器（epdw） 4 -泄漏气体 ptc 加热装置 5 -增压运行模式的泄漏气体管路 6 -气缸列 2 增压空气

2、进气管路 7 -气缸列 2 循环空气管路 8 -进气管压力传感器 9 -气缸列 2 循环空气减压阀 10 -空气滤清器 12 -节气门 11 -增压空气压力和温度传感器 13- 气缸列 1 循环空气减压阀 14 -气缸列 1 循环空气管路 15 -增压空气压力管路 16- 增压空气冷却器 17 -增压空气集气管路 18 -气缸列 1 增压空气进气管路 19 -气缸列 1 废气旁通阀 20 -气缸列 1 废气旁通执行机构 21 -气缸列 2 废气旁通阀 22 -气缸列 2 废气旁通执行机构 23 -气缸列 1 废气涡轮增压器 24 -气缸列2 废气涡轮增压器 25 -至气缸列 2 的催化转换器

3、26 -至气缸列 1 的催化转换器,n54涡轮增压系统,8,双涡轮增压器 进气系统,n54涡轮增压系统进气系统,9,双涡轮增压器 部件,10,双涡轮增压器 控制部件,电气动压力变换器（epdw）（2个）,发动机控制系统通过减压装置阀门(旁通阀)调节增压压力，减压装置阀门由一个膜片箱气动调整，epdw向膜片箱施加真空。,11,双涡轮增压器 控制部件,循环空气减压阀（机械）,用于降低节气门快速关闭 时节气门前出现的增压压 力峰值。,12,双涡轮增压器 控制部件,增压空气冷却器,增压空气冷却系统用于提高功率和降低耗油量，最多可降低80 c。提高增压空气的密度，从而达到更好的燃烧室充气效果。,13,单

4、涡轮双涡管增压器 系统概览,n55单涡轮双涡轮增压器,14,单涡轮双涡管增压器 进气系统,15,单涡轮双涡管增压器 部件,16,单涡轮双涡管增压器 部件,a- 废气通道 1（气缸 1 3） b -废气通道 2（气缸 4 6） c -至催化转换器的接口 d -自进气消音器的入口 e -环形通道 f- 至增压空气冷却器的出口 1 -废气旁通阀 2 -废气旁通阀杠杆臂 3-废气旁通阀真空罐 4 -循环空气减压阀 5 -旁通通道,6- 涡轮 7- 压缩机轮 8- 冷却通道 9 -涡轮轴,17,单涡轮双涡管增压器 控制系统,1 -涡轮； 2- 轴承座； 3 -压缩机 ； 4- 循环空气减压阀； 5- 真

5、空罐； 6 -废气旁通阀。,循环空气减压阀是一个电动阀,18,增压器 控制系统,1 -节气门后的进气管压力传感器； 2 -进气温度/ 增压压力传感器； 3 -数字式发动机电子伺控系统(dme) ； 4 -热膜式空气质量测量仪； 5 -电动节气门调节器； 6 -推力换气阀 7 -压力变换器,节气门后的进气管压力传感器的作用？,19,增压器 控制系统,进气温度/ 增压压力传感器,进气温度/ 增压压力传感器固定在增压空气管上。这个组合传感器向数字式发动机电子伺控系统(dme) 提供下列信息： -增压空气温度 -增压空气压力,20,双涡轮增压系统 冷却系统,用于涡轮增压器冷却的电动辅助冷却液泵,n63

6、 发动机使用一个 20 w 功率的附加电动冷却液泵来实现这种功能。它也可以在发动机运行期间辅助涡轮增压器冷却系统进行工作。,系统根据以下因素接通电动辅助冷却液泵： 发动机出口处的冷却液温度 发动机油温度 喷射的燃油量。,21,双涡轮增压系统 冷却系统,增压空气冷却系统,在 n63 发动机中，bmw 首次使用了一个间接增压空气冷却系统。此系统通过一个空气 /冷却液热交换器吸收增压空气的热量。,它的运行与下列数值相关： 车外温度 增压空气温度与车外温度的差值。,22,单涡轮双管增压器 n20,1 、增压空气冷却器 2 、循环空气减压阀 3 、进气消音器 4 、热膜式空气质量流量计,5 、废气涡轮增

7、压器 6、 废气旁通阀 7 、催化转换器前氧传感器 8 、催化转换器 9、 催化转换器后氧传感器10、 数字式发动机电子系统 11、 进气管压力传感器 12、 节气门 13 、增压空气温度和增压 空气压力传感器,23,单涡轮双管增压器 n20,24,单涡轮双管增压器 n20,twin scroll 废气涡轮增压器功能,twinscroll 表示带有一个双涡管涡轮壳体的废气涡轮增压器。这样可以分别将两个气缸的废气引导至涡轮处。n20 发动机与其它 4 缸发动机一样采用将气缸 1 和 4、气缸 2 和 3 集成在一起的设计。这样可以更高效地利用脉冲增压效果。,25,单涡轮双管增压器 n20,定压增

8、压和脉冲增压,通过废气涡轮增压器实现发动机增压有两种工作原理： 定压增压 脉冲增压。,脉冲增压 通过从燃烧室排出废气形成脉冲。压力增大时就会产生作用在涡轮上的压力波。此时利用废气动能使压力波以脉冲方式驱动废气涡轮增压器。,脉冲增压可实现涡轮增压器的快速响应特性特别是在转速较低情况下,因为此时脉动最强而在定压增压模式下涡轮前后的压力差此时尚小。,定压增压 定压增压是指涡轮前的压力几乎恒定不变。用于驱动废气涡轮增压器 的能量通过涡轮前后的压力差获得,26,单涡轮双管增压器 n20,4 缸发动机废气涡轮增压器前废气通道压力曲线图，各自和叠加,1 、气缸 1 排气门打开 4 、气缸 4 排气门打开,在

9、 4 缸发动机上可通过 twinscroll 废气涡轮增压器来防止出现压力脉动减少的情况情况。其方式是将四个气缸分为两个通道在每个通道内都实现一个 2 缸发动机的压力情况。,单涡轮双涡增压器脉冲增压原理,27,单涡轮双管增压器 n20,1、气缸 1 和 4 的废气通道 2 、气缸 2 和 3 的废气通道 3 、废气涡轮增压器,n20 发动机的排气歧管结构与 n55 发动机相同。它采用无间隙设计并与废气涡轮增压器焊接在一起。n20 发动机针对 twin scroll 废气涡轮增压器特殊功能采用四合二式排气歧管。因此气缸 1 和4、气缸 2和 3 的排气通道分别集成在一个通道内。,28,双涡管增压

10、器 n63,1- 节气门 2 -增压空气温度和压力传感器 3 -增压空气冷却器 4 -循环空气减压阀 5 -进气消音器 6- 热膜式空气质量流量计 7 -废气涡轮增压器 8 -催化转换器 9 -电子气动压力转换器 10 -废气旁通阀 11 -进气管压力传感器 12- 数字式发动机电子系统（dme）,29,双涡管增压器 n63,1- 进气消音器 2 -废气涡轮增压器 3 -循环空气减压阀 4 -热膜式空气质量流量计 5 -用于增压运行模式的曲轴箱通风接头 6- 洁净空气管 7 -增压空气管 8- 未过滤空气管 9 -增压空气冷却器 10- 增压空气温度和压力传感器 11 -节气门 12- 用于自

11、吸式发动机运行模式的曲轴箱 通风接头 13- 进气管压力传感器 14- 进气装置,30,双涡管增压器 n63,31,双涡管增压器 n63,循环空气减压阀关闭,循环空气减压阀打开,32,双涡管增压器 n74,1 -未过滤空气进气 2 -未过滤空气管 3 -未过滤空气消音器 4 -接口，曲轴箱通风，增压运行模式 5 -进气消音器 6 -进气装置 7 -增压空气冷却器 8 -增压压力传感器 9 -节气门,10- 增压空气管 11 -热模式空气质量流量计 （仅限美规和韩国规格） 12 -废气涡轮增压器 13 -增压空气温度传感器 14- 洁净空气管,33,双涡管增压器 n74,1- 位于催化转换器后的

12、氧传感器（监控传感器） 2- 催化转换器 3 -位于催化转换器前的氧传感器（控制传感器） 4 -用于控制废气旁通的真空罐 5- 废气涡轮增压器 6- 循环空气减压阀 7- 排气歧管,34,双涡轮双涡管增压器 s63顶级发动机,1 、节气门 2、 增压空气温度传感器 和压力传感器 3、 增压空气冷却器 4 、进气消音器 5、 热膜式空气质量流量计 6 、废气涡轮增压器 7、 废气旁通阀 8 、电控气动压力转换器 9 、催化转换器前氧传感器 10 、催化转换器后氧传感器 11、 催化转换器 12 、数字式发动机电子系统 13 、进气管压力传感器,35,双涡轮双涡管增压器 s63顶级发动机,a、 进

13、气 b、 压缩后的热增压空气 c 、冷却后的增压空气 1 、进气管 2 、进气消音器 3 、热膜式空气质量流量计,4 、曲轴箱通风装置至洁净空气管接口 5、 废气涡轮增压器 6 、增压空气冷却器 7 、增压压力传感器 8 、节气门 9 、进气装置 10 、增压空气温度和进气管压力传感器,36,双涡轮双涡管增压器 s63顶级发动机,s63 顶级发动机装有两个采用 twinscroll 技术的废气涡轮增压器。废气涡轮增压器在涡轮入口处有两个独立通道，可分别将两个气缸的废气引至涡轮叶片处。涡轮和压缩机轮经过稍稍改进后，废气涡轮增压器不易受到泵的影响。因此取消了循环空气减压阀。由此产生的声响会在换档过

14、程中单个气缸关闭时听到。,37,双涡轮双涡管增压器 s63顶级发动机,twinscroll 表示带有一个双涡管涡轮壳体的废气涡轮增压器。这样可以分别将两个气缸的废气引导至涡轮处。在 s63 顶级发动机上的气缸组合方式为 1 和 6、4 和 7、2 和 8、3 和 5。这样可以更高效地利用脉冲增压效果。,1 、气缸 2 和 8 组合的排气歧管 1 2 、气缸 4 和 7 组合的排气歧管 2 3 、气缸 3 和 5 组合的排气歧管 1 4 、气缸 1 和 6 组合的排气歧管 2 5 、隔离元件,38,双涡轮双涡管增压器 n63tu,f01/f02lci-n63tu- 涡轮增压系统,39,双涡轮双涡

15、管增压器 n63tu,f01/f02lci-n63tu- 涡轮增压系统,40,双涡轮双涡管增压器 n63tu,n63tu 发动机有两个废气涡轮增压器。压缩机轮略有改进，现在装备了均匀大叶片。以前使用带五个大叶片和五个小叶片的双叶片。,f01/f02lci-n63tu- 涡轮增压系统,41,双涡轮双涡管增压器 n63tu,取消,发动机方面采取的措施是，通过发动机管理系统提高标准质量流量，从而降低泵送极限且可以消除增压压力。通过控制节气门和气门行程调节所需的质量流量。随后以即时控制方式减小过高的气缸充气和由此产生的过高扭矩，例如通过点火提前角向延迟方向调节。因此得到中性行驶特性。,f01/f02l

16、ci-n63tu- 涡轮增压系统,42,增压压力过高故障案例分析 故障现象,车型: x5 e70 n55发动机 行驶公里数：5万公里 客户投诉： 车辆行驶中发动机故障报警灯点亮报警； 显示屏显示发动机功率下降； 行驶中车速提速很慢，油门踏板踩到底，车速勉强可以达130km/h。 熄火后再次起动，发动机故障灯可以熄灭，但只要车速达到100km/h左右， 或者急加速发动机故障灯就会立即点亮。,43,增压压力过高故障案例分析 诊断维修,isid诊断测试,2c56-增压压力调节，可信度，压力过高； 2c58-增压压力调节，关闭，建压已锁止；,故障内容当前不存在，故障频率5次。,44,增压压力过高故障案

17、例分析 诊断测试,路试数据流测试,路试时急加速时发动机黄灯点亮报警，驾驶时没有“推背”感觉。,45,增压压力过高故障案例分析 诊断测试,增压压力控制,发动机的所有运行状况下，废气旁通阀都根据特性曲线参与负荷控制过程。具体就由epdw控制。这就要求epdw能够快速响dme的指令，根据需要改变管路中的真空压力。需要增压时epdw接通真空压力，关闭旁通阀，全部的废气气流用于增压；不需要增压或者不需要全部增压时则切断或者部分切断真空压力，打开旁通阀，一部分废气被旁通到排气管中，增压压力减少。,46,增压压力过高故障案例分析 诊断测试,ista检测计划分析,对于检测的功能或组件存储有下列故障： dme

18、控制单元 2c56 增压压力调节，可信度：压力过高 可能的故障原因： - 减压装置真空供应装置 - 排气旁通阀 - 增压空气导管 - 排气背压过低,2c58-增压压力调节，关闭，建压已锁止，这个故障内容可以忽略不计。,47,增压压力过高故障案例分析 诊断测试,一般目测检查,检查连接减压装置阀门的控制管线 (真空度) 是否密封，位置是否正确以及是否出现折弯。,48,增压压力过高故障案例分析 诊断测试,测量真空压力,测得真空驱动压力正常,49,增压压力过高故障案例分析 诊断测试,推断,假设epdw电磁阀根据需要从一个较大的压力控制阶段向一个较小的压力控制阶段转换时，控制旁通阀的真空罐中的真空压力就

19、要快速的卸掉，以达到快速响应，调节废气旁通阀执行机构，改变涡轮增压压力的目的。所以在epdw上还有一个连接大气的接口，这个接口就是借助外界的大气压力来帮助快速泄压。,50,增压压力过高故障案例分析 诊断测试,故障点,epdw电磁阀对外的泄压孔就是过滤网口，如果过滤网口堵塞的话，将会直接影响电磁阀对废气旁通阀执行机构的控制速度，就会导致发动机的进气压力高于实际的需要，即增压压力过高。,51,增压压力过高故障案例分析故 故障排除,清洁epdw滤网，或者更换epdw 电磁阀，故障排除。,52,增压压力过低故障案例分析（1） 故障现象,车型: x6 e71 n55发动机 行驶公里数：6万公里 客户投诉

20、： 车辆行驶中发动机故障报警灯点亮报警； 显示屏显示发动机功率下降； 行驶中车速提速很慢，油门踏板踩到底，车速勉强可以达100km/h。 熄火后再次起动，发动机故障灯可以熄灭，但只要车速达到100km/h左右， 或者急加速发动机故障灯就会立即点亮。,53,增压压力过低故障案例分析（1） 诊断维修,isid诊断,dme 2c57 增压压力调节，可信度： 压力过低 dme 2c58 增压压力调节，关闭： 建压已锁。,故障频率3次，故障内容当前不存在。,54,增压压力过低故障案例分析（1） 诊断维修,故障细节描述,55,增压压力过低故障案例分析（1） 诊断维修,故障细节描述,56,增压压力过低故障案

21、例分析（1） 诊断维修,怠速状态下数据流,从数据流看实际增压压力和 标准值误差并不是很大。,57,增压压力过低故障案例分析（1） 诊断维修,行驶状态下数据流,增压压力标准值：1316.26hpa； 实际增压压力值：1085 .63hpa： 节气门后压力值：1075.47hpa。 接近大气压力，几乎没有增压。,58,增压压力过低故障案例分析（1） 诊断维修,ista检测计划分析,ista系统分析认为一般造成增压压力过低的可能故障原因： - 减压装置真空供应装置 - 排气旁通阀 - 增压空气导管 - 废气涡轮增压器 - 排气背压过高,59,增压压力过低故障案例分析（1） 诊断维修,真空压力测量初步

22、结论,epdw至废旁通阀气真空控制阀的真空压力（输出控制）-0.1bar,说明旁通阀是常开的，发动机需要增压的时候就起不到增压的作用。增压传感器就会在一定的工况下检测到发动机增压压压力过低。,正常压力:-0.8bar以上，才可以在发动机需要增压的的工况下驱动废气涡轮增压器废气旁通阀关闭。,发动机每次起动后，废气旁通阀是要关闭的;每次熄火后旁通阀则打开。观察废气旁通阀的轴在各种工况下都不动作。,60,增压压力过低故障案例分析（1） 诊断维修,继续测量真空压力,气门室盖中的真空蓄压器至epdw的真空压力（输入控制）：-0.1bar。,真空蓄压器和制动助力真空压力都是通过 发动机驱动的真空泵产生的，

23、既然制动助 力方面的故障，说明真空泵产生真空压力 应该没有问题。问题应该出在气门室盖中 的真空压力蓄压器或者相关的真空管路上。,61,增压压力过低故障案例分析（1） 诊断维修,1 -泄漏气体至洁净空气管的接口； 2 -真空管路至真空泵的接口； 3 -预留真空接口； 4 -真空接口，连接至废气旁通阀的电子气动压力转换器 epdw。 5 -用于泄漏气体导入进气装置的通道及内置单向风门； 6 -带集气室的泄漏气体通道、挡板、调压阀和单向风门； 7 -调压阀。,62,增压压力过低故障案例分析（1） 诊断维修,拆卸检查,发现真空蓄压器上有一个连接真空管路脱开。,真空蓄压器对外有2个输出压力控制 管路：一

24、个是至epdw；一个是排气 管控制阀）。,63,增压压力过低故障案例分析（1） 故障排除,连接脱开的至排气管控制阀的真空控制管路,控制压力正常,增压压力正常,64,增压压力过低故障案例分析（2） 故障现象,车型: 535li f18 n55发动机 行驶公里数：8万公里 客户投诉:车辆行驶中急加速时发动机黄灯报警，信息显示屏显示“发动机功率下降”。,65,增压压力过低故障案例分析（2） 诊断维修,isid诊断检测,dme 120308 增压压力调节，可信度：压力过低。,故障类型为持续故障。,故障类型为什么是“持续”？,66,增压压力过低故障案例分析（2） 诊断维修,删除故障存储，怠速读取增压数据

25、流,行驶中读取增压数据,怠速时正常,行驶中车辆有负荷时 增压压力不正常，并 且发动机立即报警。,67,增压压力过低故障案例分析（2） 诊断维修,ista检测计划分析,对于检测的功能或组件存储有下列故障：dme 控制单元120308 增压 压力调节，可信度：压力过低可能的故障原因：,- 减压装置真空供应装置 - 减压装置阀门 - 增压空气导管 - 废气涡轮增压器 - 排气背压过高,68,增压压力过低故障案例分析（2） 故障排除,一般目测检查,- 检查连接减压装置阀门真空度)管否密封，位置是否正确 以及是否出现折弯。 - 检查从增压器直至节气门的增压空气管及软管是否密封，以及位置是否正确。 - 检查直到增压器为止的进气管道是否密封，以及位置是否正确。,正常,目测观察,旁通阀的推 杆一直不动,不正常,69,增压压力过低故障案例分析（2） 诊断维修,真空压力测量,蓄压器至epdw的真空