发动机电控系统识别 主讲人：张忠伟 汽车发动机电控系统检修课程 项目三 进气不良故障检修 任务四 废气涡轮增压系统检修 主要内容 Primary coverage 一 学习目标 二 情境描述 三 相关知识 四 任务实施 任务3.4 废气涡轮增压系统检修 一、学习目标 1.能根据故障现象制定正确的维修计划; 2.能正确选择诊断设备对废气涡轮增压系统引起的故障进行诊断; 3.能使用万用表、故障诊断仪对废气涡轮增压系统的电路进行检测; 4.能正确记录、分析各种检测结果并确定故障原因和故障部位; 5.能按照正确操作程序进行废气涡轮增压系统的更换; 6.能正确检查发动机废气涡轮增压系统故障的修复质量; 7能够自主检修发动机废气涡轮增压系统引起的故障。 任务3.4 废气涡轮增压系统检修 二、情景描述 故障现象：迈腾1.8 TS轿车。用户反映：该车发动机动力不足，最高车速仅能达到80 km/h。 诊断与排除：连接VAS5051读取故障码，调得的故障码为17957 P1549增压压力限制电磁阀（ N75）断路/对搭铁短路。分析导致故障的原因可能有线束或线束插接器故障、增压压力限制电磁 阀（N75）故障。接着查看数据流。进入地址01-08-115，发现怠速时进气压力实际值与理论值相 符，但急加速时实际值仅为780 mbar （1mbar=100 Pa），正常车应该在1500 mbar以上，说明 没有增压效果。分析无增压效果的可能原因，有进气系统堵塞、排气系统堵塞和涡轮增压器失效几 个方面。 将涡轮增压器压力单元的压力软管断开后试验，故障依旧；断开N75导线侧插接器，用万用 表测量T2列1上的电压，为12.2 V，正常，检查相关线束插接器和线束，无异常；与正常的同型号 车互换涡轮增压压力限制电磁阀试验，故障依旧；将空气滤清器、进气歧管、中冷器的连接拆开检 查，也未见发现有异物堵塞进气道；拆下涡轮增压器空气循环IM （N249）检查，发现其供电端 子上的电压为12.2 V，正常，对N249进行通电试验，能正常吸合；拆除氧传感器，增加排气量， 故障依旧，说明三元催化转化器并未堵塞；拆下涡轮增压器检查，发现废气侧涡轮轴的调节垫片断 裂，将废气侧涡轮轴卡死，废气涡轮无法转动，从而导致上述故障。 更换涡轮增压器总成，故障排除。 分析：由于涡轮增压器总成损坏，造成发动机进气量不足，引起发动机动力不足。 任务3.4 废气涡轮增压系统检修 三、相关知识 一、增压系统的作用视频-汽车涡轮增压器的基本构造和工作原理_标清 所谓发动机增压，就是将空气进行预压缩，然后再供入气缸的一种技术措施。它通过提高进气的密 度来增加进气量，从而可以使发动机的功率增加。实践证明，在小型汽车发动机上采用增压技术后，不 仅可以获得良好的动力性，燃油经济性也有所提高。 任务3.4 废气涡轮增压系统检修 三、相关知识 二、增压系统的类型 涡轮增压 机械增压 气波增压 实现空气增压的装置称为增压器。各种增压类型所用 的增压器分别称为涡轮增压器、机械增压器和气波增压器 。 将机械增压与涡轮增压结合，可以构成多种形式的复 合系统。例如，在串联复合增压系统中，空气先经过涡轮 增压器增压，进入中间冷却器降温后，再经过机械增压器 增压。这种增压方式主要用于高增压发动机上。 并联复合 增压则是机械增压器和涡轮增压器同时向发动机供给增压 空气。在低速范围主要靠机械增压，而在高速范围主要靠 涡轮增压。 在涡轮增压系统中，涡轮增压器的涡轮位于发动机的 排气管路上，被发动机排出的废气推动旋转，并带动与其 同轴的压气机泵轮工作。泵轮位于发动机的进气管路上， 它转动时使进气管内的空气压力升高。新鲜空气经压气机 增压后进入气缸，因此气缸的进气量提髙，如图3-25所示 。 图3-25 废气涡轮增压系统的模型 任务3.4 废气涡轮增压系统检修 三、相关知识 三、增压系统的工作原理 1.废气涡轮增压系统的结构和工作原理 迈腾1. 8T发动机采用的是单涡轮增压系统，其组成如图3- 26所示。该系统主要有涡轮增压器、膜片执行器、中间冷 却器、排气旁通阀和机械式换气间等。系统的电控元件有 发动机控制模块J623、增压压力调节电磁阀N75、增压空 气再循环电磁阀N249、空气流量计G70、发动机转速传感 器G28和增压压力传感器G31等。 图3-26 迈腾1.8TSI发动机废气涡轮增压系统的组成 任务3.4 废气涡轮增压系统检修 三、相关知识 ()涡轮增压器 涡轮增压器由涡轮、泵轮及中间体 三部分组成，如图3-27所示。 燃烧室尾气经过特定形状的喷管进 人径流式涡轮机，然后经三元催化转化 器排出。排气流过涡轮机的喷管（管径 由粗变细，图中未示出）时降压、降温 、增速、膨胀，其势能和内能转变为动 能，推动涡轮机旋转，并带动增压器轴 和压气机泵轮一起旋转。 新鲜空气经进气道进入压气机。离 心式压气机旋转时，空气在离心力的作 用下，沿着压气机叶片流向泵轮周边。 其流速、压力和温度均有较大的增高,然 后进入扩压管（管径由细变粗，图中未 示出)。空气流经扩压管时速度下降，压 力升髙，大部分动能转变为势能， 温度 也有所升高。 图3-27 涡轮增压器及膜片执行器 任务3.4 废气涡轮增压系统检修 三、相关知识 (2)膜片执行器 膜片式控制阀的右室通大气，内有弹簧作用在膜片上。左室则连到增压压力控制电磁阀N75。 与膜片连接的联动杆用来控制排气旁通阀的开启与关闭。当左室压力低时，弹簧推动膜片左移，并带动 联动杆将排气旁通阀关闭。当左室压力髙时；膜片右移，并通过联动杆将排气旁通阀打开，使部分排气 直接排入大气，从而降低涡轮机转速和增压压力 任务3.4 废气涡轮增压系统检修 三、相关知识 (3)增压压力控制电磁阀 增压压力控制电磁阀N75是一种两位三通式电磁阀，其位置图和结构分别如图3-28和图3-29所示 。其三个管口分别通高压空气端（增压器下游）、低压空气端（增压器上游）和增压器膜片执行器。增 压压力控制电磁阀N75的通断由发动机控制模块J623控制。当电磁阀断电时，膜片执行器的左室与低压 空气端连通。当电磁阀通电时，膜片执行器的左室与高压空气端连通。 图3-28 增压压力控制电磁阀75的位置图 图3-29 增压压力控制电磁阀75结构图 任务3.4 废气涡轮增压系统检修 三、相关知识 (4)增压空气再循环电磁阀和机械阀 大负荷行驶时，突然松开加速踏板，节气门开度迅速 减小，而涡轮转速仍然较高，若不加以控制，增压空气继 续流向节气门，可能造成节气门的损坏。 此时，ECM将增压空气再循环电磁阀（N249）打开，接通 空气再循环机械阀的真空回路，如图3-30所示。这样，增 压气体在管路中形成局部循环，避免了增压空气冲击节气 门。 图图3-30废气涡轮增压系统的怠速和超速切断控制 任务3.4 废气涡轮增压系统检修 三、相关知识 (5)增压压力的调节 增压压力与增压器转速有关，而增压器转速又取决于废气能量。发动机在高速大负荷时的废气能量多，增压 压力高；在低速小负荷时的废气能量少，增压压力低。因此，涡轮增压发动机的低速转矩小，加速性差。为了获 得低速大转矩和良好的加速性，轿车用涡轮增压器的设计转速常为标定转速的40%。这样，在高速时的增压压力 将会过高，增压器可能超速。同时，还会使汽油机的热负荷过大并发生爆燃，为此必须对增压压力进行调节。 发动机运转时，控制模块J623根据空气流量、发动机转速、增压压力等传感器的信号，对增压压力控制电磁 阀N75的通断进行控制，改变膜片室中的压力，使排气旁通阀动作。当实际进气压力低于理论值时，旁通阀门关 小；当实际进气压力高于理论值时，旁通阀门开大。 有的系统还能按照预先编制好的程序，在急加速时，允许增压压力在短时间内超出限定值，以提高发动机的加速 性。 另外还有一种设计，就是调节涡轮叶片的角度，通过阻力的改变来调节涡轮的转速，从而改变增压量。 汽油机采用增压技术后，爆燃的倾向增大。为了获得较好的效果，很多系统将点火正时调节与增压压力调节 相结合来进行控制。因为如果只是单一地降低增压压力，则会引起发动机运行性能降低；另外由于涡轮增压发动 机的排气温度较高，也不宜单独采用调节点火正时的方法来控制爆燃，否则高温废气对涡轮有不利影响。通常， 对于爆燃的第一反应是减小点火提前角，一旦达到点火延迟极限（该极限随废气的温度而改变）后，为进一步减 少爆燃倾向，采取降低增压压力的方式。当爆燃消失时，又将点火提前角调节至最佳值，以使发动机输出更大可 能的转矩。当点火提前角达到最佳时，再慢慢地增加增压压力。 任务3.4 废气涡轮增压系统检修 三、相关知识 2.机械增压系统结构和工作原理 在机械增压系统中，增压器由曲轴经齿轮增速器驱动如图3-31所示。或由曲轴经同步齿形带及电 磁离合器驱动。旋转的增压器叶轮将空气压缩后送入气缸。机械增压系统能有效地提高发动机功率，与 涡轮增压相比，其低速增压性能好。另外，机械增压器与发动机容易匹配，结构也比较紧凑。但是，由 于驱动增压器需要消耗发动机功率，因此燃油消耗率比非增压发动机略高。 图3-31机械增压示意图 任务3.4 废气涡轮增压系统检修 三、相关知识 图3-32所示为一种电控机械增压系统。空气按下列顺序流过系统各部件：空气滤清器空气流量计节气 门体机械增压器中间冷却器气缸。 图3-32电控汽油喷射式发动机械增压系统 1-空气滤清器 2-空气流量计 3-节气门及其位置传感器 4-怠速控制阀5-旁通阀6-机械增压阀7-中间冷却器8-喷油器9-爆 燃传感器10-冷却液温度传感器11-电磁离合器12-曲轴带轮13-氧传感器14- 15-分电器 16-点火线圈17-ECU 任务3.4 废气涡轮增压系统检修 三、相关知识 3.气波增压 气波增压器中有一个特殊形状的转子，由发动机曲轴带轮经 过传动带驱动，如图-33所示。在转子中发动机排出的废气直 接与空气接触，利用排气压力波使空气受到压缩，以提高进气压 力。气波增压器结构简单，加工方便，工作温度不高，不需要耐 热材料，也无需冷却。与涡轮增压相比，其低速转矩特性好，但 是体枳大，噪声也大，安装位置受到一定的限制。由于这种增压 器只能在低速范围内使用，因此目前气波增压器多限于柴油机。 图3-33气波增压示意图 任务3.4 废气涡轮增压系统检修 四、任务实施 一、涡轮增压系统常见故障 为了防止涡轮增压器停转和早期损坏，发动机的润滑油油面高度必须符合规定，并定期更 换润滑油及机油滤清器。空气滤清器及进气系统必须保持良好的状态，否则进入发动机的灰尘将 损坏压气机叶轮的叶片。保持冷却系统状态完好，以保证正常的增压器寿命。 当涡轮增压系统发生故障时，车辆会出现加速无力、达不到最高车速、油耗上升、排气冒 黑烟、排气冒蓝烟、润滑油消耗异常等现象。 涡轮增压系统可能产生的故障如下： 1.电气系统故障 增压压力控制电磁阀可能会出现线圈老化、断路等故障。 控制电路可能会出现断路、短路和接触不良等故障。 发动机控制模块可能会出现程序错乱、硬件损坏等故障。 2.机械故障 增压压力控制电磁阀可能会出现卡死、堵塞等故障。 膜片执行器可能会发生损坏的故障。 涡轮增压器可能会出现卡死、烧毁等故障。 3.管路故障 管路故障主要是发生空气泄漏。 任务3.4 废气涡轮增压系统检修 四、任务实施 二、检测增压控制 1)选择“读取测量数据块”（功能08)及显示组25，屏幕显示: 读取测量数据块25 7.40ms7.10ms7.05ms67% 2)全负荷（节气门全开）进行路试，发动机转速为4000r/min时查看显示区4 (增压控制电磁阀占空比) ： 读取测量数据块25 7.40ms7.10ms7.05ms67% 读取测量数据块25 7.40ms 7.10ms 7.05ms 67% 3)显示区域4的规定值为75%95%。如没有达到规定值，通过改变发动机转速使占空比在规定范围内。 4)查看显示区2（经校正的发动机规定负荷），其规定值为0