汽车发动机涡轮增压器故障诊断与排除

朱肇妍+黄春梅

摘 要 介紹汽车废气涡轮增压器的基本工作原理，以上海大众新途安TSI发动机涡轮增压器为例，介绍其故障诊断与排除案例，总结废气涡轮增压器的检查、诊断和排除方法。

关键词 涡轮增压 ；发动机 ；故障 ；诊断 ；排除

中图分类号 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

涡轮系统是增压发动机中最常见的增压系统之一。涡轮增压利用废气驱动，无额外能量损耗，便能轻易创造出大马力，较自然进气发动机提升额外动力30 %-40 %。涡轮系统除为汽车带来澎湃动力外，更好地增加了燃油的经济性及环保性。以CO2的排放为例，由于增压让更多的空气进入燃烧室参与燃烧，使得燃烧更彻底，排放更干净。一般来说，涡轮增压发动机要比相同功率的自然进气发动机耗油低10 %-20 %。

1 汽车涡轮增压系统简介

1.1 发动机涡轮增压系统构造及工作原理

涡轮增压系统主要包括涡轮增压器、中冷器、进气旁通阀、排气旁通阀及配套的进排气管道（如图1）。

涡轮增压器作为涡轮增压系统中的最重要部件，主要由进气端、排气端和中间的连接部分组成。进气端包括压气机壳体，其中包括压气机进风口、压气机出风口、压气机叶轮；而排气端包括涡轮壳体，其中包括涡轮进风口、涡轮出风口、涡轮叶轮。在2个壳体间，有1个轴承室起着连接的作用，轴承室安装有负责连接并承托起压气机叶轮、涡轮叶轮，应付上万转速的涡轮轴，以及与之对应的机油入口、机油出口等（甚至包括水入口和出口）（如图2）。

涡轮增压器是利用内燃机运作所产生的排气中的剩余能量来工作的空气泵。涡轮叶轮总成与压气机叶轮相连接，当废气驱动涡轮增压器转子转动时，发动机的燃烧室里被挤入大量的压缩空气。实现发动机在尺寸不变的条件下，由于增加了压缩空气，致使更多的燃油喷入到发动机燃烧室里参与燃烧，从而产生更多的功率（如图3）。

1.2 涡轮增压电控系统

以上海大众新途安TSI发动机为例，涡轮增压技术使发动机平均有效压力增加，致使其爆燃倾向大大增加，热负荷偏高。为了确保发动机在任何工况下都获取最佳增压值，以防止发动机爆燃和限制热负荷，对涡轮增压系统的增压压力必须进行控制。

发动机增压电控系统，主要由发动机控制单元J220、增压压力传感器G31、增压压力限制电磁阀N75、增压器空气再循环电磁阀N249、机械式空气再循环阀和真空罐以及连接管路等组成（如图4）[1]。为避免废气涡轮增压器受到过热损害，在冷却循环管路中集成了一个增压空气冷却系统。为防止热量的聚集，发动机关闭后，冷却系统的冷却液在一段设定时间内继续循环。为此，冷却液循环泵V50集成在增压空气冷却系统中。通过辅助的冷却液泵继电器J496，由发动机控制单元控制[2]。

发动机增压压力特性图的有关数据存储在ECU的存储器中。增压压力理论值随着发动机转速而变化。在发动机工作时，ECU根据增压压力等传感器输入信息，可以确定当时的实际进气增压压力，然后，将实际进气压力和存储的理论值进行比较。若实际值与理论值不相符合，ECU则输出控制信号，对增压压力电磁阀进行控制，改变膜片式控制阀上的压力，使放弃阀门动作。

1.2.1 进气温度G299/增压压力传感器G31

该传感器安装在节气门阀体和增压器之间的管路上，用于测量涡轮增压器增压压力大小和温度高低。

G31的信号用于发动机控制单元获得增压压力的大小。其为增压系统非常重要的传感器，G31产生故障将导致控制单元无法及时对增压压力进行控制，影响增压压力的大小。

G299的信号作用： ①用于计算增压压力的修正值。考虑到了增压气体密度受温度的影响；②用于保护零件。增压压力在增压空气温度超过了某一特定值时会降低；③启动冷却液循环水泵V50。冷却液循环水泵在增压空气冷却器前部和后部的增压空气温度差别小于8 ℃时开始运转；④用于冷却液循环水泵V50可信度检查。冷却液循环泵在增压空气冷却器前部和后部的增压空气温度差小于2 ℃时，则说明出现故障，排放警示灯K83亮。

1.2.2 压力传感器G71/G42进气温度

这2个传感器集成在进气歧管上，增压空气冷却器的后方，在这里测量涡轮增压器下部的空气压力和温度。

G71：用于计算空气流量。

G42的信号作用：①启用冷却液继续循环泵。 冷却液循环泵在增压空气冷却器前部和后部的增压空气温度差别小于8 ℃时启用；②用于冷却液继续循环泵的可信度检验。冷却液循环泵在增压空气冷却器前部和后部的增压空气温度差小于2 ℃时，则说明出现故障，排放警示灯K83亮。

1.2.3 冷却液循环泵V50

冷却液在冷却液循环泵的作用下输送至增压空气冷却器和废气涡轮增压器中。该泵在下列条件下开始工作：①冷却液循环泵在发动机每次启动后的短时间内；②冷却液循环泵在发动机扭矩达到约100 Nm以上；③冷却液循环泵在进气歧管的增压空气温度达到50 ℃以上；④冷却液循环泵在增压空气冷却器前部和后部的增压空气温度差小于8 ℃；⑤冷却液循环泵在发动机运行时每120 s工作10 s，以避免燃烧积炭；⑥根据发动机综合特性曲线而定，在发动机关闭后工作0-480 s，以避免过热。

2 涡轮增压器故障现象

2.1 发动机基本信息

以上海大众新途安TSI发动机为例，故障车辆信息如下：车型为大众新途安；行驶里程60 855 km；生产日期2011年8月；发动机号CFB147306；车架号 LSVRR21T9B2382955。

2.2 故障现象描述

故障现象為发动机动力不足故障灯点亮。故障数据显示故障码P0236、P0299。其中，P0236故障码表示增压压力传感器不可信信号，P0299故障码表示增压压力控制未达到控制极限（如图5-A、B）。

3 故障原因分析

上海大众新途安TSI发动机涡轮增压器故障原因：（1）增压压力调节器G31失效。G31/G229信号故障的影响。涡轮增压器在2个传感器信号都发生故障时只在开环控制下运行，致使增压压力更小，发动机功率也会下降；（2）涡轮增压循环空气阀N249打开；（3）废气阀门打开；（4）涡轮增压至节气门压力软管漏气；（5）涡轮增压失效或卡死。

4 故障排查过程

上海大众新途安TSI发动机涡轮增压器故障排查过程：（1）根据发动机故障代码，用诊断仪进入01发动机-011-15第四组增压压力实际值数据为1 000 mbar，怠速至加速到2 500 mbar转速均无变化（如图6-A、B）。正常车怠速高数据会变大。检查G31线路正常，与正常车对换过G31后故障一样（图6-C）；（2）按故障代码和数据流判断是涡轮增压未起到增压作用；（3）拆检涡轮增压至节气门之间压力软管无漏气；（4）用诊断仪进入发动机005作动器诊断，检查N249和N75正常；（5）检查阀门推杆及管路都正常；（6）拆开涡轮增压进气软管发现，涡轮增压叶轮与涡轮增压有碰撞痕迹；（7）起功发机怠速至加速时，涡轮增压叶轮均不转动；（8）拆开涡轮增压排气管检查发现，进气叶轮与排气叶轮之间轴断裂。

5 故障原因确定及排除

经检查发现，故障原因为涡轮增压的叶轮轴断裂，在进气叶轮与排气叶轮中间位置断开，在重新更换新的涡轮增压器后，故障得到排除。

参考文献

[1] 罗德云. 汽车发动机电控系统构造与检修[M]. 北京：人民交通出版社，2011.

[2] 宋作军，王玉华. 汽车发动机电控系统检修[M]. 北京：清华大学出版社，2010.