北京現(xiàn)代廢氣渦輪增壓系統(tǒng)檢修

房宏威

（煙臺(tái)汽車工程職業(yè)學(xué)院，山東 煙臺(tái) 265500）

目前，汽車上采用廢氣渦輪增壓技術(shù)的主要目的是增大發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量。通過發(fā)動(dòng)機(jī)排氣推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)壓氣機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣進(jìn)行壓縮，增大其在加速和大負(fù)荷工況的進(jìn)氣量，因而大大提升發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。

北京現(xiàn)代γ發(fā)動(dòng)機(jī)采用的廢氣渦輪增壓系統(tǒng)，能在低轉(zhuǎn)速范圍下提供極大的后備功率。該廢氣渦輪增壓器有2個(gè)通道的廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪，即雙渦輪驅(qū)動(dòng)，大大降低發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)的排氣不暢；采用RVC（再循環(huán)閥），在加速踏板是OFF狀態(tài)下保護(hù)渦輪增壓器泵輪；廢氣渦輪增壓器采用EWGA（電控廢氣門），大大提高渦輪增壓器的瞬時(shí)響應(yīng)，對(duì)渦輪的增壓壓力進(jìn)行精準(zhǔn)控制，在不同工況下，準(zhǔn)確控制廢氣旁通閥的開度。本文將從北京現(xiàn)代γ發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)入手，并對(duì)其工作原理進(jìn)行深入研究，探討其常見故障的檢修思路。

1 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

北京現(xiàn)代γ發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)可以分為廢氣渦輪增壓器、增壓空氣冷卻器和控制元件等幾部分。其中，廢氣渦輪增壓器主要由渦輪殼、渦輪進(jìn)口、渦輪出口和執(zhí)行器等部件組成，裝配關(guān)系如圖l所示。該廢氣渦輪增壓器安裝在γ發(fā)動(dòng)機(jī)兩側(cè)的排氣歧管處，進(jìn)氣泵輪和排氣渦輪分別裝在該廢氣渦輪增壓器的進(jìn)氣側(cè)和排氣側(cè)，可實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣泵輪和排氣渦輪的同步旋轉(zhuǎn)。排氣渦輪由發(fā)動(dòng)機(jī)排出的高壓、高溫的廢氣驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，通過其旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)進(jìn)氣泵輪旋轉(zhuǎn)使進(jìn)氣增壓，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣進(jìn)行增壓的目的。

圖1 γ發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

如圖2所示，廢氣渦輪增壓器殼體是γ發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管的組成部分。在γ發(fā)動(dòng)機(jī)左側(cè)的廢氣渦輪增壓器為1、4缸的排氣歧管；發(fā)動(dòng)機(jī)右側(cè)為2、3缸的排氣歧管。排氣道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)縮短，可以有效節(jié)省空間，同時(shí)使三元催化器快速達(dá)到正常工作溫度，又能促進(jìn)廢氣渦輪增壓器對(duì)廢氣流快速響應(yīng)，從而使增壓效果更加理想。EWGA（電控廢氣門）裝置設(shè)置在排氣渦輪葉片旁的廢氣旁通道上，排氣泵輪的廢氣流流量通過EWGA進(jìn)行調(diào)整。由于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍較廣，因而增加EWGA裝置可使γ發(fā)動(dòng)機(jī)在特定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)獲得比較恒定的增壓壓力。由于進(jìn)氣被廢氣渦輪增壓器強(qiáng)制增壓后，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)混合氣的燃燒壓力、溫度及爆燃傾向都會(huì)隨之增加，所以爆燃檢測(cè)及控制機(jī)構(gòu)可用來及時(shí)調(diào)整點(diǎn)火提前角。在廢氣渦輪增壓器出口與進(jìn)氣管間安裝有中冷器來降低壓縮氣的溫度，中冷器是一個(gè)獨(dú)立冷卻液循環(huán)系統(tǒng)。

圖2 γ發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管

1.1 再循環(huán)閥 （RCV）

北京現(xiàn)代γ發(fā)動(dòng)機(jī)采用RCV（再循環(huán)控制閥），該控制閥有3個(gè)接口：一端與渦輪增壓器泵輪后方相連，感應(yīng)的是增壓后的壓力；另一端與進(jìn)氣歧管內(nèi)的真空腔室相連，感應(yīng)的是真空；還有一端與執(zhí)行器的端口相連，感應(yīng)的是增壓后的壓力或真空。RCV在節(jié)氣門關(guān)閉時(shí)打開，平衡泵輪進(jìn)出氣口的瞬間壓力，不僅能夠消除喘振現(xiàn)象，有效地保護(hù)泵輪葉片，而且能提高渦輪增壓器對(duì)加速踏板的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。

如圖3所示，當(dāng)節(jié)氣門處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)則處于怠速或急減速工況，此時(shí)電磁閥執(zhí)行器處于接通工作狀態(tài)，電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)力，吸引RCV銜鐵下移，此時(shí)增壓壓力端口與執(zhí)行器端口相連，執(zhí)行器兩端均是高壓，此時(shí)RCV閥處于關(guān)閉狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)處于進(jìn)氣增壓狀態(tài)。

如圖4所示，當(dāng)節(jié)氣門處于打開狀態(tài)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)則處于加速工況，此時(shí)電磁閥執(zhí)行器處于斷開不工作狀態(tài)，銜鐵會(huì)在彈簧力的作用下上移，執(zhí)行器端口與真空端口相連，執(zhí)行器一端為高壓一端為低壓，此時(shí)RCV閥處于打開狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)處于自然吸氣狀態(tài)。

圖3 RCV閥關(guān)閉圖

圖4 RCV閥打開圖

1.2 電控廢氣門執(zhí)行器 （EWGA）

北京現(xiàn)代γ發(fā)動(dòng)機(jī)采用電控廢氣門執(zhí)行器 （EWGA）來控制增壓器的工作狀態(tài)，如圖5所示。該執(zhí)行器由殼體、電機(jī)、蓋及齒輪組等組成。該執(zhí)行器由發(fā)動(dòng)機(jī)ECU控制，當(dāng)汽車處于怠速狀態(tài)下，廢氣門處于完全打開的狀態(tài)，此時(shí)廢氣渦輪增壓器不增壓；當(dāng)汽車處于大負(fù)荷狀態(tài)下，廢氣門完全關(guān)閉，此時(shí)渦輪增壓器處于增壓狀態(tài)。

圖5 電控廢氣門執(zhí)行器

圖6 是采集的發(fā)動(dòng)機(jī)怠速和加速狀態(tài)下EWGA的數(shù)據(jù)流，從數(shù)據(jù)流中，可以讀出發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速和加速狀態(tài)下的廢氣門位置傳感器的電壓值、電控廢氣門電機(jī)的占空比、廢氣門位置開度及期望的廢氣門開度和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。從數(shù)據(jù)流中我們能夠清晰地認(rèn)識(shí)EWGA的工作狀態(tài)。表1對(duì)數(shù)據(jù)流的采集進(jìn)行了規(guī)整。

圖6 電控廢氣門執(zhí)行器數(shù)據(jù)流

表1 電控廢氣門工作數(shù)據(jù)流

2 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的工作原理

結(jié)合上述γ發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及主要部件的功用，使我們更加容易理解掌握廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的工作原理，以便于分析判斷廢氣渦輪增壓器的常見故障。為此，下面將結(jié)合γ發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓器工作過程，對(duì)其工作原理進(jìn)行闡述，如圖7所示。

為避免γ發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓器因轉(zhuǎn)速過高而導(dǎo)致?lián)p壞，因而需要對(duì)增壓壓力進(jìn)行有效限制。γ發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元ECU通過對(duì)EWGA電機(jī)的控制，進(jìn)而控制廢氣門的開啟位置，可使部分廢氣從排氣渦輪葉片旁的廢氣旁通道排出，從而起限制增壓幅度的作用。

在增壓過程中，隨著增氣壓力的增大，增壓空氣溫度會(huì)不斷升高，進(jìn)而減小進(jìn)氣密度，使充氣效率降低，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率隨之也會(huì)減小。因此，要想使燃油得到充分燃燒，并增大進(jìn)氣密度，就必須對(duì)增壓后的空氣進(jìn)行冷卻，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷減小，排氣溫度得到降低，使發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性得到提升。北京現(xiàn)代γ發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣渦輪增壓器冷卻裝置是利用水來進(jìn)行間接冷卻的增壓空氣冷卻器。

在進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)過程中，為保證廢氣渦輪增壓器按照既定的邏輯工作，有多個(gè)傳感器參與工作，將信號(hào)傳遞給ECU，ECU來判斷和控制增壓器工作。參與工作的傳感器主要有增壓空氣溫度傳感器、進(jìn)氣絕對(duì)壓力傳感器、冷卻液溫度傳感器、增壓壓力傳感器、機(jī)油溫度傳感器、海拔高度傳感器、排氣溫度傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、爆震傳感器等。

圖7 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的原理圖

3 故障案例解析

自北京現(xiàn)代汽車使用廢氣渦輪增壓技術(shù)以來，故障率極低，一方面說明廢氣渦輪增壓技術(shù)的成熟，另一方面說明北京現(xiàn)代技術(shù)的可靠。不過，凡事無絕對(duì)，我們一起來探討下面這個(gè)案例。

一輛2017款全新勝達(dá)，行駛里程2萬km，事故車，曾經(jīng)在汽修廠維修過。車主反映，事故維修后，每次在2擋和3擋加速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)便會(huì)發(fā)出“咯啦、咯啦”的無規(guī)律異常響聲。連接故障診斷儀GDS，讀故障碼：BPS增壓性能／范圍異常、渦輪增壓器性能故障。根據(jù)故障碼，排查步驟如下。

1）BPS增壓性能／范圍異常，可判斷通常是增壓管路的卡箍松動(dòng)。經(jīng)檢查，與廢氣渦輪增壓器渦輪出口處，卡箍松動(dòng)。擰緊后，檢查其他管路正常。

2）再次連接故障診斷儀GDS，讀故障碼，渦輪增壓器性能故障依舊存在。

3）對(duì)故障車進(jìn)行路試，讀取動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)流，并著重檢查廢氣渦輪增壓器增壓壓力值。通過觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)車輛處于3擋、車速處于40 km／h的狀態(tài)下，這時(shí)進(jìn)行緩慢加速，GDS顯示的增壓壓力值理論值應(yīng)為101 kPa，而實(shí)際值卻是127 kPa，并且能夠清晰聽到發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出“咯啦、咯啦”的響聲，初步判斷該故障現(xiàn)象很可能是實(shí)際增壓壓力過大，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)爆燃所致。

4）繼續(xù)檢驗(yàn)旁通閥是否能正常開啟。測(cè)得WGA閥位電壓 （EWGA）：怠速時(shí)1.1 V,加速時(shí)3.7 V，正常。但是，對(duì)應(yīng)的WGA閥位 （EWGA）：0%怠速時(shí) （關(guān)閉）,0%加速時(shí)（關(guān)閉），不正常。

5）對(duì)RCV閥的真空管路及增壓壓力管路進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)兩處端口接反。對(duì)調(diào)后重新試車，數(shù)據(jù)流實(shí)際增壓壓力值降為110 kPa，不再出現(xiàn)爆燃聲。

4 總結(jié)

2017款全新勝達(dá)廢氣渦輪增壓器廢氣增壓管路與真空管路接頭完全一樣，由于是事故車，外邊汽修廠操作不專業(yè)，將2個(gè)接頭插反，才出現(xiàn)上述故障。最后，對(duì)北京現(xiàn)代廢氣渦輪增壓系統(tǒng)拆檢做一下總結(jié)。

1）只需替換EWGA總成，不需要調(diào)整EWGA關(guān)閉電壓值；如果更換EWGA總成時(shí)，需要調(diào)整關(guān)閉位置電壓值。

2）只檢查廢氣門閥關(guān)閉位置學(xué)習(xí)值1次。關(guān)閉位置學(xué)習(xí)值最大偏差：±0.05 V（與之前學(xué)習(xí)值相比）；調(diào)整控制桿長(zhǎng)度之后，重復(fù)ON／OFF點(diǎn)火開關(guān)，確認(rèn)學(xué)習(xí)值變化與之前學(xué)習(xí)值相比是否小于0.05 V。

3）控制桿長(zhǎng)度調(diào)整過度，導(dǎo)致故障。故障條件：調(diào)整到小于3.2 V或大于4.6 V，這將使ECU確定故障并且無法完成關(guān)閉學(xué)習(xí)，導(dǎo)致最后學(xué)習(xí)值被維護(hù)。

綜上所述，只有在掌握γ發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理的基礎(chǔ)上，才能更好地針對(duì)增壓器突發(fā)的情況進(jìn)行有效的診斷，進(jìn)而快速完成增壓器檢修，取得客戶滿意。