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一、故障现象 一辆宝马X5/E70/N55的骄车，用户反映车辆行驶中有时发动机故障灯点亮，信息显示屏显示“发动机功率下降”，若熄火后再次起动，发动机故障灯可以熄灭。车辆缓慢提速时，加速踏板慢慢踩，车速可以达到130 km/h，但是只要车速达到80 km/h左右，突然急加速，发动机故障灯就会立即点亮。 二、发动机电控特点 宝马N55发动机采用高压直喷废气涡轮增压技术。这是世界上首个结合了的双涡管单涡轮增压器，燃油直喷和完全可变电子气门技术（Valvetronic）的发动机。宝马 N55 发动机由于结合了多项宝马的最新技术，因而实现了低转速下的高扭矩输出，同时在燃油经济性方面有更优异表现。现对宝马 N55 发动机电控原理作以简单介绍。 低压油泵输油压力通过燃油压力传感器来监控低压喷油压力。并且电动燃油泵根据需要输送燃油。当燃油压力传感器失灵时，总线端会控制电动燃油泵以 100 % 的输送功率继续输送低压燃油。低压燃油在持续运行的三活塞高压泵内加压，然后通过高压管路输送至共轨内。再分配给高压喷射器。发动机管理系统DME根据发动机负荷和发动机转速确定所需燃油压力。共轨压力传感器测量实际达到的压力值并将其发送至发动机控制单元。对比共轨压力规定值和实际值后通过燃油量调节阀进行调节。DME根据各种传感器信号控制压电式喷油器精准喷油，以满足各种工况的要求。只有在高负荷、低转速的情况下才需要 200bar的压力，从而降低了发动机自身的能耗。 进排气系统采用了VANOS系统、第三代VAVLETRONIC电子可变气门、双涡管单涡轮废气增压器等，减少了废气的排放，提高了动力性。 1.涡轮增压系统工作原理： 宝马N55发动机采用的是单涡轮双涡管增压器，其控制原理如图1所示。发动机运转产生的废气，流经废气涡轮增压器的涡轮侧，推动涡轮转动。涡轮又带动与其刚性相连的泵轮转动，进而将进气道内的空气压缩，提高进气压力。因此，增压压力与到达废气涡轮增压器涡轮侧的废气气流有直接关系。发动机控制单元通过废气旁通阀调节增压压力。当达到所需增压压力时，废气旁通阀部分打开，一部分废气通过旁通通道排出。这样可以在发动机不需要增压时降低涡轮的转速，进而控制增压压力。该废气旁通阀由真空执行机构6直接操纵，而真空执行机构是由发动机控制单元通过压力转换器3来控制的。其真空负压由一个持续运行的发动机真空泵产生，并储存在气门室盖内的蓄压器中。这样可以避免对制动助力功能产生不利影响。排气歧管采用无间隙六合二结构。每三个排气通道分别汇集为一个排气通道，以便 TwinScroll 废气涡轮增压器能够以最佳方式流入气流。排气歧管和废气涡轮增压器彼此焊接在一起，因此是一个部件。 1 DME 2 涡轮增压器 3压力变换阀EPDW 4 排气加热装置 5 空气管道止回阀 6废气旁通阀执行器 7 空气减压阀 8 进气压力传感器 11 进气消声器 12 增压压力传感器 13 电动节气门调节器 16 增压空气冷却器 图1涡轮增压器控制原理图 TwinScroll 涡轮增压器在极个别情况下废气涡轮受恒定废气压力控制。转速较低时废气以脉冲方式进入废气涡轮。脉动造成废气涡轮的压力比值短时较高。因为随着压力的增长效率也逐渐提高，所以脉动还使增压压力走向和发动机扭矩得以改善。这种情况在发动机转速较低时尤其明显。但是为了在换气过程中不影响各个气缸，在此将诸如气缸1 – 3（气缸列1）和气缸4 – 6（气缸列2）分别汇集到一个排气管。分开的废气气流在废气涡轮增压器内以螺旋形式通过两个废气通道（1 + 2）引向废气涡轮。通过这种结构可以最佳利用所出现的脉动产生增压压力。可以认为双涡管单涡轮增压器达到了1加1大于2增压效果。现有的废气旁通阀则用于限制增压压力。 2．增压压力调节装置 发动机管理系统DME通过压力变换阀控制废气涡轮增压器上的废气旁通阀调节增压压力。压力变换阀是一个比例阀，通过一个2 芯插头连接于DME并接受来子DME的脉冲宽度信号，见图2。压力变换阀以脉冲宽度的方式进行控制，脉冲负载参数在 15 至 65 % 之间(根据发动机工作模式而定)，如表1。压力变换阀根据工作需要向废气旁通阀执行器提供真空大小可以无级改变的真空度。压力变换阀根据发动机管理系统DME信号和规定压力信号执行(按特性线控制)如图3所示。 空气减压阀通过法兰固定在废气涡轮增压器上，发动机管理系统DME直接控制这个空气减压阀，节气门前后的压力差达到0.3bar以上，就会打开进行泄压。因此可以使进气侧与压力侧之间短路连接。通过空气减压阀可以消除节气门快速关闭时可能出现的增压压力峰值。因此空气减压阀对发动机噪音影响很大且有助于保护废气涡轮增压器部件。节气门关闭时，会产生从节气门至废气涡轮增压器的压力波。这个压力波作用在废气涡轮增压器的涡轮叶片上，从而作用在叶片轴承上。通过空气减压阀可以显著降低这个压力波，因此可防止废气涡轮增压器背压过高。 图2压力变换阀EPDW特性线图 1、真空控制 2、最大特性线 3、最小特性线 4、脉冲负载参数 表1压力变换阀EPDW标准参数值
三、故障诊断过程 1. 读取故障代码 中央仪表台处中央显示器，可以通过Idriver按扭调取车辆故障信息，当系统运行中出现异常时，位于仪表盘上故障指示灯点亮，并在中央显示器显示故障内容，以警告驾驶员，并将故障代码存贮在电脑中。经过检查显示器上未发现相关故障记忆。只能通过诊断电脑ISID连接DME读取故障代码。 1）将ISID与仪表板下的16脚数据线插头相连接。 2）将车辆稳压电源连接到车辆维修柱上。调整电压并打开电源。 3）将点火开关置于ON位置，进入电脑诊断主程序，系统自检后选择DME进行诊断。 2. 读取该车的故障代码为“2C57-增压压力调节，可信度：压力过低”；“2C58-增压压力调节，关闭：建压已锁止”。删除故障代码后，试车又出现同样的故障代码。 表2发动机DME控制单元2C57的故障描述
表3发动机DME控制单元2C58的故障描述
根据两个故障细节的描述如表2和表3所示。通过表3中的故障描述可以看出，“2C58-增压压力调节，关闭：建压已锁止”是由于“2C57-增压压力调节，可信度：压力过低”这个故障引起的，所以只要排除了增压压力调节过低的故障，增压压力调节关闭这个故障也就迎刃而解了。 选择故障内容根据电脑提示进行故障诊断分析：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；增压系统电脑控制。 1）检查增压器真空供应装置 为了给制动助力器和附加设施提供所需真空压力，N55 发动机采用了一个真空泵1。在E70 上这个附加设施是废气旁通阀。为确保随时为废气旁通阀提供所需真空压力，在此使用了一个真空蓄能器6并和气门室盖制成一体。见真空控制图4 1 真空泵 2 单向阀 3 单向阀 4 制动助力器 5 单向阀 6 真空蓄能器 7 压力变换阀EPDW 8 废气旁通阀执行器 图4真空控制图 用IMIB选择真空压力表测量压力变换器7至废气旁通阀8之间的真空压力，测量结果为0.65bar。发动机每次起动后，废气旁通阀是会关闭的，每次熄火后旁通阀也会打开，而且没有发现卡滞的情况。这说明真空供应装置和排气旁通阀工作正常。 2）检增压空气导管 A 未过滤空气 B 洁净空气 C 加热后的增压空气 D 冷却后的增压空气 1 进气管 2 未过滤空气管路 3 进气消音器 4 滤清器元件 5 进气消音器盖 6 热膜式空气质量流量计 7 曲轴箱通风装置接口 8 废气涡轮增压器 9 增压空气管 10 增压空气冷却器 11 增压空气管 12 增压空气压力温度传感器 14 进气集气管 图5空气导管图 如图5所示，检查连接减压装置阀门的控制管是否密封，真空管路安装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；检查管路外面有无油迹和各连接处是否连接牢固（有油迹就可能存在漏气）等。均没有发现问题。这样可以排除由于增压空气泄漏造成增压过低的情况。 3） 检查涡轮增压器机械部分和三元催化器 将图5中进气管和增压空气管9拆下来，没有发现大量的油迹（管路中有少量机油为正常，因曲轴通风装置可能排出少量机油），用压缩空气吹动涡轮增压器进气压气轮，转动平稳并且没有异常噪音。用内窥镜透视三元催化器内部结构清晰，没有发现堵塞破损情况。这样排除了增压器本身问题或由于三元催化器堵塞造成排气背压过高而使发动机控制系统关闭增压功能造成的增压故障。 3. 读取发动机数据流与波形 1） 怠速时的数据流 当控制系统出现问题时会造成增压器工作异常。于是删除发动机存储的故障码，通过调用发动机控制单元功能，读取发动机怠速状态下增压数据流（表4）。节气门前增压压力标准为1.01bar；(1000hpa=1000mbar=1bar)节气门前的实际增压压力为1.0bar；节气门后压力为0.96bar，怠速工况发动机负荷低，对充气量要求不高，所以怠速状态下发动机没有增压的需求。数据流正常。 表4
2）测量怠速工况下增压系统执行元件的波形 选择合适的适配器连接IMIB、ISID与测量适配器，启动车辆，测量的波形如图6所示 A压力变换阀的波形 B 空气旁通阀的波形 3）测量2000RPM时增压系统执行元件的波形 C压力变换阀的波形 D 空气旁通阀的波形图6动态波形 通过对发动机的数据流与波形的分析。在怠速时，发动机控制单元DME给压力变换阀EPDW施加最大脉冲信号使压力变化阀开度最大，如A,这样压力变换阀上管路接头VAC与OUT端相通，在最大真空压力的作用下废气旁通阀执行器3带动废气旁通阀关闭（废气旁通阀执行器3臂大概移动25毫米）。废气作用力冲击废气涡轮6旋转，并且通过涡轮轴9带动压缩机气轮7转动，由于空气减压阀4断电关闭，如B,从而切断了从自进气消音器与增压空气端空气通道，这样空气流只能在压缩机轮7旋转流动，由于发动机转速很低，废气涡轮转速也很低，起不到增压的效果。当踩下加速踏板使发动机转速提高到2000RPM时，废气流速加大，使得废气涡轮转度加快，从而增压压力在不断增大，但是由于车辆没有感应到车速和负荷信号，发动机控制单元DME认为车辆负荷很小会通过调整脉冲信号，如C,使压力变换阀上OUT端与大气相通来降低通往废气旁通阀执行器3真空度，带动废气旁通阀部分打开而限制增压压力继续上升。这样使增压过程来的更加迅速，并且实现了无级的增压控制。当突然松开油门踏板时，在压缩机气轮转动惯性的作用下，气流很大， DME控制空气减压阀4瞬间开启接通从消音器与增压端的空气气流，如D,保护涡轮增压器增压叶片。如图6所示 说明 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 废气旁通阀执行器 4 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 图 6双涡管单涡轮增压器内部结构图 经过以上对增压数据和故障代码的分析，可以初步确认压力变换阀和空气减压阀工作正常。节气门前的增压压力应该接近环境压力，此时要求的标准压力也接近环境压力，所以此时发动机故障报警灯并没有点亮。 通过表2中对故障内容的描述可知，发动机控制单元DME对增压压力传感器测出的压力进行监控，当测得的压力小于额定压力或增压压力传感器所提供数据不准确时，才记录了该故障码。增压压力传感器和进气温度传感器集成在一起，安装在增压空气管上，向发动机控制单元DME提供增压压力和进气温度信息。 4．根据以上初步检测的数据，需要对废气涡轮器系统路试的动态数据流进行详细的分析。 废气涡轮增压器的增压压力与经过涡轮侧的废气气流有直接关系，但是废气气流的速度取决于发动机转速和负荷。这就需要进行实际的路试，查看发动机的动态数据流，观察车辆在急加速情况下的发现增压压力异常。检测情况如下：路试中稳定车速，再急加速增大发动机的负荷，观察到发动机增压数据流，节气门前的实际增压压力为1.05bar明显小于系统要求的标准值1.5bar，而且比缓慢加速的压力数据都小,如表4所示。发动机转速2000 r/min，车速80 km/h，持续加速行驶发动机故障报警灯点亮，此时急加速的增压压力明显小于标准增压压力值。发动机故障灯被点亮的检测到增压压力传感器的输出电压值从2.8V下降到2.0V，这时发动机动力明显下降。那么还是需要对发动机的进气增压压力传感器动态标准值对比，以找出问题的故障原因。具体检测的数据流如表4 表4增压系统数动态数据流对比表
5．控制系统线路检测 问题故障范围：增压压力传感器与线路或发动机控制电脑等部分引起。如图7所示 图7涡轮增压系统相关电路图 1）增压压力传感器线路 线路各连接插头接触良好，未发现线路破损。接上连接适配器，打开点火开关，测量发动机增压压力传感器2脚与车身接地电压为5V，正常；测量4脚与车身接地电阻均为0Ω，正常；发动机起动后1脚与车身接地为1.95V，正常；说明发动机控制电脑DME给增压压力传感器供电正常。 2）增压压力传感器元件模拟工作检测 将增压压力传感器两个固定螺栓拆下，接上适配器613470，在增压力传感器感应头部连接上正压压力枪加压，查看压力表与电压数据变化如表5和图8对比
图8增压压力特性图 图说明：①电压②增压压力特性线③压力 表5
根据增压压力压力传感器工作测量值与增压压力特性线对应的标准值对比结论：是增压压力传感器元件故障。 四、故障排除 增压压力传感器根据应变仪的膜片变形，应变仪电阻变化导致测量电桥失去平衡并输出相应的电压，以电子方式进行记录并分析。然后电压测量结果作为实际值输入到发动机控制电脑DME中，由DME输出脉冲信号控制涡轮增压器执行器动作，从而根据实际需求控制增压压力的大小。当增压压力传感器发生故障时，测量值与实际增压特性曲线值进行比较出现偏差，故发动机控制电脑DME主动切断废气旁通阀，控制旁通阀门完全打开，关闭涡轮增压器，并进入故障替代和保护模式，点亮故障指示灯，以提示涡轮增压系统发生故障。因此，车辆的急加速性能将会受到影响。更换增压压力传感器，删除故障代码。试车后故障排除。 五、结束语 通过维修这辆宝马E70轿车,使我非常深刻地了解和掌握了此车型涡轮增压器的结构原理和维修方法，同时也深刻体会到在诊断故障时一定要先掌握该类型控制原理，要通过理论与实践相结合的方式进行，充分结合故障代码与数据流分析故障。否则，会造成对故障判断失误、将问题复杂化，造成不必要的经济损失和客户满意度的降低。 六、致谢 因本人理论知识和实际的维修经验有限，并且写作时间仓促，文章难免有错漏或表达不当的地方，不足之处，敬请各位专家教授指正，我一定会认真努力学习，以达到更高的汽车专业维修水准。 论文在完成的过程中，得到了深圳汽车维修行业专业老师的耐心指导，谨此表示感谢。 七、参考文献 1．宝马内部SIP维修资料 2．宝马E70维修手册 3．宝马维修新版ISTA维修资料 欢迎转载，转载请注明出处 90%汽修人在这里学习进步！不落伍就关注 |
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