涡轮增压器系统及常见故障案例

1、涡轮增压系统及常见故障案例分析涡轮增压系统及常见故障案例分析Page 2涡轮增压系统及常见故障案例分析涡轮增压系统及常见故障案例分析目录目录技术背景 BMW废气涡轮增压器系统部件 涡轮增压系统控制部件工作原理 BMW各个车型涡轮增压系统案例分析（一） 增压压力过高、过低故障分析案例分析（二） 涡轮增压系统其它故障总结 总结Page 3技术背景技术背景BMWBMW涡轮增压器的种类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Page 4BMWBMW涡轮增压器的种类涡轮增压器的种类双涡轮增压器双涡轮增压器2012年12月N54N63N74Page 5BMW涡轮增压器的种类单涡轮双涡管增

2、压器N55N20N13Page 6BMWBMW涡轮增压器的种类涡轮增压器的种类双涡轮双涡管增压器双涡轮双涡管增压器S63S63顶级发动顶级发动机机N63TU N63TU 发动发动机机Page 7双涡轮增压器双涡轮增压器系统概览系统概览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

3、 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26 -至气缸列 1 的催化转换器N54涡轮增压系统Page 8双涡轮增压器双涡轮增压器进气系统进气系统N54涡轮增压系统进气系统Page 9双涡轮增压器双涡轮增压器部件部件Page 10双涡轮增压器双涡轮增压器控

4、制部件控制部件电气动压力变换器（电气动压力变换器（EPDWEPDW）（）（2 2个）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。Page 11双涡轮增压器双涡轮增压器控制部件控制部件循环空气减压阀（机械）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。Page 12双涡轮增压器双涡轮增压器控制部件控制部件增压空气冷却器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。Page 13单涡轮双涡管增压器单涡轮双涡管增压器系统

5、概览系统概览N55单涡轮双涡轮增压器Page 14单涡轮双涡管增压器单涡轮双涡管增压器进气系统进气系统Page 15单涡轮双涡管增压器单涡轮双涡管增压器部件部件Page 16单涡轮双涡管增压器单涡轮双涡管增压器部件部件A- 废气通道废气通道 1（气缸（气缸 1 3）B -废气通道废气通道 2（气缸（气缸 4 6）C -至催化转换器的接口至催化转换器的接口D -自进气消音器的入口自进气消音器的入口E -环形通道环形通道F- 至增压空气冷却器的出口至增压空气冷却器的出口1 -废气旁通阀废气旁通阀2 -废气旁通阀杠杆臂废气旁通阀杠杆臂3-废气旁通阀真空罐废气旁通阀真空罐4 -循环空气减压阀循环空气减

6、压阀5 -旁通通道旁通通道6- 涡轮涡轮7- 压缩机轮压缩机轮8 8- - 冷却通道冷却通道9 -涡轮轴涡轮轴Page 17单涡轮双涡管增压器单涡轮双涡管增压器控制系统控制系统1 -涡轮；2- 轴承座；3 -压缩机 ； 4- 循环空气减压阀； 5- 真空罐； 6 -废气旁通阀。循环空气减压阀是一个电动阀Page 18增压器增压器控制系统控制系统1 -1 -节气门后的进气管压力传感器；节气门后的进气管压力传感器；2 -2 -进气温度进气温度/ / 增压压力传感器；增压压力传感器；3 -3 -数字式发动机电子伺控系统数字式发动机电子伺控系统(DME) (DME) ；4 -4 -热膜式空气质量测量仪

7、；热膜式空气质量测量仪；5 -5 -电动节气门调节器；电动节气门调节器；6 -6 -推力换气阀推力换气阀7 -7 -压力变换器压力变换器节气门后的进气管压力传感器的作用？Page 19增压器增压器控制系统控制系统进气温度进气温度/ / 增压压力传感器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Page 20双涡轮增压系统双涡轮增压系统冷却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 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

8、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。Page 21双涡轮增压系统双涡轮增压系统冷却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。单涡轮双管增压器单涡轮双管增压器N20N20Page 221 、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、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Page 23单涡轮双管增压器单涡轮双管增压器N20N20Page 24单涡轮双管增压器单涡轮双管增压器N20N20Twin 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。Page 25单涡轮双管增压器单涡轮双管增压器N20N20定压增压和

10、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Page 26单涡轮双管增压器单涡轮双管增压器N20N204 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 4

11、 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Page 27单涡轮双管增压器单涡轮双管增压器N20N201、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。Pag

12、e 28双涡管增压器双涡管增压器N63N631- 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）Page 29双涡管增压器双涡管增压器N63N631- 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

13、 -节气门12- 用于自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Page 30双涡管增压器双涡管增压器N63N63Page 31双涡管增压器双涡管增压器N63N63循环空气减压阀关闭循环空气减压阀打开Page 32双涡管增压器双涡管增压器N74N741 -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Pa

14、ge 33双涡管增压器双涡管增压器N74N741- 位于催化转换器后的氧传感器（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Page 34双涡轮双涡管增压器双涡轮双涡管增压器S63S63顶级发动机顶级发动机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 、

15、进气管压力传感器Page 35双涡轮双涡管增压器双涡轮双涡管增压器S63S63顶级发动机顶级发动机A、 进气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Page 36双涡轮双涡管增压器双涡轮双涡管增压器S63S63顶级发动机顶级发动机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

16、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程中单个气缸关闭时听到。Page 37双涡轮双涡管增压器双涡轮双涡管增压器S63S63顶级发动机顶级发动机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 12 、气缸 4 和 7 组合的排气歧管 23 、气缸 3 和 5 组合的排气歧管 14 、气缸 1 和

17、 6 组合的排气歧管 25 、隔离元件Page 38双涡轮双涡管增压器双涡轮双涡管增压器N63TUN63TUF01/F02LCI-N63TU- 涡轮增压系统Page 39双涡轮双涡管增压器双涡轮双涡管增压器N63TUN63TUF01/F02LCI-N63TU- 涡轮增压系统Page 40双涡轮双涡管增压器双涡轮双涡管增压器N63TUN63TUN63TU 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Page 41双涡轮双涡管增压器双涡轮双涡管增压器N63TUN63TU取消取消发动机方

18、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/F02LCI-N63TU- 涡轮增压系统Page 42增压压力过高故障案例分析增压压力过高故障案例分析故障现象故障现象车型车型: X5 E70 N55: X5 E70 N55发动机发动机行驶公里数：行驶公里数：5 5万公里万公里客户投诉：客户投诉：车辆行驶中发动机故障报警灯点亮报警；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；

19、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，车速勉强可以达行驶中车速提速很慢，油门踏板踩到底，车速勉强可以达130Km/h130Km/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/h100Km/h左右，左右， 或者急加速发动机故障灯就会立即点亮或者急加速发动机故障灯就会立即点亮。 Page 43增压压力过高故障案例分析增压压力过高故障案例分析诊断维修诊断维修ISIDISID诊断测试诊断测试2C56-2C56-增压压力调节，可信度，压力过高；增压压力调节，可信度，压力过高；2C58-2C58-增压压力调

20、节，关闭，建压已锁止；增压压力调节，关闭，建压已锁止；故障内容当前不存在，故障频率故障内容当前不存在，故障频率5 5次。次。Page 44增压压力过高故障案例分析增压压力过高故障案例分析诊断测试诊断测试路试数据流测试路试数据流测试路试时急加速时发动机黄灯点路试时急加速时发动机黄灯点亮报警，驾驶时没有亮报警，驾驶时没有“推背推背”感觉。感觉。Page 45增压压力过高故障案例分析增压压力过高故障案例分析诊断测试诊断测试增压压力废气气流发动机转速、负荷增压压力控制DMEDMEEPDWEPDW旁通阀旁通阀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

21、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。Page 46增压压力过高故障案例分析增压压力过高故障案例分析诊断测试诊断测试ISTAISTA检测计划分析检测计划分析对于检测的功能或组件存储有下列故障：对于检测的功能或组件存储有下列故障： DME DME 控制单元控制单元 2C56 2C56 增压压力调节，可信度：压力过高增压压力调节，可信度：压力过高 可能的故障原因：可能的故障原因： - - 减压装置

22、真空供应装置减压装置真空供应装置 - - 排气旁通阀排气旁通阀 - - 增压空气导管增压空气导管 - - 排气背压过低排气背压过低2C58-2C58-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。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。Page 47增压压力过高故障案例分析增压压力过高故障案例分析诊断测试诊断测试一般目测检查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。 Page 48增压压力过高故障案例分析增压压力过高故障案例分析诊断测试诊断测试测量真空压力测得真空驱动压力正常Page 49增压压力过高故障案例分

23、析增压压力过高故障案例分析诊断测试诊断测试推断假设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。Page 50增压压力过高故障案例分析增压压力过高故障案例分析诊断测试诊断测试故障点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。Page 51增压压力过

24、高故障案例分析故增压压力过高故障案例分析故故障排除故障排除清洁EPDW滤网，或者更换EPDW电磁阀，故障排除。Page 52增压压力过低故障案例分析（增压压力过低故障案例分析（1 1）故障现象故障现象车型: X6 E71 N55发动机行驶公里数：6万公里客户投诉：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。 Page 53增压压力过低故障案例分析（增压压力过低故障案例分析（1 1）诊断维修诊断维修IS

25、IDISID诊断诊断DME 2C57 DME 2C57 增压压力调节，可信度：增压压力调节，可信度： 压力过低压力过低DME 2C58 DME 2C58 增压压力调节，关闭：增压压力调节，关闭： 建压已锁。建压已锁。故障频率故障频率3 3次，故障内容当前不存在。次，故障内容当前不存在。Page 54增压压力过低故障案例分析（增压压力过低故障案例分析（1 1）诊断维修诊断维修故障细节描述故障细节描述Page 55增压压力过低故障案例分析（增压压力过低故障案例分析（1 1）诊断维修诊断维修故障细节描述故障细节描述Page 56增压压力过低故障案例分析（增压压力过低故障案例分析（1 1）诊断维修诊断

26、维修怠速状态下数据流怠速状态下数据流从数据流看从数据流看实际实际增压压力增压压力和和 标准值误差并不是很大。标准值误差并不是很大。Page 57增压压力过低故障案例分析（增压压力过低故障案例分析（1 1）诊断维修诊断维修行驶状态下数据流行驶状态下数据流增压压力标准值：增压压力标准值：1316.26hPa1316.26hPa；实际增压压力值：实际增压压力值：1085 .63hPa1085 .63hPa：节气门后压力值：节气门后压力值：1075.47hPa1075.47hPa。接近大气压力，几乎没有增压。接近大气压力，几乎没有增压。Page 58增压压力过低故障案例分析（增压压力过低故障案例分析（

27、1 1）诊断维修诊断维修ISTAISTA检测计划分析检测计划分析ISTAISTA系统分析认为一般造成增压压力过低的可能故障原因：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减压装置真空供应装置- - 排气旁通阀排气旁通阀- - 增压空气导管增压空气导管- - 废气涡轮增压器废气涡轮增压器- - 排气背压过高排气背压过高Page 59增压压力过低故障案例分析（增压压力过低故障案例分析（1 1）诊断维修诊断维修真空压力测量初步结论真空压力测量初步结论EPDWEPDW至废旁通阀气真空控制阀的真空压力（输出控制）至废旁通阀气真空控制阀的真空压力（输出控制）-0.1bar

28、-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。Page 60增压压力过低故障案例分析（增压压力过低故障案例分析（1 1）诊断维修诊断维修继续测量真空压力继续测量真空压力气门室盖中的真空蓄压器至气门室盖中的真空蓄压器至EPDWEPDW的真空压力（输入控制）：的真空压力（输入控制）：-0.1bar-0.1bar。真空蓄

29、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，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。Page 61增压压力过低故障案例分析（增压压力过低故障案例分析（1 1）诊断维修诊断维修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。Page 62增压压力过低故障案例分析（增压压力过低故障案例分析（

30、1 1）诊断维修诊断维修拆卸检查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：一个是至EPDW；一个是排气管控制阀）。Page 63增压压力过低故障案例分析（增压压力过低故障案例分析（1 1）故障排除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Page 64增压压力过低故障案例分析（增压压力过低故障案例分析（2 2）故障现象故障现象车型: 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”。Page 65增压压力过低故障案例分析（增压压力过低故障案例分

31、析（2 2）诊断维修诊断维修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”？Page 66增压压力过低故障案例分析（增压压力过低故障案例分析（2 2）诊断维修诊断维修删除故障存储，怠速读取增压数据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。Page 67增压压力过低故障案例分析（增压压力过低故障案例分析（2 2）诊断维修诊断维修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Page 68增压压力过低故障案例分析（增压压力过低故障案例分析（2 2）故障排除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Page 69增压压力过低故障案