一辆行驶里程约3万km、配置CEA 1.8T发动机的大众新途观。该车发动机怠速运转时,能听到发动机舱内明显的咝啦咝啦异响,轻轻加减油门后该声音频率会更明显。
故障诊断:首先验证故障现象,静止状态下踩放加速踏板,发动机舱内“咝啦咝啦”的声音确实比怠速更响。打开发动机机舱盖,1个人坐在车内间歇性踩放加速踏板,笔者则在发动机舱内倾听,经仔细辨别该声音来自于涡轮增压器附近。下面就围绕涡轮增压来展开分析了。
涡轮增压器安装位置如图1所示,可见涡轮增压器和排气歧管紧凑的连接在一起,其上分别有N75及N249两个调节阀,其中N75属于增压压力限制阀,其控制对象为排气系统的气流;N249为内循环阀,控制对象为进气气流。下面来分析具体控制原理:
(1)增压器的作用。发动机功率的产生完全靠燃料在汽缸内燃烧做功,理论上燃烧的燃料越多,则发动机功率越大;但是输入的燃料要受到吸入汽缸内的空气量的限制,如果发动机的运行性能已经处于最佳状态,再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入汽缸来增加燃料量,提高燃烧做功能力。所以在目前技术下涡轮增压器是唯一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。涡轮增压器是利用发动机的废气来推动涡轮叶片高速旋转,达到增加发动机的充气效率目的。由于涡轮增压器的最高转速能超过100000r/min,因此增压器的转速上升和下降需要较长时间,与发动机转速相比,有非常长的滞后性,为了避免滞后性带来的影响,就有了下面的控制逻辑。
(2)高工况控制。当车辆在高速公路上行驶,由于发动机一直处在高转速状态,其排气量多,废气流速快,推动涡轮叶片同步旋转速度加快,长此下来会导致涡轮增压压力呈现过高的趋势,当增压压力达到系统控制的临界值,就需要降低增压的压力确保系统正常运行。降低增压压力首先要降低涡轮叶片的转速,降低涡轮叶片转速则可以通过降低废气的流速即可。于是N75通电工作,增压后的进气气体通过N75进入图1中的压力调节单元,推动蜗杆向右侧运动,打开增压器内侧排气端的阀门膜片(如图2所示),于是废气通过阀门膜片打开的旁通道直接进入排气管,作用在涡轮叶片上的排气减少,叶片旋转速度降低,如此就达到了发动机转速不降低,但增压压力已经降低的目的,通俗点来说这种控制就是高工况的放气控制。
(3)低工况控制。与高工况控制相反的是,车辆在高速上行驶中,若碰到前面有突发情况驾驶员紧急制动,节气门从高工况的全开状态转到低工况的全闭状态,此时过高的进气增压压力依旧存在,若不及时释放泄压可能会导致车辆出现严重故障,如何确保高增压压力能及时快速泄压呢?此时最快速的方法是将增压之前的常压进气和增压后的高压进气互通,而N249连接的两端分别连接高低压进气管道,当N249通电打开后,高低压形成通路,高压压力被泄压,高压不复存在。由此解除了节气险。通俗点来说这种控制就是低工况的旁通控制了。