四、加速不良故障的诊断

1.故障现象

踩下加速踏板后发动机转速不能马上升高,有迟滞现象,加速反应迟缓,或在加速过程中发动机转速有轻微的波动,或出现“回火”、“放炮”现象。

2.故障原因

加速不良的原因主要是空燃比不当、点火性能和密封性能变差。

1)∗稀混合气,燃油泵油压低,喷油器、汽油滤清器、进气歧管真空泄漏等。

2)∗节气门位置传感器、加速踏板位置传感器或空气流量计、进气歧管绝对压力传感器故障。

3)点火提前角不正确。

4)∗火花塞或高压线不良、高压火花弱。

5)废气再循环系统工作不良。

6)排气管有堵塞现象。

3.故障诊断与排除的一般步骤

1)进行故障自诊断,检查有无故障码。空气流量计、节气门位置传感器、加速踏板位置传感器等故障都会影响发动机的加速性能。有专用诊断仪的还需要观察动态数据流,按故障码和动态数据流查找故障原因。

2)检查点火正时。怠速时通常为10°～15°,或按维修手册规定,如不正确,应调整发动机的初始点火提前角。加速时点火提前角应能自动加大到20°～30°,如有异常,应检查点火控制系统。

3)测量各缸高压线电阻并拆检各缸火花塞。若大于25kΩ,或高压线外表面有漏电痕迹,应更换。观察火花塞间隙和颜色,调整间隙或更换火花塞。必要时用点火示波器检查点火系波形,确认有无故障。

4)检查进气系统有无漏气。用真空表测量并结合在进气歧管附近喷化油器清洗剂的方法检查是否漏气。

5)检查燃油压力。怠速时燃油压力应为250kPa左右或符合原厂规定,加速时应上升至300kPa左右或符合原厂规定。如油压过低,需检查油压调节器、汽油滤清器、汽油泵等。

6)用示波器检查空气流量计、加速踏板位置传感器、节气门位置传感器的输出电压波形,如有异常,应更换。

7)拆卸、清洗各喷油器。检查喷油器在加速工况下的喷油量,如有异常,应更换喷油器。

8)检查废气再循环系统的工作情况。

9)检查排气管是否有堵塞现象。

以上程序需全部检查完成,确保排除同时存在几个故障原因的故障。

发动机加速不良故障一般可按图1-72例行检查。

图1-72 发动机加速不良的故障诊断与排除程序

4.故障诊断与排除的相关要点

(1)发动机加速不良的常见原因分析 发动机加速不良通常是由于混合气过稀、过浓,点火系统故障,发动机机械系统故障等原因引起的。

造成上述故障的具体原因有:燃油系统油压过高或过低,喷油器喷油不良,传感器信号错误,点火高压低、能量小,点火正时不正确,气缸压缩压力低,排气管堵塞等。

发动机加速不良一般有两种现象:一种是踩下加速踏板,发动机加速迟缓,如图1-73中曲线1所示;另一种是踩下加速踏板,发动机转速不但不上升反而下降。踩下加速踏板,节气门开度增加,进气量增加,发动机ECU根据进气量和节气门位置传感器信号,修正增加喷油量。如果踩下加速踏板,进气量增加少,修正增加喷油量也少,或喷油器喷油量增加迟缓或量少,加速就迟缓;如果踩下加速踏板,进气量急剧增加,但由于传感器信号出错,喷油器喷油量不增加或增加量少,或点火高压弱,就会使发动机转速下降。

图1-73 发动机加速不良的故障表现

如果发动机在加速过程中,转速只是发生一下波动,而后马上可以加速到高速,且能较长时间维持高速运转,这一般是在加速过程的瞬间出现了断火现象,应重点检查点火系。

如果踩下加速踏板,发动机转速不升反降,易熄火,很难加速到高速,这一般为混合气过稀及高压火花弱,当然也可能是排气管堵塞,以混合气过稀最为常见。此时,可在进气系统合适的地方(空气滤清器处、节气门处、真空管处,视机型而定)一边喷点化油器清洗剂,一边迅速开启节气门,若此时发动机转速可迅速提高则为混合气过稀。如果提高转速易熄火,且有时进气管回火,有时排气管放炮,则很可能为高压火花弱、加速断火,也可能为点火错乱。点火错乱引起加速时回火、放炮,同时怠速时发动机发抖,排气管有“突突”声,甚至怠速时可放炮,这在不同发动机上有不同程度的体现;如果怠速运转平稳,加速时回火、放炮,这一般是

高压火花弱或断火。这可简单记为:

提高转速易熄火，过稀高压火花弱，

化清剂来喷一喷，变好过稀莫放过，

同火、放炮均存在，高压火弱或断火。

如果用喷化清剂的方法确认故障原因为混合气过稀,应从燃油压力低和导致喷油量减小的可能原因入手检查。

(2)对进气管回火的分析 进气管回火是指混合气在进气歧管内燃烧,燃气从进气口喷出的一种故障现象。造成进气管回火的原因很多,涉及供油系统、点火系统和机械故障及电控等方面。

1)在供油系统,进气管出现回火是由于燃油供应不足,混合气过稀引起。混合气过稀使混合气燃烧速度减慢,燃烧一直延续到排气行程终了进气门开启的时候,新鲜混合气遇到气缸内未排净的燃烧气体而被点燃,并逆流经进气歧管从进气口喷出而回火。

2)在点火系统,进气管出现回火是因为点火过晚或火花质量差,一方面使开始燃烧的时刻推迟;另一方面也会使燃烧速度减慢,从而导致燃烧一直延续到进气门开启,引起进气管回火。同时伴随的现象还应有:发动机加速时转速提高缓慢,急加速时回火现象明显,有时缓加速时也有回火现象,同时排气管排气声发闷,发动机温度易升高。

如果在进气管回火的同时,机体抖动严重,排气管放炮,发动机功率严重下降,则多是因为点火错乱。由于点火错乱,当某缸处于进气行程,进气门开启,恰好该缸火花塞点火,则会形成进气管回火。如果检查确认各缸分高压线没有插错,则多为分电器盖击穿,需要引起注意的是分电器盖存在轻微击穿时,一般情况下发动机在无负荷空转时工作正常,但在热车重负载爬坡时有回火现象,且回火时动力明显下降。

如果发动机空转时工作正常,急加速或急减速时有时回火;高速行驶时有不规则的回火现象;在不平道路上行驶时回火频繁,可能点火器等搭铁不良或点火系某传感器松动等。搭铁不良的点火器,当发动机振动较大使点火器不搭铁时,相当于低压回路断开,产生高压电,若分火头正好指向某个处于进气行程的气缸,则会引起进气管回火。

对于无分电器双缸同时点火的点火系统来说,急加速时出现回火现象还有一个常见的故障原因,那就是火花塞不良,在检查高压线无漏电、断路后,可更换火花塞。

3)机械及电控故障。如果发动机低速运转时进气管回火,排气管有“突突”声,转速提高后症状减轻。检查某气缸压缩压力比正常值是否低0.2MPa以上。若将此缸断火,回火现象消失,则说明该缸进气门密封不严。由于进气门密封不严,该缸做功时,燃烧的高温气体便会通过进气门进入进气歧管,引起进气管回火。因为发动机转速提高后,气门的相对漏气率降低,因此回火现象在低速时明显,高速时减轻。

如果发动机工作时,连续有节奏地出现回火,同时动力下降。某缸断火后,回火现象消失,则多是某缸排气门因某种原因无法开启或开度过小。由于排气门不能完全开启,使得该缸废气不能及时完全排出,在进气门开启时,尚未排出的高温废气便进入进气歧管,引起进气管回火。

如果发动机工作时,进气管连续回火,低速时更明显;相邻的两缸中某缸断火,回火现象消失,则可能是因为相邻两缸之间的气缸垫烧穿。

4)如电控失调或元件及线路有故障,也会导致混合气过稀,进气管回火。

(3)燃油压力的检测 在电控燃油喷射发动机中,燃油泵及其控制电路的故障将直接影响到发动机能否着车及发动机的性能,因此对燃油泵及控制电路的检修是电喷发动机检修的重要内容之一。

燃油系统油压的检查:

1)将系统残余油压泄掉,将油压表接入管路中。

2)分别在下列条件(工况)下检查油压:

①静止油压。打开点火开关但不发动车,ECU将控制油泵工作2～3s,配备叶片式空气流量计的电喷发动机可跨接油泵使之运转2～3s。

②起动工况油压。

③怠速工况油压。

④正常运行工况油压。

⑤系统最高油压。检查系统最高油压时可将回油管夹住,使回油管停止回油,此时压力表指示油压应比没夹住回油管时高出2～3倍,否则油泵性能下降,泵油压力不足。

⑥管路油压回落检查。将各缸喷油器电线插头插下,接通点火开关并连续起动15s,记下油压表所指示的压力,待30s后再次观察油压表指示的压力,其值不应回落。若油压有明显的回落,再次起动15s,然后夹住油压调节器回油管,若30s后油压不再回落,则说明油压调节器泄漏。如果夹住回油管油压仍然下降,则再起动15s后夹住油压调节器的进油口,此时油压不再回落,说明喷油器泄漏。

油泵油量的检查:如果燃油泵油量少于规定值,检查油管、燃油滤清器是否有节流,检查油管是否漏气。如果油管、燃油滤清器都正常,检查转动油泵的电压,油泵电压偏低会导致油泵油量偏少。如果油管、燃油滤清器、油泵电压都正常,应更换油泵。

注意：如果燃油压力偏低，一定要在诊断油泵故障之前，把燃油滤清器、油管是否有节流作为故障原因来检查。有些场合，油箱内的水和脏物盖住、堵死油泵进油口处的进油滤层，以致燃油供应中断，发动机停车。这类故障通常发生在高速时。当测试油泵压力时，务必留心这类问题。

现在很多轿车的燃油系统为无回油路燃油系统,它与电控发动机传统燃油供给系统有一些不同的地方。新型的无回油路燃油系统一般将燃油滤清器和燃油压力调节器改为内置式,位于燃油箱中。将燃油滤清器置于燃油箱中后,除了燃油滤清器不受发动机室内高温的影响避免“热气阻”现象的发生外,还减少了外露燃油管路和油管接头漏油故障,因此还提高了燃油供给系统的可靠性。燃油压力调节器为内置式(装在燃油箱内,且淹没在燃油中),不受进气歧管真空度的控制。在改进后的燃油供给系统中,燃油压力调节器被安装在燃油箱内,减小了发动机室内的高温对燃油的加热作用,因此燃油箱内的燃油温度可降低约20℃,使油路中的“热气阻”现象减少,燃油分配管内燃油压力的波动随之减小,这有利于对供油量的精确控制。在改进后的燃油供给系统中通过设置稳压腔或利用燃油滤清器稳定供油管中的燃油压力,并且可通过采用反馈性能较好的新型宽带氧传感器使ECU能更精确地对混合气的空燃比进行控制。另外,由于取消了发动机室中的回油管路,使可能的燃油泄漏部位减少,从而提高了燃油供给系统的安全性。对于这种燃油系统在加速时其燃油压力不升高是正常的。

(4)空气流量计及线路检测 空气流量计主要有叶片式、量芯式、卡门旋涡式、热线式及热膜式空气流量计。

热线式空气流量计(MAF)的应用越来越多,它是测量通过节气门的空气流量的传感器,其工作原理如图1-74所示,在空气流量计内有一个暴露在进气流中的加热式铂丝。通过ECM向铂热丝施加电流,将其加热到指定的温度。进气流可冷却铂热丝和内部热敏电阻,从而改变它们的电阻值。为保持固定的温差值,ECM在空气流量计内调节施加到这些组件上的电压。电压值与通过传感器的空气流量成比例,并且ECM会利用该值来计算进气量。此电路经过精

图1-74 热线式空气流量计

心设计,铂热丝和温度传感器形成桥式电路,并且通过控制晶体管,使A和B之间的电压保持相等来维持预定温度。

当空气流量计电压低于0.2V,或高于4.9V约3s(第一行程逻辑)时,ECM将设定故障码P0100;当空气流量计电压低于0.2V约3s(第一行程逻辑)时,ECM将设定故障码P0102;当空气流量计电压高于4.9V约3s(第一行程逻辑)时,ECM将设定故障码P0103。通过进入智能测试仪中的Powertrain(传动系)/Engine and ECT(发动机和ECT)/Data List(数据表)读取数据,如显示空气流量约为0.0g/s,则故障可能为空气流量(MAF)计电源电路中存在开路、VG电路中存在开路或短路;如显示空气流量约为271.0g/s或更高,则E2G电路存在开路。

丰田2AZ-FE发动机上的热线式空气流量计插接器端子如图1-75所示。检查时,首先检查空气流量计电源电压+B与车身接地之间的电压应为蓄电池电压9～14V。然后检查输出电压:断开空气流量计插接器,在传感器侧的端子+B和E2G之间施加蓄电池电压,用万用表检测端子VG与端子E2G之间的电压,应为0.2～4.9V。

图1-75 丰田2AZ-FE发动机的热线式空气流量计插接器端子

(5)进气歧管绝对压力传感器(真空度传感器)的检测 常见的进气歧管绝对压力传感器为半导体压敏电阻式,其结构与工作原理如图1-76所示。

图1-76 半导体压敏电阻式进气歧管绝对压力传感器的结构与工作原理

这种传感器的主要元件是硅片,硅片的外围较厚,中间最薄。硅片上下两面各有一层二氧化硅膜,在膜层中沿硅片四边有四个传感器电阻。在硅片四角各有一个金属块,通过导线与电阻相连。硅片下部有一真空腔与进气管相通。硅片上的四个电阻连接成桥式电路。当进气歧管内压力变化时,硅片随之发生变形。这时传感器电阻的阻值也随之发生相应的变化,使桥式电路输出正比于进气压力的电压信号。电控单元根据该信号即可测出进气歧管的压力。

丰田车进气歧管绝对压力传感器与ECU的连接电路及就车检查可参阅图1-77、图1-78。

1)拔下传感器插头,打开点火开关,测量插头上VCC端子与E2端子之间的电压,应为4.5～5.5V。若无电压,则应检查ECU上相应端子的电压。若ECU相应端子上电压正常,则为ECU至传感器之间线路故障,若无电压则为ECU故障。

图1-77 丰田车进气歧管绝对压力传感器电路图

图1-78 就车检查进气歧管绝对压力传感器

2)插回插头,拆下传感器上的软管,打开点火开关,测量ECU插接器上PIM与E2端子间在大气压下输出的电压,应在3.6～3.96V之间。

3)对传感器施以13.3～66.7kPa的绝对压力,再测量ECU插接器上PIM与E2间的电压,应符合表1-5所列值。

表1-5 ECU插接器上PIM与E2间的电压

(6)节气门位置传感器的检测 常见的节气门位置传感器为线性输出型。丰田车系常用的线性输出型节气门位置传感器如图1-79所示,它的输出特性如图1-80所示。节气门位置传感器内部实际上一般都设有保护电阻,如图1-81所示。

图1-79 线性输出型节气门位置传感器结构与电路

1—电阻 2—检测节气门全开的电刷 3—检测节气门全闭的电刷 VCC—电源 VTA—节气门开度输出信号 IDL—怠速触点 E1—ECU地线 E2—传感器地线

1)元件检测。拔下传感器插头,测量各端子之间的电阻值应符合表1-6所示值。如电阻值不正常,则应更换节气门位置传感器。

2)在线检测

①打开点火开关,不必起动发动机。

②测量各端子之间的电压应符合表1-7所示值。

节气门位置传感器的故障有时需要用示波器来检查,节气门位置传感器工作不良不仅影响发动机的工作,还会影响电控液力自动变速器的自动换档点与油压。

(7)对电子节气门的检测 在传统的节气门中,节气门开度恒定地通过加速踏板的位置变化而改变。而在电子节气门系统中,踏板带动加速踏板位置传感器,由发动机ECU计算节气门开度,以满足不同驾驶条件的要求,节气门开启由节气门电动机驱动。

图1-80 线性输出型节气门位置传感器输出特性

1—怠速触点信号 2—节气门开度输出电压

图1-81 TPS内部电路图

表1-6 节气门位置传感器各端子之间的电阻值

表1-7 节气门位置传感器各端子之间的电压

1)电子节气门体。图1-82为丰田卡罗拉2ZR-FE发动机的电子节气门总成。

节气门位置(TP)传感器安装在节气门体总成上,用来检测节气门开度。该传感器为霍尔式,它使用霍尔效应元件,甚至在极端的驾驶条件下(如速度极高或极低时)也可以产生准确的信号。其工作原理与输出信号如图1-83所示。

TP传感器有两个传感器电路,各自发送VTA1和VTA2信号。VTA1用来检测节气门开度,VTA2用来检测VTA1的故障。传感器输出电压在0～5V之间变化,其变化幅度与节气门的开度成比例,信号将被发送到ECM的VTA端子。

节气门关闭时,传感器输出电压降低;节气门打开时,传感器输出电压增加。ECM根据这些信号计算节气门开度,并控制节气门执行器来适应驾驶情况。这些信号还会用在空燃比校正、供电增加校正和燃油切断控制等计算中。

图1-82 丰田卡罗拉2ZR-FE发动机的电子节气门总成

图1-83 霍尔式节气门位置(TP)传感器工作原理与输出信号

在智能测试仪上选择以下菜单来检查节气门开度:Powertrain(传动系)/Engine and ECT(发动机和ECT)/Data List(数据表)/Throttle Position NO.1 and Throttle Position NO.2(1号节气门位置和2号节气门位置)。

1号节气门位置表示VTA1信号,2号节气门位置表示VTA2信号。

智能测试仪显示完全松开加速踏板时,Throttle Position NO.1(1号节气门位置)应为0.5～1.1V,Throttle Position NO.2(2号节气门位置)应为2.1～3.1V;完全踩下加速踏板时,Throttle Position NO.1(1号节气门位置)应为3.3～4.9V,Throttle Position NO.2(2号节气门位置)应为4.6～5.0V。

失效保护:当设定了任何一个DTC,或设定了其他与ETCS(电子节气门控制系统)故障相关的DTC时,ECM进入失效保护模式。在失效保护模式下,ECM切断流入节气门执行器的电流,并且通过回位弹簧使节气门位置回位到6°。然后,根据节气门开度,ECM通过控制燃油喷射(间歇式燃油切断)和点火正时来调整发动机输出功率和转速,以便使车辆继续保持最小的速度。如果轻轻踩下加速踏板,车辆可缓慢行驶。

2)加速踏板位置传感器(APP传感器)。通常,加速踏板位置传感器直接安装在加速踏板上,与踏板成为一个总成,不可分解,如有故障则一起更换。

加速踏板位置(APP)传感器安装在加速踏板支架上,它有2个传感器电路:VPA(主)和VPA2(副)。

该传感器为非接触式,使用霍尔效应元件,即使在极端的驾驶条件下(如速度极高或极低时)也可以产生准确的信号,其工作原理与输出信号如图1-84所示。施加到ECM的VPA和VPA2端子的电压根据加速踏板(节气门)开度的比例在0～5V之间变化。来自VPA的信号显示了实际加速踏板开度(节气门开度),用于发动机控制。来自VPA2的信号发送VPA电路的工作状态,并用来检查APP传感器自身的情况。

图1-84 霍尔式加速踏板位置传感器工作原理与输出信号

ECM通过来自VPA和VPA2的信号监视实际加速踏板开度,根据这些信号控制节气门执行器。

通过选择智能测试仪中的Powertrain(传动系)/Engine and ECT(发动机和ECT)/Data List(数据表)/Accelerator Position NO.1 and Accelerator Position NO.2(1号加速踏板位置和2号加速踏板位置)来检查APP传感器电压。

失效保护:一旦设定了DTC P2120、P2121、P2123、P2125、P2127、P2128和P2138中任何一个,ECM进入失效保护状态。如果2个传感器电路中的任一个发生故障,ECM用剩下的那个电路来计算加速踏板位置,让车辆保持继续行驶。如果两个电路都有故障,ECM认为加速踏板被松开。因此,节气门关闭,发动机怠速。失效保护模式持续至检测到合格条件,然后将点火开关转到OFF。

各种车型的电子节气门的结构并不一定完全相同,但电子节气门总成都是由节气门、节气门驱动执行器(直流电动机和传动机构)和节气门位置传感器等构成。节气门位置传感器一般也都有两个电位器,其电源电压一般为+5V,但当节气门位置改变时,不同的电子节气门,两电位器的电压信号的变化规律并不一样,有的车型为其中一个电压信号增加,另一个减小;也有的车型是两信号同向线性变化,但两信号电压变化的范围不同。

当发动机出现怠速过高、加速不良时,可观察电子节气门能否动作来缩小故障范围。值得注意的是:很多车在拆卸蓄电池、更换发动机控制单元、清洗或更换电子节气门后需执行初始化程序,也即进行自适应设定。各种车型的自适应设定程序有所不同,电子节气门和加速踏板位置传感器初始化程序请参见维修手册。

(8)点火提前角对加速性能的影响和影响点火提前角的因素 因为混合气在气缸内燃烧需占用一定的时间,所以混合气不应在压缩行程上止点处点燃,而应适当地提前,使活塞到达上止点时,混合气已得到充分燃烧,从而使发动机获得较大功率。点火时刻一般用点火提前角来表示,即从发出电火花开始到活塞到达上止点为止的一段时间内曲轴转过的角度。

如果点火过迟,当活塞到达上止点时才点火,则混合气的燃烧主要在活塞下行过程中完成。即燃烧过程在容积增大的情况进行,使炽热的气体与气缸壁接触的面积增加,因而转变为有效功的热量相对减小,气缸内最高燃烧压力降低,导致发动机过热,功率下降。

如果点火过早,由于混合气的燃烧完全在压缩行程进行,气缸内的燃烧压力急剧升高,当活塞到达上止点前即达最大,使活塞受到反冲,发动机做负功,不仅使发动机的功率降低,还有可能引起爆燃和运转不平稳现象,并且会造成运动部件和轴承加速损坏。

由此可见,发动机应在最有利的时刻点火。试验证明:如果点火时间适当,燃烧最大压力出现在上止点后10°～15°时,发动机的输出功率最大。可以认为,其所对应的点火提前角就称为最佳点火提前角。

不同发动机的最佳点火提前角各不相同,并且同一发动机在不同工况和不同使用条件下的最佳点火提前角也不相同。影响最佳点火提前角的因素有:转速、负荷、汽油的辛烷值、压缩比、混合气的成分、火花塞的数量、进气压力、燃烧室温度等。

发动机转速传感器和空气流量计(或进气歧管绝对压力传感器)是喷油量和点火提前角的主控信号,起着很重要的作用。曲轴位置和凸轮轴位置传感器在点火控制中同样起着重要的作用。就点火控制而言,除发动机转速信号外,对有分电器的点火系统来说,只需检测到某缸的活塞上止点位置即可,具体到哪个缸点火则由分电器分火头分配;对无分电器双缸同时点火的点火系统来说,只需检测到一缸的活塞上止点位置(曲轴位置信号)即可;对无分电器各缸独立点火的点火系统来说,就必须检测到每缸的压缩上止点位置;然后根据各传感器信号确定最佳的点火提前角。如果喷油控制采用顺序喷射,就必须要有检测压缩上止点位置的凸轮轴位置传感器(或者在ECU内置一个相位传感器软件,由曲轴位置传感器分析出一缸的压缩上止点,如菲亚特派力奥1.5L发动机)。正因为点火控制需用曲轴位置或凸轮轴位置传感器检测上止点或压缩上止点位置,那么配气相位失准不单单是影响进排气门开闭的时刻与开启的持续时间,有可能造成气门与活塞的机械运动干涉,导致顶弯气门、挤裂气门导管、击伤缸盖、撞伤活塞、挤死活塞环等机械故障,还可能直接地或间接地通过一些传感器影响点火、喷油、点火正时等,使发动机出现不能起动或工作不良、回火、放炮、排气管烧红、怠速不稳、加速不良、动力不足、冷却液温度高、故障灯亮(如雷克萨斯LS400轿车1UZ-FE发动机正时带错一个齿就会有故障码13)等故障现象。对于磁电式曲轴位置或凸轮轴位置传感器来说,还有人为的故障就是把传感器的两条线对调接错。磁电式曲轴位置或凸轮轴位置传感器信号为交流信号,两条线对调后,如用示波器检查,会发现波形倒置了,这就影响了曲轴位置或凸轮轴位置的精确测量,从而导致点火提前角控制混乱,且信号转子齿数越小,偏差就越大,在有的发动机上还会导致无高压火故障。

下面以Motronic 1.5EFI系统说明一下空气流量计信号对点火提前角的影响。当冷却液温度为80℃、进气温度为20℃时,节气门部分打开,分别在2500 r/min和3000 r/min恒速下,以不同的空气流量计叶片开度MAF运转,其点火提前角变化如表1-8所示。

表1-8 点火提前角随空气流量计叶片开度的变化

进气温度对喷油量及点火提前角的修正作用往往被人们所忽略。就喷油量而言,进气温度每变化10℃,喷油脉宽约变化0.03ms。在小负荷工况下,进气温度对点火提前角基本无影响,而在大负荷下,随着进气温度的增加,点火提前角下降。这对自然进气的发动机来说,不会导致发动机性能的显著下降,但对于增压发动机来说就可能导致较自然进气的发动机明显得多的故障。增压发动机的进气温度传感器检测的温度应是经增压中冷后的进气温度,故其一般都装于进气歧管上。如果进气温度传感器检测的是空气滤清器处的温度,就会导致油耗大、加速爆燃等故障,这对加装的增压装置更应注意。

(9)废气涡轮增压器

1)废气涡轮增压器的结构与工作原理。涡轮增压器实际上就是一个空气压缩机。它利用排气能量使涡轮高速旋转,带动与涡轮同轴安装的泵轮(进气叶轮)旋转把空气压进气缸。

涡轮增压器包括涡轮壳体、压缩壳体、涡轮、泵轮(进气叶轮)、全浮式轴承、排气旁通阀和增压压力调节阀压力单元等。

因为涡轮和泵轮的转速达100000 r/min以上,所以采用全浮式轴承以吸收轴的振动,同时润滑轴和轴承。全浮式轴承由机油冷却,在轴和壳体之间自由旋转,减少了摩擦,因此轴可以高速旋转。

奥迪C5轿车1.8T发动机废气涡轮增压器控制系统的组成如图1-85(图为增压过程)所示。排气旁通阀和增压压力调节阀压力单元用来调节增压压力,防止增压压力升得太高。此车的涡轮增压器装备了中间冷却器,以降低进气温度,改善进气效率。

图1-85 废气涡轮增压器控制系统示意图

增压压力调整过程如图1-86、图1-87所示。

图1-86 增压压力调整过程

图1-87 增压压力调整过程(增压压力调节阀压力单元打开)

在发动机ECU的存储器中,存储着发动机增压压力特性图的有关数据,理论增压压力随着发动机转速变化。在发动机工作时,发动机ECU根据增压压力等传感器输入的压力,确定当时的实际进气增压压力,然后将实际增压压力与理论增压压力进行比较。若实际增压压力值与理论增压压力值不相符合,发动机ECU就输出控制信号,通过对增压压力限制电磁阀的控制,改变增压压力调节阀压力单元上的压力,使旁通阀动作,改变实际增压压力。当实际增压压力值低于理论值时,旁通阀关闭;当实际增压压力值高于理论值时,旁通阀打开。

图1-88 涡轮增压器处于超速切断工况时的工作状况

在奥迪1.8T发动机涡轮增压系统中,还装有超速切断阀与涡轮增压换气电磁阀N249(超速切断控制电磁阀)。当汽车高速行驶突然减速时,如果没有超速切断阀系统,则由于减速时节气门迅速关小,进气泵轮压力室的压力剧增,对涡轮起到急剧的制动作用,这不仅使涡轮受到冲击,而且在接下来的加速过程中,涡轮需重新加速至高速才能起到良好的增压作用。而当装有超速切断阀与超速切断控制电磁阀N249时,在减速瞬间,电磁阀N249工作,超速切断阀在真空作用下打开,使进气泵轮进口侧与出口侧连接,避免了涡轮转速迅速下降的现象,在紧接着的加速过程中电磁阀N249断电,超速切断阀关闭,涡轮立即继续以高速旋转状态进入增压工况,从而避免了冲击与减速后再加速时动力不足的现象。涡轮增压器处于超速切断工况时的工作状况如图1-88所示。

2)废气涡轮增压器系统的检查。废气涡轮增压器系统的检查步骤如下:

①听涡轮增压系统产生的响声。为了检查涡轮增压器,应起动发动机并听一听涡轮增压系统产生的响声。在技师对这种特殊响声比较熟悉之后,通过是否存在高频声音就能很容易区分是压气机出口有空气泄漏还是发动机有空气泄漏,是发动机有废气泄漏还是涡轮增压器有废气泄漏。如果涡轮增压器响声声强变化,可能的原因是空气滤清器堵塞,或者是压气机进气管道材料松软,或者是压气机叶轮和压气机壳有灰尘。

②检查空气滤清器。听声音之后,应检查空气滤清器,并从空气滤清器上拆下通往涡轮增压器的管道,检查是否有尘土或者是因为外来物造成的损坏。

③检查管路连接处。检查压气机出口连接处的管夹是否松动,并检查发动机进气系统有无螺栓松动和衬垫泄漏等现象。然后,脱开废气管的连接,检查有无堵塞或材料松散的现象。检查排气系统有无开裂、螺母松动和衬垫穿透现象。转动涡轮轴组件,看其是否自由转动,检查有无擦伤和叶轮因冲击而损坏的迹象。

④检查有无废气泄漏。检查涡轮壳和相关管接头有无废气泄漏:如果废气在到达涡轮之前就泄漏掉,涡轮增压器的增压效果就受到影响。检查进气系统有无泄漏:如果在压气机壳之前的进气系统出现泄漏,外面的尘土会进入涡轮增压器,并造成压气机叶轮和涡轮的叶片的损坏。当进气系统在压气机壳与气缸之间存在泄漏时,涡轮增压器增压压力就会降低。

⑤检查系统的高压侧。对系统的高压侧,可以用肥皂水检查有无泄漏。在加肥皂水后,观察有无气泡以便确定出泄漏的根源,检查旁通阀膜片室推杆是否松动和弯曲,检查从膜片室到进气歧管的软管有无开裂、扭结和阻塞气体流动的现象,还应检查连接到涡轮增压器上的冷却软管和润滑油管有无泄漏。

⑥检查排气。排气中有过多的蓝色烟雾表明涡轮增压器油封可能损坏。在涡轮增压器的涡轮端发现机油泄漏时,一定要检查排油管和发动机曲轴箱通气口是否堵塞而流动不畅。

3)涡轮增压器的正确使用

①应使用原厂推荐的发动机机油。涡轮增压发动机中的机油不仅用来润滑发动机,而且用来润滑和冷却涡轮增压器。发动机机油受涡轮增压器热量的影响,其温度很容易升高。因此,机油和机油滤清器应当定期更换,否则会导致涡轮增压器的损坏。

如果不使用推荐的机油,可能导致涡轮增压器轴承的损坏。因此,一定要使用推荐的发动机机油。

②冷机起动后不能高速空转或突然加速。在冷机起动时,因为轴承得不到充分润滑,高速空转或突然加速会导致轴承的损坏。

③在发动机高负荷运转后,如高速行驶或长距离行驶,关闭发动机之前,务必使发动机怠速运转数分钟(一般约为2min)。

车辆行驶时,由于机油和冷却液的冷却,涡轮增压器的温度不会上升太高。当高速行驶后发动机立即停止运转,机油和冷却液的循环停止,涡轮增压器得不到冷却,将导致卡死等故障。因此,发动机必须怠速运转,来冷却涡轮增压器。

④在空气滤清器或空气滤清器壳体已被拆下时,不要起动发动机。否则,可能因外部异物进入而导致涡轮和泵轮损坏。

⑤万一涡轮增压器损坏而必须更换时,首先检查发动机机油的油量和油质、涡轮增压器的使用不良、连接涡轮增压器的油管积炭等可能原因,必要时须排除。

⑥拆卸涡轮增压器时,要堵住进气口、排气口和机油进口,防止脏物或其他外部异物进入系统。

⑦当拆卸和安装涡轮增压器时,不要跌落,不要碰击,不要抓容易变形的零件,如执行器或连杆。

⑧更换涡轮增压器时,检查油管中的油泥或积炭,必要时,清洗或更换。

⑨更换涡轮增压器时,进油口内加入机油,同时用手转动泵轮,以润滑轴承,如图1-89所示。

图1-89 更换涡轮增压器时应往进油口内注入机油

⑩大修或更换发动机时,重装后,在切断燃油供给的情况下,转动发动机30s,以润滑发动机相关部位,然后怠速运转发动机60s。

(10)加速不良检查歌诀(仅供参考)

加速不良

提高转速易熄火，过稀高压火花弱：

加速排气突突声，转速先降后上升，

保持高速数分钟，加速不好高速好，

加速断火故障找，先看点火高压线，

双缸点火急回火，更要检查火花塞④：

加速过度不太好，高压火弱迟或早；

进气通道积炭多，真空泄漏正时错，

加速之时听声音，沉闷圆滑为过迟，

加速爆燃想熄火，点火过早水温高，

加速之后灯报警，检查爆燃很要紧：

转速难升又回火，一喷化清便知晓②：

过稀常见油压低，油泵油箱滤清器；

喷油脉宽看一下，空气流量信号查，

进气压力节气门，信号比较看波形；

电子油门能否开，排气堵塞跑不快：

线束插头接触好，搭铁不良找一找。

注释:

①对于双缸同时点火的无分电器点火系统,如果急加速时出现进气管回火,就更应该拆检火花塞,最好更换火花塞试一下。

②如果加速时转速难以升高且又出现回火,可以在进气口喷化油器清洗剂以加浓混合气,这时明显好转,不再回火就说明混合气过稀。