2018款奧迪RS4渦輪增壓器異響

◆文/北京 任賀新

故障現象

一輛2018款奧迪RS4，搭載DEC型2.9T發動機，行駛里程為48000km。該車啟動后，在發動機處于高怠速狀態時，發動機艙內傳出“噠噠”的金屬敲擊聲；在停車狀態下反復踩油門踏板，或者在車輛低速行駛過程中，也能聽到來自于發動機艙傳來的異響。據車主介紹，這是一輛剛買的二手車，發現異響問題后曾前往奧迪4S店檢查，維修人員建議更換兩個渦輪增壓器，費用將近10萬元。

故障診斷與排除

奧迪EA839系列發動機包括3.0T和2.9T兩個型號，2.9T發動機(圖1)帶有兩個渦輪增壓器，都安裝在發動機的V型腔中，這種布局使得發動機排氣道更短且增壓器響應更為迅速。

連接診斷儀進行檢測，發動機控制單元內未存儲故障碼。拆掉發動機蓋板，按照車主描述的方法試車，發現收回油門踏板的瞬間和啟動的瞬間，發動機艙內均會發出“噠噠”的金屬敲擊異響。經仔細排查，發現異響來自渦輪增壓器的廢氣旁通閥(圖2)。

圖2 故障車的異響部位

渦輪增壓器是為了在廢氣質量流量小的條件下仍能讓發動機具有較大的扭矩，在發動機轉速低于2000r/min時，增壓器就會處于全負荷運轉。為防止在較大廢氣質量流量時，渦輪增壓器超速，需要將一部分廢氣質量通過旁通閥放走。旁通閥可優化發動機的高、低速性能，壓力大時，部分發動機廢氣經旁通閥排出，這樣既能改善低速性能，又能避免高速工況汽缸爆發壓力過高。因此，想找到故障車渦輪增壓器異響的根本原因，首先應系統掌握旁通閥的控制原理。

該車渦輪增壓器采用真空控制式的廢氣旁通閥。執行器被膜片分隔成兩個空腔，靠近渦輪增壓器的空腔連接大氣，另一個空腔(真空腔)內裝有彈簧，頂著膜片，并通過真空調節電磁閥與真空泵相連。無需渦輪增壓器工作時，例如在熄火狀態下，ECU將切斷真空調節電磁閥電路，執行器的真空腔連接大氣，此時膜片兩側均為大氣壓力。膜片在彈簧的作用下壓向空氣腔，并帶動推桿打開廢氣旁通閥(圖3)。

圖3 旁通閥全開時廢氣的流經路線

需要渦輪增壓器介入工作時，ECU接通真空調節電磁閥，將執行器的真空腔連接到真空泵。在真空吸力的作用下，膜片克服彈簧的彈力壓向真空腔一側，并帶動推桿關閉廢氣旁通閥(圖4)。

圖4 旁通閥全閉時廢氣的流經路線

在調整增壓壓力的過程中，真空調節電磁閥不是開關狀態，而是可以無級調整其開度。發動機控制器通過脈沖寬度調制信號(PWM)控制電磁閥，實現開度從0到100%的無級控制，這樣就在執行器上建立了不同的真空度，從而控制流經旁通閥的廢氣流量。

根據廢氣旁通閥的控制原理，并結合故障車的故障現象，可從兩個方面進行重點排查：廢氣旁通閥的拉桿和球頭間隙過大(如果是這種情況就只能更換增壓器總成)；提供給執行器的真空度不足，無法拉緊廢氣旁通閥，發動機排出的廢氣推動旁通閥，讓其顫抖發出異響。

對比正常車輛的渦輪增壓器，該車旁通閥聯動機構的間隙正常。拆掉前氧傳感器，用內窺鏡觀察旁通閥(圖5)，未發現破損等異常現象，因此，可以排除渦輪增壓器自身問題，接下來應重點檢查執行器的真空度。

圖5 用內窺鏡檢查故障車增壓器旁通閥

導致執行器的真空不足的可能原因有：執行器及其管路漏氣；真空調節電磁閥卡滯，ECU無法調整到正確位置；真空泵或進氣歧管提供的真空度不足；ECU自身故障，提供錯誤的PWM信號。

用手動真空槍測試執行器及相關管路無漏氣現象；用診斷儀執行動作測試，促動真空調節電磁閥，伴隨閥芯動作可發出“噠噠”敲擊聲，說明真空調節電磁閥無卡滯現象；將壓力傳感器連接在真空泵和真空調節電磁閥之間，測量真空泵的真空度(圖6)，發動機運轉15s左右真空度可達920mbar(1mbar=100Pa)，說明真空泵工作正常。

圖6 故障車真空泵的真空度檢測結果

為什么旁通閥會發出異響？為了找到答案，決定用示波器采集加速過程中的信號。將壓力傳感器用三通閥連接在真空調節電磁閥和執行器之間(圖7)，測量執行器的真空度。

圖7 壓力傳感器的連接位置

將示波器的第2個通道連接到ECU至真空調節電磁閥的控制針腳，采集調整電磁閥開度的PWM信號。真空調節電磁閥有兩個針腳，一個是供電線，另一個是PWM控制線。該車ECU采用負控方式調整電磁閥開度。在加速瞬間采集到的波形如圖8所示，其中藍線為執行器真空度，紅線為真空調節電磁閥的PWM信號。

圖8 故障車執行器真空度波形圖

從波形圖上可以看出，隨著紅線PWM信號的調整，執行器真空度也在來回變化。通過這個波形，很難看出故障原因，因此需要使用數字存儲示波器的計算功能，將PWM信號轉換成占空比曲線。計算后的波形如圖9所示，圖中藍線表示執行器真空度，黑線是根據PWM電壓信號計算出的占空比曲線。

圖9 計算后的真空度波形圖

從圖中可以看出，發動機怠速時，E C U控制真空調節電磁閥的占空比約為28%，對應執行器的真空度約為-180mbar。用力踩油門踏板時，ECU將占空比調整至約92%，執行器的真空度隨之增大，油門踏板的深度不同，可以達到的最大真空度也不一樣。

每次松開油門踏板時，都能聽到旁通閥傳出敲擊異響，同時在藍色真空度曲線上出現毛刺，推測是旁通閥的振動傳遞到執行器內的膜片，導致執行器內真空腔的氣壓發生波動。

松開油門踏板瞬間，雖然節氣門迅速關閉，但發動機仍維持在較高轉速，因此排氣的流速和流量都比較高。松開油門踏板瞬間，ECU的控制占空比降低到28%左右，執行器內的真空度立刻降低至約-180mbar。這個真空度可以關閉旁通閥，但無法完全拉緊旁通閥。由于怠速時的排氣流量較小，旁通閥不會產生異響，然而松開油門踏板瞬間的排氣流量較大，足以推動旁通閥，致使旁通閥顫動發出異響。因此，我們懷疑是ECU提供了錯誤的PWM信號，導致執行器的真空度不足，無法拉緊旁通閥。

為了進一步驗證我們的判斷，拔掉真空調節電磁閥插頭，用一個信號模擬器驅動電磁閥(圖10)，人為輸出一個較大占空比的PWM信號，觀察松開油門踏板瞬間旁通閥是否異響。經過驗證，我們發現占空比達到40%時，執行器能拉緊旁通閥，松開油門踏板瞬間不再發出異響。由此可見，通過調整PWM信號的占空比，可以排除增壓器異響故障。

圖10 接上信號模擬器人為輸入較大占空比的PWM信號

與車主說明檢測結果并進一步溝通時得知，該車曾經刷過發動機一階動力。由此，我們懷疑是刷發動機動力時改變了增壓器參數而引發增壓器異響。嘗試將發動機控制單元的數據恢復為原廠狀態，經過反復試車發現增壓器異響消失。用示波器讀取執行器真空度波形如圖11所示，圖中紅線為執行器真空度，黑線為根據PWM電壓信號計算出的占空比曲線。從波形圖中可以看出，發動機怠速時，ECU控制真空調節電磁閥的占空比約為7%，對應執行器的真空度約為-30mbar，提供給執行器的真空度很小，執行器內彈簧的彈力作用在旁通閥上，旁通閥處于張緊狀態，因此廢氣無法推動旁通閥。廢氣旁通閥處于打開狀態，渦輪增壓器沒有工作。

圖11 異響故障排除后執行器真空度波形圖

將發動機控制單元的數據恢復至出廠狀態后，該車增壓器異響的故障被徹底排除。

維修小結

對于性能車，車主為了追求速度帶來的刺激，往往會對其發動機進行動力改裝升級。刷發動機一階動力是最初級的動力升級方式，雖然沒有對硬件進行改裝，但會調整發動機的參數。在動力升級過程中，如果某項數據調整得不合適，就會引發相應的故障。對于這類因為人為改變發動機參數而導致的軟故障，診斷起來確實比較困難。但是，如果能全面掌握系統的工作原理和控制邏輯，診斷時做到有條不紊，就一定能查個水落石出。