【宝马x5突然断电】示例-宝马发动机涡轮增压器故障诊断和排除

一、现象

宝马X5/E70/N55的一辆骄傲车在车辆运行过程中，有时发动机故障灯会亮起，信息显示会显示“发动机功率下降”，启动关闭后再启动，发动机故障灯可能会熄灭。如果车辆缓慢提速，油门慢慢踩下，速度可以达到130 km/h，但如果速度达到80 km/h左右，突然加速，发动机故障灯会立即打开。

二、发动机电控特性

宝马N55发动机采用高压直射涡轮增压技术。这是世界上第一台双旋流管单涡轮增压器、燃油直接喷射和全可变电子阀门技术(Valvetronic)的发动机。宝马N55发动机结合了多辆宝马的最新技术，以低速度实现了高扭矩输出，同时在燃油经济性方面取得了更好的成绩。简要介绍了宝马N55发动机的电气控制原理。

低压油泵油压通过燃油压力传感器监测低压喷射压力。而且，电动燃油泵根据需要输送燃料。如果燃料压力传感器发生故障，公共汽车末端将控制电动燃油泵，以100%的输送功率继续输送低压燃料。低压燃料在持续工作的三活塞高压泵内施加压力，通过高压管道输送到共轨内。分配给高压喷射器。发动机管理系统DME根据发动机负载和发动机速度确定所需的燃料压力。共轨压力传感器测量实际达到的压力值，并发送到发动机控制装置。将共轨压力规定值与实际值进行比较后，通过燃油量调节阀进行调节。DME根据各种传感器信号精确喷射压力喷射器，以满足各种工作条件的要求。只有在高负载、低转速的情况下，才需要200bar的压力，因此可以减少发动机本身的能耗。

进排气系统采用VANOS系统、第三代VAVLETRONIC电子可变阀、双涡管单涡轮废气增压器等，减少了废气排放，提高了动力。

1.涡轮增压系统工作原理：

宝马N55发动机使用单涡轮双涡管增压器，具有控制原理，如图1所示。发动机运转产生的废气通过废气涡轮增压机的涡轮侧，推动涡轮旋转。涡轮还转动连接到刚性的泵轮，压缩入口内的空气，提高进气压力。因此，增压压力与达到废气涡轮增压涡轮侧的废气流直接相关。发动机控制装置通过废气防通阀调节增压压力。达到所需的增压压力后，排气阀部分打开，部分废气通过旁路通道排出。这样，当发动机不需要增压时，可以降低涡轮的转速，从而控制增压压力。该废气旁路阀由真空致动器6直接操作，真空致动器由发动机控制装置通过压力转换器3控制。真空负压由持续工作的发动机真空泵产生，并存储在阀门盖内的蓄能器中。这样不会对制动力功能产生不利影响。排气歧管采用无间隙的6合2结构。为了使TwinScroll排气涡轮增压器最好地流入气流，三个排气通道中的每一个都聚集到一个排气通道中。排气歧管和排气涡轮增压器相互焊接，是部件。

1 DME 2涡轮增压器3压力转换阀EPDW 4排气加热装置5空气管道止回阀6排气阀执行器7空气减压阀8空气压力传感器11进气口12加压压力传感器13电动节气门调节器16加压空气冷却器

图1涡轮增压器控制电路图

TwinScroll涡轮增压器在极少数情况下，排气涡轮由一定的废气压力控制。转速低时，废气以脉冲形式进入废气涡轮。脉动引起的废气涡轮的压力比在短时间内很高。随着压力的增加，效率逐渐提高，因此脉动还改善了增压压力流量和发动机扭矩。这种情况在发动机速度低时尤为明显。但是，为了避免在通风过程中影响单个气缸，将气缸13(气缸1)和气缸46(气缸2)等气缸分别收集到一个排气管中。分离的废气气流在排气涡轮增压器内通过两个排气通道(1 ^ 2)螺旋导向排气涡轮。通过这种结构，可以充分利用产生的脉动，产生增压压力。可以认为，双旋流管单涡轮增压器1加1大于2增压效果。现有废气旁路阀用于限制加压压力。

2增压压力调节装置

发动机管理系统DME通过压力转换阀控制排气涡轮增压器的废气防通阀来调节增压压力。压力转换阀是通过2芯插头连接到DME并接受来自子DME的脉宽信号的比例阀，如图2所示。压力转换阀由脉冲宽度控制，如表1所示，脉冲负载参数在15%到65%之间(取决于发动机工作模式)。压力转换阀可根据工作要求，向废气防通阀执行器提供真空大小，进行未经授权的改造。

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

大小	数值
电压范围	10.8 至 16 伏
脉冲负载参数 (根据不同的发动机运转类型)	15 至 65 %
调节电压频率	300 Hz
真空建立响应时间	200 毫秒
20 °C时的电阻	9.8 至 11.2 Ω
温度范围	-40 °C至 140 °C

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

2C57-增压压力调节，可信度：压力过低
故障描述	本诊断将对增压压力传感器的压力进行监控，如果测得的增压压力小于额定值，则识别为该故障
故障识别条件	电压条件：车载网络电压在9—12V之间其它条件：发动机转速大于1900RPM 总线端状态：KI.15
故障代码存储记录条件	如果故障存在时间超过1MIN，则记录该故障
故障影响和抛锚说明	发动机处于紧急程序并且功率下降
保养措施	检查发动机DME和增压压力传感器之间的线束；增压压力传感器；检查废气旁通阀是否卡住而打开；检查气动压力变换阀；检查真空管路和真空度；排气背压过高等

表3发动机DME控制单元2C58的故障描述

2C58-增压压力调节，关闭：建压已锁止
故障描述	本诊断监控通过发动机管理系统进行的增压关闭，如果记录了增压压力调节的其它故障则就为该故障
故障识别条件	电压条件：车载网络电压在9—12V之间其它条件：发动机转速大于1900RPM 总线端状态：KI.15
故障代码存储记录条件	见单项故障
故障影响和抛锚说明	无
保养措施	见单项故障

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

增压	增压系统数动态数据流
	怠速时
功能	节气门后的进气管压力
状态	0.96bar
功能	节气门前的进气管压力（增压压力）
状态	1.0 bar
功能	节气前的进气管增压压力标准值
状态	1.01 bar
功能	增压空气温度
状态	43.3℃

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

增压	增压系统数动态数据流对比
	缓慢加速时	行驶80KM/H急加速时
功能	节气门后的进气管压力	节气门后的进气管压力
状态	1.2bar	1.05bar（这时应该为1.3bar左右）
功能	节气门前的进气管压力（增压压力）	节气门前的进气管压力（增压压力）
状态	1.25 bar	1.06bar
功能	节气前的进气管增压压力标准值	节气前的进气管增压压力标准值
状态	1.27 bar	1.5bar
功能	增压空气温度	增压空气温度
状态	44.3℃	43 ℃

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

加压压力	测量值	标准值	备注
1bar	1.95V	1.95 V
1.5bar	2.0 V	2.8 V	异常
2bar	2.6 V	3.7 V	异常

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

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