详解奔驰M274发动机涡轮增压异常原因及故障两例

◆文/河南 刘勤中

刘勤中(本刊编委会委员)

汽车维修工程师，从业23年，先后担任一汽-大众、通用、奔驰技术总监(经理)，具有扎实的理论基础，在汽车电控诊断领域有着丰富的实战经验和独到的维修见解。先后荣获一汽-大众“优秀技术经理”称号、一等奖；一汽－大众服务杯全国总决赛亚军；荣获上汽通用“汽车维修技术金奖”；公开发表技术文章近100篇，达30余万字。

奔驰上一代主流MRA后驱平台使用的是M274型直列4缸纵置发动机(图1)，于2013年首先装配在E级车上(代号212)，之后在北京奔驰发动机工厂生产，应用于国产C级、E级以及GLK、GLC等纵置布局的后驱及四驱车型上。其实际排量为1991mL(2.0L)，根据调校不同分为低功率版和高功率版，最大功率分别为135kW和155kW，峰值扭矩分别为300N·m和350N·m。M274型发动机的亮点技术包括第三代Blue DIRECT缸内直喷技术、Camtronic可变气门升程技术、Lanchester兰彻斯特平衡轴、可变排量机油泵、以及低惯量涡轮增压技术。

图1 奔驰M274型发动机外观

涡轮增压是利用排气推动涡轮叶片(排气端)高速旋转，从而带动进气口附近的进气叶片转动(进气端)，这样就能对进气进行增压，以提高进气的压力，增加进气密度以达到增加进气量的目的。但是，想要推动涡轮叶片转动需要很大的排气能量，发动机转速较低时，涡轮增压器无法工作，所以很多涡轮增压系统在2 000r/min左右才开始工作。这就是“涡轮迟滞”现象。M274型采用的是低惯量涡轮(图2)，通过内置小型低惯量转子大大缓解涡轮迟滞现象。

图2 奔驰M274型发动机的低惯量涡轮

在奔驰M274发动机工况图(图3)中可以看到，不管是高功率版还是低功率版，从1 200r/min开始就可以输出最大扭矩，且一直持续到4 000r/min(蓝色线)。配合9.8：1的高压缩比，使发动机能在低转速下实现高扭矩，并兼具发动机高转速下的灵敏响应。

图3 奔驰M274型发动机外特性图

奔驰M274型发动机采用的是IHI日本石川岛生产的带旁通阀的涡轮增压器，在发动机上的位置如图4所示。M274型发动机的进气增压系统主要包括两个方面的控制：增压压力控制；减速空气旁通控制。

图4 奔驰M274型发动机涡轮增压器的位置

如果有过多废气流向涡轮，系统通过打开增压压力控制风门，流向涡轮的废气通过旁路被转移，以防涡轮转动过快。一部分废气流通过旁路被引导至涡轮，由此可调节增压压力并限制涡轮转速。通过这种方式，可将增压压力调节至符合发动机当前负荷需求。涡轮转速确定预压缩空气量和增压压力，增压压力由增压空气压力和温度传感器不断进行监测，并被发送至内燃机控制单元。为避免涡轮增压器过载，内燃机控制单元通过涡轮增压器上游的传感器监测排气温度和排气压力，如果存在过热或机械过载的风险，则降低增压压力。

与M270、M276、M278等发动机一样，M274型发动机的增压压力控制也采用真空气动控制方式，增压压力控制压力转换阀Y77/1安装在发动机汽缸前端盖处(图5)。发动机控制单元N3/10通过评估当前负荷获得增压需求值后，通过PWM信号促动增压压力控制转换阀Y77/1，将真空储蓄罐中的真空调制出促动增压压力控制风门真空室所需要的特定大小的负压(真空)，真空室再通过连杆改变废气旁通阀的开度，增压系统的实物连接如图6所示。

图5 奔驰M274型发动机涡轮增压系统结构

图6 增压系统实物连接示意图

增压压力控制转换阀Y77/1的占空比大于5%，受真空作用，真空室内的弹簧回位，带动长的操纵杆向右移动，短的向左移动。在全负荷范围内，控制风门关闭，全部废气都用于驱动涡轮，形成最大的增压压力。这样，通过改变流经涡轮的废气量，来调节或控制增压压力。增压压力控制示意图如图7所示。

图7 增压系统压力控制示意图

增压压力控制转换阀Y77/1的占空比小于5%或未被促动时，大气压克服弹簧的弹力，带动长的操纵杆向左移动，而短的操纵杆向右移动，从而打开控制风门，部分废气通过旁通回路进入排气管，从而减小增压压力。

奔驰M274型发动机采用电动直接控制方式控制减速空气旁通。启动减速模式后，由于轴、泵轮和涡轮的惯性，涡轮增压器会继续转动一段时间。因此，如果快速关闭节气门，一股增压压力波会传回至涡轮增压器。压力波会使输送量处于较低状态，并在叶轮处形成高压，引起增压器泵动 (短促的咆哮声和机械应力)。系统会及时打开旁通空气转换阀Y101(图8)，通过旁通管路快速减压，从而防止发生增压器泵动。

图8 旁通空气转换阀Y101 示意图

发动机运转时，旁通管路的膜片关闭；发动机关闭时，集成在减速空气转换阀中的弹簧将膜片压入基座中。如果发动机控制单元N3/10通过实际数值电位计1和2(M16/6r1，M16/6r2) ，检测到节气门关闭而启用减速模式，则会促动旁通空气转换阀Y101，膜片克服弹簧作用力和增压压力而被拉开，打开通向进气侧的旁通管道，而释放过多的增压压力。旁通空气转换阀Y101的剖面图如图9所示。

图9 旁通空气转换阀Y101的剖面图

如果发动机从减速模式切换至负荷状态，旁通空气转换阀Y101将不再被促动， 弹簧将膜片压向底座方向， 膜片被现有增压压力拉入底座，从而再次关闭旁通管道，此时减速空气旁通状态图10所示。

图10 减速时空气旁通的状态

奔驰M274型发动机增压控制系统的工作原理如图11所示。旁通空气转换阀Y101和增压压力控制转换阀Y77/1从同一个Z结点获得87号供电，其电路图如图12所示。

图11 增压控制系统的工作原理

图12 增压控制系统电路

上文系统介绍了奔驰M274型发动机增压系统结构和控制原理，下文将介绍两个增压系统(增压压力过低和增压压力过高)典型故障案例，进一步了解系统的技术特点和故障诊断方法。

案例1 2016款奔驰GLC250加速无力

故障现象

一辆2016款奔驰GLC250 4MATIC，搭载274.920型发动机，VIN码为LE42539461L00＊＊＊＊，行驶里程为131 439km，该车发动机故障灯亮，且加速无力。

故障诊断与排除

接车后验证故障现象，该车故障持续存在。连接诊断仪进行快速测试，发现发动机控制单元N3/10中存储了3个故障码(图13)：P052E71-曲轴箱通风系统阀门功能故障，促动器已抱死；P029921-废气涡轮增压器1的增压压力过低，信号振幅小于最小振幅；P06DA00为当前故障码，根据厂家的技术通报，可以忽略。

图13 故障车内存储的故障信息

通过试车发现，故障车车速达到80km/h后，明显存在加速无力的现象，影响正常驾驶。试车加速时发现，增压压力的实际值总是低于标准值，比如标准值为150kPa时，实际增压压力只有110kPa左右。

由于曲轴箱通风系统阀门Y58/2只在超速运转模式(即松油门滑行的倒拖工况)下才关闭，以避免异响，对加速时动力性应该没有影响，因此，以故障码P029921为线索进行故障分析和排查。

根据故障码、系统工作原理以及试车时增压压力实际值分析，导致增压压力过低的可能原因有：废气旁通阀控制真空室膜片泄漏；Y77/1增压压力控制转换器连接的真空管路存在泄漏故障；Y77/1增压压力控制转换器故障；废气涡轮增压器机械故障，如旁通阀卡滞在打开位置、涡轮轴卡滞、泵轮叶片变形等；增压器下游至节气门之间(含中冷器)存在泄漏故障；中冷器冷却液泄漏导致冷却不足；旁通空气转换阀Y101泄漏；B28/6节气门上游压力传感器信号失真。

对故障码P029921进行故障引导测试，怠速时增压压力调节器脉冲负载系数为98%(图14)，在正常范围87%～100%内，正常。

图14 故障码P029921的引导测试结果

对故障码P029921进行故障引导测试后，促动检测增压压力控制转换器Y77/1，与正常车对比发现，涡轮增压器的控制杆虽然能够移动，但是移动距离小，且不迅速、不灵活，明显存在异常。用真空表测量废气旁通阀真空室，结果最大负压只能达到-20kPa，且无法保持，需要连续不断地用真空枪手动抽真空。正常情况下该负压能达到-80kPa，且可长时间保持，这说明故障车的真空室膜片存在泄漏。

用手拉动左侧旁通阀与控制真空室之间的操纵杆，发现旁通阀没有卡滞现象。用烟雾检测器检查Y77/1增压压力控制转换器连接的真空管路，未发现泄漏情况。

综合上述检查分析，该车故障原因为废气旁通阀控制真空室膜片泄漏，导致涡轮增压器废气旁通阀无法关闭，使得增压压力过小，从而出现发动机动力不足的故障现象。

由于废气旁通阀控制真空室不单独提供，只能更换涡轮增压器总成。更换后试车，该车加速正常，故障被彻底排除。

案例2 2018款奔驰E200L发动机动力不足

故障现象

一辆2018款奔驰E200L，搭载274.920型发动机，VIN码为LE42131421L18＊＊＊＊，行驶里程为52 679km，车主反映，该车加速时发动机转速上升，但车速上不去，推背感不强。

故障诊断与排除

试车发现，该车发动机故障灯虽然未点亮，但提速很慢，与正常车对比推背感很差，影响到正常的驾驶感受，且故障持续存在。

连接诊断仪进行快速测试，发动机控制单元N3/10中设置了1个存储状态的故障码P023422-废气涡轮增压器1的增压压力过高，信号振幅大于最大振幅，故障频率为5次。从冻结数据看首次和最后一次，车速在60～100km/h之间时，发动机转速均在2 400r/min左右，节气门开度不足0.5%，基本处于关闭状态(图15)。这说明故障发生在超速运转模式(即松油门滑行的倒拖工况)。

根据系统工作原理、故障码及冻结数据分析，系统设置增压压力过高故障码的可能原因有：废气旁通阀卡滞，打开不迅速，如废气旁通阀真空室拉杆被变形的隔热板干涉；废气旁通阀真空室拉杆调整螺母松动、位移，导致旁通阀始终关闭或开度过小；旁通空气转换阀Y101卡滞，不能在超速运转模式下打开；B28/6节气门上游压力传感器信号失真或脏污，导致测量值比实际值高很多；Y77/1增压压力控制转换器机械故障，导致废气旁通阀真空室真空释放过慢；发动机控制单元软件问题。

拉动废气旁通阀真空室拉杆进行检查，发现旁通阀没有卡滞现象，隔热板与拉杆无干涉；检查废气旁通阀真空室拉杆螺母，无松动、位移的情况；利用XENTRY诊断仪促动旁通空气转换阀Y101，可明显感觉到Y101的振动，但拆下Y101检查，未见异常；拆下B28/6节气门上游压力传感器检查发现，传感器有些脏污的情况，用清洗剂清理干净后装复。

找来同款正常车进行对比发现，怠速时猛踩一脚油门，正常车真空室拉杆立即关闭旁通阀，之后拉杆又立即释放，而故障车的真空室拉杆在踩油门的一瞬间也会立即关闭旁通阀，但是之后拉杆不能迅速释放，而是缓慢释放，导致废气旁通阀打开过慢。换上正常车的增压压力控制转换器Y77/1后试车，拉杆收放迅速，故障现象消失。

综合上述检查分析，该车故障原因是Y77/1转换器存在机械故障，导致废气旁通阀真空室真空释放过慢，在超速运转模式下，增压压力过高，发动机控制单元限制扭矩和功率的输出，动力下降。换上新的Y77/1后，该车故障被彻底排除。

维修小结

1.奔驰各款发动机采用不同供应商的增压器，如M275采用德国的KKK公司的涡轮增压器，它曾经是奔驰公司的子公司，后并入美国博格华纳(BorgWarner)公司。M274和M276及M278均采用IHI日本石川岛涡轮增压器，M282和OM642采用美国盖瑞特(GARRETT，霍尼韦尔Honeywell旗下)涡轮增压器，M264采用MHI日本三菱重工涡轮增压器，M256的废气涡轮增压器和电动辅助空气压缩机供应商均是美国博格华纳(BorgWarner)。

2.奔驰涡轮增压器的废气旁通阀控制方式的变化趋势是从压力气动控制变为真空气动控制，最终发展为通过促动器直接电动控制。采用压力气动控制(执行器为Y31/5)的发动机有M275、M277和M279；采用真空气动控制(执行器为Y77/1)的发动有M270、M274、M276和M278)；采用直接电动控制(执行器为M16/7)的发动机有M264、M256和M282。

3.奔驰涡轮增压器的减速空气旁通控制方式的变化趋势是由气动控制变为电动控制。采用气动控制(执行器为Y101)的发动机有M275、M277和M279；采用电动控制(执行器为Y101)的发动机有M270、M274、M276、M278、M256和M264。

4.使用真空表测量M270、M274、M276和M278的废气旁通阀控制真空室，真空标准值都在-80kPa左右。