2018款奥迪RS4涡轮增压器异响

◆文/北京 任贺新

故障现象

一辆2018款奥迪RS4，搭载DEC型2.9T发动机，行驶里程为48000km。该车启动后，在发动机处于高怠速状态时，发动机舱内传出“哒哒”的金属敲击声；在停车状态下反复踩油门踏板，或者在车辆低速行驶过程中，也能听到来自于发动机舱传来的异响。据车主介绍，这是一辆刚买的二手车，发现异响问题后曾前往奥迪4S店检查，维修人员建议更换两个涡轮增压器，费用将近10万元。

故障诊断与排除

奥迪EA839系列发动机包括3.0T和2.9T两个型号，2.9T发动机(图1)带有两个涡轮增压器，都安装在发动机的V型腔中，这种布局使得发动机排气道更短且增压器响应更为迅速。

连接诊断仪进行检测，发动机控制单元内未存储故障码。拆掉发动机盖板，按照车主描述的方法试车，发现收回油门踏板的瞬间和启动的瞬间，发动机舱内均会发出“哒哒”的金属敲击异响。经仔细排查，发现异响来自涡轮增压器的废气旁通阀(图2)。

图2 故障车的异响部位

涡轮增压器是为了在废气质量流量小的条件下仍能让发动机具有较大的扭矩，在发动机转速低于2000r/min时，增压器就会处于全负荷运转。为防止在较大废气质量流量时，涡轮增压器超速，需要将一部分废气质量通过旁通阀放走。旁通阀可优化发动机的高、低速性能，压力大时，部分发动机废气经旁通阀排出，这样既能改善低速性能，又能避免高速工况汽缸爆发压力过高。因此，想找到故障车涡轮增压器异响的根本原因，首先应系统掌握旁通阀的控制原理。

该车涡轮增压器采用真空控制式的废气旁通阀。执行器被膜片分隔成两个空腔，靠近涡轮增压器的空腔连接大气，另一个空腔(真空腔)内装有弹簧，顶着膜片，并通过真空调节电磁阀与真空泵相连。无需涡轮增压器工作时，例如在熄火状态下，ECU将切断真空调节电磁阀电路，执行器的真空腔连接大气，此时膜片两侧均为大气压力。膜片在弹簧的作用下压向空气腔，并带动推杆打开废气旁通阀(图3)。

图3 旁通阀全开时废气的流经路线

需要涡轮增压器介入工作时，ECU接通真空调节电磁阀，将执行器的真空腔连接到真空泵。在真空吸力的作用下，膜片克服弹簧的弹力压向真空腔一侧，并带动推杆关闭废气旁通阀(图4)。

图4 旁通阀全闭时废气的流经路线

在调整增压压力的过程中，真空调节电磁阀不是开关状态，而是可以无级调整其开度。发动机控制器通过脉冲宽度调制信号(PWM)控制电磁阀，实现开度从0到100%的无级控制，这样就在执行器上建立了不同的真空度，从而控制流经旁通阀的废气流量。

根据废气旁通阀的控制原理，并结合故障车的故障现象，可从两个方面进行重点排查：废气旁通阀的拉杆和球头间隙过大(如果是这种情况就只能更换增压器总成)；提供给执行器的真空度不足，无法拉紧废气旁通阀，发动机排出的废气推动旁通阀，让其颤抖发出异响。

对比正常车辆的涡轮增压器，该车旁通阀联动机构的间隙正常。拆掉前氧传感器，用内窥镜观察旁通阀(图5)，未发现破损等异常现象，因此，可以排除涡轮增压器自身问题，接下来应重点检查执行器的真空度。

图5 用内窥镜检查故障车增压器旁通阀

导致执行器的真空不足的可能原因有：执行器及其管路漏气；真空调节电磁阀卡滞，ECU无法调整到正确位置；真空泵或进气歧管提供的真空度不足；ECU自身故障，提供错误的PWM信号。

用手动真空枪测试执行器及相关管路无漏气现象；用诊断仪执行动作测试，促动真空调节电磁阀，伴随阀芯动作可发出“哒哒”敲击声，说明真空调节电磁阀无卡滞现象；将压力传感器连接在真空泵和真空调节电磁阀之间，测量真空泵的真空度(图6)，发动机运转15s左右真空度可达920mbar(1mbar=100Pa)，说明真空泵工作正常。

图6 故障车真空泵的真空度检测结果

为什么旁通阀会发出异响？为了找到答案，决定用示波器采集加速过程中的信号。将压力传感器用三通阀连接在真空调节电磁阀和执行器之间(图7)，测量执行器的真空度。

图7 压力传感器的连接位置

将示波器的第2个通道连接到ECU至真空调节电磁阀的控制针脚，采集调整电磁阀开度的PWM信号。真空调节电磁阀有两个针脚，一个是供电线，另一个是PWM控制线。该车ECU采用负控方式调整电磁阀开度。在加速瞬间采集到的波形如图8所示，其中蓝线为执行器真空度，红线为真空调节电磁阀的PWM信号。

图8 故障车执行器真空度波形图

从波形图上可以看出，随着红线PWM信号的调整，执行器真空度也在来回变化。通过这个波形，很难看出故障原因，因此需要使用数字存储示波器的计算功能，将PWM信号转换成占空比曲线。计算后的波形如图9所示，图中蓝线表示执行器真空度，黑线是根据PWM电压信号计算出的占空比曲线。

图9 计算后的真空度波形图

从图中可以看出，发动机怠速时，E C U控制真空调节电磁阀的占空比约为28%，对应执行器的真空度约为-180mbar。用力踩油门踏板时，ECU将占空比调整至约92%，执行器的真空度随之增大，油门踏板的深度不同，可以达到的最大真空度也不一样。

每次松开油门踏板时，都能听到旁通阀传出敲击异响，同时在蓝色真空度曲线上出现毛刺，推测是旁通阀的振动传递到执行器内的膜片，导致执行器内真空腔的气压发生波动。

松开油门踏板瞬间，虽然节气门迅速关闭，但发动机仍维持在较高转速，因此排气的流速和流量都比较高。松开油门踏板瞬间，ECU的控制占空比降低到28%左右，执行器内的真空度立刻降低至约-180mbar。这个真空度可以关闭旁通阀，但无法完全拉紧旁通阀。由于怠速时的排气流量较小，旁通阀不会产生异响，然而松开油门踏板瞬间的排气流量较大，足以推动旁通阀，致使旁通阀颤动发出异响。因此，我们怀疑是ECU提供了错误的PWM信号，导致执行器的真空度不足，无法拉紧旁通阀。

为了进一步验证我们的判断，拔掉真空调节电磁阀插头，用一个信号模拟器驱动电磁阀(图10)，人为输出一个较大占空比的PWM信号，观察松开油门踏板瞬间旁通阀是否异响。经过验证，我们发现占空比达到40%时，执行器能拉紧旁通阀，松开油门踏板瞬间不再发出异响。由此可见，通过调整PWM信号的占空比，可以排除增压器异响故障。

图10 接上信号模拟器人为输入较大占空比的PWM信号

与车主说明检测结果并进一步沟通时得知，该车曾经刷过发动机一阶动力。由此，我们怀疑是刷发动机动力时改变了增压器参数而引发增压器异响。尝试将发动机控制单元的数据恢复为原厂状态，经过反复试车发现增压器异响消失。用示波器读取执行器真空度波形如图11所示，图中红线为执行器真空度，黑线为根据PWM电压信号计算出的占空比曲线。从波形图中可以看出，发动机怠速时，ECU控制真空调节电磁阀的占空比约为7%，对应执行器的真空度约为-30mbar，提供给执行器的真空度很小，执行器内弹簧的弹力作用在旁通阀上，旁通阀处于张紧状态，因此废气无法推动旁通阀。废气旁通阀处于打开状态，涡轮增压器没有工作。

图11 异响故障排除后执行器真空度波形图

将发动机控制单元的数据恢复至出厂状态后，该车增压器异响的故障被彻底排除。

维修小结

对于性能车，车主为了追求速度带来的刺激，往往会对其发动机进行动力改装升级。刷发动机一阶动力是最初级的动力升级方式，虽然没有对硬件进行改装，但会调整发动机的参数。在动力升级过程中，如果某项数据调整得不合适，就会引发相应的故障。对于这类因为人为改变发动机参数而导致的软故障，诊断起来确实比较困难。但是，如果能全面掌握系统的工作原理和控制逻辑，诊断时做到有条不紊，就一定能查个水落石出。