宝马X6发动机高速无力的故障诊断与排除(08汽运四班 小斌)

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14-1诊断电脑检测
首先在静止状态下连接ISID(宝马专用检测仪:Integrated Service Interface Display集成服务信息显示器),打开点火开关,ON档,进行车辆识别,读取车辆数据,对全车电控系统进行测试。大约二十多分钟后,车辆测试完成,进入故障存储器,DME(引擎控制电脑)有燃油高压系统故障记忆,故障代码为B1214(燃油压力调节故障),当前不存在故障,提示需更换高压泵。启动发动机,在怠速工况下查看发动机工作数据,发现1~6缸的运行平稳性数据大致相同,可默认运行规则良好。继续进入ISID的模块测试功能,提示先进行油压测量。
图8-检查燃油滤清器
为了能给高压油路提高良好的油质,已建议车主更换燃油滤清器,并清洗油箱,和油路。
鉴于油品有可能有问题,我们决定拆下两个火花塞检查气缸内点火是否正常,有无积碳。经检查火花塞色泽呈金黄色,无烧蚀,基本无积碳,无需更换。
图9-检查火花塞
15.故障排除
下一步可以开始拆高压油泵了,先观察一下发动机舱,查阅了相关宝马维修资料得知,高压油泵的安装在发动机缸体上,如图11
通过压电喷射器置于气门中间可实现上述目的。处于该位置时,向外打开的新型喷射器能将燃油以锥束形式非常均匀地喷射到燃烧室内。
BMW HPI汽油发动机的新型直接喷射装置采用喷束导向式喷射方式。
采用直接喷射装置时,高压燃油(50至200bar之间)直接喷入燃烧室内。采用直接喷射模式时喷射阀直接伸入燃烧室内。燃油在燃烧室内雾化。通过气体在燃烧室内移动使空气与喷入的燃油混合,从而在点火时刻形成均匀的混合气。混合气形成过程和燃烧过程与带进气管喷射装置的传统发动机相似。由于燃油首先进入气缸并在气缸内蒸发,因此通过这种雾化方式可吸收气缸进气的热量。
燃油从燃油箱处通过电动燃油泵EKP经供给管路以5 bar预压输送至高压泵内。预压值通过低压传感器来监控。EKP根据需要输送燃油。如果该传感器失灵,EKP就会在总线端15接通时以100 %的输送功率继续输送燃油。44燃油在持续运行的三活塞式高压泵(6)内加压,然后通过高压管路输送至共轨(2)内。以这种方式存储在共轨内的加压燃油通过高压管路分配给压电喷射器(4)。发动机管理系统根据发动机负荷和发动机转速确定所需燃油压力。实际达到的压力值通过高压传感器(3)测量并发送至发动机控制单元。在对比共轨压力规定值和实际值后通过燃油量控制阀(7)进行调节。
14-3全面检查排除外因
我们开始沿着供油油路开始慢慢排查原因,检查油箱油泵处线路正常无烧蚀,拔开回油管快速接头检查回油正常,油质无异常。
图7-检查油泵回路
拆开底盘护板内的汽油滤清器,用风枪反吹出内部汽油检查,发现滤清器内的汽油呈黄褐色,对于刚跑了9400多公里的车来说,明显不正常。有可能是加油站油品问题,或者使用了不合适的燃油添加剂。
13.发动机介绍
为了分析此故障,先来了解这款发动机的技术特点,此车装配排量为3.0L的直列6缸新型缸内直喷带双涡轮增压的汽油发动机(图1),配备了ZF公司的6速全电控手自一体变速器。
图1–N54发动机配置
13-1直接喷射装置(HPI)
新一代汽油直接喷射装置在无需损害发动机动态性能的前提下满足了经济性方面的要求。高精度喷射装置可更准确地计量混合气量且可采用高压缩比,这是提高效率并显著降低耗油量的理想前提。
图4-无级双VANOS
进气VANOS单元– 55°曲轴转角
排气VANOS单元– 45°曲轴转角
调节排气凸轮轴用于优化怠速质量或实现最大废气再循环率。相对于不带无级双VANOS的发动机来说,最多可节省燃10%。
除了以上种典型技术外,X6还采用了电动冷却液泵、两级真空泵、液压补偿阀和很多先进的车载网络总线等先进技术。
这种小尺寸增压器的主要优点是其转动惯量较小。即使驾驶员通过加速踏板施加最轻微的作用力,也会立即产生压力。因此不会再感觉到以前涡轮增压发动机典型的涡轮效应滞后现象通过增压器获得输出功率需要一定时间。驾驶员可以体验到一种“尽在掌握”的动力感受,轻松实现瞬间提速。
13-3无级双VANOS
N54发动机以每缸4气门方式(气门由两个顶置凸轮轴驱动)实现换气过程。发动机正时时间可通过两个无级VANOS单元以可变方式调节。所采用的VANOS单元具有以下点火提前角:
图10-高压系统组成
1-高压管路2-共轨3-高压管路4-共轨压力传感器
5-电磁阀喷射器6-高压油泵
在更换前,我们先用冷风将发动机温度吹冷,只有在发动机冷却后才能进行该燃油系统方面的工作,冷却液温度不得超过40°C,必须遵守这项规定,否则高压系统内的剩余压力可能造成燃油反向喷射。进行高压燃油系统方面的工作时,要特别注意保持清洁并遵守维修说明中列出的工作步骤。高压管路螺栓连接件上即使出现最微小的污物或损坏都可能会造成燃油泄漏。拆下发动机盖板后才能隐约看到高压泵,再拆下进气管上的节气门后,我们就可以完全看到高压泵,并开始更换。
1-发动机控制单元2-共轨3-高压传感器4-压电喷射器5- EKP 6-高压泵7-燃油量控制阀8-带有单向阀的高压泵元件9-带有旁通的溢流阀
分析X6的低压和高压相结合的燃油供应系统图,可看出低压燃油供应部分和一般电喷车的燃油供油系统并无多大区别,由电动燃油泵提供油压(5~6bar),油管接口处采用了快速接头。参考压力管边接着燃油压力调节器和燃油回油管。燃油量控制阀控制共轨内的燃油压力。发动机管理系统通过一个脉冲宽度(PWM)信号对其进行控制。根据控制信号使节流阀横截面以不同大小开启,并调节相应负荷点所需的燃油质量流量,此外还能降低共轨内的压力。
用专用电脑找到判断出的故障点后,为了彻底解决故障,还需要找出具体造成此故障的原因,以免返修。
为此,我们进入了ISID的数据测试模块,选择DME数据检测,根据试车员试车时提供的大致转数为2800~3400r/min,我们选择了3000r/min作为测试转数,尽量接近出现故障时的数据,查看其他系统是否有故障。
姓名胡凯
专业班级07汽运一班
论文名称宝马X6发动机高速无力的故障诊断与排除
指导教师林文光
宝马X6发动机高速无力的故障诊断与排除
胡凯07汽运一班
内容摘要:本文主要介绍了一辆宝马X6轿车在高速行驶时发动机动力下降故障的诊断和分析以及最终解决故障。本文介绍了BMW N54B30发动机,排量为3.0L,带双涡轮增压,还应用了BMW车辆可变凸轮轴控制装置(VANOS)与直接喷射装置(HPI)等先进技术。结合一台宝马X6发动机由于高速工作异常,导致发动机在高速时加不起油的故障。讲述了如何运用专用诊断设备检测故障,基本数据测试以及系统结构分析来进行诊断分析,从而最终排除故障。
VANOS进气
0°(曲轴转角)
-3~6°(曲轴转角)
VANOS排气
0.38°(曲轴转角)
-3~5°(曲轴转角)
点火提前角
21.38°(曲轴转角)
16°~28°(曲轴转角)
进气量
g/s
5~11g/s
节气门角度
14.2℃
8.5~28℃﹪
机油量
58.59mm
>60mm(发动机关闭)
凸轮轴调整角
0°(曲轴转角)
通过根据发动机转速调节进气门关闭时刻,可以避免气体从燃烧室回流到进气通道内。利用凸轮轴调节装置可改变气门开启重叠率,从而能够控制气缸内的残余气体量。在气缸内保留部分残余气体可限制燃烧温度,从而降低NOx排放量。
无级VANOS通过改变气门开启重叠率进行内部废气再循环。在气门开启重叠阶段,废气由排气通道流入进气通道内。因此,处于较低和中等转速范围时,调节进气凸轮轴主要用于提高发机扭矩和进行内部废气再循环。转速较高时,主要用于改善功率输出。
图3–双废气涡轮增压系统组成
1-增压运行模式下泄漏气体的PTC2-气缸列2循环空气管路3-节气门连接法兰4-空气滤清器5-气缸列1循环空气管路6-进气管13气缸列7-增压空气压力管路8-气缸列1增压空气进气管路9-增压空气冷却器10-增压空气集气管路11-气缸列1废气涡轮增压器12-废气涡轮增压器13-增压空气进气管路
图2–高精度喷射装置(HPI)
13-2双涡轮增压系统
BMW工程师通过这款新型发动机成功弥补了早期涡轮增压发动机结构上的不足。因此,BMW 6缸涡轮增压发动机也不具有目前涡轮增压发动机典型的负面特性。这种新型发动机既不会延迟提供推动力,也不像传统涡轮增压动力总成那样油耗较高。特别是其双涡轮增压方案可显著提高功率利用率。该发动机不再采用一个大增压器,而是每三个气缸驱动一个小增压器。
14.故障诊断过程
根据此车中低速行驶时正常可推断发动机的机械部件功能正常,可从其他方面检查入手。从常规外表检查看各管路正常,从外表未发现异常,于是遵循由表及里、由简到繁的诊断步骤对故障进行诊断。
造成发动机动力下降的原因分析
空气滤清器滤芯阻塞,混合气过浓,涡轮增压增压压力不足,进气系统漏气,磨损锈蚀疲劳所致年老体衰,油品质量不佳,点火时刻不准,与荷载不匹配而至长期不作为退化或过劳衰退,维护维修不规范操作而至功能退化。
正文
11.故障现象
一辆宝马X6到我公司报修,里程9400km,09年10月上牌,投诉车辆在每次行驶到140km/h以上速度时发动机突然亮黄色的发动机故障警告灯,再踩油门加油就感觉油门空了一样加不起油,提不起速,感觉动力明显下降。
12.验证故障现象
在进厂前,我们先针对客户投诉问题,进行了试车,试车员的确在高速上试到了车主所反映的故障,还发现在亮灯时感觉发动机轻微发抖发抖,在中低速行驶时又一切正常,发动机声音无异常。
关键词:N54发动机,燃油系统,高压油泵,故障诊断
前言:随着当今汽车工业的发展,汽车新技术发展日新月异,尤其在发动机技术方面。现在燃油电子喷射技术都有了大的革新,宝马顶级运动车型X6就采用了先进的缸内直接喷射技术和双涡轮增压技术,这些先进技术使车辆在动力加速方面,燃油经济方面以及环保方面都得到了进一步提升。但是在汽车故障排除方面也增加了不小困难。本文介绍了一例N54发动机因高压泵故障而导致的高速动力下降的故障。
-3~6°(曲轴转角)
大气压力(空气压力)
101Kpa
101Kpa
增压压力实际值
353.81Kpa
280~380Kpa
高压油压
50.2bar
150~200bar
以上数据说明发动机的进气,配气,点火,涡轮增压等系统均正常。
根据故障点,判断故障原因应在燃油系统,下面就来分析一下X6的燃油系统。
图6-X6的燃油系统
由于温度很高,因此N54发动机的废气涡轮增压器不仅与发动机油系统相连,而且还集成在发动机的冷却液循环回路内。N54发动机装有电动冷却液泵时,还可以在关闭发动机后排出废气涡轮增压器内的余热,从而防止轴承壳体内的润滑油过热。
利用冷却液泵的继续运行功能可排出废气涡轮增压器内的积热,从而防止轴颈处机油焦化。这是一项重要的部件保护功能。.双涡轮增压系统涡轮增压器的响应速度对于N54发动机来说最为重要。不允许对驾驶员的要求(即加速踏板位置)做出延迟反应。即不能让驾驶员感觉到所谓的“涡轮效应滞后”。在N54发动机上用两个相互并联的小型涡轮增压器解决了这个问题。气缸1、2和3(气缸列1)驱动废气涡轮增压器(5),气缸4、5和6(气缸列2)驱动另一个废气涡轮增压器(2)。小型废气涡轮增压器的优点在于,在涡轮增压器加速过程中由于涡轮转动惯量较小因此加速质量较小,因而压缩机可以更快达到较高增压压力。
燃油在持续运行的三活塞高压泵内加压,然后通过高压管路输送至共轨内。以这种方式存储在共轨内的加压燃油通过高压管路分配给高压喷射阀。发动机管理系统根据发动机负荷和发动机转速确定所需燃油压力。共轨压力传感器测量实际达到的压力值并将其发送至发动机控制单元。对比共轨压力规定值和实际值后通过燃油量调节阀进行调节。只有在高负荷、低转速的情况下才需要200 bar的压力。
表1:专用电脑检测出的基本发动机数据
测量内容
测量值
正常值
发动机转速
3000r/min
2800~3400r/min
冷却液温度
103.5℃
80~109℃
DME温度
47.5℃
40~60℃
环境温度
30℃
-20~42℃
机油温度
108.6℃
85~120℃
进气温度
54.75℃
30~65℃
喷油时间
2.0ms
2.0~4.0ms
14-2基本数据测量
低压端油压检测:在怠速时接上油压表,检测低压油路压力,查阅维修资料得知低压侧正常压力为5~6bar,经多次检测,只要每次接通点火开关瞬间,燃油压力立刻为5.3bar左右,在正常范围内。可见低压侧基本正常,继续执行检测计划后系统提示须更新高压油泵,并对DME进行控制编程。
图5-测量低压燃油压力
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