雷克薩斯NX200t車搭(da)載8AR-FTS發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)，該(gai)款發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)集可變(bian)氣(qi)門(men)正時智能(neng)廣角（VVT-iW）、雙燃油噴(pen)射（D-4S）、雙渦管渦輪增壓(ya)器及(ji)氣(qi)缸蓋集成排(pai)氣(qi)管等技術(shu)于一(yi)體(ti)，具有良好的動(dong)(dong)(dong)力性、經濟性及(ji)排(pai)放凈化性。目前搭(da)載該(gai)款發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)的車型還有廣汽豐(feng)田(tian)漢蘭(lan)達(da)、一(yi)汽豐(feng)田(tian)新(xin)皇冠等。下面筆者以雷克薩斯NX200t車為例，詳細介(jie)紹8AR-FTS發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)渦輪增壓(ya)系(xi)統。
1 8AR-FTS發動機渦輪增壓系統的組成及工作原理
如圖1所示，8AR-FTS發動機渦輪增壓系統主要由渦輪增壓器、中冷器、廢氣旁通閥執行器、真空調節閥、真空泵、空氣旁通閥、電動冷卻液泵及增壓壓力傳感器等組成。
1—發動機控制單元；2—電動冷卻液泵；3—中冷器；4—中冷器散熱器；5—空氣旁通閥；6—空氣流量傳感器；7—渦輪增壓器；8—廢氣旁通閥執行器；9—真空調節閥；10—真空泵；11—發動機冷卻液溫度傳感器；12—曲軸位置傳感器；13—進氣歧管絕對壓力/溫度傳感器；14—節氣門；15—增壓壓力傳感器
圖1 8AR-FTS發動機渦輪增壓系統
1.1 渦輪增壓器基本工作原理
渦輪增壓器的驅動力來源于發動機排出的廢氣。渦輪增壓器的渦輪和壓縮機同軸安裝（圖2），當廢氣氣流沖擊渦輪時，渦輪高速旋轉，同時帶動壓縮機以相同的速度旋轉；經空氣濾清器的空氣被吸入壓縮機，壓縮后溫度和壓力升高；接著壓縮空氣進入中冷器冷卻，然后經過節氣門進入氣缸，大大提高了發動機的充氣效率。另外，該車采用雙渦管單渦輪增壓器（圖3），廢氣由2個通道導入渦輪，其中氣缸1和氣缸4共用一個通道，氣缸2和氣缸3共用一個通道，這樣可以更高效地利用脈沖增壓效果。
圖2 渦輪和壓縮機同軸安裝
圖3 雙渦管單渦輪增壓器
1.2 增壓壓力限制控制
如圖4所示，發動機控制單元根據發動機冷卻液溫度、發動機轉速、負荷等信號，對真空調節閥（VRV）進行占空比控制，使廢氣旁通閥執行器在由真空泵（由排氣凸輪軸驅動）產生的真空力的作用下控制廢氣旁通閥的開度，讓部分廢氣從廢氣旁通閥排出，調節流過渦輪的廢氣量，從而有效控制進氣增壓壓力，使之與發動機工況相適應。
當廢氣旁通閥執行器不受真空力時，廢氣旁通閥為全開狀態；隨著真空力的增壓，廢氣旁通閥由部分關閉到完全關閉。
圖4 增壓壓力限制控制
1.3 增壓空氣循環控制
如圖5所示，當發動機工況急劇變化或其他因素引起增壓壓力急劇上升時，如急加速后急松加速踏板，發動機控制單元控制空氣旁通閥使渦輪增壓器前后的空氣導通，保持壓力平衡，可有效避免空氣喘振及葉輪損壞，同時能使渦輪保持在較高轉速，在需要時能更迅速地向發動機提供所需的增壓壓力，減小渦輪增壓器的遲滯現象。
圖5 增壓空氣循環控制
1.4 渦輪增壓系統冷卻控制
由于渦輪增壓器長時間處于高溫環境中，熱量積累較為嚴重，為有效保護渦輪增壓器及降低進氣溫度，該款發動機采用了獨立于發動機冷卻系統的渦輪增壓冷卻系統（圖6）。渦輪增壓冷卻系統中冷卻液的循環動力源為電動冷卻液泵，發動機控制單元對比由空氣流量傳感器測得的進氣溫度和由進氣歧管絕對壓力/溫度傳感器測得的經過中冷器后的進氣溫度，判斷中冷器的冷卻效率，然后通過占空比信號控制電動冷卻液泵的轉速，以實現最佳冷卻液流率。
圖6 渦輪增壓冷卻系統
2 渦輪增壓系統的故障診斷
2.1 渦輪增壓系統數據流及主動測試
在故障診斷時，可用故障檢測儀GTS讀取相關數據流（表1），以及對真空調節閥、空氣旁通閥及電動冷卻液泵進行主動測試（表2）。
表1 渦輪增壓系統的數據流
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數據流 |
含義 |
備注 |
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Atmospheric Pressure |
大氣壓力 |
— |
Intake Air Temperature
B1S1 (Turbo) |
經過中冷器后的進氣溫度 |
由進氣歧管絕對壓力/溫度傳感器測量 |
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Wastegate Valve Control Duty Ratio |
真空調節閥控制占空比 |
— |
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Intercooler Water Pump Speed |
電動冷卻液泵轉速 |
— |
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Intercooler Water Pump |
電動冷卻液泵驅動請求占空比 |
— |
|
Target Boost Pressure |
目標增壓壓力 |
由發動機控制單元計算 |
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Air Bypass Valve Control |
空氣旁通閥工作狀 |
— |
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Boost Pressure Sensor |
實際增壓壓力 |
由增壓壓力傳感器測量 |
表2 渦輪增壓系統的主動測試項目
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測試項目 |
含義 |
控制狀態 |
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Activate the Air Bypass Valve |
激活空氣旁通閥 |
ON/OFF |
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Control the Intercooler Water Pump |
控制電動冷卻液泵 |
0%～100% |
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Control the Wastegate Valve Duty Ratio |
控制廢氣旁通閥（真空調節閥） |
0%～100% |
2.2 渦輪增壓系統常見故障
如圖7所示，正常情況下，發動機怠速及空加速時的目標增壓壓力和實際增壓壓力均約為大氣壓力，這說明在這2種工況下渦輪增壓器均無增壓效果，因此若要判斷渦輪增壓系統的好壞，需要進行路試。
圖7 發動機怠速及空加速時的數據流（截屏）
渦輪增壓系統常見的故障為增壓壓力不足，導致車輛加速無力。如圖8所示，目標增壓壓力為214.12 kPa，而實際增壓壓力為106.81 kPa，增壓壓力嚴重不足。導致增壓壓力不足的可能故障原因有：進氣管路泄漏；廢氣旁通閥卡滯在打開位置；廢氣旁通閥執行器及其真空系統（真空泵、真空罐、真空調節閥及真空管等）故障；排氣背壓過大；渦輪增壓器損壞。如圖9所示，在不同狀態下，通過廢氣隔熱罩檢修口觀察廢氣旁通閥執行器拉桿的位置變化，可以判斷廢氣旁通閥執行器的工作情況。若廢氣旁通閥執行器拉桿的位置無變化，說明廢氣旁通閥執行器卡滯或真空力不足。拔下廢氣旁通閥執行器的真空管，用手感覺是否存在吸力，若無吸力或吸力明顯不足，說明真空系統存在故障。
圖8 增壓壓力不足時的發動機數據流（截屏）
圖9 不同狀態下廢氣旁通閥執行器拉桿的位置
2.3 渦輪增壓系統主要部件的檢查
2.3.1 渦輪增壓器
主要檢查渦輪增壓器是否存在漏油及異響。渦輪增壓器漏油分為外漏和內漏，當渦輪增壓器發生外漏時，可以從渦輪增壓器外部（如機油管接頭）觀察到機油痕跡；當機油通過密封環從軸承殼泄漏至壓縮機殼或渦輪殼時稱為內漏，此時會有大量白煙從排氣管冒出。渦輪增壓器異響分為氣流嘯叫聲和金屬吱吱聲，氣流嘯叫聲的音量和音調會隨著發動機轉速的增加而增大，可能的故障原因為進氣系統或渦輪增壓器故障；金屬吱吱聲的音調相對恒定，一般不會隨著發動機轉速的變化而變化，可能的故障原因為渦輪增壓器損壞。
2.3.2 真空泵
脫開真空泵上的真空軟管，將真空表軟管連接到真空泵上，起動發動機并暖機2 min以上，發動機怠速時，檢查真空泵的真空度，真空度應大于86.7 kPa。
2.3.3 空氣旁通閥
脫開空氣旁通閥導線連接器，測量其電阻，20 ℃時的電阻應為8.7Ω～9.2 Ω；直接向空氣旁通閥施加蓄電池電壓（時間不能超過10 s）或用故障檢測儀對空氣旁通閥進行主動測試，應能聽到空氣旁通閥工作的聲音；拆下空氣旁通閥，按下并松開空氣旁通閥柱塞（圖10）時，柱塞應能迅速返回原位，同時確保無異物卡住柱塞密封圈且柱塞密封圈無損壞。
圖10 空氣旁通閥
2.3.4 真空調節閥
脫開向真空調節閥導線連接器，測量其電阻，20 ℃時的電阻應為11.1 Ω～12.5Ω。如圖11所示，拆下真空調節閥，使用手動真空泵向真空調節閥端口 F 施加 67 kPa的真空度，然后由端口 E 吹入空氣時，空氣應從濾清器處流出；如圖12所示，直接向真空調節閥施加蓄電池電壓，然后由端口 E 吹入空氣，空氣應從端口 F 流出。
圖11 向真空調節閥施加真空
圖12 向真空調節閥提供蓄電池電壓
