雷克薩斯NX200t車搭載8AR-FTS發(fā)動機，該款發(fā)動機集可變氣門正時智能廣角（VVT-iW）、雙燃油噴射（D-4S）、雙渦管渦輪增壓器及氣缸蓋集成排氣管等技術(shù)于一體，具有良好的動力性、經(jīng)濟性及排放凈化性。目前搭載該款發(fā)動機的車型還有廣汽豐田漢蘭達、一汽豐田新皇冠等。

下面以雷克薩斯NX200t車為例，詳細介紹8AR-FTS發(fā)動機渦輪增壓系統(tǒng)。

1、8AR-FTS發(fā)動機渦輪增壓系統(tǒng)的組成及工作原理

如圖1所示，8AR-FTS發(fā)動機渦輪增壓系統(tǒng)主要由渦輪增壓器、中冷器、廢氣旁通閥執(zhí)行器、真空調(diào)節(jié)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(fā)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(zhí)行器；9—真空調(diào)節(jié)閥；10—真空泵；11—發(fā)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(jié)氣門；15—增壓壓力傳感器

圖1 8AR-FTS發(fā)動機渦輪增壓系統(tǒng)

1.1 渦輪增壓器基本工作原理

渦輪增壓器的驅(qū)動力來源于發(fā)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(zhuǎn)，同時帶動壓縮機以相同的速度旋轉(zhuǎn)；經(jīng)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(jīng)過節(jié)氣門進入氣缸，大大提高了發(fā)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(fā)動機控制單元根據(jù)發(fā)動機冷卻液溫度、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、負荷等信號，對真空調(diào)節(jié)閥（VRV）進行占空比控制，使廢氣旁通閥執(zhí)行器在由真空泵（由排氣凸輪軸驅(qū)動）產(chǎn)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(diào)節(jié)流過渦輪的廢氣量，從而有效控制進氣增壓壓力，使之與發(fā)動機工況相適應(yīng)。

當廢氣旁通閥執(zhí)行器不受真空力時，廢氣旁通閥為全開狀態(tài)；隨著真空力的增壓，廢氣旁通閥由部分關(guān)閉到完全關(guān)閉。

圖4 增壓壓力限制控制

1.3 增壓空氣循環(huán)控制

 如圖5所示，當發(fā)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(fā)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(zhuǎn)速，在需要時能更迅速地向發(fā)動機提供所需的增壓壓力，減小渦輪增壓器的遲滯現(xiàn)象。

圖5 增壓空氣循環(huán)控制

1.4 渦輪增壓系統(tǒng)冷卻控制

    由于渦輪增壓器長時間處于高溫環(huán)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(fā)動機采用了獨立于發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的渦輪增壓冷卻系統(tǒng)（圖6）。渦輪增壓冷卻系統(tǒng)中冷卻液的循環(huán)動力源為電動冷卻液泵，發(fā)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(jīng)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(zhuǎn)速，以實現(xiàn)最佳冷卻液流率。

圖6 渦輪增壓冷卻系統(tǒng)

2、渦輪增壓系統(tǒng)的故障診斷

    2.1 渦輪增壓系統(tǒng)數(shù)據(jù)流及主動測試

    在故障診斷時，可用故障檢測儀GTS讀取相關(guān)數(shù)據(jù)流（表1），以及對真空調(diào)節(jié)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(tǒng)的數(shù)據(jù)流

表2 渦輪增壓系統(tǒng)的主動測試項目

2.2 渦輪增壓系統(tǒng)常見故障

如圖7所示，正常情況下，發(fā)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(tǒng)的好壞，需要進行路試。

圖7 發(fā)動機怠速及空加速時的數(shù)據(jù)流

渦輪增壓系統(tǒng)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(zhí)行器及其真空系統(tǒng)（真空泵、真空罐、真空調(diào)節(jié)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(tài)下，通過廢氣隔熱罩檢修口觀察廢氣旁通閥執(zhí)行器拉桿的位置變化，可以判斷廢氣旁通閥執(zhí)行器的工作情況。若廢氣旁通閥執(zhí)行器拉桿的位置無變化，說明廢氣旁通閥執(zhí)行器卡滯或真空力不足。拔下廢氣旁通閥執(zhí)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(tǒng)存在故障。

圖8 增壓壓力不足時的發(fā)動機數(shù)據(jù)流

圖9 不同狀態(tài)下廢氣旁通閥執(zhí)行器拉桿的位置

2.3  渦輪增壓系統(tǒng)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(nèi)漏，當渦輪增壓器發(fā)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(huán)從軸承殼泄漏至壓縮機殼或渦輪殼時稱為內(nèi)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(diào)會隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增加而增大，可能的故障原因為進氣系統(tǒng)或渦輪增壓器故障；金屬吱吱聲的音調(diào)相對恒定，一般不會隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)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(fā)動機并暖機2 min以上，發(fā)動機怠速時，檢查真空泵的真空度，真空度應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(diào)節(jié)閥

    脫開向真空調(diào)節(jié)閥導線連接器，測量其電阻，20 ℃時的電阻應(yīng)為11.1 Ω～12.5Ω。如圖11所示，拆下真空調(diào)節(jié)閥，使用手動真空泵向真空調(diào)節(jié)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(yīng)從濾清器處流出；如圖12所示，直接向真空調(diào)節(jié)閥施加蓄電池電壓，然后由端口 E 吹入空氣，空氣應(yīng)從端口 F 流出。

圖11 向真空調(diào)節(jié)閥施加真空

圖12 向真空調(diào)節(jié)閥提供蓄電池電壓