雷克萨斯NX200t车搭载8AR-FTS发动机,该款发动机集可变气门正时智能广角(VVT-iW)、双燃油喷射(D-4S )、双涡管涡轮增压器及气缸盖集成排气管等技术于一体,具有良好的动力性、经济性及排放净化性。目前搭载该款发动机的车型还有广汽丰田汉兰达、一汽丰田新皇冠等。下面笔者以雷克萨斯NX200t车为例,详细介绍8AR-FTS发动机涡轮增压系统。
1 8AR-FTS发动机涡轮增压系统的组成及工作原理
如图1所示,8AR-FTS发动机涡轮增压系统主要由涡轮增压器、中冷器、废气旁通阀执行器、真空调节阀、真空泵、空气旁通阀、电动冷却液泵及增压压力传感器等组成。
1.1涡轮增压器基本工作原理
涡轮增压器的驱动力来源于发动机排出的废气。涡轮增压器的涡轮和压缩机同轴安装(图2),当废气气流冲击涡轮时,涡轮高速旋转,同时带动压缩机以相同的速度旋转;经空气滤清器的空气被吸入压缩机,压缩后温度和压力升高;接着压缩空气进入中冷器冷却,然后经过节气门进入气缸,大大提高了发动机的充气效率。另外,该车采用双涡管单涡轮增压器(图3),废气由2个通道导入涡轮,其中气缸1和气缸4共用一个通道,气缸2和气缸3共用一个通道,这样可以更高效地利用脉冲增压效果。
1.2增压压力限制控制
如图4所示,发动机控制单元根据发动机冷却液温度、发动机转速、负荷等信号,对真空调节阀(V RV)进行占空比控制,使废气旁通阀执行器在由真空泵(由排气凸轮轴驱动)产生的真空力的作用下控制废气旁通阀的开度,让部分废气从废气旁通阀排出,调节流过涡轮的废气量,从而有效控制进气增压压力,使之与发动机工况相适应。
当废气旁通阀执行器不受真空力时,废气旁通阀为全开状态;随着真空力的增压,废气旁通阀由部分关闭到完全关闭。
1.3增压空气循环控制
如图5所示,当发动机工况急剧变化或其他因素引起增压压力急剧上升时,如急加速后急松加速踏板,发动机控制单元控制空气旁通阀使涡轮增压器前后的空气导通,保持压力平衡,可有效避免空气喘振及叶轮损坏,同时能使涡轮保持在较高转速,在需要时能更迅速地向发动机提供所需的增压压力,减小涡轮增压器的迟滞现象。
1.4涡轮增压系统冷却控制
由于涡轮增压器长时间处于高温环境中,热量积累较为严重,为有效保护涡轮增压器及降低进气温度,该款发动机采用了独立于发动机冷却系统的涡轮增压冷却系统(图6)。涡轮增压冷却系统中冷却液的循环动力源为电动冷却液泵,发动机控制单元对比由空气流量传感器测得的进气温度和由进气歧管绝对压力/温度传感器测得的经过中冷器后的进气温度,判断中冷器的冷却效率,然后通过占空比信号控制电动冷却液泵的转速,以实现最佳冷却液流率。