般情况下,增加发动机功率的方法有以下三种： 1)增加发动机排量。这方法最有效,但会增加发动机重量,重量/功率比改善不多。 2)提高发动机最高转速。它会导致运动零件的摩擦损失加大,同时振动和噪声等因素也限制了发动机转速的提高,且高速下进气效率会降低。 3)供给发动机密度较大的空气—采用增压方法。通过增加进气量,可提高输出功率,并使发动机轻量化、紧凑化。 现在的涡轮增压系统主要由以下组件构成： ①涡轮增压器。 ②增压空气冷却器(简称中冷器)。 ③增压压力调节装置,本文称为排气旁通。 ④滑行断油循环空气控制装置,本文称为进气旁通。 发动机排气的能量用来驱动涡轮增压器,由于曲柄连杆机构的工作原理,这些可利用的能量在自然吸气发动机中被浪费了。可利用排气能量将燃烧所需的空气压缩,于是每个工作行程中流入气缸内的空气量变大了。 因压缩而升高的空气温度在中冷器中冷却。冷却后的空气密度较高,发动机的进气量也较大。 结果是在相同排量和转速的情况下发动机功率提高在涡轮增压发动机上,涡轮增压可从低转速到高转速增大转矩。 进气增压压力会随着涡轮增压器转速的增加而增加,为了防止发动机增压过大,采用排气旁通装置进行增压压力调节。 进气旁通控制功能用于防止在突然关闭节气门时,对涡轮增压器进行不必要的制动。 下面说明涡轮增压系统的演变过程。
1.增加排气旁通阀N75。
作用:为解决高转速增压过度、低转速增压不足问题,在排气管路中增加了排气旁通阀,参见图7-71。
(1)排气旁通阀的控制策略。
发动机控制单元根据各种参数计算出进气压力目标增压压力,再将该目标增压压力转化为对应于所期望的最大气缸充气量。
而基于转矩控制的发动机控制单元又将此期望值转换为对应的设置节气门开度和N75排气旁通阀的PWM信号。这个信号用于调节排气旁通阀的开度根据当前的运行工况由程序MAP得到的调节点和实际监测得到的增压压力值可能存在不同,系统控制电路将对此差别进行计算和补偿。
控制单元的计算结果还用于确定最大气缸充气量的计算。
(2)排气旁通阀的控制原理。
发动机控制单元根据转矩请求值,计算出目标增压压力。
发动机控制单元通过PWM控制增压压力限制电磁阀N75的打开时间,调节增压压力,具体原理是在旁通阀执行器的膜片前后方形成受控的压力,与大气压力互相作用。
这个受控的压力克服旁通阀执行器中的弹簧力,并通过杠杆控制涡轮增压器中的泄压阀开度。
N75在断电状态下是常闭的,增压压力直接作用到旁通阀执行器中。在增压压力较低时N75打开。
如果增压控制发生故障时(N75处于常闭状态),最大增压压力只能达到基本增压压力(机械增压压力)。
当泄压阀关闭时,则增压压力提高。这样,在发动机低转速时,涡轮增压器就能增加进气压力,以提高转矩或增压所需要的空气量。
如果实际增压压力达到计算出的目标增压压力时,泄压阀打开,部分废气绕过涡轮。涡轮增压器转速降低,增压压力随之降低。
2.可调式涡轮增压器(简称∨GT)。
为优化从低转速至高转速时的增压压力,并加快响应速度,大众/奥迪设计了可调式涡轮增压器。但由于其制造成本和材料原因,大众/奥迪车系中暂时仅用在柴油机上,参见图7-72。
3.增加电子控制的进气旁通阀N249。
倒拖是指发动机转速高、节气门的开度迅速减少的工况,此时发动机提供给飞轮的能量会变为负值。在行驶时发动机转速较高,如果突然松开加速踏板,此时节气门相应会减少开度至接近关闭,但此时进气管路仍有较高的增压压力存在,并且涡轮仍高速运转,因此会在压气机管路中立生一个较高的速滞压力。过高的管路压力会带来三个问题:参见图7-73。
1)管路压力过高,可能导致进气管损坏漏气。
2)压气机叶轮被强力制动,而使得涡轮增压减少。当重新打开节气门时,涡轮增压从低速到高速运转有一定的延迟,产生涡轮迟滞现象。进气旁通阀打开,将进气管的压缩空气短路,可使压气机保持高速运转;在重新打开节气门时,进气旁通阀关闭,涡轮增压器可迅速达到原来的转速。
3)进气管压力高但节气门开度小,会对节气门产生波动的冲击,导致转速抖动和产生噪声。
为应对上述问题,增加了进气旁通阀,可降低进气系统的噪声并能节省油耗。
怠速时排气旁通阀关闭,涡轮增压器可产生较小的增压,由于怠速需要进气量较少,需要节气门减少打开角度。对于大众/奥迪车型,怠速时N249断电,此时进气歧管的真空作用在进气旁通电磁阀上,使得怠速工况进气旁通打开,节气门控制精度更高。部分负荷时,进气歧管真空度降低,不足以克服进气旁通阀执行器的弹簧力,进气旁通关闭。
一般情况下怠速时不会通过打开排气旁通阀来控制降低增压。因为排气旁通阀打开,涡轮增压器转速减慢,不利于起步急加速的工况。
(1)进气旁通阀的作用。
①在倒拖工况时防止产生压力波动、增压过度和涡轮转速下降的现象。
②部分车型换档时,打开进气旁通阀以快速降低发动机转矩。
(2)进气旁通阀的控制原理。
进气旁通阀执行器是一个真空控制弹簧膜片的机械操纵装置,所需真空来自真空罐。当N249通电打开时,真空作用在进气旁通阀执行器中的膜片上,膜片克服弹簧,阀门打开,进气道就将压气机旁通了系统的设计已考虑了N249失效或真空管理失效工况,此时进气管路压力可顶开进气旁通阀执行器中的膜片,也能起到进气管路泄压的作用。
4.采用电磁阀式的进气旁通N249直接控制。
为了快速精确地控制进气旁通,从EA888开始,进气旁通阀采用电磁阀式控制(参见图7-74),控制示意图参见图7-75。
检测和安装时必须注意:进气旁通阀安装在车上时需要有6N·m的预压紧力矩。因此,将此阀拆下后通电检测,它不会吸合,需要施加少许力才会吸合。
EA211采用电控式排气旁通调节器的类型如下：
