文/ 河南 劉勤中河北 喬士平

增壓壓力控制是通過在渦輪增壓器上集成一個(gè)壓差控制的內(nèi)置式排氣旁通閥(Internal Wastegate Actuator)，又被稱為排氣泄壓閥。它由發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊(ECM)通過脈寬調(diào)制(PWM)電磁閥進(jìn)行控制，用于調(diào)節(jié)壓氣機(jī)的增壓值，這是目前應(yīng)用的渦輪增壓器中最常見的壓力調(diào)整形式。在發(fā)動(dòng)機(jī)處于較高轉(zhuǎn)速或者高負(fù)荷下，排氣氣流的一部分通過排氣泄壓閥流出渦輪外，這樣減少了流過渦輪的廢氣流量，降低了排氣背壓，從而防止渦輪增壓器轉(zhuǎn)速超速，避免增壓系統(tǒng)增壓壓力過大。在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速或低負(fù)荷的情況下，排氣泄壓閥關(guān)閉，所有排氣流經(jīng)渦輪并驅(qū)動(dòng)渦輪。排氣泄壓閥由排氣泄壓閥膜片通過一個(gè)拉桿來操縱。排氣泄壓閥膜片上共有三個(gè)作用力，分別為廢氣壓力、彈簧張力和排氣泄壓閥執(zhí)行器電磁閥調(diào)制出來的調(diào)節(jié)壓力，三個(gè)作用力的合力最終控制排氣泄壓閥的位置。圖3所示，排氣泄壓閥執(zhí)行器電磁閥連接三根軟管，分別通空氣高壓端(泵輪后)、空氣低壓端(泵輪前)和排氣泄壓閥膜片閥。發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊通過脈寬調(diào)制信號(hào)控制排氣泄壓閥執(zhí)行器電磁閥，將高壓側(cè)和低壓側(cè)的空氣混合成所需調(diào)節(jié)壓力的空氣通往排氣泄壓閥膜片，占空比為100%時(shí)與低壓側(cè)(泵輪入口)相通，占空比為0時(shí)或斷電時(shí)與高壓側(cè)(泵輪出口)相通。

發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊對(duì)渦輪增壓器排氣泄壓閥的參數(shù)指令為0。節(jié)氣門全開狀態(tài)下(發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載)或轉(zhuǎn)速首次提高時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊對(duì)渦輪增壓器排氣泄壓閥參數(shù)指令到高達(dá)90%～100%。當(dāng)增壓壓力到達(dá)適當(dāng)水平時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊將電磁閥的脈寬調(diào)制控制在65%～85%。節(jié)氣門關(guān)閉后，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊將指令渦輪增壓器排氣泄壓閥參數(shù)回復(fù)到0，以便使渦輪增壓器排氣泄壓閥根據(jù)空氣壓差比打開，降低渦輪的速度。

排氣泄壓閥在怠速狀態(tài)下完全關(guān)閉，所有的廢氣能量都通過渦輪(圖4)。排氣泄壓閥保持關(guān)閉有三個(gè)原因：①泵輪出口壓力小，傾向于關(guān)閉排氣泄壓閥；②膜片閥中的回位彈簧幫助保持排氣泄壓閥的關(guān)閉；③廢氣氣流的能量太低，不足于克服回位彈簧的張力。

如果在發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)請(qǐng)求節(jié)氣門全開，則發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊將以占空比100%指令增壓控制電磁閥，使渦輪增壓延遲最小。中等發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載且高轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊將以占空比為65%～80%指令增壓控制電磁閥。歧管壓力高至240kPa時(shí)，渦輪增壓器排氣泄壓閥打開(圖5)。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元設(shè)置特定的故障診斷碼后，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊將限制增壓壓力的大小。限制增壓壓力是通過發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊控制排氣泄壓閥控制電磁閥，保持占空比為0來實(shí)現(xiàn)的。這意味著發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊在較大的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)，不能有效關(guān)閉排氣泄壓閥，此時(shí)系統(tǒng)限制為機(jī)械增壓。機(jī)械增壓意味著排氣泄壓閥將仍然移動(dòng)，但是運(yùn)動(dòng)量被膜片閥中的回位彈簧的機(jī)械屬性、執(zhí)行器的氣動(dòng)屬性和排氣系統(tǒng)中排氣氣流的物理特性所限制。在這種操作模式下，歧管壓力的最大壓力值控制為140kPa。

以上講述的是增壓壓力控制，下面介紹一下超速切斷控制，渦輪增壓器上集成一個(gè)增壓空氣旁通閥，如圖6所示。增壓空氣旁通閥由發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊通過增壓空氣旁通閥電磁閥進(jìn)行控制，當(dāng)超速切斷工況(大負(fù)荷行駛時(shí)，突然松開油門)時(shí)節(jié)氣門開度迅速減小，而渦輪增壓器有滯后性，轉(zhuǎn)速仍然較高，增壓空氣繼續(xù)流向節(jié)氣門，若不加以控制被阻障的高壓空氣會(huì)形成較大的氣流沖擊振動(dòng)，可能造成節(jié)氣門、泵輪葉片和進(jìn)氣管路的損壞。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊將增壓空氣旁通閥電磁閥打開，接通增壓空氣旁通閥的真空回路，增壓氣體在渦輪增壓器中形成局部循環(huán)，避免增壓空氣沖擊節(jié)氣門，并且可以保持渦輪增壓器處于一個(gè)較高的轉(zhuǎn)速，以優(yōu)化渦輪增壓器的加速響應(yīng)性。

增壓空氣旁通閥電磁閥是個(gè)開關(guān)閥，當(dāng)節(jié)氣門突然關(guān)閉，如果增壓器的壓力值超過標(biāo)定壓力值，ECM會(huì)立即驅(qū)動(dòng)增壓空氣旁通閥電磁閥通電打開，接通增壓空氣旁通閥與真空罐的管路，并持續(xù)1s以上，使增壓空氣旁通閥動(dòng)作，打開旁通氣道。在進(jìn)氣歧管旁邊有一個(gè)增壓空氣旁通閥真空罐，作用是提供瞬時(shí)真空源。當(dāng)ECM不通電時(shí)，增壓空氣旁通閥電磁閥與進(jìn)氣歧管相通，但因真空度不夠，增壓空氣旁通閥處于關(guān)閉位置，只有在急減速時(shí)才會(huì)打開。這是一種冗余設(shè)計(jì)，在增壓空氣旁通閥電磁閥失效時(shí)，超速切斷控制系統(tǒng)也能起到一定的保護(hù)作用，避免增壓壓力過高造成機(jī)件損壞。

發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊首先確認(rèn)節(jié)氣門位置傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和增壓壓力傳感器的完整性，之后根據(jù)這3個(gè)傳感器的信號(hào)計(jì)算出一個(gè)的模擬空氣流量，并將這個(gè)計(jì)算結(jié)果與空氣流量傳感器實(shí)際測(cè)量的空氣流量值進(jìn)行比較，來判斷增壓空氣旁通閥是否卡在關(guān)閉位置。如果發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊檢測(cè)到進(jìn)氣系統(tǒng)的一系列脈動(dòng)值超過了標(biāo)定閾值，就會(huì)設(shè)置故障診斷碼P2261(渦輪增壓器進(jìn)氣旁通閥卡滯)。

了解了增壓系統(tǒng)的控制原理和結(jié)構(gòu)，下面通過一個(gè)故障實(shí)例的排除，加深一下理解。

一輛雪佛蘭科魯茲裝配1.6T渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)(代號(hào)LLU)，行駛里程9623km。故障現(xiàn)象為發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈亮、行駛加速無力、松油門后發(fā)動(dòng)機(jī)有“呲”的異響聲。

維修人員接車后，經(jīng)反復(fù)試車，發(fā)現(xiàn)異響出現(xiàn)在松開加速踏板以后。用聽診器傾聽，確定聲音來自渦輪增壓器內(nèi)部。用GDS2+MDI檢查ECM，顯示有故障碼P2261，含義為渦輪增壓器旁通閥卡住(當(dāng)前故障)；故障碼P0171，含義為燃油修正系統(tǒng)低電壓(歷史)。

維修人員觀察排氣泄壓閥在松油門以后會(huì)立即關(guān)閉，嘗試用鉗子夾住排氣泄壓閥的拉桿，使其不能完全關(guān)閉，結(jié)果異響消失了，說明異響可能是增壓壓力控制系統(tǒng)失控，而產(chǎn)生的氣流沖擊聲。因故障碼P2261直接指向超速切斷控制系統(tǒng)，所以首先檢查增壓空氣旁通閥及其控制元件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)旁通閥真空罐殼體有裂縫(圖7)。更換增壓空氣旁通閥真空罐(零件號(hào)90502721)后異響消失，故障排除。

在這個(gè)故障中，排氣泄壓閥屬于增壓壓力控制系統(tǒng)，而損壞件真空罐屬于超速切斷控制系統(tǒng)，分屬于增壓控制的兩個(gè)系統(tǒng)。那為什么用鉗子夾住排氣泄壓閥的拉桿，使其不能完全關(guān)閉，結(jié)果異響就消失了呢？這是因?yàn)檎婵展奁屏褜?dǎo)致增壓空氣旁通閥真空度不足，無法打開，進(jìn)氣管內(nèi)的壓力比正常值大，發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊(ECM)通過脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)控制排氣泄壓閥執(zhí)行器電磁閥調(diào)制出的調(diào)節(jié)壓力也與正常值不同，最終導(dǎo)致排氣氣流沖擊排氣泄壓閥和渦輪產(chǎn)生“呲”的氣流聲，用鉗子夾住排氣泄壓閥的拉桿，使排氣泄壓閥開度大一些，增大旁通的廢氣流量，改變了氣流的分布，所以異響消失了。

對(duì)于設(shè)置故障診斷碼P0171(燃油修正系統(tǒng)低電壓)，分析很可能由于真空罐破裂引起進(jìn)氣歧管漏氣導(dǎo)致。因?yàn)椴糠挚諝鉀]有經(jīng)過空氣流量計(jì)的計(jì)量進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，所以導(dǎo)致混合汽偏稀，從而設(shè)置P0171的故障代碼。但是在更換真空罐并行駛幾天以后，發(fā)動(dòng)機(jī)故障燈又亮了，ECM又設(shè)置了P0171(燃油修正系統(tǒng)低電壓)。維修人員檢查發(fā)現(xiàn)，原來是機(jī)油加注口蓋上的O型密封圈斷裂丟失了，新鮮空氣經(jīng)此處被吸入氣門室蓋，再經(jīng)曲軸箱通風(fēng)管路進(jìn)入進(jìn)氣歧管。更換機(jī)油加注口蓋以后，故障徹底排除。