低壓渦輪增壓器

《機械工程名詞 第四分冊》第一版。 2100433B

用來把新鮮空氣壓縮后送至第二級增壓器的壓氣機葉輪前的二級渦輪增壓系統(tǒng)中的第一級增壓器。

用來把低壓渦輪增壓器輸出的空氣壓縮至最終的增壓壓力的二級渦輪增壓系統(tǒng)中的第二級增壓器。

渦輪增壓器結構原理

首先說說渦輪增壓器的大概結構原理，廢氣渦輪增壓器主要由泵輪和渦輪組成，當然還有其他一些控制元件。泵輪和渦輪由一根軸相連，也就是轉子，發(fā)動機排出的廢氣驅動泵輪，泵輪帶動渦輪旋轉，渦輪轉動后給進氣系統(tǒng)增壓。增壓器安裝在發(fā)動機的排氣一側，所以增壓器的工作溫度很高，而且增壓器在工作時轉子的轉速非常高，可達到每分鐘十幾萬轉，如此高的轉速和溫度使得常見的機械滾針或滾珠軸承無法為轉子工作，因此渦輪增壓器普遍采用全浮動軸承，由機油來進行潤滑，還有冷卻液為增壓器進行冷卻。以前，渦輪增壓器大都用在柴油發(fā)動機上，因為汽油和柴油的燃燒方式不一樣，因此發(fā)動機采用渦輪增壓器的形式也有所區(qū)別。 汽油發(fā)動機不同于柴油發(fā)動機，它進入氣缸的不是空氣，而是汽油與空氣的混合氣，壓力過大容易爆燃。因此，安裝渦輪增壓器必須要避免爆燃，這里涉及兩個相關問題，一個是高溫控制，另一個是點火時間控制。

強制性增壓后，汽油機壓縮和燃燒時的溫度和壓力都會增加，爆燃傾向增加。另外，汽油機排氣溫度比柴油機高，而且不宜采用增大氣門重疊角（進、氣排門同時開啟的時間）方式來加強排氣的降溫，降低壓縮比又會造成燃燒不充分。還有，汽油機的轉速比柴油機高，空氣流量變化大，很容易造成渦輪增壓器反應滯后。針對汽油機使用渦輪增壓器出現(xiàn)的一系列問題，工程師有針對性地一一做了改進，使汽油機也能用上廢氣渦輪增壓器。

渦輪增壓器中冷器

溫度增高，這樣不僅影響充氣效率，還容易產生爆燃。因此要裝置降低進氣溫度的設備，這就是中間冷卻器。它安裝在渦輪增壓器出口與進氣管之間，對進入氣缸的空氣進行冷卻。中間冷卻器就象散熱器，用風冷卻或者水冷卻，空氣的熱量通過冷卻而逸散到大氣中去。據(jù)測試，性能良好的中間冷卻器不但可以使發(fā)動機壓縮比能保持一定值而不會產生爆燃，同時降低溫度也可提高進氣壓力，進一步提高發(fā)動機的有效功率。

渦輪增壓器葉輪

由于汽油發(fā)動機轉速范圍寬，空氣流量變化大，因此渦輪增壓器的壓縮葉輪外形是復雜的三元曲面超薄壁葉輪片，一般有12～30片葉，呈放射線狀曲線排列，葉片厚度在0.5毫米以下，采用鋁材用特殊鑄造法制作。葉片形狀的優(yōu)劣直接影響到到渦輪增壓發(fā)動機的性能。葉輪形狀角度越合理，質量越輕，葉輪的啟動就越靈敏，渦輪增壓器的天生缺陷“反應滯后”也就越小。

渦輪增壓器爆燃傳感器

除了降低溫度來減少爆燃的可能外，還要采用爆燃傳感器，它的作用就是在產生爆燃之時，傳感器感到不正常的振動會立即將信息反饋至發(fā)動機ECU（電子控制單元）控制系統(tǒng)，將點火定時稍推遲一點，不產生爆燃的時候再恢復正常點火定時。

渦輪增壓器其他

由于轎車汽油機的轉速比柴油機高，空氣流速快而且變化范圍大，因此它的渦輪增壓器有更高的要求。現(xiàn)代轎車發(fā)動機已普遍采用電子噴射系統(tǒng)，在電子控制技術及新材料的配合下，渦輪增壓器在汽油機上的應用也會日益普遍。

轎車用的廢氣渦輪增壓器都采用單入口渦輪外殼，也就是說只利用廢氣排氣的壓力能量，不需使用其它的輔助能量。由于轎車發(fā)動機的轉速范圍大，因此廢氣渦輪增壓器必須要有調節(jié)裝置，以使發(fā)動機能在一定轉速范圍內獲得比較恒定的增壓壓力。另外，汽油機是點燃式點火，它的壓縮比是有一定范圍限制的，過高就會引發(fā)爆燃。因此，還要有爆燃檢測及控制機構，隨時調整點火提前角。

轎車的廢氣渦輪增壓器一般安裝在排氣管附近，渦輪和葉輪分別裝在渦輪室和增壓器內，二者同軸剛性聯(lián)接，同步旋轉。

當不需要增壓時，例如怠速或者有爆燃先兆時，一部分排氣會通過旁通閥泄出而不進入渦輪增壓器。當發(fā)動機轉速每分鐘達到2000轉時，電磁閥就會關閉旁通閥讓排氣流指向渦輪一側，使渦輪轉動。另外還有一種設計，就是調節(jié)渦輪葉片的角度，通過阻力的改變來調節(jié)渦輪的轉速，從而改變增壓量。

對空氣進行冷卻可以使空氣收縮增大密度，在同等容積下塞進更多空氣，還可以防止爆燃。因此轎車的渦輪增壓器都安裝有中間冷卻器，這種中間冷卻器一般用空氣冷卻，安裝在發(fā)動機散熱器前面、旁邊或者單獨一個位置，利用汽車迎面氣流或者自身風扇冷卻。

渦輪增壓器的關鍵零件是軸承。這種根據(jù)潤滑形式命名的軸承被稱為“全浮式軸承”，工作轉速極高，工作環(huán)境惡劣。因此，保證潤滑是非常重要的事情。如果因油壓低導致機油供給緩慢，就會損壞軸承從而導致渦輪增壓器失效。在正常的發(fā)動機啟動是不會發(fā)生此類故障的，但如果發(fā)動機更換機油和機油過濾器后第一次啟動，就會產生機油供給緩慢現(xiàn)象，使軸承缺乏機油潤滑。在這種情況下，啟動后要怠速運轉3分鐘左右，不可直接將轉速提升到渦輪增壓器啟動轉速。同樣，在高速及上坡后也不要使發(fā)動機立即停止，要使發(fā)動機繼續(xù)怠速運行1分鐘左右，使仍繼續(xù)空轉的渦輪增壓器軸承不會缺油。因此，使用渦輪增壓器汽車的司機，一定要遵循廠家的指示操作，還要十分注意機油的質量，不宜將渦輪增壓器汽車視同一般汽車進行操作。

渦輪增壓器的缺點是滯后，即由于葉輪的慣性作用對油門驟時變化反應遲緩，使發(fā)動機延遲增加或減少輸出功率，這對于要突然加速或超車的汽車而言，瞬間會有點提不上勁的感覺。