渦輪增壓器原理

渦輪增壓器結(jié)構原理

首先說說渦輪增壓器的大概結(jié)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(zhuǎn)子，發(fā)動機排出的廢氣驅(qū)動泵輪，泵輪帶動渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪轉(zhuǎn)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(cè)，所以增壓器的工作溫度很高，而且增壓器在工作時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速非常高，可達到每分鐘十幾萬轉(zhuǎn)，如此高的轉(zhuǎn)速和溫度使得常見的機械滾針或滾珠軸承無法為轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)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(zhì)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(chǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)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?，F(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(zhuǎn)速范圍大，因此廢氣渦輪增壓器必須要有調(diào)節(jié)裝置，以使發(fā)動機能在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)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(diào)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(nèi)，二者同軸剛性聯(lián)接，同步旋轉(zhuǎn)。

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(zhuǎn)速每分鐘達到2000轉(zhuǎn)時，電磁閥就會關閉旁通閥讓排氣流指向渦輪一側(cè)，使渦輪轉(zhuǎn)動。另外還有一種設計，就是調(diào)節(jié)渦輪葉片的角度，通過阻力的改變來調(diào)節(jié)渦輪的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(chǎn)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(zhuǎn)3分鐘左右，不可直接將轉(zhuǎn)速提升到渦輪增壓器啟動轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhì)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。

渦輪增壓器有五個主要優(yōu)點：

1、提高發(fā)動機升功率。在發(fā)動機排量不變的情況下可以通過增加進氣密度，讓發(fā)動機可以多噴油，從而提高發(fā)動機的功率，加裝增壓器后的發(fā)動機的功率及扭矩要增大20%~30%。反之在同樣的功率輸出的要求下可以降低發(fā)動機的缸徑，縮小發(fā)動機的體積和重量。

2、改善發(fā)動機的排放。渦輪增壓器發(fā)動機通過改善發(fā)動機的燃燒效率，減少發(fā)動機廢氣中顆粒物和氮氧化物等有害成分的排量。是柴油發(fā)動機達到歐二以上排放標準不可缺少的配置。

3、提供高原補償?shù)墓δ?。部分高海拔地區(qū)，海拔越高，空氣越稀薄，帶渦輪增壓器的發(fā)動機就可以克服因高原空氣稀薄導致的發(fā)動機的功率下降。

4、提高燃油經(jīng)濟性，降低油耗。由于帶渦輪增壓器的發(fā)動機燃燒性能更好，可以節(jié)省燃油3%-5%。

5、具有很高的可靠性和良好的匹配特性，高瞬態(tài)響應特性。

由于渦輪增壓器經(jīng)常處于高速、高溫下工作，增壓器廢氣渦輪端的溫度在600℃左右，增壓器轉(zhuǎn)子以8000－11000r/min 的高速旋轉(zhuǎn)，因此為了保證增壓器的正常工作，使用中應注意以下幾點：

渦輪增壓器勿著車就走

發(fā)動機發(fā)動后，特別是在冬季，應讓其怠速運轉(zhuǎn)一段時間，以便在增壓器轉(zhuǎn)子高速運轉(zhuǎn)之前讓潤滑油充分潤滑軸承。所以剛啟動后千萬不能猛轟油門，以防損壞增壓器油封。

渦輪增壓器勿立即熄火

發(fā)動機長時間高速運轉(zhuǎn)后，不能立即熄火。發(fā)動機工作時，有一部分機油供給渦輪增壓器轉(zhuǎn)子軸承潤滑和用于冷卻的。正在運行的發(fā)動機突然停機后，機油壓力迅速下降為零，增壓器渦輪部分的高溫傳到中間，軸承支承殼內(nèi)的熱量不能迅速帶走，而同時增壓器轉(zhuǎn)子仍在慣性作用下高速旋轉(zhuǎn)，因此，發(fā)動機熱機狀態(tài)下如果突然停機，會引起渦輪增壓器內(nèi)滯留的機油過熱而損壞軸承和軸。特別要防止猛轟幾腳油門后突然熄火。

渦輪增壓器保持清潔

拆卸增壓器時，要保持清潔，各管接頭一定要用清潔的布堵塞好，防止雜物掉進增壓器內(nèi)，損壞轉(zhuǎn)子。維修時應注意不要碰撞損壞葉輪，如果需要更換葉輪，應對其做動平衡試驗。重新裝復完畢后，要取出堵塞物。

渦輪增壓器要進行清洗

由于增壓器經(jīng)常處于高溫下運轉(zhuǎn)，它的潤滑油管線因受高溫作用，內(nèi)部機油容易有部分的結(jié)焦，這樣會造成增壓器軸承的潤滑不足而損壞。因此，潤滑油管線在運行一段時間后要進行清洗。

渦輪增壓器注意檢修

在出車前、收車后，應檢查氣道各管的連接情況，防止松動、脫落而造成增壓器失效和空氣短路進入氣缸。

由此可見，發(fā)動機經(jīng)過增壓后，零部件的結(jié)構進行了強化，從使用、保養(yǎng)方面講，必須加強發(fā)動機的強制保養(yǎng)工作，注意采用正確的操縱方法。

渦輪增壓器是用來提高發(fā)動機功率和減少廢氣排放的重要機件。由于使用、維護和保養(yǎng)不當，易發(fā)生故障，導致發(fā)動機不能正常工作。本文就渦輪增壓器常見的一些故障及處理方法介紹如下：

渦輪增壓器漏油

現(xiàn)象一：機油消耗量大，但排氣煙色正常，動力不降低。

原因：這種情況一般是由于機油滲漏造成的。

處理方法：

1．首先應檢查發(fā)動機潤滑系外部油管（包括增壓器進、回油管）是否漏油；

2．檢查增壓器廢氣排出口是否有機油。如有機油，可判定渦輪一端密封環(huán)損壞，應更換此密封環(huán)。

現(xiàn)象二：機油消耗量大，排氣冒藍煙，但動力不下降。

原因：由于增壓器壓器端漏油，機油通過發(fā)動機進氣管進入燃燒室被燒掉所造成的，有以下幾種可能：

1．增壓器回油管不暢通，機油在轉(zhuǎn)子總成的中間支承處積留過多，沿轉(zhuǎn)子軸流入壓氣葉輪。

2．靠近壓氣葉輪一端的密封環(huán)或甩油環(huán)損壞后，機油由此進入葉輪室，然后隨室內(nèi)增壓后的空氣一同經(jīng)進所管進入燃燒室。

處理方法：

1．打開壓氣機的出氣口或發(fā)動機進氣直管（橡膠軟管），看管口、管壁是否粘附機油。如有，請檢查增壓器回油管是否暢通。如不暢通則是由于中間支承處積油過多引起，應將回油管疏通后裝復。

2．如暢通，則是由于葉輪一端密封環(huán)或甩油環(huán)損壞所造成，應解體增壓器進行修復。

現(xiàn)象三：機油消耗量大，排氣冒藍煙或黑煙，且動力下降。

原因：

1．活塞與汽缸之間的間隙磨損過大，機油竄入燃燒室而被燒掉。

2．空氣在被增壓器吸入的過程中，空氣流遇較大阻力。（如空濾芯堵塞，進氣膠管被吸變形或壓扁等），壓氣機進氣口處的壓力較低，造成機油滲漏進入壓氣機內(nèi)，隨壓縮空氣一起進入燃燒室內(nèi)燒掉。

處理方法：

1．檢查進氣直軟管壁內(nèi)有無機油、是否被壓扁，使氣流受阻或空濾芯有堵塞現(xiàn)象。

2．如管口和管壁有機油，應清洗或更換空氣濾芯。

渦輪增壓器有金屬摩擦聲

現(xiàn)象：排氣冒黑煙，功率下降，且增壓器有異響。

原因：

1．如有金屬摩擦聲，是增壓器轉(zhuǎn)子軸承或止推軸承磨損過多，葉輪與增壓器殼摩擦而產(chǎn)生。

2．如不是金屬摩擦聲，而是氣流聲，則是由于增壓器轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)聲音，或是進、排氣接口處由于連接不好產(chǎn)生的漏氣現(xiàn)象。

處理方法：

（1）前者應視磨損情況更換損壞的備件進行修復。

2．后者應認真區(qū)分，有針對性的解決。

渦輪增壓器軸承損壞

現(xiàn)象：增壓器軸承損壞，發(fā)動機功率下降，機油消耗高，冒黑煙，嚴重時增壓器不能工作。

原因：

1．潤滑油壓力和流量不足。

a. 增壓器軸頸和止推軸承的潤滑油供應不足；

b. 使轉(zhuǎn)子軸頸和軸承間保持浮動的潤滑油不足；

c. 增壓器已高速運轉(zhuǎn)，而潤滑油未及時供給。

2．雜物或泥沙進入潤滑系統(tǒng)。

3．機油氧化變質(zhì)。

a. 柴機油過熱，從活塞與缸壁間竄過的燃氣過多；

b. 冷卻水漏入機油中；

c. 機油選用不當，以及沒有按規(guī)定定期更換機油。

處理方法：

1．檢查潤滑油壓力是否正常，機油量是否符合要求。

2．按規(guī)定要求，定期更換潤滑油，并保證潤滑油清潔。

3．嚴格按規(guī)定要求，使用潤滑油，不得混用。

4．應避免發(fā)動機在高溫情況下工作，保持發(fā)動機的正常工作溫度。

誤區(qū)一：隨意更換機油

在“喝”機油方面，渦輪增壓器確實比較“嬌氣”，除了量比普通自然吸氣發(fā)動機大一些外，對油品的要求也更高。因為渦輪增壓器的設計與自然吸氣發(fā)動機不同，其主轉(zhuǎn)軸采用浮動式設計，渦輪本體和主轉(zhuǎn)軸之間充滿了機油，整個主轉(zhuǎn)軸依靠潤滑油來散熱與潤滑，而劣質(zhì)機油的粘稠度較高，流動性較差，無法較好地發(fā)揮作用。建議車主在這方面增加一些投入，給車輛更換全合成機油。

誤區(qū)二：到目的地馬上熄火

在發(fā)動機長時間高負荷運轉(zhuǎn)后，車主在關閉發(fā)動機之前，一定要怠速運轉(zhuǎn)幾分鐘，讓機件能有效冷卻并得到潤滑。馬上熄火的用車行為會令車輛經(jīng)常處于高速空轉(zhuǎn)狀態(tài)，其問題與突然加速一樣，都會傷害到車輛的軸承。

誤區(qū)三：一啟動就轟油門

能在短時間內(nèi)提高速度是渦輪增壓車的一大特點，但是這并非意味著車主可以粗魯?shù)貙Υ龕圮嚕瑢嶋H上，剛啟動后猛轟油門易損壞增壓器油封。渦輪增壓發(fā)動機的轉(zhuǎn)數(shù)很高，啟動車輛后，不能急踩加速踏板，應先怠速運轉(zhuǎn)3—5分鐘，使機油泵有充足的時間把機油輸送到渦輪增壓器的各個部位，同時機油溫度慢慢上升后，流動性更好，此時提速才會“如魚得水”。

汽車要跑得快，就必須要有強勁的動力。目前汽車的動力系統(tǒng)可粗分為自然進氣系統(tǒng)及增壓進氣系統(tǒng)兩大類。在歐洲跑車中，除了寶馬汽車公司依然堅持使用自然進氣發(fā)動機外，其他各汽車公司為了提升車輛的動力性能，紛紛采用增壓系統(tǒng)，例如：奔馳跑車使用機械增壓系統(tǒng)，紳寶汽車則為渦輪增壓的開山鼻祖。近年日系汽車也開始大量采用渦輪增壓技術。自然進氣系統(tǒng)沒有安裝任何形式的增壓器，只是利用活塞下行所產(chǎn)生的負壓來吸進混合氣。雖然自然進氣系統(tǒng)通過可變氣門正時系統(tǒng)能夠得到較大的馬力輸出，但動力的提升很有限。為了有效增加發(fā)動機的輸出功率，采用增壓系統(tǒng)可說是最有效的方式。

最常見的發(fā)動機增壓系統(tǒng)有機械增壓與廢氣渦輪增壓兩種。

渦輪增壓器機械增壓

發(fā)動機以機械方式驅(qū)動機械增壓器進行增壓，稱為機械增壓。當發(fā)動機采用機械增壓時，通常由發(fā)動機曲軸通過齒輪驅(qū)動增壓器。增壓器一般采用離心式或羅茨壓氣機，個別的采用螺桿式壓氣機。近年來，在國外也開始采用新型的機械渦旋式增壓器。因為驅(qū)動壓氣機消耗了發(fā)動機一定的輸出功率，所以機械增壓發(fā)動機的熱效率不一定得到改善，有時反而比非增壓內(nèi)燃機還低些。選擇增壓壓力時，首先要保證能達到所要求的平均有效壓力，其次要獲得盡可能低的燃油消耗率。擔這兩個要求對于機械增壓來說常常是相互矛盾的。如果追求平均有效壓力，則必然導致機械效率降低，燃油消耗率升高。因此，增壓壓力值的選取應在功率和燃油消耗率兩者之間尋求最佳的妥協(xié)方案。機械增壓系統(tǒng)目前在歐洲車上用得較普遍。由于機械增壓的增壓機是在曲軸的帶動下持續(xù)地運轉(zhuǎn)，因此不動產(chǎn)生像渦輪增壓的渦輪遲滯現(xiàn)象。機械增壓雖然只能提升約10 %的動力輸出，但平順連續(xù)性是渦輪增壓發(fā)動機所不及的。

渦輪增壓器廢氣渦輪增壓

利用發(fā)動機廢氣能量驅(qū)動渦輪增壓器，稱為廢氣渦輪增壓（簡稱渦輪增壓），如圖所示是廢氣渦輪增壓系統(tǒng)。廢氣渦輪增壓的特點是在渦輪增壓器和發(fā)動機之間沒有機械連接。它們之間靠氣路相通。因為壓氣機消耗的功是渦輪從廢氣中回收的一部分能量，所以渦輪增壓發(fā)動機不僅可以增加發(fā)動機的功率，而且可以提高其熱效率，降低燃油消耗率。如果在轎車尾部看到Turbo或者T的標識，即表明該車采用的發(fā)動機是渦輪增壓的。渦輪增壓器實際上是臺空氣壓縮機，它是利用發(fā)動機排出的廢氣慣性推動渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪壓縮由空氣濾清器管道送來的空氣，使空氣增壓后進入氣缸。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速提高，廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速也同步提高，葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃油，相應增加油量和調(diào)整一下發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，就可以增加發(fā)動機的輸出功率。

我們怎樣更換柴油發(fā)電機渦輪增壓器，以及具體的操作步驟是怎么的？

1.清洗發(fā)動機和更換濾芯。將臟油放掉,用70%的柴油加30%的機油加入發(fā)動機，啟動發(fā)動機運轉(zhuǎn)3～5min清洗發(fā)動機及油道,然后放掉。再加進適量的機油,運行5～10min后放掉。更換機油濾芯和空氣濾芯，再過濾加入干凈的潤滑油至油標尺滿刻度,這樣確保發(fā)動機潤滑油及油道干凈清潔。

2.檢查渦輪增壓器。檢查新渦輪增壓器型號是否與發(fā)動機相配，用手轉(zhuǎn)動增壓器轉(zhuǎn)子應運轉(zhuǎn)自如,如果葉輪滯轉(zhuǎn)或有碰擦殼體的感覺,要查明原因后再安裝。

3.檢查壓氣機進氣管路和渦輪前發(fā)動機排氣管路是否有雜物,以防雜物打壞葉輪。

4.檢查增壓器進油管和回油管路。增壓器進回油管路要干凈,進回油管不能扭曲阻塞。如果增壓器進回油口使用密封墊片,檢查墊片是否有腐蝕、變形現(xiàn)象,墊片不能擋住進回油口。

5.預潤滑增壓器。增壓器安裝在發(fā)動機上,暫不接入油管,先從增壓器進油口向增壓器內(nèi)加入干凈的機油,并用手轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子,使增壓器軸承充滿潤滑油后再連接進油管。

6.試運轉(zhuǎn)。啟動柴油機,3～4s內(nèi)增壓器進油口必須顯示出油壓，防止增壓器軸承系統(tǒng)因缺潤滑油而損壞。運行2min,檢查轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動是否平穩(wěn)無雜音,然后停車,觀察轉(zhuǎn)子是否可平穩(wěn)地靠慣性運轉(zhuǎn),正常情況下約半分鐘后才停轉(zhuǎn)。

8.發(fā)動機負載運行時,油壓必須在196～392kPa之間才安全，怠速運轉(zhuǎn)時,油壓應不低于70kPa。

9.渦輪后的排氣背壓和空氣濾清器壓力降均不得超過4.9kPa,空氣濾芯應避免潮濕,因為潮濕濾芯會顯著增加壓力降。

渦輪增壓器已經(jīng)普及到許多類型的汽車上，它彌補了一些自然吸氣式發(fā)動機的先天不足，使發(fā)動機在不改變排氣量的情況下可以提高輸出功率30%以上。因此許多汽車制造公司都采用這種增壓技術來改進發(fā)動機的輸出功率，藉以實現(xiàn)轎車的高性能化。

對增壓器和發(fā)動機進行理論計算，選擇合適的增壓器增壓度和發(fā)動機的一些參數(shù)，鑒于增壓器的工作特點以及發(fā)動機最佳匹配的原則，確定合適的匹配參數(shù)。 國內(nèi)的增壓器廠家也對增壓器的匹配有過一些研究，介紹了如何合理選用國產(chǎn)增壓器代替已損壞的進口增壓柴油機增壓器的方法，并給出了國內(nèi)生產(chǎn)的各種渦輪增壓器的技術參考。多種進口機械的增壓柴油機進行了國產(chǎn)增壓器的匹配試驗,，都取得了成功 。

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。

其轉(zhuǎn)子與發(fā)動機曲軸相連接的渦輪增壓器。