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1、 第 1 页 共 39页引言涡轮增压，是一种利用内燃机(Internal Combustion Engine)运作所产生的废气驱动空气压缩机(Air-compressor)的技术。与超级增压器(机械增压器, Super-Charger)功能相若，两者都可增加进入内燃机或锅炉的空气流量，从而令机器效率提升。常见用于汽车引擎中，透过利用排出废气的热量及流量，涡轮增压器能提升内燃机的马力输出。首 先 我 们 来 弄 明 白 什 么 是 涡 轮 增 压 。 涡 轮 增 压的 英 文 名 字 为 Turbo， 一 般 来 说 ， 如 果 我 们 在 轿 车 尾部 看 到 Turbo 或 者 T， 即 表
2、 明 该 车 采 用 的 发 动 机 是 涡轮 增 压 发 动 机 了 。 相 信 大 家 都 在 路 上 看 过 不 少 这 样 的车 型 ， 譬 如 奥 迪 A6 的 1.8T， 帕 萨 特 1.8T， 宝 来1.8T 等 等 。 第 2 页 共 39页目 录第 一 章 、 涡 轮 增 压 的 增 压 原 理 1第二章、 涡轮增压器保养与维修14第三章、 涡轮增压技术的前景展望第 四 章 、第 一 章 、 涡 轮 增 压 的 增 压 原 理一、涡轮增压1）发动机增压就是利用专门的装置将空气预先进行压缩，再送入气缸的过程，虽然气缸的工作容积不变，但因增压每个循环进入气缸的气体密度增大。使实际
3、充气量增加，这样可以向缸内喷入更多的燃料保证充分的燃烧。增压技术在汽车发动机上应用已经相当广泛。采用增压的目不仅是提高发动机的功率或进行高原补偿，更重要的是还能降低燃油消耗、减低排放、减小噪音。增压的方式很多但现代汽车主要以废弃涡轮增压为主，这主要是废弃涡轮增压不仅能够充分利 第 3 页 共 39页用废弃的能量，提高发动机的热效率，同时由于废弃涡轮使排气背压提高，有利于降低降低排气噪音，有利于废弃中 HC 和 CO 在排气管内继续燃烧。2）废气涡轮增压系统：增压器与发动机无任何机械联系，实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮
4、又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废 涡轮增压技术气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。一般而言，加装废气涡轮增压器后的发动机功率及扭矩要增大 20%30%。但是废气涡轮增压器技术也有其必须注意的地方，那就是泵轮和涡轮由一根轴相连，也就是转子，发动机排出的废气驱动泵轮，泵轮带动涡轮旋转，涡轮转动后给进气系统增压。增压器安装在发动机的排气一侧，所以增压器的工作温度很高，而且增 第 4 页 共 39页压器在工作时转子的转速非常高，可达到每
5、分钟十几万转，如此高的转速和温度使得常见的机械滚针或滚珠轴承无法为转子工作，因此涡轮增压器普遍采用全浮动轴承，由机油来进行润滑，还有冷却液为增压器进行冷却。废弃涡轮增压控制功能：废弃涡轮增压是靠废弃排除时的能量来驱动的，而废弃排出是的能量主要取决与废弃的流速。随着发动机转速提高，废弃流速提高，使废弃涡轮增压的转速提高，增压压力提高；反之，随着发动机转速降低，废弃涡轮增压的增压压力会减低。由于汽车发动机转速变化范围大，废弃涡轮增压 第 5 页 共 39页器的工作特性难以在各种工况下均与发动机实现良好的匹配。如：发动机低速大负荷时，会因增压压力低而导致进气量不足，造成发动机燃烧不完全、冒黑烟、动力
6、性能差下降等；反之，但发动机高速大负荷时容易造成增压器超速燃烧压力过高等不良后果。由此可见，根据发动机工况变化，控制增压压力非常重要。增压控制系统的功能就是根据发动机工况变化，通过调节压力，进一步优化发动机的性能。此外部分发动机还设有增压空气控制循环系统，该系统是通过将压气机的出口气与进气口联通使增压空气循环的方法。控制供给发动机的增压空气量，以避免发动机在急减速工况时，废弃涡轮增压器内部产生气体冲击，同时也可以在转速过高、或小负荷，减低进气噪音和燃油消耗。二、增压压力控制方式1)旁通式增压控制 第 6 页 共 39页在旁通阀式增压压力控制系统，可采用占空比控制型电磁阀取代开关型电磁阀，实现增
7、压压力的连续控制。ECU 根据发动机负荷信号和转速信号，按预存的增压压力控制模型确定此负荷和转速下的增压压力，将其与增压压力传感器检测到的实际增压压力进行比较，并且根据比较结果调节电磁阀通电占空比，通过电磁阀开度的变化调节作用在驱动其实膜片上的空气压力，从而调节旁通阀的开度实现增压压力的连续控制。2)节流阀式增压压力控制节流阀式增压压力控制装置的截留阀在增压器的涡轮进口出，当发动机低速时，节流阀关闭以减小涡轮进口截面，使废气流速加快，增压器转速提高，以避免低速时增压压力不足的现象。当发动机转速较高时，节流阀开启以增大涡轮进口界面，使废气流速减慢，以防止高速时增压器超速现象。节流阀的开启与关闭，
8、由电磁阀和驱动器室来控制。 第 7 页 共 39页3)可调叶片式增压压力控制可调叶片式增压压力控制系统的调整环安装在涡轮增压器壳上，与可调叶片和轴制成一体的叶片拨销位于调整环相应的卡槽内，叶片由支撑环支撑，调整环转动时，即可通过相应的卡槽驱动叶片拨销和叶片一起转动从而改变叶片角度。控制连杆通过调整环拨销相应的卡槽驱动调整环转动，而控制杆的转动则由ECU 通过电磁阀和驱动器室来控制。控制电磁阀采用占空比控制型，但只有 4 个变化位置，相应的可调叶片也只有 4 个角度位置，能够对废弃涡轮增压实现四 第 8 页 共 39页级控制三、涡轮增压系统的优点 涡轮增压有许多好处。非增压发动机通过曲轴的运动直
9、接从大气中吸进空气，而涡轮增压器向发动机提供压缩空气。由于进入气缸的空气增多，所以允许喷入较多的燃油，使发动机产生较多的功率并具有较高的燃烧效率。这意味着一台尺寸和重量相同的发动机 第 9 页 共 39页经增压后可以产生较多的功率，或者说，一台小排量发动机经增压后可产生与较大发动机相同的功率。其它还有节约燃油和降低排放等优点。 由于涡轮增压器为发动机提供了更多的空气，燃油在发动机气缸里燃烧时会燃烧得更充分、更彻底。发动机进气管的空气保持正压力（大于大气压的压力）对发动机有几方面的好处。当发动机进排气门重叠开启时，新鲜空气吹入燃烧室，清除所有残留在燃烧室里的废气，同时冷却气缸头、活塞和气门。 涡
10、轮增压器可使非增压发动机在高原上工作时得到氧气补偿（使其达到标准大气条件）。发动机和涡轮增压器相匹配，使进气管压力保持海平面大气压。而一台自然吸气的发动机，随着海拔高度的增加，其功率将下降。 第 10 页 共 39页4、涡轮增压器的零部件 废气涡轮增压器（囹 2 ）是由废气驱动的涡轮和径流式压气机组成的，它们分别被安装在轴的两头并有各自的铸造壳体。轴本身被安装在中间壳中并由中间壳来支撑。中间壳的两侧分别同压气机壳和涡轮壳相连接，典型的涡轮增压器转速可以在 100000 转 / 分以上。 图 2 涡轮增压器结构 1)涡轮 涡轮部分是个向心式的径流或混流装置，由铸造的涡轮叶轮、叶轮隔热罩及涡轮壳组
11、成，进气口位于涡 第 11 页 共 39页轮壳的外直径处。废气流进涡轮，经叶轮叶片，从涡轮壳直径的中心部位流出。 2)压气机 压气机部分是个离心式或径向外流式装置，由铸造的压气机叶轮、后盖板及压气机壳组成，进气口位于压气机壳直径的中心部位处。空气在压气机内向外流，经叶轮叫片，从压气机壳的外直径处流出。 3）中间壳和转子 涡轮增压器卸去所连接的压气机壳和涡轮壳后剩下的部分称为中间壳和转子总成。中间壳（又称轴承壳）以一个精心设计的轴承系统来支撑压气机和涡轮的轮轮系统。这一为高速运转而设计的轴承系统不能象曲轴的轴承那样承受重的载荷，而是必须精确地定位两只叶轮的位置，使其尽可能靠近两端壳子的轮廓型线。
12、这种定位的关键是向中间壳油孔、轴承和轴之间的间隙注入润滑油。注入到间隙里的润滑油对提高涡轮增压器的效率和延长使用寿命是极其重要的。 第 12 页 共 39页图 3 是润滑油流动的示意图，它说明从发动机润滑系统流出的润滑油是如何通过油孔和油槽流入两个主轴承的。润滑油流过轴承中的油孔去润滑和冷却轴承、轴承孔和轴颈。润滑油也从进油孔直接进入推力轴承，或者通过在压气机壳后盖板的油道进入推力轴承。润滑油靠重力从中间壳排出。 密封系统使中间壳同涡轮级和压气机级分开。密封限制润滑油流进压气机和涡轮区域内，并阻止燃气和空气从这两个区域流入中间壳。密封系统由活塞环密封、石墨和 O 形图密封、甩油环以及迷宫（螺纹
13、状的）密封组成，以完成密封任务。当轴旋转和壳体内气体压力建立起来时，密封开始起作用，如图 3 所示。 图 3 涡轮增压器润滑油路 第 13 页 共 39页各种卡环和螺栓用来防护转动部件或将它们定位。止推部件用来保证轴向位置。轴的螺母或车有螺纹的叶轮用来连接压气机叶轮和涡轮叶轮。涡轮壳和压气机壳同中间壳及转子总成靠螺栓、 V 形卡箍和或压板、锁紧板来连接。 第二章、涡轮增压器保养与维修根据实践经验，造成涡轮增压器事故的主要原因是润滑问题，例如润滑油供油滞后、节流或缺油和在润滑油里有杂质等。占第二位的原因是外来物体进入压气机叶轮或涡轮叶轮。 要有良好的维护保养习惯，特别是对空气滤清器、润滑油品质和润滑油滤清器等的维护保养。因为涡轮增压器工作转速很高，所以良好的维护保养是非常重要的。适当的操作步骤和预防性的维护保养，可以保证涡轮增压器的使用寿命和良好性能。 除了偶尔要对压气机进行清洗以外，不需要单独对涡轮增压器作周期性的维护保养。因为一般的维修人 第 14 页 共 39页员没有专用设备是不能对涡轮增压器做校准和调整工作，并且涡轮增压器的润滑油是由它所在的发动
