浅谈现代汽车涡轮增压器的原理及使用

1、浅谈现代汽车涡轮增压器的原理及使用在谈到现代汽车涡轮增压器之前，先解释下涡轮增压器。它实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量,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，相应增加燃料量和调整发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。参加竞赛的跑车一般在发动机上装有涡轮增压器，以使汽车迸发出更大的功率。发动机是靠燃料在气缸内燃烧来产生功率的，输入的燃料量受到吸入气缸内空气量的限制，所

2、产生的功率也会受到限制，如果发动机的运行性能已处于最佳状态，再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入气缸来增加燃料量，提高燃烧做功能力。在目前的技术条件下，涡轮增压器是唯一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。涡轮增压器的最大优点是能在不加大发动机排量就能较大幅度地提高发动机的功率及扭力，一般而言，加装增压器后的发动机的功率及扭矩要增大2030。涡轮增压器的缺点是滞后，即由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓，使发动机延迟增加或减少输出功率，这对于要突然加速或超车的汽车而言，瞬间会有点提不上劲的感觉。涡轮增压器按增压方式分为废气涡轮增压器、复合式废气涡轮增压器和组合式涡轮增

3、压器。它们的作用分别如下： 1.废气涡轮增压器是利用发动机排出的具有一定能量的废气进入涡轮并膨胀做功，废气涡轮的全部功率用于驱动与涡轮机同轴旋转的压气机工作叶轮，在压气机中将新鲜空气压缩后再送入气缸。废气涡轮与压气机通常装成一体，便称为废气涡轮增压器。其结构简单，工作可靠，一般柴油机合理地加装废气涡轮增压系统后，可提高功率30%50%，降低比油耗5%左右，有利于改善整机动力性能、经济性能及排放品质，因而得到广泛应用。 2.复合式废气涡轮增压器。废气涡轮增压器是将废气动力涡轮与废气涡轮增压器串联起来工作，称为复合式废气涡轮增压器。在某些增压度较高的柴油机上，废气能量除驱动废气

4、涡轮增压器外，尚有多余的能量用于驱动低压废气动力涡轮，该动力涡轮通过齿轮变速器及液力耦合器与发动机输出轴联接。这样，废气涡轮增压器达到增压的目的，而废气动力涡轮将废气能量直接变为功率送给曲轴。复合式废气涡轮增压器可充分利用废气能量，使动力性能、经济性能大为改善，但结构复杂，成本高且技术难度大。 3.组合式涡轮增压器。组合式涡轮增压器由废气涡轮增压与进气惯性增压组合而成。在该增压系统中，除废气涡轮增压器外，还有由稳压箱、共振管、共振室等构成的进气惯性增压系统，利用压力峰值可进一步提高增压后的进气压力。该系统使柴油机加速性能变好，并对改善柴油机的低速转矩有利。汽油发动机不同于柴油发动机，

5、它进入气缸的不是空气，而是汽油与空气的混合气，压力过大容易爆燃。因此，安装涡轮增压器必须要避免爆燃，这里涉及两个相关问题，一个是高温控制，另一个是点火时间控制。强制性增压后，汽油机压缩和燃烧时的温度和压力都会增加，爆燃倾向增加。另外，汽油机排气温度比柴油机高，而且不宜采用增大气门重叠角（进、气排门同时开启的时间）方式来加强排气的降温，降低压缩比又会造成燃烧不充分。还有，汽油机的转速比柴油机高，空气流量变化大，很容易造成涡轮增压器反应滞后。针对汽油机使用涡轮增压器出现的一系列问题，工程师有针对性地一一做了改进，使汽油机也能用上废气涡轮增压器。温度增高，这样不仅影响充气效率，还容易产生爆燃。因此要

6、装置降低进气温度的设备，这就是中间冷却器。它安装在涡轮增压器出口与进气管之间，对进入气缸的空气进行冷却。中间冷却器就象散热器，用风冷却或者水冷却，空气的热量通过冷却而逸散到大气中去。据测试，性能良好的中间冷却器不但可以使发动机压缩比能保持一定值而不会产生爆燃，同时降低温度也可提高进气压力，进一步提高发动机的有效功率。由于汽油发动机转速范围宽，空气流量变化大，因此涡轮增压器的压缩叶轮外形是复杂的三元曲面超薄壁叶轮片，一般有1230片叶，呈放射线状曲线排列，叶片厚度在0.5毫米以下，采用铝材用特殊铸造法制作。叶片形状的优劣直接影响到涡轮增压发动机的性能。叶轮形状角度越合理，质量越轻，叶轮的启动就越

7、灵敏，涡轮增压器的天生缺陷“反应滞后”也就越小。除了降低温度来减少爆燃的可能外，还要采用爆燃传感器，它的作用就是在产生爆燃之时，传感器感到不正常的振动会立即将信息反馈至发动机ECU（电子控制单元）控制系统，将点火定时稍推迟一点，不产生爆燃的时候再恢复正常点火定时。由于轿车汽油机的转速比柴油机高，空气流速快而且变化范围大，因此它的涡轮增压器有更高的要求。现代轿车发动机已普遍采用电子喷射系统，在电子控制技术及新材料的配合下，涡轮增压器在汽油机上的应用也会日益普遍。轿车用的废气涡轮增压器都采用单入口涡轮外壳，也就是说只利用废气排气的压力能量，不需使用其它的辅助能量。由于轿车发动机的转速范围大，因此废

8、气涡轮增压器必须要有调节装置，以使发动机能在一定转速范围内获得比较恒定的增压压力。另外，汽油机是点燃式点火，它的压缩比是有一定范围限制的，过高就会引发爆燃。因此，还要有爆燃检测及控制机构，随时调整点火提前角。轿车的废气涡轮增压器一般安装在排气管附近，涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴刚性联接，同步旋转。目前的涡轮增压器的调节装置大都在排气侧进行调节，当不需要增压时，例如怠速或者有爆燃先兆时，一部分排气会通过旁通阀泄出而不进入涡轮增压器。当发动机转速每分钟达到1800转时，电磁阀就会关闭旁通阀让排气流指向涡轮一侧，使涡轮转动。另外还有一种设计，就是调节涡轮叶片的角度，通过阻力的改变来调

9、节涡轮的转速，从而改变增压量。对空气进行冷却可以使空气收缩增大密度，在同等容积下塞进更多空气，还可以防止爆燃。因此轿车的涡轮增压器都安装有中间冷却器，这种中间冷却器一般用空气冷却，安装在发动机散热器前面、旁边或者单独一个位置，利用汽车迎面气流或者自身风扇冷却。涡轮增压器的关键零件是轴承。这种根据润滑形式命名的轴承被称为“全浮式轴承”，工作转速极高，工作环境恶劣。因此，保证润滑是非常重要的事情。如果因油压低导致机油供给缓慢，就会损坏轴承从而导致涡轮增压器失效。在正常的发动机启动是不会发生此类故障的，但如果发动机更换机油和机油过滤器后第一次启动，就会产生机油供给缓慢现象，使轴承缺乏机油润滑。在这种

10、情况下，启动后要怠速运转3分钟左右，不可直接将转速提升到涡轮增压器启动转速。同样，在高速及上坡后也不要使发动机立即停止，要使发动机继续怠速运行1分钟左右，使仍继续空转的涡轮增压器轴承不会缺油。因此，使用涡轮增压器汽车的司机，一定要遵循厂家的指示操作，还要十分注意机油的质量，不宜将涡轮增压器汽车视同一般汽车进行操作。我们正确使用汽车涡轮增压器，使其保持良好的工作性能，满足汽车发动机的正常工作需求。发动机在正常工作情况下，涡轮增压器的转速在8-12万/分钟（r/min），涡轮排气的温度可达600-900摄氏度。 发动机的机油要按说明书规定使用，对于低增压柴油机，应选用不低于CC级的柴机油

11、，对中增压柴油机，应选用不低于CD级的柴机油。对高增压柴油机一般采用CH级的柴机油。发动机保养要按发动机工作小时要求及时更换机油和机油滤清器，保证油质，使增压器得到良好的润滑和散热。 柴油机在运转中，当机油压力低于0.15MPa时，应停机检查，增压器转子轴与轴承润滑，以免机油压力过低造成烧损，机油压力过高也可造成机油窜入涡轮室或压气机室。严禁发动机怠速运转时间过长，以防机油压力过低使增压器润滑不良。 汽车发动机和发电机组的发动机启动后不能急加发动机油门，应使发动机怠速运转3-5min，以保证增压器轴承得到充分的润滑，增压器的轴承是浮动轴承，如润滑不良可使轴承瞬间烧损。在冬季

12、低温启动发动后急加油门可损坏增压器油封，要使发动机至少怠速预热5min。 发动机在熄火前应使发动机怠速运转3-5min。如发动机在高转速下突然熄火停止工作，机油压力为零，而增压器的转子由于惯性继续高速运转，增压器在高转速下停止润滑，热量未被机油带走及时冷却，使增压器的局部温度可达900-1000摄氏度，产生轴承烧损和机油结焦产生积碳。所以在高转速下应怠速运转3-5min，来降低增压器的转子转速和降低增压器的温度。发动机在工作中，根据发动机怠速和中速及变换发动机转速情况下检查，使增压器应运转均匀，无金属撞击或金属磨擦异响，无喘振或不正常振动现象。 经常检查增压器固定情况，排气

13、和导管使否漏气润滑油管和接头是否漏油，例如卡特彼勒电控柴油机3512B装配水冷却增压器，要检查冷却水管和接头密封是否漏水。出现渗漏及时检修。 检查涡轮和空压轮应完整清洁，涡轮叶背面有积碳，是机油焦化或机油燃烧产生积碳。空压轮叶背面有积尘，是进气管路漏气。在拆检时应注意不要碰撞损坏叶轮。 要经常检查密封环是否密封，密封不良可使机油进入进气管道及气缸燃烧。造成发动机机油烧损增压器在安装前应将增压器的所有零、部件采用非碱性清洁剂和软刷清洗干净，并用压缩空气吹干。安装时各摩擦面应加注润滑油，以防止零件拉伤。经过浸泡不能除去积碳层的零件，必要时用毛刷清除，严禁用金属或硬刷子。叶轮必须经过单件动平衡，转子总成必须经整体平衡效验合格后装配。 .涡轮端和压气机端两密封环开口互成180度安装，密封环开口想对中间体进油口成90度。 .装配涡轮轴、压气机叶轮及锁紧螺母的相对位置记号需对正。 .增压器各间隙的装配应依据其型号的主要技术数值。 装配完毕，应从增压器进油口加注适量机油，加入同时应手转动转子，测听有无碰、擦异响，及卡阻现象，如有应查明原因并排除。更换新增压器总成时，应在安装前从增压器进油口加注适量机油，加入同时应手转动转子，以保证增压器在安装后启动发动机的瞬间使轴及轴承得到良好的