渦輪增壓器的工作原理

渦輪增壓是一種利用內(nèi)燃機產(chǎn)生的廢氣驅(qū)動空氣壓縮機的技術(shù)。

渦輪增壓器其實就是一個空氣壓縮機，通過壓縮空氣來增加進氣量。渦輪增壓器利用發(fā)動機排出廢氣的慣性沖力推動渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪帶動同軸葉輪對空氣濾清器管路送入氣缸的空氣加壓。

當發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加時，廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速同步增加，葉輪將更多的空氣壓縮到氣缸中。隨著空氣壓力和密度的增加，可以燃燒更多的燃油，相應(yīng)增加燃油量，調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)速，增加發(fā)動機的輸出功率。

渦輪增壓器的功能

渦輪增壓的主要作用是增加發(fā)動機的進氣量，從而提高發(fā)動機的功率和扭矩，使汽車更具動力。發(fā)動機加裝渦輪增壓器后，最大功率可以比沒有渦輪增壓器時提高40%甚至更高。這意味著同樣的發(fā)動機經(jīng)過增壓后可以輸出更大的功率。以我們最常見的1.8T渦輪增壓發(fā)動機為例。增壓后動力可以達到2.4L發(fā)動機的水平，但油耗并不比1.8L發(fā)動機高多少。另一方面是提高燃油經(jīng)濟性，減少尾氣排放。

渦輪增壓器的組成

廢氣渦輪增壓器主要由泵輪和渦輪通過轉(zhuǎn)子連接而成。你可能覺得渦輪增壓器很復(fù)雜，其實不然。渦輪增壓器主要由渦輪室和增壓器組成。有轉(zhuǎn)子、密封系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、旁通閥機構(gòu)等。

簡單的渦輪增壓器原理

簡單來說，渦輪增壓器與發(fā)動機的排氣歧管相連。氣缸排出的廢氣驅(qū)動渦輪旋轉(zhuǎn)，類似于燃氣輪機。渦輪軸與安裝在空氣過濾器和吸入管之間的壓縮機相連。壓縮機空氣被壓縮進入氣缸，從氣缸排出的廢氣流經(jīng)渦輪葉片，使渦輪旋轉(zhuǎn)。流經(jīng)葉片的廢氣越多，渦輪旋轉(zhuǎn)得越快。

在與渦輪相連的軸的另一端，壓縮機將空氣吸入氣缸。壓縮機就是離心泵，它把葉片中心的空氣吸進去，旋轉(zhuǎn)的時候把空氣甩出去。

渦輪增壓工作過程

希望以下簡單的步驟可以幫助你了解渦輪增壓的工作順序，讓你清楚的了解渦輪增壓系統(tǒng)的工作原理。渦輪增壓的工作過程如下

首先，發(fā)動機排出的廢氣推動渦輪排氣端的渦輪葉輪旋轉(zhuǎn)。因此，與其連接的另一側(cè)的壓縮機葉輪可以同時被驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。

第二，壓縮機葉輪從進氣口強行吸入空氣。葉片旋轉(zhuǎn)壓縮后，進入直徑越來越小的壓縮通道進行二次壓縮，壓縮空氣噴入氣缸燃燒。

第三，有些發(fā)動機裝有中冷器，以降低壓縮空氣的溫度，增加密度，防止發(fā)動機爆震。

4.被壓縮(和冷卻)的空氣通過進氣管進入氣缸參與燃燒做功。

第五，燃燒后的廢氣從排氣管排出，進入渦輪，然后重復(fù)上述(1)動作。這就是渦輪增壓的工作原理。

復(fù)合渦輪增壓器原理

發(fā)動機排出的廢氣驅(qū)動泵輪，泵輪帶動渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪旋轉(zhuǎn)給進氣系統(tǒng)增壓。增壓器安裝在發(fā)動機的排氣側(cè)，所以增壓器的工作溫度很高，增壓器的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速很高，可以達到每分鐘10萬轉(zhuǎn)以上。如此高的轉(zhuǎn)速和溫度使得普通的機械滾針或滾珠軸承無法為轉(zhuǎn)子工作，所以渦輪增壓器一般采用全浮動軸承，采用油潤滑，冷卻液冷卻。以前大部分柴油發(fā)動機使用渦輪增壓器，現(xiàn)在部分汽油發(fā)動機也使用渦輪增壓器。因為汽油和柴油的燃燒方式不同，所以發(fā)動機使用的渦輪增壓器也不同。

發(fā)動機渦輪增壓器原理

汽油發(fā)動機不同于柴油發(fā)動機。不是空氣，而是汽油和空氣的混合物進入氣缸。壓力過大容易爆燃。

強制增壓后，汽油機在壓縮和燃燒過程中溫度和壓力都會升高，爆燃的傾向也會增大。

另外，汽油機的排氣溫度高于柴油機，不宜通過增加氣門重疊角(進氣門和排氣門同時開啟的時間)來加強排氣溫度。降低壓縮比會導(dǎo)致燃燒不充分。另外，汽油機轉(zhuǎn)速高于柴油機，空氣流量變化大，容易導(dǎo)致渦輪增壓器響應(yīng)滯后。

針對汽油機使用渦輪增壓器的一系列問題，工程師們進行了針對性的改進，增加了以下部件，使汽油機也可以使用廢氣渦輪增壓器。

空氣冷卻器

溫度的升高不僅影響充氣效率，還容易導(dǎo)致爆燃。所以需要安裝一個降低進氣溫度的裝置，就是中冷器。它安裝在渦輪增壓器的出口和進氣管之間，用來冷卻進入氣缸的空氣。中間冷卻器就像一個散熱器。它被風(fēng)或水冷卻，空氣的熱量通過冷卻消散到大氣中。據(jù)測試，性能良好的中冷器不僅能使發(fā)動機的壓縮比保持在一定值而不爆燃，還能降低溫度以增加進氣壓力，進一步提高發(fā)動機的有效功率。

葉輪

由于汽油機轉(zhuǎn)速范圍寬，空氣流量變化大，渦輪增壓器壓氣機葉輪是一種復(fù)雜的三維曲面超薄壁葉輪葉片，一般由12 ~ 30片葉片按徑向曲線排列而成，葉片厚度小于0.5mm，采用特殊鑄造方法由鋁制成。葉片的形狀直接影響渦輪增壓發(fā)動機的性能。葉輪的形狀和角度越合理，重量越輕，葉輪的啟動越靈敏，渦輪增壓器的自然缺陷“反應(yīng)滯后”越小。

爆燃傳感器

除了降低溫度以減少爆燃的可能性之外，還應(yīng)該使用爆燃傳感器。其作用是當爆燃發(fā)生時，傳感器會立即將信息反饋給發(fā)動機ECU控制系統(tǒng)，稍微延遲點火正時，在爆燃未發(fā)生時恢復(fù)正常點火正時。

由于汽車汽油機的轉(zhuǎn)速高于柴油機，空氣流速快，變化范圍大，所以對其渦輪增壓器的要求較高。電控噴射系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代汽車發(fā)動機中。隨著電子控制技術(shù)和新材料的配合，渦輪增壓器在汽油機上的應(yīng)用將會越來越普遍。汽車維修技術(shù)網(wǎng)

汽車上使用的廢氣渦輪增壓器都是采用單進氣渦輪殼體，也就是說只利用了廢氣的壓力能，沒有其他輔助能量。由于發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍較寬，廢氣渦輪增壓器必須有調(diào)節(jié)裝置，使發(fā)動機在一定的發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)獲得相對恒定的增壓壓力。另外汽油機是點火的，其壓縮比是有限的。過高會引起爆燃。因此，需要有爆燃檢測和控制機構(gòu)，隨時調(diào)整點火提前角。

一般汽車的廢氣渦輪增壓器一般安裝在排氣管附近，渦輪和葉輪分別安裝在渦輪室和渦輪增壓器內(nèi)，兩者同軸剛性連接，同步旋轉(zhuǎn)。

柴油機渦輪增壓調(diào)節(jié)裝置

控制

目前渦輪增壓器的調(diào)節(jié)裝置大多在排氣側(cè)進行調(diào)節(jié)。當不需要增壓時，如怠速或爆燃時，部分廢氣會通過旁通閥排出，而不是進入渦輪增壓器。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速達到1800 rpm時，電磁閥將關(guān)閉旁通閥，并將廢氣流引導(dǎo)至渦輪的一側(cè)。

冷卻空氣可以使空氣收縮并增加其密度，將更多的空氣塞入相同的體積中，并防止爆燃。所以汽車的渦輪增壓器都裝有中冷器，中冷器一般采用空氣冷卻，安裝在發(fā)動機散熱器的前面、旁邊或單獨的位置，由汽車迎面而來的氣流或自身風(fēng)扇冷卻。

軸承

渦輪增壓器的關(guān)鍵部件是軸承。這種以潤滑命名的軸承被稱為“全浮動軸承”，工作速度極高，工作環(huán)境惡劣。因此，保證潤滑非常重要。如果由于油壓低導(dǎo)致供油緩慢，軸承將會損壞，渦輪增壓器將會出現(xiàn)故障。這種故障在發(fā)動機正常啟動時不會出現(xiàn)，但如果更換機油和機油濾清器后第一次啟動發(fā)動機，供油緩慢，軸承缺油潤滑。這種情況下，啟動后需要怠速運轉(zhuǎn)3分鐘左右，不允許直接將轉(zhuǎn)速提高到渦輪增壓器的啟動轉(zhuǎn)速。同樣，高速上坡后也不要馬上關(guān)發(fā)動機。讓發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)1分鐘左右，讓還在怠速運轉(zhuǎn)的渦輪增壓器軸承不會缺油。所以使用渦輪增壓車的司機，一定要按照廠家的說明，非常注意油品的質(zhì)量。把渦輪增壓車當成普通車是不可取的。

使用帶渦輪增壓器發(fā)動機的注意事項

根據(jù)渦輪增壓器的工作原理，使用帶渦輪增壓器的發(fā)動機時應(yīng)注意一些問題：

1.發(fā)動機啟動后，應(yīng)怠速運轉(zhuǎn)一段時間，使?jié)櫥瓦_到一定的工作溫度和壓力，避免負荷突然增大時加速軸承磨損甚至卡澀。

2.車輛停車時，由于增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動有一定的慣性，不要馬上關(guān)閉發(fā)動機，而是怠速運轉(zhuǎn)一段時間，這樣增壓器轉(zhuǎn)子的溫度和轉(zhuǎn)速會逐漸降低。立即關(guān)閉發(fā)動機會使機油失壓，轉(zhuǎn)子在慣性旋轉(zhuǎn)時會因潤滑不足而損壞。

3.經(jīng)常檢查油量，以避免軸承故障和旋轉(zhuǎn)部件因缺油而卡住。

4.定期更換機油和機器過濾器。由于全浮動軸承對潤滑油的要求較高，應(yīng)使用廠家指定的品牌油。

5.定期清潔和更換空氣過濾器。過濾污濁空氣會增加進氣阻力，降低發(fā)動機功率。

6.務(wù)必檢查進氣系統(tǒng)的密封性。漏氣會導(dǎo)致灰塵被吸入增壓器和發(fā)動機，損壞增壓器和發(fā)動機。

7.由于渦輪增壓器轉(zhuǎn)子軸承的高精度，在維修和安裝過程中對工作環(huán)境有嚴格的要求。當渦輪增壓器出現(xiàn)故障或損壞時，應(yīng)在指定的維修站進行維修。