廢氣渦輪增壓器的工作原理

渦輪增壓器的主要部件有殼體、渦輪、壓氣機葉輪、轉(zhuǎn)軸、浮動軸承、壓力執(zhí)行器、推桿、管路、進(jìn)氣旁通閥(也叫增壓旁通閥)、進(jìn)氣旁通電磁閥(有進(jìn)氣旁通閥和進(jìn)氣旁通電磁閥合二為一的情況，下面會說明)、廢氣旁通閥、廢氣旁通電磁閥等。

1-排氣管2-噴嘴環(huán)3-渦輪4-渦輪殼體5-軸6-軸承7-擴(kuò)散器8-壓縮機葉輪9-環(huán)形壓縮機殼體10-進(jìn)氣管

廢氣渦輪增壓器的工作原理；

柴油機排出的具有800~1000K高溫和一定壓力的廢氣通過排氣管1進(jìn)入渦輪機殼4內(nèi)的噴嘴環(huán)2。隨著噴嘴環(huán)的通過面積逐漸減小，廢氣的壓力和溫度降低，速度增加，其動能增加。這種高速廢氣流沿某一方向沖擊渦輪，使渦輪高速運轉(zhuǎn)。廢氣的壓力、溫度和速度越高，渦輪旋轉(zhuǎn)得越快。經(jīng)過渦輪的廢氣最終排入大氣。

由于渦輪3和離心式壓縮機葉輪8固定安裝在同一軸5上，它們以相同的速度旋轉(zhuǎn)。這樣，通過空氣濾清器的空氣被吸入壓縮機殼體，高速旋轉(zhuǎn)的壓縮機葉輪8將空氣甩向葉輪的外緣，提高其速度和壓力，并進(jìn)入擴(kuò)壓器7。擴(kuò)散器被成形為具有小的入口和大的出口，使得空氣的流速降低而壓力增加。然后，通過具有小橫截面至大橫截面的環(huán)形壓縮機殼體9，氣流的壓力繼續(xù)增加，并且壓縮空氣通過柴油發(fā)動機的進(jìn)氣管10進(jìn)入氣缸。

廢氣渦輪增壓器使用的壓縮機多為離心式，出口氣體壓力可達(dá)140~300kPa甚至500kPa。

廢氣渦輪增壓器的主要性能指標(biāo)之一是升壓比，簡稱壓比K。指壓縮機出口氣體壓力(Pk)與入口氣體壓力P1的比值。

廢氣渦輪增壓器的壓縮比可分為低、中、高三種。低增壓壓力kl.4介質(zhì)增壓的壓比k為1.4 ~ 2.0；高增壓壓力比k2?，F(xiàn)代柴油機大多使用高壓比增壓器。

汽車排氣渦輪增壓器的渦輪大多采用徑向向心式。進(jìn)入渦輪的大部分廢氣流是脈沖式的，因此廢氣的能量可以得到充分利用。為此，進(jìn)入渦輪增壓器的排氣管分為幾個部分。比如點火順序為1-5-3-6-2-4的6缸發(fā)動機，一般1缸、2缸、3缸共用一個排氣管，沿著渦輪殼體上的進(jìn)氣口通向一個半圓形的噴嘴環(huán)；4缸、5缸和6缸共用一根排氣管，該排氣管沿著渦輪機殼體的另一根進(jìn)氣管通向噴嘴環(huán)的另一個半圓。這樣，每個排氣管中的排氣間隔都在240沖程以上，使廢氣互不干擾，廢氣的脈沖能量可以充分利用來驅(qū)動渦輪。壓力峰值后的瞬時真空有助于氣缸掃氣。

圖2斯太爾WD615柴油機廢氣增壓系統(tǒng)示意圖。

L-空氣濾清器2-煙霧限制器排氣管3-連接管4-進(jìn)氣管5-中間冷卻器6-水箱7-風(fēng)扇8-排氣管9-渦輪10-壓縮機

為了增加充氣密度，可以增加壓縮機的壓力比。但是當(dāng)k gt；L.8，空氣密度會隨著壓比的增大而降低，空氣溫度會隨著壓比的增大而升高，從而增加柴油機零部件的熱負(fù)荷和排氣污染。通常，降低進(jìn)氣溫度以增加充氣密度。

一些增壓柴油機裝有中冷器。試驗表明，通過10K降低缸內(nèi)空氣溫度，功率可提高2.5%~3%，且中冷器的作用越明顯，增壓壓力越高。

中冷器的結(jié)構(gòu)與散熱器相同。它安裝在散熱器的前面，以便熱空氣被柴油發(fā)動機上的燃?xì)鉁u輪壓縮機的風(fēng)扇冷卻。它們中的一些被冷卻水冷卻，它們的結(jié)構(gòu)形狀隨機變化。

廢氣渦輪增壓器的控制原理

E

當(dāng)發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)時，如果快速關(guān)閉節(jié)氣門，通向進(jìn)氣歧管的路徑將被節(jié)氣門堵塞，這將導(dǎo)致增壓系統(tǒng)高壓側(cè)的壓力波動峰值。如果壓力得不到控制，渦輪增壓器會產(chǎn)生明顯的振動和噪音，最終導(dǎo)致渦輪增壓器的損壞。因此，當(dāng)節(jié)氣門快速關(guān)閉時，ECM控制進(jìn)氣旁通電磁閥將真空從進(jìn)氣歧管通過管路引向進(jìn)氣旁通閥，使進(jìn)氣旁通閥內(nèi)部的閥芯向左移動。此時高壓側(cè)和低壓側(cè)的通道是相通的，高壓側(cè)的壓力向低壓側(cè)釋放(如圖3所示)，從而降低增壓系統(tǒng)中波動的峰值壓力，避免渦輪增壓器的損壞。

此外，如果不釋放波動的峰值壓力，壓縮機葉輪將迅速減速，導(dǎo)致下一次增壓滯后。因此，泄壓波動的峰值壓力可以使壓氣機葉輪保持較高的轉(zhuǎn)速運行，從而縮短下一代增壓壓力的響應(yīng)時間。

至于進(jìn)氣旁通閥，另一種方法是將進(jìn)氣旁通閥和進(jìn)氣旁通電磁閥合二為一(這種閥也叫進(jìn)氣旁通電磁閥)，省去了相關(guān)的管路和真空源。當(dāng)節(jié)氣門快速關(guān)閉時，ECM控制電磁閥移動電磁閥的閥芯，高壓側(cè)的壓力釋放到低壓側(cè)(如圖4)，從而保護(hù)渦輪增壓器，保持壓氣機葉輪高速運轉(zhuǎn)。

廢氣門控制

廢氣渦輪增壓器的增壓壓力取決于沖擊式渦輪的廢氣流量。沖擊式渦輪的廢氣流量越大，渦輪的速度越高，壓縮機葉輪的速度越高，增壓壓力也越高。因此，通過控制沖擊式渦輪的廢氣流量來實現(xiàn)增壓。如圖5所示，增壓器高壓側(cè)的空氣通過管路到達(dá)廢氣門電磁閥后，ECM通過PWM信號控制廢氣門電磁閥來調(diào)節(jié)其兩路輸出管路的壓力，使壓力按一定比例分配到增壓器的壓力執(zhí)行器和低壓側(cè)(進(jìn)氣側(cè))。當(dāng)壓力執(zhí)行器的壓力達(dá)到一定值時，連接到壓力執(zhí)行器的推桿將驅(qū)動廢氣門打開。此時，壓力致動器的壓力增加，并且廢氣門閥打開更多，使得沖擊渦輪的廢氣流減少，從而渦輪速度降低，并且壓縮機葉輪速度也降低，導(dǎo)致增壓壓力降低。相反，如果壓力致動器的壓力降低，廢氣門閥的開度將降低，沖擊渦輪的廢氣流量將增加，因此渦輪轉(zhuǎn)速將增加，壓縮機葉輪轉(zhuǎn)速也將增加，從而導(dǎo)致增壓壓力增加。

廢氣渦輪增壓器利用柴油機排出的具有一定溫度和壓力的廢氣能量，通過渦輪轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)機械能，從而帶動與其同軸的壓氣機葉輪高速旋轉(zhuǎn)。將新鮮空氣加壓增加其密度，再通過氣管送入氣缸，增加了氣缸的充氣量，使更多的柴油噴入氣缸，提高柴油機的功率。因此，增壓是在不增加柴油機排量和轉(zhuǎn)速的情況下，提高動力性能、改善經(jīng)濟(jì)性、降低排氣污染的有效手段，也是目前柴油機的發(fā)展趨勢。

在高原地區(qū)，由于氣壓低，空氣稀薄，缺氧，自然吸氣發(fā)動機的動力會下降。對于使用廢氣渦輪增壓器的發(fā)動機來說，海拔對動力的影響很小，所以渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速也會隨著海拔的升高而升高，從而提高增壓壓力，可以彌補海拔帶來的進(jìn)氣密度降低，從而減少發(fā)動機動力的降低。因此，采用廢氣渦輪增壓技術(shù)也是高原恢復(fù)發(fā)動機動力的有效措施。

增壓器的潤滑：

增壓器的潤滑油由

中間體是用于支撐轉(zhuǎn)子組件、固定渦輪殼體和壓縮機殼體的中間支撐體，也是用于潤滑和冷卻浮動軸轉(zhuǎn)子的潤滑箱。

(3)壓縮機部分：

主要包括單級離心壓縮機葉輪、擴(kuò)壓器和壓縮機外殼?？諝獗桓咚傩D(zhuǎn)的壓縮機葉輪通過空氣過濾器吸入，增加了空氣流速和壓力。北京的擴(kuò)壓器和壓氣機機匣將氣流的動能轉(zhuǎn)化為壓力能，壓力進(jìn)一步增大后通過發(fā)動機進(jìn)氣管進(jìn)入氣缸，從而增加進(jìn)入發(fā)動機氣缸的空氣密度。

渦輪軸與渦輪通過摩擦焊連接成一體，壓氣機葉輪過渡配合安裝在渦輪軸上，并由自鎖螺母壓緊。整個轉(zhuǎn)子組件經(jīng)過精確的動態(tài)平衡，以確保高速下的正常運行。

轉(zhuǎn)子組件由內(nèi)支撐支撐，即兩個全浮動浮動軸承安裝在兩個葉輪之間的中間體上，轉(zhuǎn)子的軸向力由固定在中間體上的推力軸承裝置承擔(dān)。

增壓器的潤滑采用壓力潤滑，其作用是保證轉(zhuǎn)子和軸承在正常工作時能獲得足夠的潤滑強度和冷卻強度。

(4)排氣閥：

渦輪增壓器排氣閥的作用是保證發(fā)動機在中低速范圍內(nèi)與渦輪增壓器有最佳的匹配效果，使發(fā)動機獲得足夠的空氣并適應(yīng)增加的供油量，提高低速扭矩，改善油耗。在高速范圍內(nèi)，排出廢氣(即一部分廢氣不經(jīng)過渦輪直接進(jìn)入排氣管)，以避免渦輪增壓器轉(zhuǎn)子超速或增壓壓力過大造成缸內(nèi)燃燒壓力過大，增加發(fā)動機的機械負(fù)荷。換句話說，渦輪增壓器使用的是排氣閥，其重點是改善發(fā)動機的低速扭矩特性，同時兼顧發(fā)動機高速時的性能指標(biāo)和可靠性。排氣通風(fēng)閥的打開和關(guān)閉由增壓壓力自動控制。壓縮機出口處的增壓壓力被引入排氣閥調(diào)節(jié)器的封閉壓力室。當(dāng)增壓壓力達(dá)到或超過規(guī)定值時，其膜片將克服左側(cè)的彈簧力，與聯(lián)動推桿一起向左移動，推動搖臂繞銷軸轉(zhuǎn)動，從而打開排氣門，旁通廢氣，控制增壓器的轉(zhuǎn)速。

注意：

當(dāng)放氣閥開啟壓力的規(guī)定值由廠家設(shè)定時，用戶不得進(jìn)行任何調(diào)整，即不得擰動連桿推桿上的調(diào)整螺母，否則將嚴(yán)重?fù)p害發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性。