汽車渦輪增壓系統(tǒng)(插圖)

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1.單渦輪增壓

渦輪增壓系統(tǒng)分為單渦輪增壓系統(tǒng)和雙渦輪增壓系統(tǒng)。只有一個渦輪增壓器的增壓系統(tǒng)是單渦輪增壓器系統(tǒng)。除了渦輪增壓器，渦輪增壓系統(tǒng)還包括進(jìn)氣旁通閥、排氣旁通閥和排氣旁通閥控制裝置。

2.雙渦輪增壓

六缸汽油機(jī)的雙渦輪增壓系統(tǒng)。兩個渦輪增壓器并排布置在排氣管中。按照氣缸的工作順序，1、2、3缸為一組，4、5、6缸為另一組。每組中三個氣缸的排氣驅(qū)動一個渦輪增壓器。因為三個氣缸的排氣間隔相等，所以增壓器轉(zhuǎn)動平穩(wěn)。此外，將三個氣缸組合成一組也可以防止氣缸之間的排氣干擾。該系統(tǒng)包括渦輪增壓器、進(jìn)氣旁通閥、排氣旁通閥和排氣旁通閥控制裝置、中冷器、共振室和增壓壓力傳感器。

渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理

車用渦輪增壓器由離心壓縮機(jī)、徑流式渦輪和中間體組成。增壓器軸由兩個浮動軸承支撐在中間體中。中間有油道潤滑和冷卻軸承，有密封裝置防止油漏入壓縮機(jī)或渦輪。

1.離心式壓縮機(jī)

離心式壓縮機(jī)由進(jìn)口、壓縮機(jī)葉輪、無葉擴(kuò)壓器和壓縮機(jī)蝸殼組成。包括葉輪和輪轂，由增壓器軸驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。當(dāng)壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)時，空氣通過進(jìn)氣口進(jìn)入壓縮機(jī)葉輪，在離心力的作用下，沿著壓縮機(jī)葉片之間形成的流道從葉輪中心流向葉輪外圍?？諝鈴男D(zhuǎn)的葉輪中獲得能量，大大提高了其速度、壓力和溫度，然后進(jìn)入葉片擴(kuò)壓器。擴(kuò)散器是一個逐漸擴(kuò)大的通道。當(dāng)空氣流過擴(kuò)壓器時，速度減慢，壓力增加，溫度升高。也就是說，在擴(kuò)壓器中，空氣的大部分動能轉(zhuǎn)化為壓力能。

擴(kuò)壓器分為葉片式和無葉片式。無葉擴(kuò)壓器實際上是由蝸殼和中間體的側(cè)壁形成的環(huán)形空間。無葉擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)簡單，工況變化對壓氣機(jī)效率影響較小，適用于汽車增壓器。葉片式擴(kuò)壓器是由相鄰葉片組成的通道，擴(kuò)壓比大，效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工況變化對壓縮機(jī)效率影響較大。蝸殼的功能是收集從擴(kuò)散器流出的空氣，并將其引導(dǎo)至壓縮機(jī)出口。空氣在蝸殼內(nèi)繼續(xù)減速增壓，完成從動能到壓能的過程。壓縮機(jī)葉輪采用鋁合金精密鑄造，蝸殼也采用鋁合金鑄造。

2.輻流式渦輪機(jī)

渦輪是將發(fā)動機(jī)排氣的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的裝置。徑流式渦輪由蝸殼、噴嘴、葉輪和出氣口組成。蝸殼4的入口與發(fā)動機(jī)的排氣管相連，發(fā)動機(jī)的廢氣通過蝸殼引入葉片噴嘴。噴嘴是由相鄰葉片組成的錐形通道。當(dāng)廢氣流過噴嘴時，它被減壓、冷卻、加速和膨脹，從而廢氣的壓力可以被轉(zhuǎn)換成動能。

來自噴嘴的高速氣流沖擊葉輪，在葉片形成的流道中繼續(xù)膨脹做功，推動葉輪旋轉(zhuǎn)。渦輪葉輪經(jīng)常在900的廢氣沖擊下工作，承受巨大的離心力，所以采用鎳基耐熱合金鋼或陶瓷材料制造。采用輕質(zhì)耐熱的陶瓷材料，可使渦輪葉輪質(zhì)量減輕2/3左右，渦輪增壓加速滯后的問題大大改善。噴嘴葉片由耐熱耐腐蝕合金鋼鑄造或加工而成。蝸殼采用耐熱合金鑄鐵鑄造，其內(nèi)表面應(yīng)光滑，以減少氣流損失。

3.轉(zhuǎn)子

渦輪葉輪、壓縮機(jī)葉輪、密封套等零件安裝在渦輪增壓器軸上，形成渦輪增壓器轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過100，000轉(zhuǎn)/分，最高轉(zhuǎn)速為200，000轉(zhuǎn)/分。因此，轉(zhuǎn)子的平衡為ve

渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)是車用渦輪增壓器可靠性的關(guān)鍵之一。現(xiàn)代車用渦輪增壓器都采用浮動軸承。浮動軸承實際上是軸上的一個環(huán)。環(huán)軸與環(huán)和軸承座之間有間隙，形成雙層油膜。活塞環(huán)在軸和軸承座之間浮動。一般內(nèi)間隙0.05mm左右，外間隙0.1 mm左右，軸承壁厚3 ~ 4.5 mm左右，材質(zhì)為錫鉛青銅合金。軸承表面鍍一層鉛錫合金或銦，厚度約為0.005 ~ 0.008毫米，增壓器工作時，軸承在軸和軸承座之間轉(zhuǎn)動。

增壓器工作時產(chǎn)生的軸向推力由安裝在壓縮機(jī)一側(cè)的推力軸承承擔(dān)。為了減少摩擦，在整體推力軸承兩端的推力面上分別加工四個配油槽；軸承還設(shè)有進(jìn)油孔，以保證推力面的潤滑和冷卻。

三個。增壓壓力的調(diào)整

在汽車的渦輪增壓系統(tǒng)中設(shè)置進(jìn)排氣旁通閥是最簡單、成本最低且非常有效的方法。排氣旁通閥的工作原理。控制隔膜盒中的隔膜將隔膜盒分成上腔和下腔，上腔為空氣腔，通過連通管與壓縮機(jī)出口連通，下腔為作用在隔膜上的隔膜彈簧腔，通過連桿與排氣旁通閥連接。當(dāng)壓縮機(jī)出口壓力即增壓壓力低于限定值時，膜片在膜片彈簧的作用下上移，并帶動連桿關(guān)閉排氣旁通閥；當(dāng)增壓壓力超過極限值時，增壓壓力克服膜片彈簧力，向下推動膜片，帶動連桿打開排氣旁通閥，使部分廢氣不經(jīng)過渦輪直接排入大氣，從而達(dá)到控制增壓壓力和渦輪轉(zhuǎn)速的目的。

在某些發(fā)動機(jī)上，排氣旁通閥的打開和關(guān)閉由電磁閥控制，電磁閥由電子控制單元控制。電控單元根據(jù)發(fā)動機(jī)的工況，從預(yù)存的增壓壓力譜中確定目標(biāo)增壓壓力，與增壓壓力傳感器檢測到的實際增壓壓力進(jìn)行比較，然后根據(jù)差值改變脈沖信號的占空比來控制電磁閥的開啟和關(guān)閉，從而改變電磁閥的開啟時間，進(jìn)而改變排氣旁通閥的開度，控制排氣旁通流量，精確調(diào)節(jié)增壓壓力。雖然排氣旁通閥已廣泛應(yīng)用于渦輪增壓汽車發(fā)動機(jī)，但排氣旁通后排氣能量利用率降低。

渦輪噴嘴出口變截面渦輪增壓器，簡稱變截面渦輪增壓器，常用于大排量重型汽車的渦輪增壓發(fā)動機(jī)。在這種渦輪增壓器中，通過改變噴嘴出口的橫截面積來調(diào)節(jié)增壓壓力。當(dāng)發(fā)動機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時，噴嘴出口的橫截面積減小，這增加了噴嘴出口處的廢氣流量、渦輪轉(zhuǎn)速、增壓壓力和空氣供給。發(fā)動機(jī)在高速工作時，噴嘴出口的截面積增大，降低了噴嘴出口的廢氣流量和渦輪的轉(zhuǎn)速，使增壓器不會超速，增壓壓力不會過高。在帶有葉片的徑流式渦輪機(jī)中，噴嘴出口橫截面積可以通過旋轉(zhuǎn)噴嘴葉片來改變。噴嘴葉片與齒輪連接，齒輪與齒圈嚙合。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)往復(fù)運(yùn)動時，齒圈向左或向右轉(zhuǎn)動，帶動嚙合齒輪轉(zhuǎn)動，使噴嘴葉片隨之轉(zhuǎn)動，從而改變噴嘴出口的橫截面積。

對于無葉片徑流式渦輪機(jī)，可在噴嘴出口處安裝軸向移動擋板，以調(diào)節(jié)無葉片噴嘴出口的橫截面積。

改變渦輪入口橫截面積的方法。A

機(jī)油從發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)的主油道通過增壓器中間體的進(jìn)油口進(jìn)入增壓器，潤滑和冷卻增壓器軸和軸承。然后，機(jī)油返回發(fā)動機(jī)

一些渦輪增壓器中間體沒有冷卻水套，僅依靠油和空氣進(jìn)行冷卻。如果發(fā)動機(jī)在重載或高速運(yùn)轉(zhuǎn)后立即停止，由于軸承的高溫，油可能會在軸承中燃燒。所以這款渦輪增壓發(fā)動機(jī)要怠速運(yùn)轉(zhuǎn)至少1分鐘才能停下來。