涡轮增压器技术简介

概念

涡轮增压器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。当发动机转速增大，废气排出速度与涡轮转速也同步增加，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。

涡轮增压器有四个主要优点：
1、提高发动机升功率。在发动机排量不变的情况下可以通过增加进气密度，让发动机可以多喷油，从而提高发动机的功率，加装增压器后的发动机的功率及扭矩要增大20%~30%。反之在同样的功率输出的要求下可以降低发动机的缸径，缩小发动机的体积和重量。
2、改善发动机的排放。涡轮增压器发动机通过改善发动机的燃烧效率，减少发动机废气中颗粒物和氮氧化物等有害成分的排量。是柴油发动机达到欧二以上排放标准不可缺少的配置。
3、提供高原补偿的功能。部分高海拔地区，海拔越高，空气越稀薄，带涡轮增压器的发动机就可以克服因高原空气稀薄导致的发动机的功率下降。
4、提高燃油经济性，降低油耗。由于带涡轮增压器的发动机燃烧性能更好，可以节省燃油3%-5%。
缺点
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。

结构原理

首先说说涡轮增压器的大概结构原理，废气涡轮增压器主要由泵轮和涡轮组成，当然还有其他一些控制元件。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，而且增压器在工作时转子的转速非常高，可达到每分钟十几万转，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。以前，涡轮增压器大都用在柴油发动机上，因为汽油和柴油的燃烧方式不一样，因此发动机采用涡轮增压器的形式也有所区别。

汽油发动机不同于柴油发动机，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。

中冷器
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。

叶轮
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12～30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，叶轮的启动就越灵敏，涡轮增压器的天生缺陷“反应滞后”也就越小。

爆燃传感器
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。
其他
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。
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2000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。
发展情况

涡轮增压器已经普及到许多类型的汽车上，它弥补了一些自然吸气式发动机的先天不足，使发动机在不改变排气量的情况下可以提高输出功率30%
以上。因此许多汽车制造公司都采用这种增压技术来改进发动机的输出功率，藉以实现轿车的高性能化。

由于涡轮增压器经常处于高速、高温下工作，增压器废气涡轮端的温度在600℃左右，增压器转子以8000－11000r/min 的高速旋转，因此为了保证增压器的正常工作，使用中应注意以下几点：

勿着车就走
发动机发动后，特别是在冬季，应让其怠速运转一段时间，以便在增压器转子高速运转之前让润滑油充分润滑轴承。所以刚启动后千万不能猛轰油门，以防损坏增压器油封。

勿立即熄火
发动机长时间高速运转后，不能立即熄火。发动机工作时，有一部分机油供给涡轮增压器转子轴承润滑和用于冷却的。正在运行的发动机突然停机后，机油压力迅速下降为零，增压器涡轮部分的高温传到中间，轴承支承壳内的热量不能迅速带走，而同时增压器转子仍在惯性作用下高速旋转，因此，发动机热机状态下如果突然停机，会引起涡轮增压器内滞留的机油过热而损坏轴承和轴。特别要防止猛轰几脚油门后突然熄火。
保持清洁
拆卸增压器时，要保持清洁，各管接头一定要用清洁的布堵塞好，防止杂物掉进增压器内，损坏转子。维修时应注意不要碰撞损坏叶轮，如果需要更换叶轮，应对其做动平衡试验。重新装复完毕后，要取出堵塞物。

要进行清洗
由于增压器经常处于高温下运转，它的润滑油管线因受高温作用，内部机油容易有部分的结焦，这样会造成增压器轴承的润滑不足而损坏。因此，润滑油管线在运行一段时间后要进行清洗。

注意检修
在出车前、收车后，应检查气道各管的连接情况，防止松动、脱落而造成增压器失效和空气短路进入气缸。
由此可见，发动机经过增压后，零部件的结构进行了强化，从使用、保养方面讲，必须加强发动机的强制保养工作，注意采用正确的操纵方法。

故障处理

涡轮增压器是用来提高发动机功率和减少废气排放的重要机件。由于使用、维护和保养不当，易发生故障，导致发动机不能正常工作。本文就涡轮增压器常见的一些故障及处理方法介绍如下：

漏油
现象一：机油消耗量大，但排气烟色正常，动力不降低。
原因：这种情况一般是由于机油渗漏造成的。
处理方法：
1．首先应检查发动机润滑系外部油管（包括增压器进、回油管）是否漏油；
2．检查增压器废气排出口是否有机油。如有机油，可判定涡轮一端密封环损坏，应更换此密封环。
现象二：机油消耗量大，排气冒蓝烟，但动力不下降。
原因：由于增压器压器端漏油，机油通过发动机进气管进入燃烧室被烧掉所造成的，有以下几种可能：
1．增压器回油管不畅通，机油在转子总成的中间支承处积留过多，沿转子轴流入压气叶轮。
2．靠近压气叶轮一端的密封环或甩油环损坏后，机油由此进入叶轮室，然后随室内增压后的空气一同经进所管进入燃烧室。
处理方法：
1．打开压气机的出气口或发动机进气直管（橡胶软管），看管口、管壁是否粘附机油。如有，请检查增压器回油管是否畅通。如不畅通则是由于中间支承处积油过多引起，应将回油管疏通后装复。
2．如畅通，则是由于叶轮一端密封环或甩油环损坏所造成，应解体增压器进行修复。
现象三：机油消耗量大，排气冒蓝烟或黑烟，且动力下降。
原因：
1．活塞与汽缸之间的间隙磨损过大，机油窜入燃烧室而被烧掉。
2．空气在被增压器吸入的过程中，空气流遇较大阻力。（如空滤芯堵塞，进气胶管被吸变形或压扁等），压气机进气口处的压力较低，造成机油渗漏进入压气机内，随压缩空气一起进入燃烧室内烧掉。
处理方法：
1．检查进气直软管壁内有无机油、是否被压扁，使气流受阻或空滤芯有堵塞现象。
2．如管口和管壁有机油，应清洗或更换空气滤芯。

有金属摩擦声
现象：排气冒黑烟，功率下降，且增压器有异响。
原因：
1．如有金属摩擦声，是增压器转子轴承或止推轴承磨损过多，叶轮与增压器壳摩擦而产生。
2．如不是金属摩擦声，而是气流声，则是由于增压器转子高速旋转，产生的旋转声音，或是进、排气接口处由于连接不好产生的漏气现象。
处理方法：
（1）前者应视磨损情况更换损坏的备件进行修复。
2．后者应认真区分，有针对性的解决。

轴承损坏
现象：增压器轴承损坏，发动机功率下降，机油消耗高，冒黑烟，严重时增压器不能工作。
原因：
1．润滑油压力和流量不足。
a. 增压器轴颈和止推轴承的润滑油供应不足；
b. 使转子轴颈和轴承间保持浮动的润滑油不足；
c. 增压器已高速运转，而润滑油未及时供给。
2．杂物或泥沙进入润滑系统。
3．机油氧化变质。
a. 柴机油过热，从活塞与缸壁间窜过的燃气过多；
b. 冷却水漏入机油中；
c. 机油选用不当，以及没有按规定定期更换机油。
处理方法：
1．检查润滑油压力是否正常，机油量是否符合要求。
2．按规定要求，定期更换润滑油，并保证润滑油清洁。
3．严格按规定要求，使用润滑油，不得混用。
4．应避免发动机在高温情况下工作，保持发动机的正常工作温度。


保养误区
误区一：随意更换机油
在“喝”机油方面，涡轮增压器确实比较“娇气”，除了量比普通自然吸气发动机大一些外，对油品的要求也更高。因为涡轮增压器的设计与自然吸气发动机不同，其主转轴采用浮动式设计，涡轮本体和主转轴之间充满了机油，整个主转轴依靠润滑油来散热与润滑，而劣质机油的粘稠度较高，流动性较差，无法较好地发挥作用。建议车主在这方面增加一些投入，给车辆更换全合成机油。
误区二：到目的地马上熄火
在发动机长时间高负荷运转后，车主在关闭发动机之前，一定要怠速运转几分钟，让机件能有效冷却并得到润滑。马上熄火的用车行为会令车辆经常处于高速空转状态，其问题与突然加速一样，都会伤害到车辆的轴承。
误区三：一启动就轰油门
能在短时间内提高速度是涡轮增压车的一大特点，但是这并非意味着车主可以粗鲁地对待爱车，实际上，刚启动后猛轰油门易损坏增压器油封。涡轮增压发动机的转数很高，启动车辆后，不能急踩加速踏板，应先怠速运转3—5分钟，使机油泵有充足的时间把机油输送到涡轮增压器的各个部位，同时机油温度慢慢上升后，流动性更好，此时提速才会“如鱼得水”。


设备更换
我们怎样更换柴油发电机涡轮增压器，以及具体的操作步骤是怎么的？
1.清洗发动机和更换滤芯。将脏油放掉,用70%的柴油加30%的机油加入发动机，启动发动机运转3～5min清洗发动机及油道,然后放掉。再加进适量的机油,运行5～10min后放掉。更换机油滤芯和空气滤芯，再过滤加入干净的润滑油至油标尺满刻度,这样确保发动机润滑油及油道干净清洁。
2.检查涡轮增压器。检查新涡轮增压器型号是否与发动机相配，用手转动增压器转子应运转自如,如果叶轮滞转或有碰擦壳体的感觉,要查明原因后再安装。
3.检查压气机进气管路和涡轮前发动机排气管路是否有杂物,以防杂物打坏叶轮。
4.检查增压器进油管和回油管路。增压器进回油管路要干净,进回油管不能扭曲阻塞。如果增压器进回油口使用密封垫片,检查垫片是否有腐蚀、变形现象,垫片不能挡住进回油口。
5.预润滑增压器。增压器安装在发动机上,暂不接入油管,先从增压器进油口向增压器内加入干净的机油,并用手转动转子,使增压器轴承充满润滑油后再连接进油管。
6.试运转。启动柴油机,3～4s内增压器进油口必须显示出油压，防止增压器轴承系统因缺润滑油而损坏。运行2min,检查转子转动是否平稳无杂音,然后停车,观察转子是否可平稳地靠惯性运转,正常情况下约半分钟后才停转。
8.发动机负载运行时,油压必须在196～392kPa之间才安全，怠速运转时,油压应不低于70kPa。
9.涡轮后的排气背压和空气滤清器压力降均不得超过4.9kPa,空气滤芯应避免潮湿,因为潮湿滤芯会显著增加压力降。

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。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。