渦輪增壓器結(jié)構(gòu)原理
渦輪增壓器結(jié)構(gòu)原理
渦輪增壓器實(shí)際上是一種空氣壓縮機(jī)，通過壓縮空氣來增加進(jìn)氣量。它是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣慣性沖力來推動(dòng)渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪又帶動(dòng)同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進(jìn)入氣缸。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增大，廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速也同步增加，葉輪就壓縮更多的空氣進(jìn)入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應(yīng)增加燃料量和調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，就可以增加發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率了。
發(fā)展情況
渦輪增壓器已經(jīng)普及到許多類型的汽車上，它彌補(bǔ)了一些自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的先天不足，使發(fā)動(dòng)機(jī)在不改變排氣量的情況下可以提高輸出功率30%以上。因此許多汽車制造公司都采用這種增壓技術(shù)來改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，藉以實(shí)現(xiàn)轎車的高性能化。
優(yōu)點(diǎn)
渦輪增壓器有四個(gè)主要優(yōu)點(diǎn):
1、提高發(fā)動(dòng)機(jī)升功率。在發(fā)動(dòng)機(jī)排量不變的情況下可以通過增加進(jìn)氣密度，讓發(fā)動(dòng)機(jī)可以多噴油，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，加裝增壓器后的發(fā)動(dòng)機(jī)的功率及扭矩要增大20%~30%。反之在同樣的功率輸出的要求下可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的缸徑，縮小發(fā)動(dòng)機(jī)的體積和重量。
2、改善發(fā)動(dòng)機(jī)的排放。渦輪增壓器發(fā)動(dòng)機(jī)通過改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率，減少發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中顆粒物和氮氧化物等有害成分的排量。是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到歐二以上排放標(biāo)準(zhǔn)*的配置。
3、提供高原補(bǔ)償?shù)墓δ?。部分高海拔地區(qū)，海拔越高，空氣越稀薄，帶渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)就可以克服因高原空氣稀薄導(dǎo)致的發(fā)動(dòng)機(jī)的功率下降。
4、提高燃油經(jīng)濟(jì)性，降低油耗。由于帶渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒性能更好，可以節(jié)省燃油3%-5%。
缺點(diǎn)
渦輪增壓器的缺點(diǎn)是滯后，即由于葉輪的慣性作用對油門驟時(shí)變化反應(yīng)遲緩，使發(fā)動(dòng)機(jī)延遲增加或減少輸出功率，這對于要突然加速或超車的汽車而言，瞬間會(huì)有點(diǎn)提不上勁的感覺。
原理
結(jié)構(gòu)原理
首先說說渦輪增壓器的大概結(jié)構(gòu)原理，廢氣渦輪增壓器主要由泵輪和渦輪組成，當(dāng)然還有其他一些控制元件。泵輪和渦輪由一根軸相連，也就是轉(zhuǎn)子，發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣驅(qū)動(dòng)泵輪，泵輪帶動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)后給進(jìn)氣系統(tǒng)增壓。增壓器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣一側(cè)，所以增壓器的工作溫度很高，而且增壓器在工作時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速非常高，可達(dá)到每分鐘十幾萬轉(zhuǎn)，如此高的轉(zhuǎn)速和溫度使得常見的機(jī)械滾針或滾珠軸承無法為轉(zhuǎn)子工作，因此渦輪增壓器普遍采用全浮動(dòng)軸承，由機(jī)油來進(jìn)行潤滑，還有冷卻液為增壓器進(jìn)行冷卻。以前，渦輪增壓器大都用在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上，因?yàn)槠秃筒裼偷娜紵绞讲灰粯樱虼税l(fā)動(dòng)機(jī)采用渦輪增壓器的形式也有所區(qū)別。
汽油發(fā)動(dòng)機(jī)不同于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，它進(jìn)入氣缸的不是空氣，而是汽油與空氣的混合氣，壓力過大容易爆燃。因此，安裝渦輪增壓器必須要避免爆燃，這里涉及兩個(gè)相關(guān)問題，一個(gè)是高溫控制，另一個(gè)是點(diǎn)火時(shí)間控制。
強(qiáng)制性增壓后，汽油機(jī)壓縮和燃燒時(shí)的溫度和壓力都會(huì)增加，爆燃傾向增加。另外，汽油機(jī)排氣溫度比柴油機(jī)高，而且不宜采用增大氣門重疊角(進(jìn)、氣排門同時(shí)開啟的時(shí)間)方式來加強(qiáng)排氣的降溫，降低壓縮比又會(huì)造成燃燒不充分。還有，汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速比柴油機(jī)高，空氣流量變化大，很容易造成渦輪增壓器反應(yīng)滯后。針對汽油機(jī)使用渦輪增壓器出現(xiàn)的一系列問題，工程師有針對性地一一做了改進(jìn)，使汽油機(jī)也能用上廢氣渦輪增壓器。
中冷器
溫度增高，這樣不僅影響充氣效率，還容易產(chǎn)生爆燃。因此要裝置降低進(jìn)氣溫度的設(shè)備，這就是中間冷卻器。它安裝在渦輪增壓器出口與進(jìn)氣管之間，對進(jìn)入氣缸的空氣進(jìn)行冷卻。中間冷卻器就象散熱器，用風(fēng)冷卻或者水冷卻，空氣的熱量通過冷卻而逸散到大氣中去。據(jù)測試，性能良好的中間冷卻器不但可以使發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比能保持一定值而不會(huì)產(chǎn)生爆燃，同時(shí)降低溫度也可提高進(jìn)氣壓力，進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率。
葉輪
由于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍寬，空氣流量變化大，因此渦輪增壓器的壓縮葉輪外形是復(fù)雜的三元曲面超薄壁葉輪片，一般有12~30片葉，呈放射線狀曲線排列，葉片厚度在0.5毫米以下，采用鋁材用特殊鑄造法制作。葉片形狀的優(yōu)劣直接影響到到渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。葉輪形狀角度越合理，質(zhì)量越輕，葉輪的啟動(dòng)就越靈敏，渦輪增壓器的天生缺陷"反應(yīng)滯后"也就越小。
爆燃傳感器
除了降低溫度來減少爆燃的可能外，還要采用爆燃傳感器，它的作用就是在產(chǎn)生爆燃之時(shí)，傳感器感到不正常的振動(dòng)會(huì)立即將信息反饋至發(fā)動(dòng)機(jī)ECU(電子控制單元)控制系統(tǒng)，將點(diǎn)火定時(shí)稍推遲一點(diǎn)，不產(chǎn)生爆燃的時(shí)候再恢復(fù)正常點(diǎn)火定時(shí)。
由于轎車汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速比柴油機(jī)高，空氣流速快而且變化范圍大，因此它的渦輪增壓器有更高的要求?，F(xiàn)代轎車發(fā)動(dòng)機(jī)已普遍采用電子噴射系統(tǒng)，在電子控制技術(shù)及新材料的配合下，渦輪增壓器在汽油機(jī)上的應(yīng)用也會(huì)日益普遍。
轎車用的廢氣渦輪增壓器都采用單入口渦輪外殼，也就是說只利用廢氣排氣的壓力能量，不需使用其它的輔助能量。由于轎車發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍大，因此廢氣渦輪增壓器必須要有調(diào)節(jié)裝置，以使發(fā)動(dòng)機(jī)能在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)獲得比較恒定的增壓壓力。另外，汽油機(jī)是點(diǎn)燃式點(diǎn)火，它的壓縮比是有一定范圍限制的，過高就會(huì)引發(fā)爆燃。因此，還要有爆燃檢測及控制機(jī)構(gòu)，隨時(shí)調(diào)整點(diǎn)火提前角。
轎車的廢氣渦輪增壓器一般安裝在排氣管附近，渦輪和葉輪分別裝在渦輪室和增壓器內(nèi)，二者同軸剛性聯(lián)接，同步旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)不需要增壓時(shí)，例如怠速或者有爆燃先兆時(shí)，一部分排氣會(huì)通過旁通閥泄出而不進(jìn)入渦輪增壓器。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速每分鐘達(dá)到2000轉(zhuǎn)時(shí)，電磁閥就會(huì)關(guān)閉旁通閥讓排氣流指向渦輪一側(cè)，使渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)。另外還有一種設(shè)計(jì)，就是調(diào)節(jié)渦輪葉片的角度，通過阻力的改變來調(diào)節(jié)渦輪的轉(zhuǎn)速，從而改變增壓量。
對空氣進(jìn)行冷卻可以使空氣收縮增大密度，在同等容積下塞進(jìn)更多空氣，還可以防止爆燃。因此轎車的渦輪增壓器都安裝有中間冷卻器，這種中間冷卻器一般用空氣冷卻，安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器前面、旁邊或者單*個(gè)位置，利用汽車迎面氣流或者自身風(fēng)扇冷卻。
渦輪增壓器的關(guān)鍵零件是軸承。這種根據(jù)潤滑形式命名的軸承被稱為"全浮式軸承"，工作轉(zhuǎn)速*，工作環(huán)境惡劣。因此，保證潤滑是非常重要的事情。如果因油壓低導(dǎo)致機(jī)油供給緩慢，就會(huì)損壞軸承從而導(dǎo)致渦輪增壓器失效。在正常的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)是不會(huì)發(fā)生此類故障的，但如果發(fā)動(dòng)機(jī)更換機(jī)油和機(jī)油過濾器后*次啟動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生機(jī)油供給緩慢現(xiàn)象，使軸承缺乏機(jī)油潤滑。在這種情況下，啟動(dòng)后要怠速運(yùn)轉(zhuǎn)3分鐘左右，不可直接將轉(zhuǎn)速提升到渦輪增壓器啟動(dòng)轉(zhuǎn)速。同樣，在高速及上坡后也不要使發(fā)動(dòng)機(jī)立即停止，要使發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)怠速運(yùn)行1分鐘左右，使仍繼續(xù)空轉(zhuǎn)的渦輪增壓器軸承不會(huì)缺油。因此，使用渦輪增壓器汽車的司機(jī)，一定要遵循廠家的指示操作，還要十分注意機(jī)油的質(zhì)量，不宜將渦輪增壓器汽車視同一般汽車進(jìn)行操作。
渦輪增壓器結(jié)構(gòu)原理
