一、渦輪增壓系統

1. 單渦輪增壓

渦輪增壓系統分為單渦輪增壓系統和雙渦輪增壓系統。只有一個渦輪增壓器的增壓系統為單渦輪增壓系統。渦輪增壓系統除渦輪增壓器之外，還包括進氣旁通閥、排氣旁通閥和排氣旁通閥控制裝置等。

2. 雙渦輪增壓

六缸汽油噴射式發動機的雙渦輪增壓系統。其中兩個渦輪增壓器并列布置在排氣管中，按氣缸工作順序把1、2、3缸作為一組，4、5、6缸作為另一組，每組三個氣缸的排氣驅動一個渦輪增壓器。因為三個氣缸的排氣間隔相等，所以增壓器轉動平穩。另外，把三個氣缸分成一組還可防止各缸之間的排氣干擾。此系統除包括渦輪增壓器、進氣旁通閥、排氣旁通閥及排氣旁通閥控制裝置之外，還有中冷器、諧振室和增壓壓力傳感器等。

二、 渦輪增壓器的結構及工作原理

車用渦輪增壓器由離心式壓氣機和徑流式渦輪機及中間體三部分組成。增壓器軸通過兩個浮動軸承支撐在中間體內。中間體內有潤滑和冷卻軸承的油道，還有防止機油漏入壓氣機或渦輪機中的密封裝置等。

1.離心式壓氣機

離心式壓氣機由進氣道、壓氣機葉輪、無葉式擴壓管及壓氣機蝸殼等組成。葉輪包括葉片和輪轂，并由增壓器軸帶動旋轉。當壓氣機旋轉時，空氣經進氣道進入壓氣機葉輪，并在離心力的作用下沿著壓氣機葉片之間形成的流道，從葉輪中心流向葉輪的周邊?？諝鈴男D的葉輪獲得能量，使其流速、壓力和溫度均有較大的增高，然后進入葉片式擴壓管。擴壓管為漸擴形流道，空氣流過擴壓管時減速增壓，溫度也有所升高。即在擴壓管中，空氣所具有的大部分動能轉變為壓力能。

擴壓管分葉片式和無葉式兩種。無葉式擴壓管實際上是由蝸殼和中間體側壁所形成的環形空間。無葉式擴壓管構造簡單，工況變化對壓氣機效率的影響很小，適于車用增壓器。葉片式擴壓管是由相鄰葉片構成的流道，其擴壓比大，效率高，但結構復雜，工況變化對壓氣機效率有較大的影響。蝸殼的作用是收集從擴壓管流出的空氣，并將其引向壓氣機出口。空氣在蝸殼中繼續減速增壓，完成其由動能向壓力能轉變的過程。壓氣機葉輪由鋁合金精密鑄造，蝸殼也用鋁合金鑄造。

2.徑流式渦輪機

渦輪機是將發動機排氣的能量轉變為機械功的裝置。徑流式渦輪機由蝸殼、噴管、葉輪和出氣道等組成。蝸殼4的JK與發動機排氣管相連，發動機排氣經蝸殼引導進入葉片式噴管。噴管是由相鄰葉片構成的漸縮形流道。排氣流過噴管時降壓、降溫、增速、膨脹，使排氣的壓力能轉變為動能。

由噴管流出的高速氣流沖擊葉輪，并在葉片所形成的流道中繼續膨脹作功，推動葉輪旋轉。渦輪機葉輪經常在900℃高溫的排氣沖擊下工作，并承受巨大的離心力作用，所以采用鎳基耐熱合金鋼或陶瓷材料制造。用質量輕并且耐熱的陶瓷材料可使渦輪機葉輪的質量大約減小2/3，渦輪增壓加速滯后的問題也在很大程度上得到改善。噴管葉片用耐熱和抗腐蝕的合金鋼鑄造或機械加工成形。蝸殼用耐熱合金鑄鐵鑄造，內表面應該光潔，以減少氣體流動損失。

3.轉子

渦輪機葉輪、壓氣機葉輪和密封TA-O等、強度高的合金鋼40Cr或18CrNiWA制造。

4.增壓器軸承

增壓器軸承的結構是車用渦輪增壓器可靠性的關鍵之一?，F代車用渦輪增壓器都采用浮動軸承。浮動軸承實際上是TA-O在軸上的圓環。圓環與軸以及圓環與軸承座之間都有間隙，形成雙層油膜。圓環浮在軸與軸承座之間。一般內層間隙為0.05mm左右，外層間隙大約為0.1mm。軸承壁厚約3～4.5mm，用錫鉛青銅合金制造，軸承表面鍍一層厚度約為0.005～0.008mm的鉛錫合金或金屬銦。在增壓器工作時，軸承在軸與軸承座中間轉動。

增壓器工作時產生軸向推力，由設置在壓氣機一側的推力軸承承受。為了減少摩擦，在整體式推力軸承兩端的止推面上各加工有四個布油槽；在軸承上還加工有進油孔，以保證止推面的潤滑和冷卻。

三、增壓壓力的調節

在汽車渦輪增壓系統中設置進、排氣旁通閥，是調節增壓壓力比較簡單、成本比較低而又十分有效的方法。排氣旁通閥的工作原理?？刂颇ず兄械哪て瑢⒛ず蟹譃樯?、下兩個室，上室為空氣室經連通管與壓氣機出口相通，下室為膜片彈簧室，膜片彈簧作用在膜片上，膜片通過連動桿與排氣旁通閥連接。當壓氣機出口壓力，也就是增壓壓力低于限定值時，膜片在膜片彈簧的作用下上移，并帶動連動桿將排氣旁通閥關閉；當增壓壓力CA過限定值時，增壓壓力克服膜片彈簧力，推動膜片下移，并帶動連動桿將排氣旁通閥打開，使部分排氣不經過渦輪機直接排放到大氣中，從而達到控制增壓壓力及渦輪機轉速的目的。

在有些發動機上，排氣旁通閥的開閉由電控單元控制的電磁閥操縱。電控單元根據發動機的工況，由預存的增壓壓力脈譜圖確定目標增壓壓力，并與增壓壓力傳感器檢測到的實際增壓壓力進行比較，然后根據其差值來改變控制電磁閥開閉的脈沖信號占空比，以此改變電磁閥的開啟時間，進而改變排氣旁通閥的開度，控制排氣旁通量，借以JQ地調節增壓壓力雖然排氣旁通閥在渦輪增壓汽車發動機上得到了廣泛的應用，但是排氣旁通之后，排氣能量的利用率下降，致使在高速大負荷時發動機的燃油經濟性變差。

在大排量重型車用渦輪增壓發動機上多采用渦輪機噴管出口截面可變的渦輪增壓器，簡稱變截面渦輪增壓器。在這種渦輪增壓器中，通過改變噴管出口截面積來調節增壓壓力。當發動機低速運行時，縮小噴管出口截面積，使噴管出口的排氣流速增大，渦輪機轉速隨之升高，增壓壓力和供氣量都相應增加；當發動機高速工作時，增大噴管出口截面積，使噴管出口的排氣流速減小，渦輪機的轉速相對降低，這樣增壓器將不會CA速，增壓壓力也不致于過高。在有葉徑流式渦輪機中，可以采用轉動噴管葉片的方法來改變噴管出口截面積。噴管葉片與齒輪相連，齒輪與齒圈嚙合，當執行機構往復移動時，齒圈或向左或向右轉動，帶動與其嚙合的齒輪轉動，并使噴管葉片隨其轉動，從而使噴管出口截面積發生改變。

對于無葉徑流式渦輪機，可以在噴管出口處安裝軸向移動的擋板來調節無葉噴管出口截面積。

改變渦輪機JK截面積方法。在渦輪機的JK處

四、渦輪增壓器的潤滑及冷卻

來自發動機潤滑系統主油道的機油，經增壓器中間體上的機油JK進入增壓器，潤滑和冷卻增壓器軸和軸承。然后，機油經中間體上的機油出口返回發動機油底殼，在增壓器軸上裝有油封，用來防止機油竄入壓氣機或渦輪機蝸殼內。如果油封損壞，將導致機油消耗量增加和排氣冒藍煙。

由于汽油機增壓器的熱負荷大，因此在增壓器中間體的渦輪機側設置冷卻水TA-O，并用軟管與發動機的冷卻系統相通。冷卻液自中間體上的冷卻液JK流入中間體內的冷卻水TA-O，從冷卻液出口流回發動機冷卻系統。冷卻液在中間體的冷卻水TA-O中不斷循環，使增壓器軸和軸承得到冷卻。

有些渦輪增壓器在中間體內不設置冷卻水TA-O，只靠機油及空氣對其進行冷卻。當發動機在大負荷或高轉速工作之后，如果立即停機，那么機油可能由于軸承溫度太高而在軸承內燃燒。因此，這類渦輪增壓發動機應該在停機之前，至少在怠速下運轉1min。

渦輪增壓器的結構、工作原理、常見故障處理方法

為了適應發動機“小排量、大功率”的發展趨勢，渦輪增壓器在汽車上得到了廣泛采用。渦輪增壓器對于發動機的直接作用，就是顯著提高了發動機的充氣效率（CA過100%），因此，大大提高了發動機的動力輸出。

具體而言，發動機采用渦輪增壓器的優點主要體現為：

◆ 可以根據發動機的需要提供增壓壓力，或減小、不提供增壓壓力；

◆ 即使在高海拔地區也可以使發動機獲得足夠的充氣效率。

組 成

如下圖所示，渦輪增壓器主要由渦輪機和壓氣機等部分組成。

渦輪機的進氣口與發動機排氣歧管相連，渦輪機的排氣口則接在排氣管上；壓氣機的進氣口與空氣濾清器相連，壓氣機的排氣口則接在進氣歧管上。

圖1 渦輪增壓器的基本組成 ▲

從發動機排氣歧管排出的是高溫高壓的廢氣，具有一定的能量。在自然吸氣發動機中，這部分能量往往隨著廢氣的排放而白白浪費，而渦輪增壓器的動力來源恰恰就是這些廢氣。渦輪機渦輪與壓氣機泵輪通過增壓器軸剛性連接，這部分稱作增壓器轉子。增壓器轉子通過浮動軸承（轉子高速旋轉時可保證摩擦阻力矩較小）固定在增壓器中。

發動機工作時，排出的廢氣以一定角度高速沖擊渦輪，使增壓器轉子高速旋轉，于是，壓氣機泵輪以同樣的高速擠壓進氣空氣。受壓后的空氣溫度會升高，影響其密度，因此，在壓縮空氣通向進氣歧管的中間通路上增設了一個空氣冷卻器（簡稱中冷器）以冷卻增壓后的空氣，比較終使更多、密度更大的空氣進入氣缸，從而實現進氣增壓的目的。

為了使渦輪增壓器能夠更好地發揮其效能，除了渦輪機和壓氣機兩個比較主要的組成部件外，渦輪增壓器上還設置了其他輔助控制元件 ▼

圖2 渦輪增壓器的輔助元件 ▲

如上圖所示，在渦輪增壓器渦輪機的出口處設有一個廢氣旁通閥，廢氣旁通閥由一個真空執行器在真空的作用下通過杠桿機構驅動其開、關及開關的幅度大小，而真空的施加與否、施加大小則由ECM通過控制一個廢氣旁通控制電磁閥對真空管路實施控制來實現。在壓氣機側面有一旁通管路，連接其進氣口與排氣口，在這一旁通管路上設有一個進氣旁通閥，由ECM通過對進氣旁通電磁閥的控制實現對進氣旁通閥開、關的間接控制。

工 作 原 理

1. 基本工作原理

驅動渦輪增壓器的動力來源于發動機排出的廢氣。在發動機低速運轉時，排氣壓力和溫度都較低，渦輪轉速亦較低（約為1000r/min），因此，壓氣機泵輪不能產生進氣增壓壓力，在此狀態下，發動機的進氣效果與自然吸氣發動機沒有明顯差異；隨著發動機轉速和負荷增加，排氣壓力和溫度都大幅升高，渦輪的轉速也隨之加快，當渦輪達到一定轉速時增

2. 廢氣旁通控制

廢氣旁通控制的主要目的是有效控制和調節增壓

如下圖所示，渦輪增壓器利用廢氣旁通控制電磁閥、廢氣旁通執行器和廢氣旁通閥對增壓壓力進行控制。

圖3 廢氣旁通控制原理圖 ▲

廢氣旁通控制電磁閥是一個三通電磁閥，其三個接口分別與增壓前的空氣、增壓后的空氣、廢氣旁通執行器的膜盒相通，由ECM對其實施占空比控制，其控制電路如下圖所示。增壓前空氣來自與進氣管，增壓后的空氣來自于壓氣機泵輪排氣口之后的氣道。與廢氣旁通執行器膜盒連接的電磁閥接口在ECM的控制下，可以分別與另外兩個接口（增壓前空氣接口、增壓后空氣接口）相通。

圖4 廢氣旁通控制電磁閥控制電路圖 ▲

廢氣旁通執行器是一個膜盒控制裝置，膜盒內部有一個膜片，膜片高端是一個空腔，通過管路與廢氣旁通控制電磁閥連接；膜片下端由彈簧支撐并與拉桿做成一體，拉桿通過一個杠桿機構控制廢氣旁通閥開啟或關閉。圖3中的廢氣旁通閥為常閉式，即在發動機停機狀態下廢氣旁通閥處于關閉狀態，目前大部分發動機的渦輪增壓器都采用常閉式廢氣旁通閥。

下表展示了常閉式廢氣旁通閥的控制過程。在發動機低速運轉時，廢氣旁通控制電磁閥關閉增壓前的進氣通道，同時打開增壓后的空氣通道，此時增壓后的空氣進入執行器膜盒。但由于增壓壓力很小，施加在執行器膜片上的空氣壓力不足以推動膜片下方的彈簧，因此，廢氣旁通閥在彈簧力的作用保持關閉，廢氣全部流經渦輪。此時渦輪轉速較低，沒有增壓效果。

常閉式廢氣旁通閥的控制過程

隨著發動機轉速不斷升高，渦輪轉速也隨之增加，當壓氣機泵輪轉速達到一定值時，渦輪增壓器開始進入增壓狀態。渦輪增壓器工作時，廢氣旁通閥一直關閉。當增壓壓力升高到一定值時，增壓后的空氣壓力足以推動旁通執行器膜片彈簧下移，在杠桿機構的作用下打開廢氣旁通閥，大部分廢氣將不經過渦輪而通過旁通氣道直接排入排氣管，使得渦輪增壓器泄壓。

為了獲取更高的增壓壓力，發動機必須在渦輪增壓器泄壓前控制廢氣旁通閥繼續保持關閉，為此，ECM以占空比控制方式控制廢氣旁通控制電磁閥關閉增壓后的空氣通道，同時打開增壓前的進氣通道。此時滯留在執行器膜盒的增壓空氣通過增壓前的進氣通道進入進氣管，于是，執行器膜盒內的高壓氣體泄壓，使廢氣旁通閥依然保持關閉，增壓壓力持續上升。

當增壓壓力CA過目標值時，ECM以占空比形式控制廢氣旁通控制電磁閥打開增壓后的空氣通道，同時關閉增壓前的進氣通道。此時增壓后的空氣進入執行器膜盒，在杠桿機構的作用下，旁通氣道打開，渦輪增壓器泄壓。

提示：

作用于廢氣旁通執行器膜盒上的壓力大小取決于增壓壓力和廢氣旁通控制電

ECM通過發動機轉速、進氣門開度、進氣歧管壓力、發動機溫度等參數計算目標增壓壓力值，通過進氣增壓壓力傳感器檢測實際增壓壓力值并反饋給ECM，ECM通過控制廢氣旁通控制電磁閥以保證實際增壓壓力與目標增壓壓力的一致。

提示：

有些發動機的渦輪增壓器采用常開式廢氣旁通閥，即在發動機停機狀態下廢氣旁通閥處于開啟狀態，為此，廢氣旁通執行器的內部結構及ECM對廢氣旁通控制電磁閥的控制都要進行必要的調整，以滿足對渦輪增壓控制的要求。

3. 進氣旁通控制

渦輪增壓發動機在運行過程中如果突然關閉節氣門會導致節氣門和壓氣機泵輪之間的空間內產生背壓，致使渦輪增壓器被強烈制動，被制動的渦輪增壓器會導致大量的增壓壓力損失，并且也損失了在下一次需要產生增壓效果時所需要的動力。進氣旁通控制的主要目的就是為了防止上述情況的發生。

下圖所示為真空式進氣旁通控制裝置，主要由真空罐、進氣旁通電磁閥、進氣旁通閥和真空管路等組成。

圖5 真空式進氣增壓旁通控制原理圖 ▲

進氣旁通閥是一個真空控制閥，位于壓氣機側面的旁通管路上，在發動機停機狀態下，進氣旁通閥關閉旁通管路。

進氣旁通電磁閥是一個三通閥，其三個接口通過真空軟管分別與真空罐、進氣歧管和進氣旁通閥相連。通過ECM對進氣旁通電磁閥的通電、斷電控制，進氣旁通閥的接口可以分別與真空罐和進氣歧管相通。進氣旁通電磁閥的控制電路與廢氣旁通控制電磁閥相似，參見圖4。

如下表所示，在發動機停機和渦輪增壓器工作時，進氣旁通電磁閥始終斷電，此時，真空罐接口關閉，進氣旁通閥接口與進氣歧管相通，進氣歧管中的空氣進入進氣旁通閥。在進氣歧管空氣壓力與彈簧力的共同作用下，進氣旁通閥關閉進氣旁通道，壓氣機泵輪后端的增壓空氣全部通過中冷器進入到發動機進氣歧管。

進氣旁通閥的控制過程

當車輛在行駛過程中突然關閉節氣門時，ECM控制進氣旁通電磁閥關閉通向進氣歧管的接口，同時打開真空罐通向進氣旁通閥的通道。在真空負壓的作用下，進氣旁通閥迅速打開進氣旁通道，壓氣機泵輪后端的增壓空氣通過旁通氣道進入到泵輪的前端（即空氣濾清器的進氣端），使節氣門和壓氣機泵輪之間的空間壓力得以釋放，從而保證了泵輪只承受很小的阻力而依然保持較高的轉速，避免了再次增壓而產生遲滯現象，同時增壓后的空氣進入到泵輪前端更有助于提升增壓效果。

注意：

進氣旁通電磁閥和廢氣旁通控制電磁閥都是一個三通閥，所不同的是，進氣旁通電磁閥是開關式，只有開、關兩種狀態，而廢氣旁通控制電磁閥則是一個占空比控制電磁閥，由ECM通過占空比形式的控制，實現對廢氣旁通控制電磁閥不同開度的調節。

提示：

在有些車輛的進氣旁通控制系統中，取消了進氣旁通電磁閥，進氣旁通閥直接通過一個真空管連接到進氣歧管中。如果節氣門突然關閉，進氣旁通閥會因為進氣歧管中的真空突然增

4. 溫度控制

① 增壓空氣溫度控制

空氣經過壓縮，溫度會升高，又由于渦輪增壓器處于排氣歧管附近，較高的環境溫度使得壓縮后的空氣溫度進一步升高。高溫的空氣密度減小，會降低充氣效率，另外，高溫高壓的空氣會使燃燒溫度提升，容易使發動機產生爆震。

為此，需要對壓縮后的空氣進氣冷卻。如圖1所示，渦輪增壓發動機通常采用中冷器對壓縮空氣進行冷卻。中冷器的形狀結構與發動機冷卻系統散熱器相似，其冷卻方式有風冷和水冷兩種。

② 渦輪增壓器溫度控制

高溫環境和高轉速造成了渦輪增壓器的很高的工作溫度。

如圖2所示，渦輪增壓器的高速運轉會使其軸承產生大量的熱量，該熱量由位于渦輪增壓器上的冷卻液管路將熱量帶走，輸送到冷卻系統進行散熱。這樣可以大大降低渦輪增壓器溫度，在發動機突然關機時也會減小機油結焦的可能性。

常見的一些故障及處理方法

1. 漏 油

現象一：機油消耗量大，但排氣煙色正常，動力不降低

原因：這種情況一般是由于機油滲漏造成的。

處理方法：

◆ 可先應檢查發動機潤滑系外部油管（包括增壓器進、回油管）是否漏油；

◆ 檢查增壓器廢氣排出口是否有機油。如有機油，可判定渦輪一端密封環損壞，應更換此密封環。

現象二：機油消耗量大，排氣冒藍煙，但動力不下降

原因：由于增壓器壓器端漏油，機油通過發動機進氣管進入燃燒室被燒掉所造成的，有以下幾種可能：

◆ 增壓器回油管不暢通，機油在轉子總成的中間支承處積留過多，沿轉子軸流入壓氣葉輪。

◆ 靠近壓氣葉輪一端的密封環或甩油環損壞后，機油由此進入葉輪室，然后隨室內增壓后的空氣一同經進所管進入燃燒室。

處理方法：

◆ 打開壓氣機的出氣口或發動機進氣直管（橡膠軟管），看管口、管壁是否粘附機油。如有，請檢查增壓器回油管是否暢通。如不暢通則是由于中間支承處積油過多引起，應將回油管疏通后裝復。

◆ 如暢通，則是由于葉輪一端密封環或甩油環損壞所造成，應解體增壓器進行修復。

現象三：機油消耗量大，排氣冒藍煙或黑煙，且動力下降

原因：

◆ 活塞與汽缸之間的間隙磨損過大，機油竄入燃燒室而被燒掉。

◆ 空氣在被增壓器吸入的過程中，空氣流遇較大阻力。（如空濾芯堵塞，進氣膠管被吸變形或壓扁等），壓氣機進氣口處的壓力較低，造成機油滲漏進入壓氣機內，隨壓縮空氣一起進入燃燒室內燒掉。

處理方法：

◆ 檢查進氣直軟管壁內有無機油、是否被壓扁，使氣流受阻或空濾芯有堵塞現象。

◆ 如管口和管壁有機油，應清洗或更換空氣濾芯。

2. 有金屬摩擦聲

現象：

排氣冒黑煙，功率下降，且增壓器有異響。

原因：

◆ 如有金屬摩擦聲，是增壓器轉子軸承或止推軸承磨損過多，葉輪與增壓器殼摩擦而產生。

◆ 如不是金屬摩擦聲，而是氣流聲，則是由于增壓器轉子高速旋轉，產生的旋轉聲音，或是進、排氣接口處由于連接不好產生的漏氣現象。

處理方法：

◆ 前者應視磨損情況更換損壞的備件進行修復。

◆ 后者應認真區分，有針對性的解決。

3. 軸承損壞

現象：

增壓器軸承損壞，發動機功率下降，機油消耗高，冒黑煙，嚴重時增壓器不能工作。

原因：

1．潤滑油壓力和流量不足

◆ 增壓器軸頸和止推軸承的潤滑油供應不足；

◆ 使轉子軸頸和軸承間保持浮動的潤滑油不足；

◆ 增壓器已高速運轉，而潤滑油未及時供給。

2.雜物或泥沙進入潤滑系統

3.機油氧化變質

◆ 柴機油過熱，從活塞與缸壁間竄過的燃氣過多；

◆ 冷卻水漏入機油中；

◆ 機油選用不當，以及沒有按規定定期更換機油。

處理方法：

◆ 檢查潤滑油壓力是否正常，機油量是否符合要求。

◆ 按規定要求，定期更換潤滑油，并保證潤滑油清潔。

◆ 嚴格按規定要求，使用潤滑油，不得混用。

◆ 應避免發動機在高溫情況下工作，保持發動機的正常工作溫度。

動畫演示渦輪增壓及冷卻系統工作原理，長見識了渦輪增壓工作原理動畫圖解電磁閥膜片可變截面渦輪增壓器,發動機冷卻系統,軸承生產廠家，型號齊全，價格合理，批發定做，圖片說明。