單元六渦輪增壓

1、渦輪增壓系統(tǒng)第一章 概述渦輪增壓器和超級增壓器的必要性渦輪增壓器和超級增壓器的必要性渦輪增壓器和超級增壓器是把空氣壓進(jìn)氣缸以產(chǎn)生高于大氣壓的壓力，以提高發(fā)動機(jī)的功率輸出的裝置。通常，發(fā)動機(jī)的輸出功率是由單位時間內(nèi)燒掉的混合氣來決定的，進(jìn)氣量增加，功率就增加。就是說，為了增加發(fā)動機(jī)的輸出功率，要么增加發(fā)動機(jī)的排量，或者是提高發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速。普通發(fā)動機(jī)增壓發(fā)動機(jī)重量/功率比發(fā)動機(jī)輸出發(fā)動機(jī)輸出容積效率容積效率發(fā)動機(jī)負(fù)荷發(fā)動機(jī)負(fù)荷/容積效率容積效率/充氣效率充氣效率普通發(fā)動機(jī)，由于進(jìn)氣系統(tǒng)阻力和殘留在排氣系統(tǒng)內(nèi)的廢氣，空氣進(jìn)入氣缸的充氣效率僅6585%。裝有增壓器的發(fā)動機(jī)，可超過100%。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：2

2、0時標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下%100量標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣內(nèi)的空氣空氣實際吸入量充氣效率壓縮比壓縮比壓縮比壓縮比汽油發(fā)動機(jī)的壓縮壓力提高，會導(dǎo)致爆震的可能性增大。裝備有渦輪增壓器或超級增壓器的發(fā)動機(jī)，因吸入的空氣是經(jīng)過壓縮的，其壓力高于大氣壓，所以壓縮壓力比一般發(fā)動機(jī)高，更容易產(chǎn)生爆震。為了防止爆震，裝備有渦輪增壓器或超級增壓器的發(fā)動機(jī)，其壓縮比設(shè)計得比一般非增壓發(fā)動機(jī)低。ANQBFFBBGAWL1.82.02.81.8T10.3:110.0:19.5:1渦輪增壓器和超級增壓器的必要性渦輪增壓器和超級增壓器的必要性增加發(fā)動機(jī)功率的方法：增加發(fā)動機(jī)排量這方法最明顯。但會增加發(fā)動機(jī)重量、重量/功率比改善不多。增加發(fā)動

3、機(jī)最高轉(zhuǎn)速運(yùn)動零件的摩擦損失、振動和噪音等因素限制了發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，且而進(jìn)氣效率會降低供給發(fā)動機(jī)密度較大的空氣(采用增壓方法)通過增加進(jìn)氣量，提高輸出功率，并使發(fā)動機(jī)輕量化、緊湊化渦輪增壓器和超級增壓器的必要性渦輪增壓器和超級增壓器的必要性渦輪增壓器和超級增壓器(機(jī)械式增壓器)有兩種驅(qū)動方法：由排氣驅(qū)動的渦輪增壓器、由發(fā)動機(jī)驅(qū)動的超級增壓器。渦輪增壓器和超級增壓器的性能渦輪增壓器和超級增壓器的性能渦輪增壓器和超級增壓器是一種空氣泵，用來把空氣壓進(jìn)氣缸，增加進(jìn)氣的空氣質(zhì)量。一般發(fā)動機(jī)是利用活塞下行時產(chǎn)生的真空把空氣吸入氣缸由于渦輪增壓器或超級增壓器的作用，進(jìn)氣管內(nèi)產(chǎn)生比大氣壓高的壓力(增壓壓力

4、)，使進(jìn)氣在加壓下進(jìn)入氣缸。因此進(jìn)入氣缸的空氣氣質(zhì)量增加。rpm發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速渦輪增壓器超級增壓器進(jìn)氣壓力歧管真空98kPa1.0kgf/cm2渦輪增壓器和超級增壓器的特性渦輪增壓器和超級增壓器的特性渦輪增壓器渦輪增壓器超級增壓器超級增壓器增壓器類型 渦輪式(渦輪和泵輪)機(jī)械式(較常用的轉(zhuǎn)子增壓器是用一對眼眉形狀的轉(zhuǎn)子)驅(qū)動方式廢氣壓力曲軸驅(qū)動功率損失因為渦輪由廢氣壓力驅(qū)動，功率損失較少由于曲軸驅(qū)動，功率損失較大增壓效果轉(zhuǎn)速高，效果明顯。對發(fā)動機(jī)功率提升也明顯轉(zhuǎn)速低，不明顯充氣效率增壓充氣在低速域里較少，高速域里較大(因為轉(zhuǎn)速低時排氣量較少)所有轉(zhuǎn)速域都可均一的的增壓充氣加速響應(yīng)性 由于葉輪慣性，

5、低速時加速響應(yīng)性較差由曲軸驅(qū)動，響應(yīng)性較好成本高溫高壓高速高腐蝕，成本高較低壽命對冷卻潤滑要求高，短長渦輪增壓器渦輪增壓器超級超級/機(jī)械增壓器機(jī)械增壓器渦輪增壓系統(tǒng)第二章 渦輪增壓器概述概述渦輪增壓器是一種利用排氣能量使渦輪高速旋轉(zhuǎn)的裝置。和渦輪同軸裝著泵輪，它旋轉(zhuǎn)時把空氣壓進(jìn)氣缸。從而達(dá)到了增加發(fā)動機(jī)的輸出功率。排氣旁通閥和執(zhí)行器來防止增壓壓力升得太高。某些型號的渦輪增壓器裝備了中冷器，以降低進(jìn)氣溫度，改善進(jìn)氣效率。執(zhí)行器渦輪渦輪增壓器泵輪中冷器空氣流量計排氣旁通閥增壓壓力傳感器概述概述注意:注意手不要碰摸渦輪增壓器，因有廢氣流通，所以會非常的熱。此外，還要按規(guī)定的間隔周期實施更換機(jī)油。執(zhí)行

6、器渦輪渦輪增壓器泵輪中冷器空氣流量計排氣旁通閥增壓壓力傳感器組件組件渦輪增壓器包括渦輪殼體、壓縮殼體、中間殼體、渦輪、泵輪、全浮式軸承、排氣旁通閥和執(zhí)行器等。渦輪全浮式軸承至進(jìn)氣歧管來自空氣濾清器泵輪執(zhí)行器來至排氣歧管至排氣管排氣旁通閥排氣旁通閥渦輪殼體中間殼體執(zhí)行器壓縮機(jī)殼體渦輪和泵輪渦輪和泵輪渦輪和泵輪安裝在同一根軸上。來自排氣歧管的廢氣壓力使渦輪高速旋轉(zhuǎn),同軸上的泵輪跟著旋轉(zhuǎn),把進(jìn)氣壓入氣缸。渦輪因直接受到排氣的沖擊，變得特別熱而且高速旋轉(zhuǎn)，所以必須耐熱同時耐磨損。因此，渦輪用超耐熱的合金或陶瓷制成。來自排氣歧管 至進(jìn)氣歧管至排氣管渦輪泵輪來自空氣濾清器中間殼體中間殼體中間殼體通過軸支撐

7、著渦輪和泵輪。中間殼體里有一個油道向軸和軸承提供潤滑和冷卻作用。另外，發(fā)動機(jī)冷卻液循環(huán)流過中間殼體內(nèi)的冷卻液通道，防止機(jī)油溫度升高及過早變質(zhì)。潤滑油道潤滑油道冷卻液通道冷卻液通道全浮式軸承全浮式軸承軸軸全浮式軸承全浮式軸承因為渦輪和泵輪的轉(zhuǎn)速在100000rpm以上，所以采用全浮式軸承以吸收軸的震動，同時潤滑軸和軸承。全浮式軸承由機(jī)油冷卻，在軸和殼體之間自由旋轉(zhuǎn)，減少了摩擦，因此軸可以高速旋轉(zhuǎn)。軸全浮式軸承排氣旁通閥和執(zhí)行器排氣旁通閥和執(zhí)行器排氣旁通閥安裝在渦輪殼體內(nèi)部。當(dāng)增壓壓力超過標(biāo)準(zhǔn)值時，大約70kpa(約0.7kg/cm2),排氣旁通閥開放，通過旁通通道將廢氣排入排氣管，來達(dá)到調(diào)節(jié)增壓

8、壓力。排氣旁通閥的開啟和關(guān)閉受控于執(zhí)行器。排氣旁通閥渦輪渦輪殼體泵輪執(zhí)行器渦輪增壓系統(tǒng)第二章 渦輪增壓器第二節(jié) 雙通道雙渦輪增壓系統(tǒng)雙通道雙渦輪增壓系統(tǒng)雙通道雙渦輪增壓系統(tǒng)雙通道雙渦輪增壓系統(tǒng)的特點(diǎn)是一臺發(fā)動機(jī)裝備兩個渦輪增壓器。當(dāng)增壓器工作在低負(fù)荷或低轉(zhuǎn)速時，發(fā)動機(jī)的加速響應(yīng)性得到改善。當(dāng)增壓器工作在高負(fù)荷高轉(zhuǎn)速時，可以獲得高的動力輸出。僅有一個增壓器時，很難在高負(fù)荷和低負(fù)荷同時獲得好的效果。在這樣情況下，只能夠滿足中間區(qū)域或某一方面的效果。但是，雙渦輪系統(tǒng)通過控制排氣控制閥和排氣旁通閥。在低負(fù)荷低轉(zhuǎn)速時，開啟一個增壓器。在高負(fù)荷高轉(zhuǎn)速時，同時開啟兩個增壓器。從而改善了發(fā)動機(jī)在所有區(qū)域中的加

9、速性響應(yīng)性和獲得高的動力。左圖展示了1993-1999 年生產(chǎn)的2JZ-GTE發(fā)動機(jī)采用的雙通道雙渦輪增壓系統(tǒng)。雙通道雙渦輪增壓系統(tǒng)雙通道雙渦輪增壓系統(tǒng)1號渦輪增壓器2號渦輪增壓器排氣旁通閥空氣濾清器排氣閥門進(jìn)氣控制閥中冷器排氣旁通閥渦輪增壓系統(tǒng)第二章 渦輪增壓器第三節(jié) 控制噴油量怎樣增加燃油噴油量怎樣增加燃油噴油量 裝備有渦輪增壓器或超級增壓器的發(fā)動機(jī)，使更多的空氣進(jìn)入氣缸。進(jìn)氣只有在完全燃燒后才能提高輸出功率。因此必須增加燃料噴油量使進(jìn)氣完全燃燒。這樣出功率提高的同時，燃油消耗也會增加。1. 機(jī)械控制型機(jī)械控制型柴油發(fā)動機(jī)上，增壓補(bǔ)償器根據(jù)增壓壓力(增壓空氣)去提高最大燃油噴油量。渦輪泵輪

10、來自空氣濾清器增壓壓力(增壓空氣)至排氣管排氣旁通閥執(zhí)行器排氣歧管柴油噴射泵增壓補(bǔ)償器2. 電子控制型電子控制型采用電子控制的發(fā)動機(jī)，是依據(jù)空氣流量計檢測的進(jìn)氣量和增壓壓力傳感器檢測的進(jìn)氣歧管壓力，由發(fā)動機(jī)ECU去控制最大噴油量。(噴油量的多少是由噴油持續(xù)時間所決定)但在汽油發(fā)動機(jī)中，噴油量隨進(jìn)氣量的增加而增加。渦輪 泵輪至排氣管排氣旁通閥執(zhí)行器排氣噴油器增壓壓力傳感器ECUECU增壓壓力(增壓空氣)空氣流量計來自空氣濾清器空氣流量計柴油噴射泵渦輪增壓系統(tǒng)第二章 渦輪增壓器第四節(jié) 潤滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)1. 潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)發(fā)動機(jī)機(jī)油從機(jī)油進(jìn)油管流入，來潤滑和冷卻中間箱體內(nèi)部的全浮式軸承以后，機(jī)油

11、通過機(jī)油出油管，回至油底殼機(jī)油出油管機(jī)油進(jìn)油管1. 潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)發(fā)動機(jī)機(jī)油從機(jī)油進(jìn)油管流入，來潤滑和冷卻中間箱體內(nèi)部的全浮式軸承以后，機(jī)油通過機(jī)油出油管，回至油底殼來自機(jī)油進(jìn)油管冷卻液通道潤滑油道至機(jī)油出油管至機(jī)油出油管 來自機(jī)油進(jìn)油管潤滑油道至水泵來自節(jié)溫器外殼冷卻液通道2. 冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)渦輪增壓器被發(fā)動機(jī)的冷卻液所冷卻。發(fā)動機(jī)的冷卻液通過冷卻液輸入管流入中間箱體內(nèi)部的冷卻液通道，待冷卻渦輪增壓器系統(tǒng)后，發(fā)動機(jī)冷卻液經(jīng)過制冷液出管，回至水泵。冷卻液輸出管 冷卻液輸入管渦輪增壓系統(tǒng)第二章 渦輪增壓器第五節(jié) 增壓壓力控制增壓壓力控制增壓壓力控制渦輪增壓器通過泵輪將壓縮空氣送至氣缸內(nèi)，得到

12、高輸出功率。但是如果壓力上升過高，發(fā)動機(jī)零件將會承受不了爆燃力。在此情況下，排氣旁通閥被執(zhí)行器所推拉，來控制增壓壓力，使增壓壓力不致超過規(guī)定值。渦輪泵輪至排氣管排氣旁通閥排氣(來自燃燒室)執(zhí)行器至燃燒室進(jìn)氣(來自空氣濾清器)1. 增壓壓力控制增壓壓力控制(1) 增壓壓力低于規(guī)定值時的控制增壓壓力低于規(guī)定值時的控制當(dāng)增壓壓力低于規(guī)定值時，執(zhí)行器并無作動，因此排氣旁通閥仍保持關(guān)閉，所以全部排氣被導(dǎo)入渦輪內(nèi)。1. 增壓壓力控制增壓壓力控制(2) 增壓壓力超過規(guī)定值時的控制增壓壓力超過規(guī)定值時的控制當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速上升，渦輪增壓器所提供的增壓壓力超過規(guī)定值（截止點(diǎn)）時，執(zhí)行器的膜片被壓下。這樣就導(dǎo)致排氣旁

13、通閥開啟，部分排氣被入排氣旁通而未進(jìn)入渦輪。由于部分排氣未進(jìn)入渦輪，使渦輪轉(zhuǎn)速受到調(diào)節(jié)，將增壓壓力保持在規(guī)定值內(nèi)。1. 增壓壓力控制增壓壓力控制(2) 增壓壓力超過規(guī)定值時的控制增壓壓力超過規(guī)定值時的控制提示:在有些汽油發(fā)動機(jī)上，增壓壓力還根據(jù)所用燃油(高級汽油或普通汽油)的辛烷值來控制。渦輪增壓系統(tǒng)第二章 渦輪增壓器第六節(jié) 其它控制增壓壓力和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速間的關(guān)系增壓壓力和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速間的關(guān)系當(dāng)加速器踏板踩到底時，增壓壓力和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速間的關(guān)系如圖所示。增壓壓力和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速間的關(guān)系根據(jù)發(fā)動機(jī)的負(fù)荷而變化增壓壓力發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速截止點(diǎn)排氣旁通閥開啟渦輪增壓指示燈渦輪增壓指示燈(僅限于某些車型僅限于某些車型)

14、1. 渦輪增壓指示燈渦輪增壓指示燈渦輪增壓指示燈位于組合式儀表內(nèi)部，用綠色和琥珀色的發(fā)光二極管(LED)將渦輪增壓器運(yùn)行狀態(tài)通報給駕駛員。當(dāng)渦輪增壓器運(yùn)行在規(guī)定的增壓壓力時，綠色LED 發(fā)光。當(dāng)渦輪增壓器超過規(guī)定的增壓壓力時，琥珀色LED發(fā)光。ENGINE渦輪增壓指示燈(綠色)渦輪超壓警告燈(琥珀色)渦輪增壓指示燈渦輪增壓指示燈(僅限于某些車型僅限于某些車型)2. 壓力開關(guān)壓力開關(guān)通過用2個開關(guān)來判斷增壓壓力：低壓開關(guān)和高壓開關(guān)。這2個開關(guān)的不同之處是彈簧的力量。當(dāng)作用于膜片的增壓壓力超過某個水平時，開關(guān)就接通。增壓壓力彈簧膜片動點(diǎn) 觸點(diǎn)渦輪增壓系統(tǒng)第二章 渦輪增壓器第七節(jié) 可變噴嘴葉片可變噴

15、嘴葉片可變噴嘴葉片使用發(fā)動機(jī)ECU 來控制安裝于渦輪的輪緣處可變噴嘴葉片的傾斜度，由可變噴嘴葉片來改變排氣的流速和流向，優(yōu)化從低轉(zhuǎn)速至高轉(zhuǎn)速時的增壓壓力。步進(jìn)馬達(dá)馬達(dá)挺桿聯(lián)接桿連接環(huán)可變噴嘴葉片渦輪 低轉(zhuǎn)速時低轉(zhuǎn)速時當(dāng)可變噴嘴葉片的通道變窄(漸趨關(guān)閉)，則排氣流往渦輪的流速變快，使渦輪功效更加有效。在此方式下，當(dāng)作用于渦輪的排氣壓力增加時，增壓壓力增加也更快，即使在低轉(zhuǎn)速時，發(fā)動機(jī)的功率也會平滑的增加。排氣氣流 步進(jìn)馬達(dá)可變噴嘴葉片渦輪 連接環(huán)聯(lián)接桿馬達(dá)連桿 高轉(zhuǎn)速高轉(zhuǎn)速/高負(fù)荷時高負(fù)荷時當(dāng)可變噴嘴葉片的通道變寬(漸趨開啟)同時，因排氣氣流向改向使作用于渦輪上排氣的效率降低，增壓壓力得到控制。

16、因此，增壓壓力能控制在規(guī)定壓力內(nèi)，隨之燃料消耗和發(fā)動機(jī)輸出功率得到改善，渦輪的超速也得到防止。排氣氣流 步進(jìn)馬達(dá)可變噴嘴葉片渦輪 連接環(huán)聯(lián)接桿馬達(dá)連桿VGT渦輪增壓系統(tǒng)第二章 渦輪增壓器第八節(jié) 中冷器中冷器中冷器中冷器安裝在泵輪和發(fā)動機(jī)之間，用來冷卻受渦輪增壓器壓縮因而升溫的進(jìn)氣。 當(dāng)空氣在渦輪增壓器內(nèi)受壓縮時，空氣溫度會升高。增壓效率因高溫空氣膨脹而降低。 通過中冷器來降低空氣溫度增加空氣密度，因此改善增壓效率，同時也可有助于抑制爆震。共有2種中冷器類型：氣冷式類型和水冷式類型?，F(xiàn)在只使用氣冷式中冷器。中冷器根據(jù)車型安裝于不同位置。1. 氣冷式類型的中冷器氣冷式類型的中冷器氣冷式類型的中冷器

17、利用車輛的氣流或發(fā)動機(jī)冷卻風(fēng)扇來冷卻壓縮后的空氣。泵輪中冷器車輛氣流中冷器2. 水冷式類型的中冷器水冷式類型的中冷器水冷式類型的中冷器利用冷卻液來冷卻進(jìn)氣。雖然利用冷卻液，但是中冷器有其自身的獨(dú)立冷卻系統(tǒng)，并不從發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)中引入冷卻液。它由中冷器，電動水泵，輔助散熱器和中冷器 ECU 構(gòu)成。圖示出1989至1999年間生產(chǎn)的3S-GTE發(fā)動機(jī)。中冷器泵輪電動水泵冷卻液輔助散熱器2. 水冷式類型的中冷器水冷式類型的中冷器電動水泵輔助散熱器中冷器ECU中冷器進(jìn)氣來自渦輪增壓器進(jìn)氣至燃燒室冷卻液面?zhèn)鞲衅骼鋮s液儲罐渦輪增壓器介紹渦輪增壓器介紹渦輪增壓器構(gòu)造和工作原理渦輪增壓器構(gòu)造和工作原理渦輪增壓

18、系統(tǒng)第三章 渦輪增壓器的注意事項1. 使用注意事項使用注意事項(1) 渦輪增壓發(fā)動機(jī)中的機(jī)油不僅用來潤滑發(fā)動機(jī)，而且用來潤滑和冷卻渦輪增壓器。發(fā)動機(jī)機(jī)油受渦輪增壓器熱量的影響，其溫度很容易升高。因此，機(jī)油和機(jī)油濾清器應(yīng)當(dāng)定期更換。否則會導(dǎo)致渦輪增壓器的損壞。如果不使用推薦的機(jī)油，可能導(dǎo)致渦輪增壓器軸承的損壞。因此，一定要使用推薦的發(fā)動機(jī)機(jī)油。提示:根據(jù)車輛類型和使用條件，參考駕駛員手冊或保養(yǎng)項目表，確定機(jī)油和機(jī)油濾清器的更換間隔周期。(2) 在冷機(jī)起動時，因為軸承得不到充分潤滑，高速空轉(zhuǎn)或突然加速會導(dǎo)致軸承的損壞。(3) 在發(fā)動機(jī)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)后，如高速行駛或長距離行駛，關(guān)閉發(fā)動機(jī)之前，務(wù)必使發(fā)動

19、機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)分鐘。1. 使用注意事項使用注意事項注意:車輛行駛時，由于機(jī)油和冷卻液的冷卻，渦輪增壓器的溫度不會上升太高。當(dāng)高速行駛后發(fā)動機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)等時，機(jī)油和冷卻液的循環(huán)停止。渦輪增壓器得不到冷卻，將導(dǎo)致卡死等故障。因此，必須怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，來冷卻渦輪增壓器。駕駛狀態(tài)怠速時間標(biāo)準(zhǔn)市區(qū)行駛不需高速行駛80km/h要50秒100km/h要1分鐘越野行駛或100km/h長時間行車2分鐘2. 維護(hù)注意事項維護(hù)注意事項(1) 在空氣濾清器或空氣濾清器殼體已被拆下時，不要起動發(fā)動機(jī)。要經(jīng)常檢查濾清器是否堵塞。否則，會因外部異物進(jìn)入而導(dǎo)致渦輪和泵輪損壞。2. 維護(hù)注意事項維護(hù)注意事項(2) 萬一渦輪增壓器損壞而必須更換時，首先檢查下列可能原因，必要時須排除。 發(fā)動機(jī)機(jī)油的油量和油質(zhì) 渦輪增壓器的使用條件 連接渦輪增壓器的油管 排氣溫度是否過高。過濃/過稀/失火/排氣門漏氣等。(3) 拆卸渦輪增壓器時，要堵住進(jìn)氣口和排氣口和機(jī)油進(jìn)口，防止臟物或其他外部異物進(jìn)入系統(tǒng)。2. 維護(hù)注意事項維護(hù)注意事項(4) 當(dāng)拆卸和安裝渦輪增壓器時，不要跌落，不要碰擊，不要抓容易變形的零件，如執(zhí)行器或連桿。2. 維護(hù)注意事項維護(hù)注意事項(5) 更換渦輪增壓器時，檢查油管中的油泥或積碳，必要時，清洗或更換。2. 維護(hù)注意事項維護(hù)注意事項(6) 更換渦輪增壓器時，進(jìn)油口內(nèi)加入機(jī)油，同時用手轉(zhuǎn)動泵輪，以潤滑軸承。2. 維護(hù)