渦輪增壓器
渦輪增壓器實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)動機(jī)排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，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)動機(jī)轉(zhuǎn)速增快，廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速也同步增快，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)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，就可以增加發(fā)動機(jī)的輸出功率了。參加競賽的跑車一般在發(fā)動機(jī)上裝有渦輪增壓器，以使汽車迸發(fā)出更大的功率。發(fā)動機(jī)是靠燃料在氣缸內(nèi)燃燒來產(chǎn)生功率的，輸入的燃料量受到吸入氣缸內(nèi)空氣量的限制，所產(chǎn)生的功率也會受到限制，如果發(fā)動機(jī)的運行性能已處于最佳狀態(tài)，再增加輸出功率只能通過壓縮更多的空氣進(jìn)入氣缸來增加燃料量，提高燃燒做功能力。在目前的技術(shù)條件下，渦輪增壓器是唯一能使發(fā)動機(jī)在工作效率不變的情況下增加輸出功率的機(jī)械裝置。
渦輪增壓器的最大優(yōu)點是能在不加大發(fā)動機(jī)排量就能較大幅度地提高發(fā)動機(jī)的功率及扭力，一般而言，加裝增壓器后的發(fā)動機(jī)的功率及扭矩要增大20％~30％。渦輪增壓器的缺點是滯后，即由于葉輪的慣性作用對油門驟時變化反應(yīng)遲緩，使發(fā)動機(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，瞬間會有點提不上勁的感覺。
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)動機(jī)排出的廢氣驅(qū)動泵輪，泵輪帶動渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪轉(zhuǎn)動后給進(jìn)氣系統(tǒng)增壓。增壓器安裝在發(fā)動機(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)動機(jī)上，現(xiàn)在一些汽油發(fā)動機(jī)也采用渦輪增壓器。因為汽油和柴油的燃燒方式不一樣，因此發(fā)動機(jī)采用渦輪增壓器的形式也有所區(qū)別。
汽油發(fā)動機(jī)不同于柴油發(fā)動機(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，這里涉及兩個相關(guān)問題，一個是高溫控制，另一個是點火時間控制。
強(qiáng)制性增壓后，汽油機(jī)壓縮和燃燒時的溫度和壓力都會增加，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)、氣排門同時開啟的時間）方式來加強(qiáng)排氣的降溫，降低壓縮比又會造成燃燒不充分。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)動機(jī)壓縮比能保持一定值而不會產(chǎn)生爆燃，同時降低溫度也可提高進(jìn)氣壓力，進(jìn)一步提高發(fā)動機(jī)的有效功率。
葉輪
由于汽油發(fā)動機(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)動機(jī)的性能。葉輪形狀角度越合理，質(zhì)量越輕，葉輪的啟動就越靈敏，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，傳感器感到不正常的振動會立即將信息反饋至發(fā)動機(jī)ECU（電子控制單元）控制系統(tǒng)，將點火定時稍推遲一點，不產(chǎn)生爆燃的時候再恢復(fù)正常點火定時。
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)是點燃式點火，它的壓縮比是有一定范圍限制的，過高就會引發(fā)爆燃。因此，還要有爆燃檢測及控制機(jī)構(gòu)，隨時調(diào)整點火提前角。
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)。
目前的渦輪增壓器的調(diào)節(jié)裝置大都在排氣側(cè)進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)不需要增壓時，例如怠速或者有爆燃先兆時，一部分排氣會通過旁通閥泄出而不進(jìn)入渦輪增壓器。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速每分鐘達(dá)到1800轉(zhuǎn)時，電磁閥就會關(guān)閉旁通閥讓排氣流指向渦輪一側(cè)，使渦輪轉(zhuǎn)動。另外還有一種設(shè)計，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)動機(jī)散熱器前面、旁邊或者單獨一個位置，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)速極高，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，就會損壞軸承從而導(dǎo)致渦輪增壓器失效。在正常的發(fā)動機(jī)啟動是不會發(fā)生此類故障的，但如果發(fā)動機(jī)更換機(jī)油和機(jī)油過濾器后第一次啟動，就會產(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，啟動后要怠速運轉(zhuǎn)3分鐘左右，不可直接將轉(zhuǎn)速提升到渦輪增壓器啟動轉(zhuǎn)速。同樣，在高速及上坡后也不要使發(fā)動機(jī)立即停止，要使發(fā)動機(jī)繼續(xù)怠速運行1分鐘左右，使仍繼續(xù)空轉(zhuǎn)的渦輪增壓器軸承不會缺油。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。
（1）電磁閥、（2）氣缸燃燒室、（3）中冷器、（4）空氣濾清器、（5）葉輪、（6）渦輪、（7）排氣旁通閥
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使用注意事項
由于渦輪增壓器經(jīng)常處于高速、高溫下工作，增壓器廢氣渦輪端的溫度在600℃左右，增壓器轉(zhuǎn)子以832－1040r／min 的高速旋轉(zhuǎn)，因此為了保證增壓器的正常工作，使用中應(yīng)注意以下幾點：
1、不能著車就走。發(fā)動機(jī)發(fā)動后，特別是在冬季，應(yīng)讓其怠速運轉(zhuǎn)一段時間，以便在增壓器轉(zhuǎn)子高速運轉(zhuǎn)之前讓潤滑油充分潤滑軸承。所以剛啟動后千萬不能猛轟油門，以防損壞增壓器油封。
2、不能立即熄火。發(fā)動機(jī)長時間高速運轉(zhuǎn)后，不能立即熄火。發(fā)動機(jī)工作時，有一部分機(jī)油供給渦輪增壓器轉(zhuǎn)子軸承潤滑和用于冷卻的。正在運行的發(fā)動機(jī)突然停機(jī)后，機(jī)油壓力迅速下降為零，增壓器渦輪部分的高溫傳到中間，軸承支承殼內(nèi)的熱量不能迅速帶走，而同時增壓器轉(zhuǎn)子仍在慣性作用下高速旋轉(zhuǎn)，因此，發(fā)動機(jī)熱機(jī)狀態(tài)下如果突然停機(jī)，會引起渦輪增壓器內(nèi)滯留的機(jī)油過熱而損壞軸承和軸。所以發(fā)動機(jī)大負(fù)荷、長時間運行后，在熄火前應(yīng)怠速運轉(zhuǎn)3－5min，讓增壓器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速降下來以后再熄火。特別要防止猛轟幾腳油門后突然熄火。
3、保持清潔。拆卸增壓器時，要保持清潔，各管接頭一定要用清潔的布堵塞好，防止雜物掉進(jìn)增壓器內(nèi)，損壞轉(zhuǎn)子。維修時應(yīng)注意不要碰撞損壞葉輪，如果需要更換葉輪，應(yīng)對其做動平衡試驗。重新裝復(fù)完畢后，要取出堵塞物。
4、由于增壓器經(jīng)常處于高溫下運轉(zhuǎn)，它的潤滑油管線因受高溫作用，內(nèi)部機(jī)油容易有部分的結(jié)焦，這樣會造成增壓器軸承的潤滑不足而損壞。因此，潤滑油管線在運行一段時間后要進(jìn)行清洗。
5、經(jīng)常注意檢查增壓器的運轉(zhuǎn)情況。在出車前、收車后，應(yīng)檢查氣道各管的連接情況，防止松動、脫落而造成增壓器失效和空氣短路進(jìn)入氣缸。
由此可見，發(fā)動機(jī)經(jīng)過增壓后，零部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了強(qiáng)化，從使用、保養(yǎng)方面講，必須加強(qiáng)發(fā)動機(jī)的強(qiáng)制保養(yǎng)工作，注意采用正確的操縱方法。
所以發(fā)動機(jī)大負(fù)荷、長時間運行后，在熄火前應(yīng)怠速運轉(zhuǎn)3－5min，讓增壓器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速降下來以后再熄火。特別要防止猛轟幾腳油門后突然熄火
-------這就是熄火延時裝置的作用!
在最近30年時間里，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)動機(jī)的先天不足，使發(fā)動機(jī)在不改變排氣量的情況下可以提高輸出功率10%
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)動機(jī)的輸出功率，藉以實現(xiàn)轎車的高性能化。
我國目前在市場上推出的帶渦輪增壓器的車輛主要有奧迪1.8T、帕薩特1.8T
發(fā)動機(jī)渦輪增壓器常見故障及處理方法
渦輪增壓器是用來提高發(fā)動機(jī)功率和減少廢氣排放的重要機(jī)件。由于使用、維護(hù)和保養(yǎng)不當(dāng)，易發(fā)生故障，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)不能正常工作。本文就渦輪增壓器常見的一些故障及處理方法介紹如下：
1 渦輪增壓器漏油
現(xiàn)象一：機(jī)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(jī)油滲漏造成的。
處理方法：
?。?/span>1）首先應(yīng)檢查發(fā)動機(jī)潤滑系外部油管（包括增壓器進(jìn)、回油管）是否漏油；
（2）檢查增壓器廢氣排出口是否有機(jī)油。如有機(jī)油，可判定渦輪一端密封環(huán)損壞，應(yīng)更換此密封環(huán)。
現(xiàn)象二：機(jī)油消耗量大，排氣冒藍(lán)煙，但動力不下降。
原因：由于增壓器壓器端漏油，機(jī)油通過發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管進(jìn)入燃燒室被燒掉所造成的，有以下幾種可能：
（1）增壓器回油管不暢通，機(jī)油在轉(zhuǎn)子總成的中間支承處積留過多，沿轉(zhuǎn)子軸流入壓氣葉輪。
?。?/span>2）靠近壓氣葉輪一端的密封環(huán)或甩油環(huán)損壞后，機(jī)油由此進(jìn)入葉輪室，然后隨室內(nèi)增壓后的空氣一同經(jīng)進(jìn)所管進(jìn)入燃燒室。
處理方法：
?。?/span>1）打開壓氣機(jī)的出氣口或發(fā)動機(jī)進(jìn)氣直管（橡膠軟管），看管口、管壁是否粘附機(jī)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(yīng)將回油管疏通后裝復(fù)。
?。?/span>2）如暢通，則是由于葉輪一端密封環(huán)或甩油環(huán)損壞所造成，應(yīng)解體增壓器進(jìn)行修復(fù)。
現(xiàn)象三：機(jī)油消耗量大，排氣冒藍(lán)煙或黑煙，且動力下降。
原因：
?。?/span>1）活塞與汽缸之間的間隙磨損過大，機(jī)油竄入燃燒室而被燒掉。
（2）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(jìn)氣膠管被吸變形或壓扁等），壓氣機(jī)進(jìn)氣口處的壓力較低，造成機(jī)油滲漏進(jìn)入壓氣機(jī)內(nèi)，隨壓縮空氣一起進(jìn)入燃燒室內(nèi)燒掉。
處理方法：
?。?/span>1）檢查進(jìn)氣直軟管壁內(nèi)有無機(jī)油、是否被壓扁，使氣流受阻或空濾芯有堵塞現(xiàn)象。
?。?/span>2）如管口和管壁有機(jī)油，應(yīng)清洗或更換空氣濾芯。
2 有金屬摩擦聲
現(xiàn)象：排氣冒黑煙，功率下降，且增壓器有異響。
原因：
?。?/span>1）如有金屬摩擦聲，是增壓器轉(zhuǎn)子軸承或止推軸承磨損過多，葉輪與增壓器殼摩擦而產(chǎn)生。
?。?/span>2）如不是金屬摩擦聲，而是氣流聲，則是由于增壓器轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)聲音，或是進(jìn)、排氣接口處由于連接不好產(chǎn)生的漏氣現(xiàn)象。
處理方法：
?。?/span>1）前者應(yīng)視磨損情況更換損壞的備件進(jìn)行修復(fù)。
?。?/span>2）后者應(yīng)認(rèn)真區(qū)分，有針對性的解決。
3 增壓器軸承損壞
現(xiàn)象：增壓器軸承損壞，發(fā)動機(jī)功率下降，機(jī)油消耗高，冒黑煙，嚴(yán)重時增壓器不能工作。
原因：
?。?/span>1）潤滑油壓力和流量不足。
a. 增壓器軸頸和止推軸承的潤滑油供應(yīng)不足；
b. 使轉(zhuǎn)子軸頸和軸承間保持浮動的潤滑油不足；
c. 增壓器已高速運轉(zhuǎn)，而潤滑油未及時供給。
?。?/span>2）雜物或泥沙進(jìn)入潤滑系統(tǒng)。
（3）機(jī)油氧化變質(zhì)。
a. 柴機(jī)油過熱，從活塞與缸壁間竄過的燃?xì)膺^多；
b. 冷卻水漏入機(jī)油中；
c. 機(jī)油選用不當(dāng)，以及沒有按規(guī)定定期更換機(jī)油。
處理方法：
?。?/span>1）檢查潤滑油壓力是否正常，機(jī)油量是否符合要求。
?。?/span>2）按規(guī)定要求，定期更換潤滑油，并保證潤滑油清潔。
（3）嚴(yán)格按規(guī)定要求，使用潤滑油，不得混用。
（4）應(yīng)避免發(fā)動機(jī)在高溫情況下工作，保持發(fā)動機(jī)的正常工作溫度。
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