单元六涡轮增压

1、涡轮增压系统第一章 概述涡轮增压器和超级增压器的必要性涡轮增压器和超级增压器的必要性涡轮增压器和超级增压器是把空气压进气缸以产生高于大气压的压力，以提高发动机的功率输出的装置。通常，发动机的输出功率是由单位时间内烧掉的混合气来决定的，进气量增加，功率就增加。就是说，为了增加发动机的输出功率，要么增加发动机的排量，或者是提高发动机的转速。普通发动机增压发动机重量/功率比发动机输出发动机输出容积效率容积效率发动机负荷发动机负荷/容积效率容积效率/充气效率充气效率普通发动机，由于进气系统阻力和残留在排气系统内的废气，空气进入气缸的充气效率仅6585%。装有增压器的发动机，可超过100%。标准状态：2

2、0时标准大气压下%100量标准状态下气内的空气空气实际吸入量充气效率压缩比压缩比压缩比压缩比汽油发动机的压缩压力提高，会导致爆震的可能性增大。装备有涡轮增压器或超级增压器的发动机，因吸入的空气是经过压缩的，其压力高于大气压，所以压缩压力比一般发动机高，更容易产生爆震。为了防止爆震，装备有涡轮增压器或超级增压器的发动机，其压缩比设计得比一般非增压发动机低。ANQBFFBBGAWL1.82.02.81.8T10.3:110.0:19.5:1涡轮增压器和超级增压器的必要性涡轮增压器和超级增压器的必要性增加发动机功率的方法：增加发动机排量这方法最明显。但会增加发动机重量、重量/功率比改善不多。增加发动

3、机最高转速运动零件的摩擦损失、振动和噪音等因素限制了发动机转速的提高，且而进气效率会降低供给发动机密度较大的空气(采用增压方法)通过增加进气量，提高输出功率，并使发动机轻量化、紧凑化涡轮增压器和超级增压器的必要性涡轮增压器和超级增压器的必要性涡轮增压器和超级增压器(机械式增压器)有两种驱动方法：由排气驱动的涡轮增压器、由发动机驱动的超级增压器。涡轮增压器和超级增压器的性能涡轮增压器和超级增压器的性能涡轮增压器和超级增压器是一种空气泵，用来把空气压进气缸，增加进气的空气质量。一般发动机是利用活塞下行时产生的真空把空气吸入气缸由于涡轮增压器或超级增压器的作用，进气管内产生比大气压高的压力(增压压力

4、)，使进气在加压下进入气缸。因此进入气缸的空气气质量增加。rpm发动机转速涡轮增压器超级增压器进气压力歧管真空98kPa1.0kgf/cm2涡轮增压器和超级增压器的特性涡轮增压器和超级增压器的特性涡轮增压器涡轮增压器超级增压器超级增压器增压器类型 涡轮式(涡轮和泵轮)机械式(较常用的转子增压器是用一对眼眉形状的转子)驱动方式废气压力曲轴驱动功率损失因为涡轮由废气压力驱动，功率损失较少由于曲轴驱动，功率损失较大增压效果转速高，效果明显。对发动机功率提升也明显转速低，不明显充气效率增压充气在低速域里较少，高速域里较大(因为转速低时排气量较少)所有转速域都可均一的的增压充气加速响应性 由于叶轮惯性，

5、低速时加速响应性较差由曲轴驱动，响应性较好成本高温高压高速高腐蚀，成本高较低寿命对冷却润滑要求高，短长涡轮增压器涡轮增压器超级超级/机械增压器机械增压器涡轮增压系统第二章 涡轮增压器概述概述涡轮增压器是一种利用排气能量使涡轮高速旋转的装置。和涡轮同轴装着泵轮，它旋转时把空气压进气缸。从而达到了增加发动机的输出功率。排气旁通阀和执行器来防止增压压力升得太高。某些型号的涡轮增压器装备了中冷器，以降低进气温度，改善进气效率。执行器涡轮涡轮增压器泵轮中冷器空气流量计排气旁通阀增压压力传感器概述概述注意:注意手不要碰摸涡轮增压器，因有废气流通，所以会非常的热。此外，还要按规定的间隔周期实施更换机油。执行

6、器涡轮涡轮增压器泵轮中冷器空气流量计排气旁通阀增压压力传感器组件组件涡轮增压器包括涡轮壳体、压缩壳体、中间壳体、涡轮、泵轮、全浮式轴承、排气旁通阀和执行器等。涡轮全浮式轴承至进气歧管来自空气滤清器泵轮执行器来至排气歧管至排气管排气旁通阀排气旁通阀涡轮壳体中间壳体执行器压缩机壳体涡轮和泵轮涡轮和泵轮涡轮和泵轮安装在同一根轴上。来自排气歧管的废气压力使涡轮高速旋转,同轴上的泵轮跟着旋转,把进气压入气缸。涡轮因直接受到排气的冲击，变得特别热而且高速旋转，所以必须耐热同时耐磨损。因此，涡轮用超耐热的合金或陶瓷制成。来自排气歧管 至进气歧管至排气管涡轮泵轮来自空气滤清器中间壳体中间壳体中间壳体通过轴支撑

7、着涡轮和泵轮。中间壳体里有一个油道向轴和轴承提供润滑和冷却作用。另外，发动机冷却液循环流过中间壳体内的冷却液通道，防止机油温度升高及过早变质。润滑油道润滑油道冷却液通道冷却液通道全浮式轴承全浮式轴承轴轴全浮式轴承全浮式轴承因为涡轮和泵轮的转速在100000rpm以上，所以采用全浮式轴承以吸收轴的震动，同时润滑轴和轴承。全浮式轴承由机油冷却，在轴和壳体之间自由旋转，减少了摩擦，因此轴可以高速旋转。轴全浮式轴承排气旁通阀和执行器排气旁通阀和执行器排气旁通阀安装在涡轮壳体内部。当增压压力超过标准值时，大约70kpa(约0.7kg/cm2),排气旁通阀开放，通过旁通通道将废气排入排气管，来达到调节增压

8、压力。排气旁通阀的开启和关闭受控于执行器。排气旁通阀涡轮涡轮壳体泵轮执行器涡轮增压系统第二章 涡轮增压器第二节 双通道双涡轮增压系统双通道双涡轮增压系统双通道双涡轮增压系统双通道双涡轮增压系统的特点是一台发动机装备两个涡轮增压器。当增压器工作在低负荷或低转速时，发动机的加速响应性得到改善。当增压器工作在高负荷高转速时，可以获得高的动力输出。仅有一个增压器时，很难在高负荷和低负荷同时获得好的效果。在这样情况下，只能够满足中间区域或某一方面的效果。但是，双涡轮系统通过控制排气控制阀和排气旁通阀。在低负荷低转速时，开启一个增压器。在高负荷高转速时，同时开启两个增压器。从而改善了发动机在所有区域中的加

9、速性响应性和获得高的动力。左图展示了1993-1999 年生产的2JZ-GTE发动机采用的双通道双涡轮增压系统。双通道双涡轮增压系统双通道双涡轮增压系统1号涡轮增压器2号涡轮增压器排气旁通阀空气滤清器排气阀门进气控制阀中冷器排气旁通阀涡轮增压系统第二章 涡轮增压器第三节 控制喷油量怎样增加燃油喷油量怎样增加燃油喷油量 装备有涡轮增压器或超级增压器的发动机，使更多的空气进入气缸。进气只有在完全燃烧后才能提高输出功率。因此必须增加燃料喷油量使进气完全燃烧。这样出功率提高的同时，燃油消耗也会增加。1. 机械控制型机械控制型柴油发动机上，增压补偿器根据增压压力(增压空气)去提高最大燃油喷油量。涡轮泵轮

10、来自空气滤清器增压压力(增压空气)至排气管排气旁通阀执行器排气歧管柴油喷射泵增压补偿器2. 电子控制型电子控制型采用电子控制的发动机，是依据空气流量计检测的进气量和增压压力传感器检测的进气歧管压力，由发动机ECU去控制最大喷油量。(喷油量的多少是由喷油持续时间所决定)但在汽油发动机中，喷油量随进气量的增加而增加。涡轮 泵轮至排气管排气旁通阀执行器排气喷油器增压压力传感器ECUECU增压压力(增压空气)空气流量计来自空气滤清器空气流量计柴油喷射泵涡轮增压系统第二章 涡轮增压器第四节 润滑系统和冷却系统1. 润滑系统润滑系统发动机机油从机油进油管流入，来润滑和冷却中间箱体内部的全浮式轴承以后，机油

11、通过机油出油管，回至油底壳机油出油管机油进油管1. 润滑系统润滑系统发动机机油从机油进油管流入，来润滑和冷却中间箱体内部的全浮式轴承以后，机油通过机油出油管，回至油底壳来自机油进油管冷却液通道润滑油道至机油出油管至机油出油管 来自机油进油管润滑油道至水泵来自节温器外壳冷却液通道2. 冷却系统冷却系统涡轮增压器被发动机的冷却液所冷却。发动机的冷却液通过冷却液输入管流入中间箱体内部的冷却液通道，待冷却涡轮增压器系统后，发动机冷却液经过制冷液出管，回至水泵。冷却液输出管 冷却液输入管涡轮增压系统第二章 涡轮增压器第五节 增压压力控制增压压力控制增压压力控制涡轮增压器通过泵轮将压缩空气送至气缸内，得到

12、高输出功率。但是如果压力上升过高，发动机零件将会承受不了爆燃力。在此情况下，排气旁通阀被执行器所推拉，来控制增压压力，使增压压力不致超过规定值。涡轮泵轮至排气管排气旁通阀排气(来自燃烧室)执行器至燃烧室进气(来自空气滤清器)1. 增压压力控制增压压力控制(1) 增压压力低于规定值时的控制增压压力低于规定值时的控制当增压压力低于规定值时，执行器并无作动，因此排气旁通阀仍保持关闭，所以全部排气被导入涡轮内。1. 增压压力控制增压压力控制(2) 增压压力超过规定值时的控制增压压力超过规定值时的控制当发动机转速上升，涡轮增压器所提供的增压压力超过规定值（截止点）时，执行器的膜片被压下。这样就导致排气旁

13、通阀开启，部分排气被入排气旁通而未进入涡轮。由于部分排气未进入涡轮，使涡轮转速受到调节，将增压压力保持在规定值内。1. 增压压力控制增压压力控制(2) 增压压力超过规定值时的控制增压压力超过规定值时的控制提示:在有些汽油发动机上，增压压力还根据所用燃油(高级汽油或普通汽油)的辛烷值来控制。涡轮增压系统第二章 涡轮增压器第六节 其它控制增压压力和发动机转速间的关系增压压力和发动机转速间的关系当加速器踏板踩到底时，增压压力和发动机转速间的关系如图所示。增压压力和发动机转速间的关系根据发动机的负荷而变化增压压力发动机转速截止点排气旁通阀开启涡轮增压指示灯涡轮增压指示灯(仅限于某些车型仅限于某些车型)

14、1. 涡轮增压指示灯涡轮增压指示灯涡轮增压指示灯位于组合式仪表内部，用绿色和琥珀色的发光二极管(LED)将涡轮增压器运行状态通报给驾驶员。当涡轮增压器运行在规定的增压压力时，绿色LED 发光。当涡轮增压器超过规定的增压压力时，琥珀色LED发光。ENGINE涡轮增压指示灯(绿色)涡轮超压警告灯(琥珀色)涡轮增压指示灯涡轮增压指示灯(仅限于某些车型仅限于某些车型)2. 压力开关压力开关通过用2个开关来判断增压压力：低压开关和高压开关。这2个开关的不同之处是弹簧的力量。当作用于膜片的增压压力超过某个水平时，开关就接通。增压压力弹簧膜片动点 触点涡轮增压系统第二章 涡轮增压器第七节 可变喷嘴叶片可变喷

15、嘴叶片可变喷嘴叶片使用发动机ECU 来控制安装于涡轮的轮缘处可变喷嘴叶片的倾斜度，由可变喷嘴叶片来改变排气的流速和流向，优化从低转速至高转速时的增压压力。步进马达马达挺杆联接杆连接环可变喷嘴叶片涡轮 低转速时低转速时当可变喷嘴叶片的通道变窄(渐趋关闭)，则排气流往涡轮的流速变快，使涡轮功效更加有效。在此方式下，当作用于涡轮的排气压力增加时，增压压力增加也更快，即使在低转速时，发动机的功率也会平滑的增加。排气气流 步进马达可变喷嘴叶片涡轮 连接环联接杆马达连杆 高转速高转速/高负荷时高负荷时当可变喷嘴叶片的通道变宽(渐趋开启)同时，因排气气流向改向使作用于涡轮上排气的效率降低，增压压力得到控制。

16、因此，增压压力能控制在规定压力内，随之燃料消耗和发动机输出功率得到改善，涡轮的超速也得到防止。排气气流 步进马达可变喷嘴叶片涡轮 连接环联接杆马达连杆VGT涡轮增压系统第二章 涡轮增压器第八节 中冷器中冷器中冷器中冷器安装在泵轮和发动机之间，用来冷却受涡轮增压器压缩因而升温的进气。 当空气在涡轮增压器内受压缩时，空气温度会升高。增压效率因高温空气膨胀而降低。 通过中冷器来降低空气温度增加空气密度，因此改善增压效率，同时也可有助于抑制爆震。共有2种中冷器类型：气冷式类型和水冷式类型。现在只使用气冷式中冷器。中冷器根据车型安装于不同位置。1. 气冷式类型的中冷器气冷式类型的中冷器气冷式类型的中冷器

17、利用车辆的气流或发动机冷却风扇来冷却压缩后的空气。泵轮中冷器车辆气流中冷器2. 水冷式类型的中冷器水冷式类型的中冷器水冷式类型的中冷器利用冷却液来冷却进气。虽然利用冷却液，但是中冷器有其自身的独立冷却系统，并不从发动机冷却系统中引入冷却液。它由中冷器，电动水泵，辅助散热器和中冷器 ECU 构成。图示出1989至1999年间生产的3S-GTE发动机。中冷器泵轮电动水泵冷却液辅助散热器2. 水冷式类型的中冷器水冷式类型的中冷器电动水泵辅助散热器中冷器ECU中冷器进气来自涡轮增压器进气至燃烧室冷却液面传感器冷却液储罐涡轮增压器介绍涡轮增压器介绍涡轮增压器构造和工作原理涡轮增压器构造和工作原理涡轮增压

18、系统第三章 涡轮增压器的注意事项1. 使用注意事项使用注意事项(1) 涡轮增压发动机中的机油不仅用来润滑发动机，而且用来润滑和冷却涡轮增压器。发动机机油受涡轮增压器热量的影响，其温度很容易升高。因此，机油和机油滤清器应当定期更换。否则会导致涡轮增压器的损坏。如果不使用推荐的机油，可能导致涡轮增压器轴承的损坏。因此，一定要使用推荐的发动机机油。提示:根据车辆类型和使用条件，参考驾驶员手册或保养项目表，确定机油和机油滤清器的更换间隔周期。(2) 在冷机起动时，因为轴承得不到充分润滑，高速空转或突然加速会导致轴承的损坏。(3) 在发动机高负荷运转后，如高速行驶或长距离行驶，关闭发动机之前，务必使发动

19、机怠速运转数分钟。1. 使用注意事项使用注意事项注意:车辆行驶时，由于机油和冷却液的冷却，涡轮增压器的温度不会上升太高。当高速行驶后发动机立即停止运转等时，机油和冷却液的循环停止。涡轮增压器得不到冷却，将导致卡死等故障。因此，必须怠速运转，来冷却涡轮增压器。驾驶状态怠速时间标准市区行驶不需高速行驶80km/h要50秒100km/h要1分钟越野行驶或100km/h长时间行车2分钟2. 维护注意事项维护注意事项(1) 在空气滤清器或空气滤清器壳体已被拆下时，不要起动发动机。要经常检查滤清器是否堵塞。否则，会因外部异物进入而导致涡轮和泵轮损坏。2. 维护注意事项维护注意事项(2) 万一涡轮增压器损坏而必须更换时，首先检查下列可能原因，必要时须排除。 发动机机油的油量和油质 涡轮增压器的使用条件 连接涡轮增压器的油管 排气温度是否过高。过浓/过稀/失火/排气门漏气等。(3) 拆卸涡轮增压器时，要堵住进气口和排气口和机油进口，防止脏物或其他外部异物进入系统。2. 维护注意事项维护注意事项(4) 当拆卸和安装涡轮增压器时，不要跌落，不要碰击，不要抓容易变形的零件，如执行器或连杆。2. 维护注意事项维护注意事项(5) 更换涡轮增压器时，检查油管中的油泥或积碳，必要时，清洗或更换。2. 维护注意事项维护注意事项(6) 更换涡轮增压器时，进油口内加入机油，同时用手转动泵轮，以润滑轴承。2. 维护