涡轮增压器基础知识概论

涡轮增压器基础知识概论第1页，共26页。（优选）涡轮增压器基础知识概论第2页，共26页。第3页，共26页。第4页，共26页。第5页，共26页。二、涡轮增压器的工作原理涡轮增压器最早是用于跑车或方程式赛车上，以使发动机迸发出更大的功率。

涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入汽缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。

第6页，共26页。2.1工作机理：大家由图可知，当发动机正常工作时，从发动机排气门排出的废气及排气管进入到涡轮增压器右端，从而吹动涡轮高速旋转。与涡轮同轴的左端叶轮也同时做高速旋转，叶轮左端的箭头代表从空气滤清器过来的新鲜空气，新鲜空气进入到叶轮端后，由于叶轮高速旋转从而压缩了新鲜空气，并且在压气机壳内形成二次压缩后形成增压。增压后的新鲜空气要首先经过中冷器进行冷却。因为叶轮的搅动升高了空气的温度，从而降低了空气的密度，为了保证进气量，因此必须对增压后的高温气体实行冷却。经过中冷器的空气在经过进气管后再进入气缸开始工作。涡轮增压由于进气压力高，因此在排气过程中能够充分扫清上一循环工作过程中的残余废气，达到了排气干净的目的，并能为下一次燃烧做好准备，也利于下一次燃烧充分，从而减少有害物质的排放。

第7页，共26页。3.我们所接触到的增压器的全称:径流式废气涡轮增压器4.工作示意图：第8页，共26页。涡轮增压器因涡轮的涡壳与压气机壳外形与蜗牛背上的壳或海滩的海螺十分近似而得名。涡轮增压器本体是提高容积效率的核心部件，其基本结构分为：进气端、排气端和中间的连接部分。其中排气端包括涡轮壳体（TurbineHousing，其中包括涡轮进风口（TurbineInlet）、涡轮出风口（TurbineDischarge）、涡轮叶轮（TurbineWheel）。而进气端包括压气机壳体（CompressorHousing），包括压气机进风口（CompressorInlet）、压气机出风口（CompressorDischarge）、压气机叶轮(CompressorWheel)。在两个壳体间负责连接两者的，还有一个轴承壳（CenterHousing），安装有负责连接并承托起压气机叶轮、涡轮叶轮，应付上万转速的涡轮轴（Shaft），以及与之对应的机油入口（OilInlet）、机油出口（OilOutlet）等（甚至包括水入口和出口）。第9页，共26页。第10页，共26页。2.2涡轮增压器在应用中的优缺点：1.优点：a增大马力：众所周知发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的，由于输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制，因此发动机所产生的功率也会受到限制，如果发动机的运行性能已处于最佳状态，再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入汽缸来增加燃料量，从而提高燃烧作功能力。因此在目前的技术条件下，涡轮增压器是惟一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。b节省燃油：由于增压系统和中冷器的使用发动机作功行程压缩空气量的增加，使得喷油量相对减少,从而减少了燃油消耗量。c改善排气质量：由于加入充足的压缩空气使燃油充分燃烧可使排气质量大幅提高，降低汽车排放有害物、减少温室效应气CO2、保护环境等方面起到了重要作用。d有利于高原作业：发动机高原作业时，由于海拔高，燃油燃点降低，达不到设计时的输出动力，通过增压系统的增压作用后，能显著改善发动机“水不服”这一弊病。第11页，共26页。2.缺点：

涡轮迟滞：涡轮增压器虽然有协助发动机增力的作用，但也有它的缺点，其中最明显的是，“迟滞响应”，由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓(即使经过改良后的反应时间也要1.7秒)使发动机延迟增加或减少输出功率。

现在越来越多的原装涡轮发动机在得到比自然进气机更大动力的同时，尽量把涡轮迟滞降低。争取让其表现接近自然进气发动机的线性。使涡轮车的亲近性与易驾性更接近非涡轮车。

表现：这对于要突然加速或超车的汽车而言，瞬间会有点提不上劲的感觉。如果是大增压发动机，涡轮迟滞大，预示着其可能突然发力，对于平常驾驶将难以把握，驾驶困难甚至有安全隐患。

影响因素：涡轮迟滞由许多因素影响，包括涡轮的大小、发动机排量、发动机改装程度、涡轮轴的旋转惯性、涡轮的功效、进气损失、排气背压等。一般来说，如果发动机排量不变，涡轮越大涡轮迟滞越大、涡轮轴越重（旋转惯性越大）涡轮迟滞越大……第12页，共26页。2.3工作环境及散热措施“高温”是涡轮增压器运作时面临的最大考验。涡轮运转时，首先接触的便是由引擎排出的高温废气（第一热源），其推动涡轮叶轮并带动了另一侧的压气机叶轮同步运转。整个叶片轮轴的转速动辄70000-160000rpm(每分钟多少转)。所以涡轮轴高速转动所产生的热量非常惊人（第二热源），再加上空气经压气机叶轮压缩后所提高的温度（第三热源），这三者成为涡轮增压器最最严峻的高温负担。涡轮增压器成为一个集高温原件于一体的独立工作系统。所以“散热”对于涡轮增压器非常重要。涡轮本体内部有专门的机油道（散热及润滑），有不少更同时设计有机油道以及水道，通过油冷及水冷双重散热，降低增压器温度。其次，由于涡轮端温度相对更高，常在涡轮轮背处加装一个金属隔热罩，进行局部散热。第13页，共26页。三、涡轮增压器的结构第14页，共26页。第15页，共26页。3.1机芯总成结构：包括轴承壳和转子总成及其密封件和紧固件。动平衡：由于涡轮增压器是高速旋转中工作的，所以要求其动平衡非常严格，主要是对转子总成作动平衡。步骤：单件动平衡，涡轮轴、叶轮；局部动平衡，将涡轮轴和叶轮装配好，用紧固螺母固定后，做动平衡；整体动平衡，将机芯总成装配好后，做整体动平衡。第16页，共26页。第17页，共26页。第18页，共26页。3.2涡轮壳（涡壳）1.涡壳的材料：球墨铸铁2.涡壳流道的种类：单流道，双流道。第19页，共26页。3.涡壳流道的线性形状变化为了能够更加充分地利用发动机废气的冲击作用，一般利用有限元法将涡壳废气的流道设计成蜗牛壳的形状，即流道截面面积自废气入口向内部逐渐减小这样能够使原本高速流动的废气又得到加速，涡轮得以能够高速旋转。第20页，共26页。4.A/R“A/R值”是压气机壳体及涡轮壳体的几何特性数字“A/R值”是压气机壳体（CompressorHousing）及涡轮壳体（TurbineHousing）的几何特性数字。R（Radius）为涡轮轴承中心到压气机出风口（或涡轮进风口）横截面（涡轮半径线绕360度一圆周后）中心点的距离。A（Area）指压气机壳体的出风口（或涡轮壳体入风口）对应以上中心点所在的横截面积。以A除上R的所得两者的比例即为A/R值。

A/R值分为压气A/R值、涡轮A/R值。一般而言压气A/R值大，较适合低增压涡轮使用。而压气A/R值小，较适合高增压涡轮使用。但相对而言压气A/R值的大小变化对涡轮性能的影响较小。一般都在既定的压气A/R值压气机壳体上选用不同的涡轮壳体进行搭配。而对于排气端的涡轮A/R值就显得非常重要了。A/R值越小，即排废气的流速较高，涡轮在低转速区域的增压反应越快，涡轮迟滞减低，涡轮也就能在较低的转速区域取得较高的增压。但同时A/R值越小，加大了排气背压，高转速废气流量不足，使高转马力输出有限。相对的，A/R值越大，涡轮在低转速域的增压反应便越差，但尽管引擎的低转速增压难以上升，不过在高转速区域却可以产生更大的动力，高转高出力的倾向相当明确。总而言之，A/R值（涡轮A/R值）小属于低速扭力型涡轮，而A/R值大则是高转大出力涡轮。第21页，共26页。第22页，共26页。3.2涡轮轴涡轮轴由2部分组成：涡轮叶轮和轴1.加工方法：a.准备涡轮和轴的毛坯件，将其配合部位加工平整。b.摩擦焊将两个零件焊接到一起。（要求垂直度精确）c.数控加工整个涡轮轴。2.涡轮材料：由于涡轮是在高温,高冲击条件下工作的，大概在700℃左右，所以涡轮的的耐热性和强度必须优良，目前普遍添加耐热金属镍，反而铁的含量相对镍少很多，顾而涡轮的价格，尤其是含镍多的比较高。

第23页，共26页。3.涡轮叶轮的叶片型式

涡轮的形状，是以如何有效地“抱住”废气、并顺畅排出为目的。可分为“水车式”叶片（外形是直片设计，让废气冲撞而产生回旋力量，直接与回转运动结合），及“风车式”叶片（外形为弯曲型叶片设计，