廢氣渦輪增壓器的工作原理

渦輪增壓器的主要部件有殼體、渦輪、壓氣機葉輪、轉軸、浮動軸承、壓力執行器、推桿、管路、進氣旁通閥(也叫增壓旁通閥)、進氣旁通電磁閥(有進氣旁通閥和進氣旁通電磁閥合二為一的情況，下面會說明)、廢氣旁通閥、廢氣旁通電磁閥等。

1-排氣管2-噴嘴環3-渦輪4-渦輪殼體5-軸6-軸承7-擴散器8-壓縮機葉輪9-環形壓縮機殼體10-進氣管

廢氣渦輪增壓器的工作原理；

柴油機排出的具有800~1000K高溫和一定壓力的廢氣通過排氣管1進入渦輪機殼4內的噴嘴環2。隨著噴嘴環的通過面積逐漸減小，廢氣的壓力和溫度降低，速度增加，其動能增加。這種高速廢氣流沿某一方向沖擊渦輪，使渦輪高速運轉。廢氣的壓力、溫度和速度越高，渦輪旋轉得越快。經過渦輪的廢氣最終排入大氣。

由于渦輪3和離心式壓縮機葉輪8固定安裝在同一軸5上，它們以相同的速度旋轉。這樣，通過空氣濾清器的空氣被吸入壓縮機殼體，高速旋轉的壓縮機葉輪8將空氣甩向葉輪的外緣，提高其速度和壓力，并進入擴壓器7。擴散器被成形為具有小的入口和大的出口，使得空氣的流速降低而壓力增加。然后，通過具有小橫截面至大橫截面的環形壓縮機殼體9，氣流的壓力繼續增加，并且壓縮空氣通過柴油發動機的進氣管10進入氣缸。

廢氣渦輪增壓器使用的壓縮機多為離心式，出口氣體壓力可達140~300kPa甚至500kPa。

廢氣渦輪增壓器的主要性能指標之一是升壓比，簡稱壓比K。指壓縮機出口氣體壓力(Pk)與入口氣體壓力P1的比值。

廢氣渦輪增壓器的壓縮比可分為低、中、高三種。低增壓壓力kl.4介質增壓的壓比k為1.4 ~ 2.0；高增壓壓力比k2。現代柴油機大多使用高壓比增壓器。

汽車排氣渦輪增壓器的渦輪大多采用徑向向心式。進入渦輪的大部分廢氣流是脈沖式的，因此廢氣的能量可以得到充分利用。為此，進入渦輪增壓器的排氣管分為幾個部分。比如點火順序為1-5-3-6-2-4的6缸發動機，一般1缸、2缸、3缸共用一個排氣管，沿著渦輪殼體上的進氣口通向一個半圓形的噴嘴環；4缸、5缸和6缸共用一根排氣管，該排氣管沿著渦輪機殼體的另一根進氣管通向噴嘴環的另一個半圓。這樣，每個排氣管中的排氣間隔都在240沖程以上，使廢氣互不干擾，廢氣的脈沖能量可以充分利用來驅動渦輪。壓力峰值后的瞬時真空有助于氣缸掃氣。

圖2斯太爾WD615柴油機廢氣增壓系統示意圖。

L-空氣濾清器2-煙霧限制器排氣管3-連接管4-進氣管5-中間冷卻器6-水箱7-風扇8-排氣管9-渦輪10-壓縮機

為了增加充氣密度，可以增加壓縮機的壓力比。但是當k gt；L.8，空氣密度會隨著壓比的增大而降低，空氣溫度會隨著壓比的增大而升高，從而增加柴油機零部件的熱負荷和排氣污染。通常，降低進氣溫度以增加充氣密度。

一些增壓柴油機裝有中冷器。試驗表明，通過10K降低缸內空氣溫度，功率可提高2.5%~3%，且中冷器的作用越明顯，增壓壓力越高。

中冷器的結構與散熱器相同。它安裝在散熱器的前面，以便熱空氣被柴油發動機上的燃氣渦輪壓縮機的風扇冷卻。它們中的一些被冷卻水冷卻，它們的結構形狀隨機變化。

廢氣渦輪增壓器的控制原理

E

當發動機高速運轉時，如果快速關閉節氣門，通向進氣歧管的路徑將被節氣門堵塞，這將導致增壓系統高壓側的壓力波動峰值。如果壓力得不到控制，渦輪增壓器會產生明顯的振動和噪音，最終導致渦輪增壓器的損壞。因此，當節氣門快速關閉時，ECM控制進氣旁通電磁閥將真空從進氣歧管通過管路引向進氣旁通閥，使進氣旁通閥內部的閥芯向左移動。此時高壓側和低壓側的通道是相通的，高壓側的壓力向低壓側釋放(如圖3所示)，從而降低增壓系統中波動的峰值壓力，避免渦輪增壓器的損壞。

此外，如果不釋放波動的峰值壓力，壓縮機葉輪將迅速減速，導致下一次增壓滯后。因此，泄壓波動的峰值壓力可以使壓氣機葉輪保持較高的轉速運行，從而縮短下一代增壓壓力的響應時間。

至于進氣旁通閥，另一種方法是將進氣旁通閥和進氣旁通電磁閥合二為一(這種閥也叫進氣旁通電磁閥)，省去了相關的管路和真空源。當節氣門快速關閉時，ECM控制電磁閥移動電磁閥的閥芯，高壓側的壓力釋放到低壓側(如圖4)，從而保護渦輪增壓器，保持壓氣機葉輪高速運轉。

廢氣門控制

廢氣渦輪增壓器的增壓壓力取決于沖擊式渦輪的廢氣流量。沖擊式渦輪的廢氣流量越大，渦輪的速度越高，壓縮機葉輪的速度越高，增壓壓力也越高。因此，通過控制沖擊式渦輪的廢氣流量來實現增壓。如圖5所示，增壓器高壓側的空氣通過管路到達廢氣門電磁閥后，ECM通過PWM信號控制廢氣門電磁閥來調節其兩路輸出管路的壓力，使壓力按一定比例分配到增壓器的壓力執行器和低壓側(進氣側)。當壓力執行器的壓力達到一定值時，連接到壓力執行器的推桿將驅動廢氣門打開。此時，壓力致動器的壓力增加，并且廢氣門閥打開更多，使得沖擊渦輪的廢氣流減少，從而渦輪速度降低，并且壓縮機葉輪速度也降低，導致增壓壓力降低。相反，如果壓力致動器的壓力降低，廢氣門閥的開度將降低，沖擊渦輪的廢氣流量將增加，因此渦輪轉速將增加，壓縮機葉輪轉速也將增加，從而導致增壓壓力增加。

廢氣渦輪增壓器利用柴油機排出的具有一定溫度和壓力的廢氣能量，通過渦輪轉化為轉子的旋轉機械能，從而帶動與其同軸的壓氣機葉輪高速旋轉。將新鮮空氣加壓增加其密度，再通過氣管送入氣缸，增加了氣缸的充氣量，使更多的柴油噴入氣缸，提高柴油機的功率。因此，增壓是在不增加柴油機排量和轉速的情況下，提高動力性能、改善經濟性、降低排氣污染的有效手段，也是目前柴油機的發展趨勢。

在高原地區，由于氣壓低，空氣稀薄，缺氧，自然吸氣發動機的動力會下降。對于使用廢氣渦輪增壓器的發動機來說，海拔對動力的影響很小，所以渦輪增壓器的轉速也會隨著海拔的升高而升高，從而提高增壓壓力，可以彌補海拔帶來的進氣密度降低，從而減少發動機動力的降低。因此，采用廢氣渦輪增壓技術也是高原恢復發動機動力的有效措施。

增壓器的潤滑：

增壓器的潤滑油由

中間體是用于支撐轉子組件、固定渦輪殼體和壓縮機殼體的中間支撐體，也是用于潤滑和冷卻浮動軸轉子的潤滑箱。

(3)壓縮機部分：

主要包括單級離心壓縮機葉輪、擴壓器和壓縮機外殼。空氣被高速旋轉的壓縮機葉輪通過空氣過濾器吸入，增加了空氣流速和壓力。北京的擴壓器和壓氣機機匣將氣流的動能轉化為壓力能，壓力進一步增大后通過發動機進氣管進入氣缸，從而增加進入發動機氣缸的空氣密度。

渦輪軸與渦輪通過摩擦焊連接成一體，壓氣機葉輪過渡配合安裝在渦輪軸上，并由自鎖螺母壓緊。整個轉子組件經過精確的動態平衡，以確保高速下的正常運行。

轉子組件由內支撐支撐，即兩個全浮動浮動軸承安裝在兩個葉輪之間的中間體上，轉子的軸向力由固定在中間體上的推力軸承裝置承擔。

增壓器的潤滑采用壓力潤滑，其作用是保證轉子和軸承在正常工作時能獲得足夠的潤滑強度和冷卻強度。

(4)排氣閥：

渦輪增壓器排氣閥的作用是保證發動機在中低速范圍內與渦輪增壓器有最佳的匹配效果，使發動機獲得足夠的空氣并適應增加的供油量，提高低速扭矩，改善油耗。在高速范圍內，排出廢氣(即一部分廢氣不經過渦輪直接進入排氣管)，以避免渦輪增壓器轉子超速或增壓壓力過大造成缸內燃燒壓力過大，增加發動機的機械負荷。換句話說，渦輪增壓器使用的是排氣閥，其重點是改善發動機的低速扭矩特性，同時兼顧發動機高速時的性能指標和可靠性。排氣通風閥的打開和關閉由增壓壓力自動控制。壓縮機出口處的增壓壓力被引入排氣閥調節器的封閉壓力室。當增壓壓力達到或超過規定值時，其膜片將克服左側的彈簧力，與聯動推桿一起向左移動，推動搖臂繞銷軸轉動，從而打開排氣門，旁通廢氣，控制增壓器的轉速。

注意：

當放氣閥開啟壓力的規定值由廠家設定時，用戶不得進行任何調整，即不得擰動連桿推桿上的調整螺母，否則將嚴重損害發動機的動力性、經濟性和可靠性。