废气涡轮增压器的工作原理

涡轮增压器的主要部件有壳体、涡轮、压气机叶轮、转轴、浮动轴承、压力执行器、推杆、管路、进气旁通阀(也叫增压旁通阀)、进气旁通电磁阀(有进气旁通阀和进气旁通电磁阀合二为一的情况，下面会说明)、废气旁通阀、废气旁通电磁阀等。

1-排气管2-喷嘴环3-涡轮4-涡轮壳体5-轴6-轴承7-扩散器8-压缩机叶轮9-环形压缩机壳体10-进气管

废气涡轮增压器的工作原理；

柴油机排出的具有800~1000K高温和一定压力的废气通过排气管1进入涡轮机壳4内的喷嘴环2。随着喷嘴环的通过面积逐渐减小，废气的压力和温度降低，速度增加，其动能增加。这种高速废气流沿某一方向冲击涡轮，使涡轮高速运转。废气的压力、温度和速度越高，涡轮旋转得越快。经过涡轮的废气最终排入大气。

由于涡轮3和离心式压缩机叶轮8固定安装在同一轴5上，它们以相同的速度旋转。这样，通过空气滤清器的空气被吸入压缩机壳体，高速旋转的压缩机叶轮8将空气甩向叶轮的外缘，提高其速度和压力，并进入扩压器7。扩散器被成形为具有小的入口和大的出口，使得空气的流速降低而压力增加。然后，通过具有小横截面至大横截面的环形压缩机壳体9，气流的压力继续增加，并且压缩空气通过柴油发动机的进气管10进入气缸。

废气涡轮增压器使用的压缩机多为离心式，出口气体压力可达140~300kPa甚至500kPa。

废气涡轮增压器的主要性能指标之一是升压比，简称压比K。指压缩机出口气体压力(Pk)与入口气体压力P1的比值。

废气涡轮增压器的压缩比可分为低、中、高三种。低增压压力kl.4介质增压的压比k为1.4 ~ 2.0；高增压压力比k2。现代柴油机大多使用高压比增压器。

汽车排气涡轮增压器的涡轮大多采用径向向心式。进入涡轮的大部分废气流是脉冲式的，因此废气的能量可以得到充分利用。为此，进入涡轮增压器的排气管分为几个部分。比如点火顺序为1-5-3-6-2-4的6缸发动机，一般1缸、2缸、3缸共用一个排气管，沿着涡轮壳体上的进气口通向一个半圆形的喷嘴环；4缸、5缸和6缸共用一根排气管，该排气管沿着涡轮机壳体的另一根进气管通向喷嘴环的另一个半圆。这样，每个排气管中的排气间隔都在240冲程以上，使废气互不干扰，废气的脉冲能量可以充分利用来驱动涡轮。压力峰值后的瞬时真空有助于气缸扫气。

图2斯太尔WD615柴油机废气增压系统示意图。

L-空气滤清器2-烟雾限制器排气管3-连接管4-进气管5-中间冷却器6-水箱7-风扇8-排气管9-涡轮10-压缩机

为了增加充气密度，可以增加压缩机的压力比。但是当k gt；L.8，空气密度会随着压比的增大而降低，空气温度会随着压比的增大而升高，从而增加柴油机零部件的热负荷和排气污染。通常，降低进气温度以增加充气密度。

一些增压柴油机装有中冷器。试验表明，通过10K降低缸内空气温度，功率可提高2.5%~3%，且中冷器的作用越明显，增压压力越高。

中冷器的结构与散热器相同。它安装在散热器的前面，以便热空气被柴油发动机上的燃气涡轮压缩机的风扇冷却。它们中的一些被冷却水冷却，它们的结构形状随机变化。

废气涡轮增压器的控制原理

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当发动机高速运转时，如果快速关闭节气门，通向进气歧管的路径将被节气门堵塞，这将导致增压系统高压侧的压力波动峰值。如果压力得不到控制，涡轮增压器会产生明显的振动和噪音，最终导致涡轮增压器的损坏。因此，当节气门快速关闭时，ECM控制进气旁通电磁阀将真空从进气歧管通过管路引向进气旁通阀，使进气旁通阀内部的阀芯向左移动。此时高压侧和低压侧的通道是相通的，高压侧的压力向低压侧释放(如图3所示)，从而降低增压系统中波动的峰值压力，避免涡轮增压器的损坏。

此外，如果不释放波动的峰值压力，压缩机叶轮将迅速减速，导致下一次增压滞后。因此，泄压波动的峰值压力可以使压气机叶轮保持较高的转速运行，从而缩短下一代增压压力的响应时间。

至于进气旁通阀，另一种方法是将进气旁通阀和进气旁通电磁阀合二为一(这种阀也叫进气旁通电磁阀)，省去了相关的管路和真空源。当节气门快速关闭时，ECM控制电磁阀移动电磁阀的阀芯，高压侧的压力释放到低压侧(如图4)，从而保护涡轮增压器，保持压气机叶轮高速运转。

废气门控制

废气涡轮增压器的增压压力取决于冲击式涡轮的废气流量。冲击式涡轮的废气流量越大，涡轮的速度越高，压缩机叶轮的速度越高，增压压力也越高。因此，通过控制冲击式涡轮的废气流量来实现增压。如图5所示，增压器高压侧的空气通过管路到达废气门电磁阀后，ECM通过PWM信号控制废气门电磁阀来调节其两路输出管路的压力，使压力按一定比例分配到增压器的压力执行器和低压侧(进气侧)。当压力执行器的压力达到一定值时，连接到压力执行器的推杆将驱动废气门打开。此时，压力致动器的压力增加，并且废气门阀打开更多，使得冲击涡轮的废气流减少，从而涡轮速度降低，并且压缩机叶轮速度也降低，导致增压压力降低。相反，如果压力致动器的压力降低，废气门阀的开度将降低，冲击涡轮的废气流量将增加，因此涡轮转速将增加，压缩机叶轮转速也将增加，从而导致增压压力增加。

废气涡轮增压器利用柴油机排出的具有一定温度和压力的废气能量，通过涡轮转化为转子的旋转机械能，从而带动与其同轴的压气机叶轮高速旋转。将新鲜空气加压增加其密度，再通过气管送入气缸，增加了气缸的充气量，使更多的柴油喷入气缸，提高柴油机的功率。因此，增压是在不增加柴油机排量和转速的情况下，提高动力性能、改善经济性、降低排气污染的有效手段，也是目前柴油机的发展趋势。

在高原地区，由于气压低，空气稀薄，缺氧，自然吸气发动机的动力会下降。对于使用废气涡轮增压器的发动机来说，海拔对动力的影响很小，所以涡轮增压器的转速也会随着海拔的升高而升高，从而提高增压压力，可以弥补海拔带来的进气密度降低，从而减少发动机动力的降低。因此，采用废气涡轮增压技术也是高原恢复发动机动力的有效措施。

增压器的润滑：

增压器的润滑油由

中间体是用于支撑转子组件、固定涡轮壳体和压缩机壳体的中间支撑体，也是用于润滑和冷却浮动轴转子的润滑箱。

(3)压缩机部分：

主要包括单级离心压缩机叶轮、扩压器和压缩机外壳。空气被高速旋转的压缩机叶轮通过空气过滤器吸入，增加了空气流速和压力。北京的扩压器和压气机机匣将气流的动能转化为压力能，压力进一步增大后通过发动机进气管进入气缸，从而增加进入发动机气缸的空气密度。

涡轮轴与涡轮通过摩擦焊连接成一体，压气机叶轮过渡配合安装在涡轮轴上，并由自锁螺母压紧。整个转子组件经过精确的动态平衡，以确保高速下的正常运行。

转子组件由内支撑支撑，即两个全浮动浮动轴承安装在两个叶轮之间的中间体上，转子的轴向力由固定在中间体上的推力轴承装置承担。

增压器的润滑采用压力润滑，其作用是保证转子和轴承在正常工作时能获得足够的润滑强度和冷却强度。

(4)排气阀：

涡轮增压器排气阀的作用是保证发动机在中低速范围内与涡轮增压器有最佳的匹配效果，使发动机获得足够的空气并适应增加的供油量，提高低速扭矩，改善油耗。在高速范围内，排出废气(即一部分废气不经过涡轮直接进入排气管)，以避免涡轮增压器转子超速或增压压力过大造成缸内燃烧压力过大，增加发动机的机械负荷。换句话说，涡轮增压器使用的是排气阀，其重点是改善发动机的低速扭矩特性，同时兼顾发动机高速时的性能指标和可靠性。排气通风阀的打开和关闭由增压压力自动控制。压缩机出口处的增压压力被引入排气阀调节器的封闭压力室。当增压压力达到或超过规定值时，其膜片将克服左侧的弹簧力，与联动推杆一起向左移动，推动摇臂绕销轴转动，从而打开排气门，旁通废气，控制增压器的转速。

注意：

当放气阀开启压力的规定值由厂家设定时，用户不得进行任何调整，即不得拧动连杆推杆上的调整螺母，否则将严重损害发动机的动力性、经济性和可靠性。