渦輪增壓器介紹

1、渦輪增壓器介紹 主要內(nèi)容： 一、渦輪增壓器的功能 二、渦輪增壓器工作原理和結(jié)構(gòu) 三、渦輪增壓新技術(shù) 四、渦輪增壓器的主要供應(yīng)商介 紹 五、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 六、失效模式及原因分析 一、渦輪增壓器的功能一、渦輪增壓器的功能 渦輪增壓器是現(xiàn)有技術(shù)下唯一能使發(fā)動(dòng)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。渦輪增壓器一般安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣側(cè) 。 渦輪增壓技術(shù)就是采用專門的壓氣機(jī)將氣體在進(jìn)入氣缸前預(yù)先進(jìn)行壓縮， 提高進(jìn)入氣缸的氣體密度，減小氣體的體積，這樣，在單位體積里，氣 體的質(zhì)量就大大增加了，這樣就可以再有限的汽缸容積內(nèi)噴入更多的燃 油進(jìn)行燃燒，從而達(dá)到提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率的目的。 二、渦輪增壓器的

2、工作原理和結(jié)構(gòu)二、渦輪增壓器的工作原理和結(jié)構(gòu) 針對(duì)自然進(jìn)氣（NA）引擎在高轉(zhuǎn)速區(qū)域會(huì)出現(xiàn)進(jìn)氣效率低落的問題，從最基本 的關(guān)鍵點(diǎn)著手，也就是想辦法提升進(jìn)氣歧管內(nèi)的空氣壓力，以克服氣門干涉阻力， 雖然進(jìn)氣歧管、氣門、凸輪軸的尺寸不變，但由于進(jìn)氣壓力增加的結(jié)果，讓每次氣 門開啟時(shí)間內(nèi)能擠入燃燒室的空氣增加了，因此噴油量也能相對(duì)增加，讓引擎的工 作能量比增壓之前更為強(qiáng)大，這就是增壓（Charge）的基本原理。 增壓器主要有三種:機(jī)械增壓器,渦輪增壓器,氣波增壓器?，F(xiàn)今運(yùn)用在汽車的增壓 系統(tǒng)有兩大主流：機(jī)械增壓（Super Charge）、渦輪增（TurboCharge）。 機(jī)械增壓器采用皮帶與引擎曲軸

3、皮帶盤連接，利用引擎轉(zhuǎn)速來帶動(dòng)機(jī)械增壓器內(nèi) 部葉片，以產(chǎn)生增壓空氣送入引擎進(jìn)氣歧管內(nèi)，整體結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡(jiǎn)單，工作溫度界于 70-100，不同于渦輪增壓器靠引擎排放的廢氣驅(qū)動(dòng)，必須接觸400-900的高 溫廢氣。由于機(jī)械增壓器采用皮帶驅(qū)動(dòng)的特性，因此增壓器內(nèi)部葉片轉(zhuǎn)速與引擎轉(zhuǎn) 速是完全同步的。 渦輪增壓的工作原理渦輪增壓的工作原理 渦輪增壓由廢氣推動(dòng)的渦輪機(jī)、壓縮進(jìn)入汽缸空氣的壓縮機(jī)以及中間部分組 成。 渦輪增壓器利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣慣性沖力來推動(dòng)渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪又 帶動(dòng)同軸的壓縮機(jī)的葉輪，壓縮機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增快(當(dāng)加速的時(shí)候)，廢氣排出速

4、度與渦輪轉(zhuǎn)速也 同步增快，壓縮機(jī)的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)整一下發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這樣就可以增加 發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率了。一般能使發(fā)動(dòng)機(jī)增加輸出功率在10%到40%左右。 壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)如下?？諡V后的新鮮空氣從進(jìn)氣口進(jìn)入，經(jīng)過壓氣 機(jī)葉輪的壓縮后從出氣后排出進(jìn)入中冷器和進(jìn)氣歧管。 渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)如下。發(fā)動(dòng)機(jī)排出的高壓燃?xì)鈴臏u輪進(jìn)氣口進(jìn)入，推動(dòng) 渦輪旋轉(zhuǎn)，然后低壓燃?xì)鈴臏u輪排氣口排出進(jìn)入整車尾氣處理系統(tǒng)。 旁通閥機(jī)構(gòu) 潤(rùn)滑系統(tǒng)的作用： 1.冷卻來自渦輪工作的熱量 2.向軸承系統(tǒng)提供潤(rùn)滑油 3.為轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡提供潤(rùn)滑油 增壓器轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡增壓器轉(zhuǎn)子

5、動(dòng)平衡: 渦輪與軸總成、壓氣機(jī)葉輪應(yīng)進(jìn)行單件動(dòng)平 衡 。 動(dòng)平衡的目的： 1.延長(zhǎng)軸承的壽命。 2.減少振動(dòng)。 3.減少噪聲。 4.減少功率損失。 5.減少轉(zhuǎn)子的負(fù)荷。 1、可變?cè)鰤簻u輪葉片幾何技術(shù)、可變?cè)鰤簻u輪葉片幾何技術(shù) 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，由于排氣的流量較小，不容易推動(dòng)渦輪葉片。這時(shí)可 變渦輪幾何系統(tǒng)中裝在和渦輪葉片平行位置并且圍繞它的那幾片可變導(dǎo)流板 的角度就會(huì)變小(如左圖)。這樣可以使氣流通過的空間縮小，加大流速，更 容易推動(dòng)葉片。 在轉(zhuǎn)速高的時(shí)候 氣體流量充足，這個(gè)時(shí)候可變導(dǎo)流板的角度會(huì)變大（如右 圖），讓渦輪獲得最大增壓值。 三三. 渦輪增壓新技術(shù)渦輪增壓新技術(shù)： 2、渦輪增壓中

6、冷技術(shù)、渦輪增壓中冷技術(shù) 渦輪增壓可以提高空氣的密度，空氣密度的提高必然會(huì)使空氣溫度也同時(shí) 增高，發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器的出風(fēng)口溫度也會(huì)隨著壓力增大而升高，溫度提高反 過來會(huì)限制空氣密度的提高，要進(jìn)一步提高空氣密度就要降低增壓空氣的溫度。 中間冷卻技術(shù)不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的技術(shù)，過熱無效果白費(fèi)工夫，過冷在進(jìn)氣管中形 成冷凝水會(huì)弄巧成拙。因此要將中冷器和渦輪增壓器進(jìn)行精確的匹配，使得壓 縮空氣達(dá)到要求的冷卻溫度。 中冷將給增壓發(fā)動(dòng)機(jī)帶來以下好處： 1.排放物： A 由于燃燒溫度低，減少了NOx的排放。 B由于燃燒完全，降低了CO的排放。 2.發(fā)動(dòng)機(jī)： A 較低的熱負(fù)荷。 B 較低的氣缸壓力。 C 更大的功率。

7、 D 低的燃油消耗率。 3、雙渦輪增壓技術(shù)、雙渦輪增壓技術(shù) 在討論雙渦輪增壓技術(shù)前，我們先了解一個(gè)渦輪增壓遇到的不利現(xiàn)象 “遲滯現(xiàn)象”。 當(dāng)駕駛員踩油門踏板，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生改變。由于渦輪機(jī)和壓縮機(jī)有慣性，不 能及時(shí)跟上這個(gè)速度的變化，這個(gè)現(xiàn)象稱為“遲滯現(xiàn)象”?！斑t滯現(xiàn)象”使發(fā) 動(dòng)機(jī)延遲增加或減少輸出功率。這樣如果你越急加速，就會(huì)感覺發(fā)動(dòng)機(jī)越使不 上勁。 使用雙渦輪增壓，就是采用2個(gè)相互獨(dú)立的渦輪增壓器的增壓系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī) 在2個(gè)渦輪增壓器的共同作用時(shí)，進(jìn)氣效率大幅提升，增壓效果更加顯著，動(dòng) 力性得到很大提升。 另一方面，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，只有一個(gè)低速渦輪工作，這時(shí)較少的排氣即 可驅(qū)動(dòng)這只渦輪

8、高速旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生足夠的進(jìn)氣壓力，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升以后，高 速渦輪工作繼續(xù)進(jìn)入高增壓值的狀態(tài)，提供一個(gè)連貫的強(qiáng)勁動(dòng)力。 這樣雙渦輪增壓技術(shù)在提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的同時(shí)，可以改善渦輪增壓的“遲滯 現(xiàn)象”。 但是，雙渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)并不能完全消除“渦輪遲滯”現(xiàn)象，畢竟，渦輪增壓 器葉輪的慣性作用依然存在。在實(shí)際使用中，雙渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)通常都裝備在 直列6缸或V型等排量較大的發(fā)動(dòng)機(jī)上。 兩級(jí)增壓技術(shù) 4、渦輪增壓、渦輪增壓 機(jī)械增壓技術(shù)機(jī)械增壓技術(shù) 由于渦輪增壓系統(tǒng)和機(jī)械增壓系統(tǒng)分別擁有各自的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，因此，由渦輪 增壓器和機(jī)械增壓器共同組成的雙增壓系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)具備了渦輪增壓系統(tǒng)和機(jī)械 增壓系統(tǒng)的雙重技術(shù)

9、優(yōu)勢(shì)，并且使整合在一起的這兩種不同型式的增壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了 優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。 發(fā)動(dòng)機(jī)在較低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，由機(jī)械增壓器提供絕大部分的增壓壓力，發(fā)動(dòng)機(jī) 輸出功率的增加主要來自于機(jī)械增壓系統(tǒng)，此時(shí)渦輪增壓器由于“渦輪遲滯”增壓 效果并不明顯。待發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到1 500 r/min左右時(shí)，渦輪增壓器的增壓效果開 始增強(qiáng)，并與機(jī)械增壓器共同為發(fā)動(dòng)機(jī)功率的增加提供所需的增壓壓力。隨著轉(zhuǎn)速 的不斷提高，渦輪增壓器的增壓效果也在不斷增強(qiáng)，與此同時(shí)，機(jī)械增壓器的增壓 效果開始逐漸減弱。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超過3 000 -4000r/min時(shí)，由渦輪增壓器提供全部 的增壓壓力，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的增加全部來自于渦輪增壓系統(tǒng)，此時(shí)機(jī)

10、械增壓器已 經(jīng)停止工作，以防止消耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率。 應(yīng)該說，雙增壓系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)很好地解決了機(jī)械增壓系統(tǒng)燃油經(jīng)濟(jì)性較差和渦輪增壓 系統(tǒng)在低轉(zhuǎn)速時(shí)容易產(chǎn)生“渦輪遲滯”現(xiàn)象的問題，但是，由于雙增壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，不易與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的制造要求也較高，因此，目前只在個(gè) 別車型上實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用。 增壓器的試驗(yàn)項(xiàng)目 a）型式試驗(yàn)項(xiàng)目： 1）壓氣機(jī)性能； 2）200h熱循環(huán)； 3）止推軸承評(píng)定； 4）密封性評(píng)定； 5）最高轉(zhuǎn)速、最高溫度； 6）殼體包容性評(píng)定。 b）出廠試驗(yàn)：采用熱吹或自循環(huán)的實(shí)驗(yàn)方式，在規(guī)定轉(zhuǎn)速和渦輪進(jìn)口 溫度下，檢測(cè)增壓器運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、密封狀態(tài)及某一工況點(diǎn)的性能指標(biāo)。 四、渦輪增壓器的主

11、要供應(yīng)商介紹四、渦輪增壓器的主要供應(yīng)商介紹 1.Honeywell 全球總部：新澤西州莫里斯頓，2004年銷售額256億美元。在全球95個(gè)國(guó)家擁 有12萬員工。 蓋瑞特增壓器歷史: 1936: Cliff Garrett 最早成立了Garrett (蓋瑞特) 公司 全球總部: 美國(guó)加州, Torrance 2004年銷售額: 約24億美元 全球有13個(gè)工廠 15個(gè)國(guó)家共6500名員工 全球市場(chǎng)份額約50% 一個(gè)領(lǐng)導(dǎo)的品牌: Garrett 中國(guó)工廠 2. BorgWarner 博格華納的總部位于美國(guó)密歇根州的奧本山，為全球主要汽車生 產(chǎn)商提供先進(jìn)的動(dòng)力系統(tǒng)解決方案，是這個(gè)領(lǐng)域中公認(rèn)的領(lǐng)袖。致力

12、 于設(shè)計(jì)和制造高技術(shù)的產(chǎn)品來提高汽車引擎系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和四輪驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)的性能。博格華納在全球17個(gè)國(guó)家建立了62個(gè)制造和技術(shù)基地 為世界各地的客戶提供服務(wù)。公司在北京通州工業(yè)區(qū)、上海虹橋開發(fā) 區(qū)、寧波鄞州工業(yè)園區(qū)三地設(shè)有工廠和辦事處。 寧波天力 寧波天力是專業(yè)生產(chǎn)車用渦輪增壓器的企業(yè)，依托北方天力由寧波中策 動(dòng)力機(jī)電集團(tuán)與中國(guó)北方發(fā)動(dòng)機(jī)研究所等共同組建而成，公司工200 余人，擁有一批從事渦輪增壓技術(shù)研究的高級(jí)工程師。經(jīng)過近幾年的 發(fā)展現(xiàn)在已經(jīng)具備年產(chǎn)20萬臺(tái)的能力，并且計(jì)劃擴(kuò)產(chǎn)至年產(chǎn)30萬臺(tái)。 該公司產(chǎn)品已經(jīng)全面進(jìn)入國(guó)三市場(chǎng)，主要的供應(yīng)商有東風(fēng)朝柴、昆明 云內(nèi)、安徽江淮、常柴等。目前寧波天力

13、在VNT上面有所突破，所屬 產(chǎn)品JK48供昆明云內(nèi)的D19柴油機(jī)，江淮生產(chǎn)的柴油版瑞鷹就使用該 型號(hào)產(chǎn)品，現(xiàn)階段寧波天力的增壓器已經(jīng)批量供江淮2.8L柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。 五、標(biāo)準(zhǔn)五、標(biāo)準(zhǔn) QC/T 590 汽車柴油機(jī)渦輪增壓器技術(shù)條件 QC/T 591 汽車柴油機(jī)渦輪增壓器試驗(yàn)方法 六、失效模式及原因分析六、失效模式及原因分析 一：漏油一：漏油是一種常見的故障現(xiàn)象,如果及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除故障 原因,可使渦輪增壓器避免失效,以下情況會(huì)導(dǎo)致增壓器漏油: a.發(fā)動(dòng)機(jī)空濾器或進(jìn)氣管路阻塞，導(dǎo)致進(jìn)氣負(fù)壓過大。 b.增壓器回油管撞彎或損壞，導(dǎo)致回油節(jié)流。 c.中間體油腔內(nèi)積碳，導(dǎo)致回油不暢。 d.壓氣機(jī)殼出氣口到發(fā)

14、動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管之間的連接管路是否漏氣 e.渦殼進(jìn)氣口與排氣管出氣口的連接處是否漏氣。 f. 怠速時(shí)間過長(zhǎng)。 g.曲軸箱內(nèi)壓力或油位過高，曲軸箱通風(fēng)管堵塞。 h.發(fā)動(dòng)機(jī)下竄氣過大。 二：潤(rùn)滑不良二：潤(rùn)滑不良 1.使用不潔潤(rùn)滑油:不潔潤(rùn)滑油進(jìn)入增壓器會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸、軸承、軸承座孔的磨損， 并破壞轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡，最后造成增壓器損壞。以下情況會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油不潔： a.柴油機(jī)使用的潤(rùn)滑油濾清器不符合規(guī)定，或使用偽劣濾芯。 b.使用中濾芯被擊穿，或柴油機(jī)主油道濾清器被堵塞，潤(rùn)滑油進(jìn)入旁通道。 c.沒有按規(guī)定更換潤(rùn)滑油，更換前未清洗柴油機(jī)主油道。 d.更換增壓器或作預(yù)潤(rùn)滑時(shí)，雜質(zhì)進(jìn)入潤(rùn)滑油管路。 e. 密封膠或密封墊片

15、碎片流入潤(rùn)滑油道。 2.潤(rùn)滑油不足:增壓器潤(rùn)滑油有潤(rùn)滑和冷卻功能,潤(rùn)滑油不足,首先影響的是冷卻 功能,導(dǎo)致增壓器過熱,燒壞轉(zhuǎn)軸、軸承等，并破壞轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡，最后導(dǎo)致增壓 器損壞。以下情況會(huì)導(dǎo)致供油不足： a.沒有按規(guī)定更換潤(rùn)滑油,或使用CD級(jí)以下的潤(rùn)滑油,導(dǎo)致潤(rùn)滑油結(jié)焦,喪失功能。 b.發(fā)動(dòng)機(jī)在大負(fù)荷工作后突然停機(jī)，產(chǎn)生回?zé)?，?dǎo)致轉(zhuǎn)子和軸承過熱并結(jié)焦， 損壞增壓器。 c.開機(jī)后未怠速運(yùn)行，馬上加負(fù)荷，或更換增壓器前未作預(yù)潤(rùn)滑，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子缺 油，產(chǎn)生干摩擦，損壞增壓器。 d.進(jìn)油管路或潤(rùn)滑油濾清器堵塞，潤(rùn)滑油泵故障，或潤(rùn)滑油壓力低等。 3.機(jī)油老化。 4.使用劣質(zhì)或變質(zhì)的潤(rùn)滑油。 三：異物進(jìn)入渦輪增

16、壓器三：異物進(jìn)入渦輪增壓器 1. 壓氣機(jī)端面被異物損壞,這是由于異物從進(jìn)氣管或空濾器進(jìn)入壓氣機(jī)殼 造成的,如: a.進(jìn)氣管路密封不良,進(jìn)氣不經(jīng)濾清直接進(jìn)入壓氣機(jī)葉輪。 b.不按規(guī)定更換空濾或使用偽劣濾芯，導(dǎo)致進(jìn)氣過濾不良。 c.維護(hù)保養(yǎng)時(shí)異物進(jìn)入增壓器前進(jìn)氣管路。 2. 渦輪徑向被異物損壞，這是由于異物從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管進(jìn)入渦殼所造 成的,如： a.發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)有零件損壞，隨排氣吹出，進(jìn)入渦殼。 b.安裝排氣歧管時(shí)，不注意將螺栓等掉入排氣道，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行 后吹入渦殼。 四：異常噪音四：異常噪音 1.漏氣噪音： 發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管、增壓器渦輪、排氣尾管，可依據(jù)廢氣痕跡檢查。 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管、增壓器壓氣機(jī)，可用肥皂水檢查。 2.機(jī)械噪音： a. 不平衡量過大 b. 動(dòng)平衡遭到破壞 c. 葉片擦殼 d. 緊固件松動(dòng) 3.喘振： a. 匹配不符 b. 進(jìn)氣受阻 五：溫度過高五：溫度過高 在工作或停車時(shí)，如果溫度升得足夠高，優(yōu)質(zhì)潤(rùn)滑油也會(huì)分解，并形 成沉淀物在中間殼的整個(gè)內(nèi)腔里積累，使?jié)櫥屯ǖ朗艿焦?jié)流，甚至堵塞 潤(rùn)滑油進(jìn)出油管。另外，沉淀物會(huì)隨著潤(rùn)滑油流到軸承系統(tǒng)中去，磨損工 作表面，破壞動(dòng)平衡