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 四、渦輪增壓器的主要供應商介 紹 五、行業(yè)標準 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)有技術下唯一能使發(fā)動機在“工作效率不變”的情況下 增加“輸出功率”的機械裝置。渦輪增壓器一般安裝在發(fā)動機的排氣側(cè) 。 渦輪增壓技術就是采用專門的壓氣機將氣體在進入氣缸前預先進行壓縮， 提高進入氣缸的氣體密度，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 油進行燃燒，從而達到提高發(fā)動機功率的目的。 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) 針對自然進氣（NA）引擎在高轉(zhuǎn)速區(qū)域會出現(xiàn)進氣效率低落的問題，從最基本 的關鍵點著手，也就是想辦法提升進氣歧管內(nèi)的空氣壓力，以克服氣門干涉阻力， 雖然進氣歧管、氣門、凸輪軸的尺寸不變，但由于進氣壓力增加的結(jié)果，讓每次氣 門開啟時間內(nèi)能擠入燃燒室的空氣增加了，因此噴油量也能相對增加，讓引擎的工 作能量比增壓之前更為強大，這就是增壓（Charge）的基本原理。 增壓器主要有三種:機械增壓器,渦輪增壓器,氣波增壓器。現(xiàn)今運用在汽車的增壓 系統(tǒng)有兩大主流：機械增壓（Super Charge）、渦輪增（TurboCharge）。 機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)速來帶動機械增壓器內(nèi) 部葉片，以產(chǎn)生增壓空氣送入引擎進氣歧管內(nèi)，整體結(jié)構(gòu)相當簡單，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，必須接觸400-900的高 溫廢氣。由于機械增壓器采用皮帶驅(qū)動的特性，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的渦輪機、壓縮進入汽缸空氣的壓縮機以及中間部分組 成。 渦輪增壓器利用發(fā)動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪又 帶動同軸的壓縮機的葉輪，壓縮機葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之 增壓進入氣缸。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速增快(當加速的時候)，廢氣排出速

4、度與渦輪轉(zhuǎn)速也 同步增快，壓縮機的葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸，空氣的壓力和密度增大可 以燃燒更多的燃料，相應增加燃料量和調(diào)整一下發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，這樣就可以增加 發(fā)動機的輸出功率了。一般能使發(fā)動機增加輸出功率在10%到40%左右。 壓氣機的結(jié)構(gòu)如下。空濾后的新鮮空氣從進氣口進入，經(jīng)過壓氣 機葉輪的壓縮后從出氣后排出進入中冷器和進氣歧管。 渦輪機的結(jié)構(gòu)如下。發(fā)動機排出的高壓燃氣從渦輪進氣口進入，推動 渦輪旋轉(zhuǎn)，然后低壓燃氣從渦輪排氣口排出進入整車尾氣處理系統(tǒng)。 旁通閥機構(gòu) 潤滑系統(tǒng)的作用： 1.冷卻來自渦輪工作的熱量 2.向軸承系統(tǒng)提供潤滑油 3.為轉(zhuǎn)子動平衡提供潤滑油 增壓器轉(zhuǎn)子動平衡增壓器轉(zhuǎn)子

5、動平衡: 渦輪與軸總成、壓氣機葉輪應進行單件動平 衡 。 動平衡的目的： 1.延長軸承的壽命。 2.減少振動。 3.減少噪聲。 4.減少功率損失。 5.減少轉(zhuǎn)子的負荷。 1、可變增壓渦輪葉片幾何技術、可變增壓渦輪葉片幾何技術 當發(fā)動機轉(zhuǎn)速較低時，由于排氣的流量較小，不容易推動渦輪葉片。這時可 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流板 的角度就會變小(如左圖)。這樣可以使氣流通過的空間縮小，加大流速，更 容易推動葉片。 在轉(zhuǎn)速高的時候 氣體流量充足，這個時候可變導流板的角度會變大（如右 圖），讓渦輪獲得最大增壓值。 三三. 渦輪增壓新技術渦輪增壓新技術： 2、渦輪增壓中

6、冷技術、渦輪增壓中冷技術 渦輪增壓可以提高空氣的密度，空氣密度的提高必然會使空氣溫度也同時 增高，發(fā)動機渦輪增壓器的出風口溫度也會隨著壓力增大而升高，溫度提高反 過來會限制空氣密度的提高，要進一步提高空氣密度就要降低增壓空氣的溫度。 中間冷卻技術不是一項簡單的技術，過熱無效果白費工夫，過冷在進氣管中形 成冷凝水會弄巧成拙。因此要將中冷器和渦輪增壓器進行精確的匹配，使得壓 縮空氣達到要求的冷卻溫度。 中冷將給增壓發(fā)動機帶來以下好處： 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)動機： A 較低的熱負荷。 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、雙渦輪增壓技術 在討論雙渦輪增壓技術前，我們先了解一個渦輪增壓遇到的不利現(xiàn)象 “遲滯現(xiàn)象”。 當駕駛員踩油門踏板，發(fā)動機轉(zhuǎn)速發(fā)生改變。由于渦輪機和壓縮機有慣性，不 能及時跟上這個速度的變化，這個現(xiàn)象稱為“遲滯現(xiàn)象”。“遲滯現(xiàn)象”使發(fā) 動機延遲增加或減少輸出功率。這樣如果你越急加速，就會感覺發(fā)動機越使不 上勁。 使用雙渦輪增壓，就是采用2個相互獨立的渦輪增壓器的增壓系統(tǒng)。當發(fā)動機 在2個渦輪增壓器的共同作用時，進氣效率大幅提升，增壓效果更加顯著，動 力性得到很大提升。 另一方面，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速較低時，只有一個低速渦輪工作，這時較少的排氣即 可驅(qū)動這只渦輪

8、高速旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生足夠的進氣壓力，當發(fā)動機轉(zhuǎn)速提升以后，高 速渦輪工作繼續(xù)進入高增壓值的狀態(tài)，提供一個連貫的強勁動力。 這樣雙渦輪增壓技術在提高發(fā)動機動力性的同時，可以改善渦輪增壓的“遲滯 現(xiàn)象”。 但是，雙渦輪增壓發(fā)動機并不能完全消除“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。在實際使用中，雙渦輪增壓發(fā)動機通常都裝備在 直列6缸或V型等排量較大的發(fā)動機上。 兩級增壓技術 4、渦輪增壓、渦輪增壓 機械增壓技術機械增壓技術 由于渦輪增壓系統(tǒng)和機械增壓系統(tǒng)分別擁有各自的優(yōu)勢和劣勢，因此，由渦輪 增壓器和機械增壓器共同組成的雙增壓系統(tǒng)發(fā)動機同時具備了渦輪增壓系統(tǒng)和機械 增壓系統(tǒng)的雙重技術

9、優(yōu)勢，并且使整合在一起的這兩種不同型式的增壓系統(tǒng)實現(xiàn)了 優(yōu)勢互補。 發(fā)動機在較低轉(zhuǎn)速下運行時，由機械增壓器提供絕大部分的增壓壓力，發(fā)動機 輸出功率的增加主要來自于機械增壓系統(tǒng)，此時渦輪增壓器由于“渦輪遲滯”增壓 效果并不明顯。待發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升到1 500 r/min左右時，渦輪增壓器的增壓效果開 始增強，并與機械增壓器共同為發(fā)動機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，與此同時，機械增壓器的增壓 效果開始逐漸減弱。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速超過3 000 -4000r/min時，由渦輪增壓器提供全部 的增壓壓力，發(fā)動機輸出功率的增加全部來自于渦輪增壓系統(tǒng)，此時機

10、械增壓器已 經(jīng)停止工作，以防止消耗發(fā)動機功率。 應該說，雙增壓系統(tǒng)發(fā)動機很好地解決了機械增壓系統(tǒng)燃油經(jīng)濟性較差和渦輪增壓 系統(tǒng)在低轉(zhuǎn)速時容易產(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 雜，不易與發(fā)動機匹配，對于發(fā)動機零部件的制造要求也較高，因此，目前只在個 別車型上實現(xiàn)了應用。 增壓器的試驗項目 a）型式試驗項目： 1）壓氣機性能； 2）200h熱循環(huán)； 3）止推軸承評定； 4）密封性評定； 5）最高轉(zhuǎn)速、最高溫度； 6）殼體包容性評定。 b）出廠試驗：采用熱吹或自循環(huán)的實驗方式，在規(guī)定轉(zhuǎn)速和渦輪進口 溫度下，檢測增壓器運轉(zhuǎn)狀態(tài)、密封狀態(tài)及某一工況點的性能指標。 四、渦輪增壓器的主

11、要供應商介紹四、渦輪增壓器的主要供應商介紹 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個國家擁 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: 美國加州, Torrance 2004年銷售額: 約24億美元 全球有13個工廠 15個國家共6500名員工 全球市場份額約50% 一個領導的品牌: Garrett 中國工廠 2. BorgWarner 博格華納的總部位于美國密歇根州的奧本山，為全球主要汽車生 產(chǎn)商提供先進的動力系統(tǒng)解決方案，是這個領域中公認的領袖。致力

12、 于設計和制造高技術的產(chǎn)品來提高汽車引擎系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和四輪驅(qū) 動系統(tǒng)的性能。博格華納在全球17個國家建立了62個制造和技術基地 為世界各地的客戶提供服務。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 動力機電集團與中國北方發(fā)動機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研究的高級工程師。經(jīng)過近幾年的 發(fā)展現(xiàn)在已經(jīng)具備年產(chǎn)20萬臺的能力，并且計劃擴產(chǎn)至年產(chǎn)30萬臺。 該公司產(chǎn)品已經(jīng)全面進入國三市場，主要的供應商有東風朝柴、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，江淮生產(chǎn)的柴油版瑞鷹就使用該 型號產(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)動機。 五、標準五、標準 QC/T 590 汽車柴油機渦輪增壓器技術條件 QC/T 591 汽車柴油機渦輪增壓器試驗方法 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,以下情況會導致增壓器漏油: a.發(fā)動機空濾器或進氣管路阻塞，導致進氣負壓過大。 b.增壓器回油管撞彎或損壞，導致回油節(jié)流。 c.中間體油腔內(nèi)積碳，導致回油不暢。 d.壓氣機殼出氣口到發(fā)

14、動機進氣管之間的連接管路是否漏氣 e.渦殼進氣口與排氣管出氣口的連接處是否漏氣。 f. 怠速時間過長。 g.曲軸箱內(nèi)壓力或油位過高，曲軸箱通風管堵塞。 h.發(fā)動機下竄氣過大。 二：潤滑不良二：潤滑不良 1.使用不潔潤滑油:不潔潤滑油進入增壓器會導致轉(zhuǎn)軸、軸承、軸承座孔的磨損， 并破壞轉(zhuǎn)子的動平衡，最后造成增壓器損壞。以下情況會導致潤滑油不潔： a.柴油機使用的潤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，或柴油機主油道濾清器被堵塞，潤滑油進入旁通道。 c.沒有按規(guī)定更換潤滑油，更換前未清洗柴油機主油道。 d.更換增壓器或作預潤滑時，雜質(zhì)進入潤滑油管路。 e. 密封膠或密封墊片

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

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