汽車發(fā)動機增壓控制系統(tǒng)應用研究

汽車發(fā)動機增壓控制系統(tǒng)應用研究摘要發(fā)動機增壓系統(tǒng)的發(fā)展歷程和常見案例分析。經過這段時間對發(fā)動機增壓系統(tǒng)的學習，知道了發(fā)動機增壓系統(tǒng)大致分為4類。分別是機械增壓系統(tǒng)、氣波增壓系統(tǒng)、廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和復合增壓系統(tǒng)。其中的機械增壓系統(tǒng)是指安裝在發(fā)動機上并由正時皮帶與發(fā)動機曲軸相連接，從發(fā)動機的輸出軸獲得動力，以此來驅動增壓器的轉子旋轉，從而將外界空氣強制性的吸進進氣岐道里，從而達到增壓。而氣波增壓系統(tǒng)，則是利用高壓廢氣的就具有一定規(guī)律脈沖氣波使空氣壓縮，增壓性能好、加速性好，一般適用在中小型的柴油車上。然后是廢氣渦輪增壓系統(tǒng)，它則是利用廢氣渦輪機，帶動與其同軸安裝的壓氣機葉輪工作，新鮮空氣在壓氣機內增壓后進入氣缸，通過壓縮空氣來增加進氣量。而最后的復合增壓系統(tǒng)，則是廢氣渦輪增壓系統(tǒng)和機械增壓系統(tǒng)并用，機械增壓有助于低轉速時的扭力輸出，而高轉速時，由廢棄渦輪增壓作為輸出。關鍵詞：發(fā)動機；增壓；控制系統(tǒng)；應用

目錄TOC\o"1-2"\h\u汽車發(fā)動機增壓控制系統(tǒng)應用研究 1摘要 11緒論 31.1本設計研究的背景和意義 31.2本設計國內外研究現狀 61.3渦輪增壓器及進排氣匹配介紹 82渦輪增壓系統(tǒng)的組成與作用 112.1渦輪增壓器 112.2中冷器 122.3壓氣機 123渦輪增壓系統(tǒng)工作原理 134渦輪增壓器的維護與使用 144.1渦輪增壓器常見故障及維護方法 144.2渦輪增壓器的保養(yǎng)和使用 174.3渦輪增壓器壓力的調節(jié)方式 184.4章節(jié)小結 195渦輪增壓系統(tǒng)在大眾速騰1.4t發(fā)動機的運用 205.1大眾速騰1.4t發(fā)動機渦輪增壓系統(tǒng)結構 225.2大眾速騰1.4t發(fā)動機渦輪增壓系統(tǒng)的控制原理 255.3發(fā)動機渦輪增壓系統(tǒng)常見故障和解決方法 275.4發(fā)動機渦輪增壓系統(tǒng)工作不良的原因及檢修 305.5大眾速騰發(fā)動機渦輪增壓系統(tǒng)故障實例 32總結 37參考文獻 38

1緒論1.1本設計研究的背景和意義1.1.1研究背景發(fā)動機廢氣渦輪增壓系統(tǒng)在歷史的長河中不斷進化，從第一個渦輪增壓發(fā)動機專利的發(fā)布至今已有近110多年的歷史。1912年，由廢氣驅動的世界上第一臺渦輪增壓器正式問世，盡管此時這項技術只是在船舶和航空這兩大領域的應用。1923年，德國交通部建造了兩艘采用渦輪增壓技術的輪船，而此時的廢氣渦輪增壓技術使得該艦的10缸引擎從最初的1750馬力最大功率輸出提升至2500馬力，令當時的世界各國人民都對這一成績感到非常震驚。1962年，通用汽車首次在汽車上應用了廢氣渦輪增壓技術。然而第一家真正在汽車上成熟普及應用廢氣渦輪增壓技術的公司卻是一家飛機制造公司，斯堪尼亞汽車公司和瑞典飛機有限公司合并組成的薩博公司。1977年問世的Saab薩博99汽車，使汽車發(fā)動機在應用渦輪增壓技術這項技術上，真正開始走向成熟。1983年，薩博推出16氣門雙頂置凸輪軸，1985年，推出電控點火系統(tǒng)，使燃燒更加可控，1987年，推出了至今仍在使用的水冷式渦輪增壓系統(tǒng)，真正地解決了渦輪增壓帶來的進氣溫度增高從而導致廢氣渦輪增壓發(fā)動機實際工作不良的問題。1990年，薩博在900車型中推出低增壓渦輪發(fā)動機。1991年，通用與薩博成立了新薩博，并且在在Saab9000系列中引入2.3L16氣門雙頂置凸輪軸渦輪增壓發(fā)動機，并且采用了通用的反向轉動平衡軸技術。最后在1992年，薩博開發(fā)了發(fā)動機管理系統(tǒng)，正式將點火正時、燃油噴射、渦輪增壓壓力等控制集成一體化控制，實現了更加高效地控制發(fā)動機更好的運作，也使渦輪增壓技術在汽車上運用的效果得到了進一步的提升。2002年，薩博的Saab9-3車型的發(fā)動機采用了內置式渦輪增壓系統(tǒng)發(fā)動機。隨著全球范圍內的能源危機和世界各國對燃油車排放的要求日益提高，提高燃油車的動力輸出、降低油耗已然成為22世紀燃油汽車面臨的難題?，F在人民生活水平越來越高，大多數家庭都有一輛甚至多輛汽車。拿中國來說，據2020年末統(tǒng)計，中國內陸汽車保有量已高達28087萬輛。雖說其中新能源汽車占據不少，但是燃油汽車還是占據很大的比重。石油屬于不可再生能源，當下開發(fā)燃油汽車替代品的同時，如何降低油耗也是當下各大汽車廠商要解決的主要問題之一。單從發(fā)動機來說，降低發(fā)動機油耗的途徑有很多，比如采用輕質鋁合金作為發(fā)動機材料、提高燃油燃燒程度以及提高發(fā)動機升功率等等。目前普及的技術包括增壓器中冷、燃油缸內直噴以及廢氣渦輪增壓技術，在滿足可靠動力性、小尺寸的同時，又能降低汽車油耗，慢慢的成為當下應對資源稀缺的可行手段。根據2020年國家節(jié)能減排政策，各大汽車制造廠商所生產的乘用車的百公里油耗平均值需低于5.0L，其中節(jié)能型乘用車百公里油耗平均值需低于4.5L。近年來我國家治理環(huán)境污染、雙碳環(huán)保的力度不斷加大，對于燃油車的排放要求也越來越嚴格?，F國家最新排放標準已經達到國6B級，國6B對非甲烷烴、一氧化碳、PM細顆粒物以及氮氧化合物的排放要求更嚴格。汽車尾氣排放標準指的是廢氣中排出的CHx、CO、微粒和NHx等有害物質的含量。為了抑制這些有害物質的產生，要從多方面一起抓，比如提高燃油質量，加裝渦輪增壓器和尾氣處理裝置，并嚴格實行相關汽車排放標準。我國現行的國6B排放標準要求，尾氣中CO2和CHx含量需降低50個百分點，NHx含量需降低42個百分點?？梢妵覍ζ囉秃暮团欧畔拗凳嵌嗝磭栏瘢詫τ诟鞔笃囍圃鞆S商來說，開發(fā)一種節(jié)能減排的燃油發(fā)動機迫在眉睫。其實早在一百多年前，歐美科學家就在研發(fā)一種通過提高發(fā)動機進氣來提高發(fā)動機效率的方法。有記錄記載，德國工程師戈特利布戴姆勒在1885年就設計出一種通過壓氣機壓縮發(fā)動機進氣的方法，也就是機械增壓的前身。但是機械增壓的動力來源于發(fā)動機曲軸，即從曲軸抽取部分力來驅動壓氣機工作，這樣會使發(fā)動機輸出效率降低。為了保證發(fā)動機的輸出功率，各國工程師又開始尋求利用發(fā)動機不需要的能量來推動壓氣機工作，發(fā)動機排出的廢氣就是最好的選擇。19世紀初期，瑞士科學家阿爾弗德雷首次提出利用發(fā)動機廢氣來驅動壓氣機工作的理念，即廢氣渦輪增壓技術的前身。受限于當時的工業(yè)水平，廢氣渦輪增壓技術雛形花了二十多年時間才被真正研發(fā)出來。相對于廢氣渦輪增壓技術，機械增壓早在二十世紀初期便開始商用化了。機械增壓最早商用于德國大眾和美國通用公司旗下部分車型。而廢氣渦輪增壓直到二十世紀六十年代才被美國通用公司試用于旗下部分雪佛龍車型。隨著科技水平的飛速提升，渦輪增壓技術也越來越成熟，到了二十世紀末期，我們幾乎可以在各大機械領域見到渦輪增壓器的身影，如工程機械、飛機及大型商用車等等。進入到21世紀，汽輪增壓技術以廣泛應用于乘用車，減少油耗的同時又能保證可靠的動力性。隨著科技的進步，人們開始對渦輪的性能以及尺寸大小進行進一步的優(yōu)化，希望以獲得更優(yōu)的表現。比如在研究其葉輪的強度和剛度的時候，目前常用的是流固耦合的仿真方法。改法是一種流體力學與固體力學交叉形成的一門力學學科，主要研究的是固體變形對流場的影響和可變形固體在流場作用下的影響。在有限元理論和數值分析法的印證下，依靠現代科學計算機技術，流固耦合分析在各大領域得到了廣泛的應用。在研究渦輪增壓器流場時，經常會用到CFD方法。CFD即計算流體動力學，是一種理論依據為流體力學的基礎方程，以計算機為數值計算工具，同時采用一些技術手段來解決流體力學中各式各樣的復雜問題的離散化數值學科。隨著計算機技術的進步，CFD已廣泛應用于各大領域。1.1.2研究意義針對當前汽車市場，現大量需要的是匹配中小排量發(fā)動機的渦輪渦輪增壓器。世界各國對中小排量發(fā)動機的定義都不同，我國對乘用車排量的分級還沒一個明確的定義，一般把排量不大于2.5L定義為中小排量發(fā)動機。中小排量發(fā)動機具備很多優(yōu)點，比如節(jié)能環(huán)保、減輕汽車整備重量、經濟實用等等，這時就需要各大汽車廠商推出適用于中小排量汽車的渦輪增壓器。渦輪增壓技術優(yōu)點很多，具體如下幾點：(1)渦輪增壓技術通過提高發(fā)動機的進氣量來提高發(fā)動機扭矩及升功率，研究表明，渦輪增壓技術可以將發(fā)動機最大功率提高四成。(2)由于渦輪增壓器結構簡單，體積小巧，研發(fā)和生產成本低，這和優(yōu)化提高自吸發(fā)動機相比，成本大大降低。(3)在低轉速時，渦輪增壓發(fā)動機的排氣壓力小于渦輪阻力，增壓器不工作，在這時，該發(fā)動機油耗和自然吸氣發(fā)動機油耗差不多。隨著轉速的升高，渦輪介入，發(fā)動機油耗降低，所以和相同動力的發(fā)動機相比，渦輪增壓發(fā)動機更加省油。(4)渦輪增壓技術可以降低尾氣中CHX，NHX,CO以及微粒的含量，有利于環(huán)保。同時，相對自然吸氣汽車來說，渦輪增壓汽車的噪聲也相對較低。(5)在高原上工作時，渦輪增壓可以給發(fā)動機帶來更多的氧氣，使進氣管壓力和海平面大氣壓保持平衡。自然吸氣汽車就不一樣了，其發(fā)動機功率會隨著海拔的升高而降低。(6)通過渦輪增壓器使發(fā)動機進氣量大大增加，燃油能得到充分燃燒，汽車油耗得到相應降低。本設計的主要工作是在研究和學習國內外相關文獻的基礎下，對天雁牌1.7L汽油機渦輪增壓器進行基礎設計，對進排氣系統(tǒng)進行匹配設計。同時對增壓器的渦輪級進行模擬流場分析、對葉輪進行流固耦合計算，校驗本設計的渦輪增壓器的可靠性。1.2本設計國內外研究現狀1.2.1本設計國外研究現狀國外由瑞士工程師阿爾佛德J波西(AlfredBuchi)第一個提出渦輪增壓概念，且在德國專利局的支持下申請下了相關專利，這就標志了渦輪增壓技術的正式誕生。雖然渦輪增壓技術誕生的很早，但是直到1961年才被通用汽車公司嘗試裝備在其部分自產雪佛蘭車型上。因為當時技術并不成熟，存在諸多的問題，所以沒有得到大范圍應用和很好的推廣，某種意義上通用公司應該是第一個嘗試在乘用車上使用渦輪增壓技術的車企。伴隨科學技術的飛速發(fā)展，1970年保時捷推出首款帶有渦輪增壓發(fā)動機的911車型，這標志著渦輪增壓技術的正式商用，其911車型也作為經典傳承至今。在渦輪增壓技術的發(fā)展史上，可以說保時捷是第一個相對成熟的把渦輪增壓技術應用于量產車上的。由于保時捷屬于高端品牌，無法普及到絕大多數人，渦輪增壓器的市場很小。渦輪增壓器的大量普及當屬于瑞典SAAB薩博公司于1977年推出的SAAB99車型，但是受限于當時的工業(yè)技術水平，渦輪增壓技術僅限于小型汽油機上。直到數年后，渦輪增壓技術才被歐美的汽車廠商應用于大型柴油發(fā)動機上。而在渦輪增壓器上的研究，比如增壓器內部流場的分析研究，國外早在1960年便開始利用計算機技術對增壓器進行三元數值模擬計算了。到70年代，增壓器的內部流場數值模擬開始流行。那時的科學工作者一般是根據準三維或二位建模來建立對應的數學模型，并利用理想氣體來研究。A.Hamed研究了內通速度和蝸殼外形兩個方面對渦輪內流場的影響。另外還在蝸殼壁面對渦輪內流場的影響進行了研究，并找出了擾亂渦輪內流場流動狀態(tài)的原因，還對一款可變噴嘴渦輪做了二維硬性非粘動流場計算。B.Lakshminarayana和J.Luo兩人在研究增壓器流動影響因素時，將旋渦現象考慮進其中，利用N-S方程分析渦輪出口進行數值模擬。在數值模擬過程中分別選用分區(qū)κ-ε代數雷諾壓力模型(ARSM)和低雷諾數κ-ε模型進行分析。而對于近壁處的流動則采用ARSM進行模擬[12]。Fredmendonca采用STAER-CD軟件對渦輪增壓器流場進行研究。該軟件中采用的是一套創(chuàng)新的劃分網格方法，Fredmendonca利用該方法對渦輪機葉輪和增壓器殼體進行網格劃分。計算時釆用滑移網格，對渦輪增壓器的計算模型進行瞬態(tài)研究。此研究結果相對真實的反映了增壓器內部流場的流動狀況，給后人的研究提供了重要的參考依據[12]。在工程應用領域，著名的渦輪增壓器生產商有康明斯、德國KKK、德國的MTU等?？勺兘孛鏈u輪增壓器由德國MTU公司發(fā)明，原理是在增壓器結構內設計一種能移動的渦輪外壁，這種設計可以使蝸殼截面值根據渦輪轉速實時調整。日本的三菱、英國的Holset、德國的KKK、美國的Garrett等廠商均擁有自主品牌的可變截面渦輪增壓器(VGT),斯堪尼亞與康明斯公司共同研制了混合渦輪動力系統(tǒng)。此外，康明斯公司率先采用電子集成技術，將增壓器的信息傳輸到發(fā)動機電控單元，使增壓器性能最優(yōu)化。利用傳感器可以測得進氣的溫度以及渦前的壓力，它首先在VGT技術中得到發(fā)展[8]。1.2.2本設計國內研究現狀在我國渦輪增壓技術近10多年才廣泛利用與乘用車，產于研究較多的有湖南大學、吉林大學、清華大學、北京理工大學以及湖南天雁機械廠。東北大學張建建基于CFX軟件對三種不同工況下的渦輪增壓器的渦輪級流場做了數值模擬計算，其中對蝸殼流場域的殼中間截面的壓力、速度的矢量分析圖、速度、溫度等參數進行了重點分析；還對葉輪流場域中的葉片速度、總壓力、總溫度、湍流動能以及流線分布圖做了重點分析。在得到的結果中可以看出，渦輪增壓器的輪級流動特性較好，渦輪對進入氣體的加速效果有提升的空間，葉輪流道處和渦舌處的流動特性有待提高，總的來說葉輪和蝸殼的整體結構設計還不錯，但部分地方有待提高。還基于Ansysworkbench和CFX軟件，對三種不同工況下的模擬流場計算出氣動載荷、溫度載荷，在綜合了葉輪旋轉所產生的離心力后，對葉輪做了耦合計算。分析計算結果得出，這三種不同工況下的渦輪葉輪等效最大應力均小于K418材料的屈服極限，滿足設計要求；并且渦輪的總變形量也很小。在后續(xù)的優(yōu)化設計中，基于對渦輪的流場分析。結構優(yōu)化后渦輪的容積損失下降；流過葉輪和蝸殼的氣體，溫度降低、壓力下降、速度明顯提高；渦舌處的速度、溫度、壓力等參數畸變減??；葉輪處的總壓力、總溫度分布情況也得到明顯改善；葉輪的總變形和等效應力都有所降低。證明該渦輪優(yōu)化設計是有效的[8]。華中科技大學白亞鶴對采用廢氣渦輪增壓技術的1.5L自然進氣發(fā)動機進行工作過程數值分析研究及匹配。本文主要是采用缸內直噴替換進氣噴射，根據設計要求重新為該發(fā)動機設計排氣系統(tǒng)且通過三維流動的數值模擬方式對新的排氣系統(tǒng)進行分析評估?；谠?.5L自然吸氣發(fā)動機，利用AVL-BOOST建模軟件創(chuàng)建一個缸內直噴渦輪增壓發(fā)動機模型。在新模型的基礎上，通過繪制的增壓器與發(fā)動機的聯(lián)合運行曲線，對發(fā)動機和渦輪增壓器進行了匹配研究及渦輪流通狀況及增壓器的效率進行分析論證?；诓糠忠痪S計算來分析排氣管道壓力的分布狀況，給后文增壓發(fā)動機的三維流動分析提供了邊界條件。得到排氣管道的重要結構參數，采用Proe對新的排氣管道進行三維建模。基于AnsysWorkbench軟件中FIUENT模塊自帶網格劃分工具完成排氣管道的網格劃分。將數值模擬結構設定到FLUENT模塊中，分析不同缸排氣下排氣管道內流場情況，為設計的新排氣管道模型提供仿真依據。最后還將該渦輪增壓汽油機的匹配設計、工作過程仿真和試驗結果進行對比，給研究直噴式渦輪增壓汽油機的學者提供重要依據[16]。1.3渦輪增壓器及進排氣匹配介紹1.3.1渦輪增壓器工作原理發(fā)動機渦輪增壓器工作原理是通過利用排出廢氣能量驅動壓氣機壓縮發(fā)動機進氣。在排氣管有一個風葉片，進氣管有一個風葉片，當發(fā)動機工作時產生廢氣，排氣管的葉片轉動，通過一條軸令到進氣的葉片也轉動從而增加進氣壓力，加大油門時排氣也會隨之曾加，進氣都會隨排氣增加而增加。目前廢氣渦輪增壓器技術已經全面成熟，除了在小型汽車上有應用外，還被廣泛應用在發(fā)電機組、工程機械等動力設備中。研究表明，廢氣渦輪增壓技術可以在不改變發(fā)動機整體結構的條件下，提高發(fā)動機30%左右的動力輸出。1.3.2渦輪增壓器的零部件先進技術(1)消音器由于渦輪增壓器工作時轉子轉速比較高，很容易產生噪音，從而給駕駛員以及乘客帶來不適感。目前由一款新型消聲器，其可以把噪音降低到人類可接受限度內，該消聲器的工作原理是把消聲葉片通過徑向布置來最大限度的使廢氣流過，有利于降低排氣溫度，從而達到降低噪音的目的[15]。(2)渦輪葉片上一代主流渦輪葉片的固定方式是通過減振鋼絲來實現的，該方法可以避免振動加劇，由于該種固定方式會增加發(fā)動機的排氣阻力，對渦輪機的效率影響比較大。所以目前使用的新型渦輪葉片采用的是寬弦類葉片，在葉片的根部做了加厚處理，增加了葉片根部的強度，為了提高葉片的整體剛度。新型葉片都是把葉片和渦輪圓盤鑄成一個整體，這樣的固定方式可以替代減振鋼絲，有利于減小排氣阻力，相對于上一代葉片來說，渦輪機的效率有明顯提高[15]。(3)薄鋼板渦輪殼體技術隨著汽車保有量越來越大，我國對汽車排放的標準也越來越嚴格，現在的汽車基本都要求裝備尾氣凈化裝置。為了保證凈化裝置的正常工作，現在的渦輪殼體一般都采用薄鋼板來制作，因為其具備熱慣性小、質量輕、排氣系統(tǒng)吸收熱量第等優(yōu)良性能，可以更快的使凈化裝置的溫度達到工作所需，有利于提高尾氣凈化效果[15]。1.3.3渦輪增壓器進排氣匹配設計因為汽油發(fā)動機氣缸內的燃燒狀態(tài)比較復雜，經渦輪增壓器增壓后很容易發(fā)生爆震。抑制爆震現象、控制汽油機的增壓壓力和減低汽油機的熱負荷是渦輪增壓器進排氣匹配的難點。發(fā)動機增壓后，氣缸的壓縮上止點的氣缸溫度過高，混合氣體可能發(fā)生自燃，也可能發(fā)生早燃現象，這二者是影響汽油機爆震的主要因素。抑制火焰?zhèn)鞑サ拈L度和降低壓縮比是解決自燃和早燃的有效方法。下面介紹三種常規(guī)抑制發(fā)動機爆震的主要手段：(1)對進氣中冷進氣中冷技術可以使汽油機的進氣溫度得到有效降低，同時也降低了汽油機的熱負荷，使發(fā)動機的進氣密度有效提高。(2)降低發(fā)動機的壓縮比圖1.2壓縮比和渦輪增壓壓力的關系圖由圖1.2可以看出，無論有無中冷器，壓縮比和增壓壓力都是成反比關系，即降低發(fā)動機的壓縮比可以提高增壓的壓力。(3)推遲點火提前角推遲點火定時，一般是在爆震現象快發(fā)生時通過電控裝置控制點火來實現，主要應用于高增壓比的時候。但是推遲點火定時會使后燃現象加重，從而使得排氣溫度升高。所以解決排氣溫度過高也是渦輪增壓后需要解決的主要問題，在小型汽油發(fā)動機上不宜使用推遲點火定時的方法。以上三種方法對于控制增壓發(fā)動機的爆震現象是十分有效的，但由于發(fā)動機的工況變化多樣，由圖1.2可以看出，改變增壓壓力對控制爆震現象很有效，所以在后續(xù)的研究工作中就必須對精確控制增壓器的增壓壓力?，F在控制增壓壓力的方式有很多，但考慮氣流流量的原因，對于流動損失較大的節(jié)流控制方法一般不適用，目前主要采用以下兩種方法：(1)通過排氣放氣閥門來控制汽油機的增壓壓力。(2)應用VGT可變幾何渦輪增壓器增壓技術。2渦輪增壓系統(tǒng)的組成與作用發(fā)動機廢氣渦輪增壓系統(tǒng)主要由渦輪增壓器、壓氣機、中冷器進氣管、中冷器排氣管以及中冷器等組成。下面介紹本人認為的最主要的組成部件——渦輪增壓器、中冷器以及壓氣機。2.1渦輪增壓器渦輪增壓器是發(fā)動機廢氣渦輪增壓系統(tǒng)中最重要最為核心的部分，由于其外形與蝸牛背上的殼十分相似，故而取名為渦輪，如圖1-1所示。渦輪增壓器基本結構大致被分為：進氣部分（進氣端）、排氣部分（排氣端）以及讓兩個端口連接在一起的中間部分。其中進氣部分的組件主要由壓氣機殼體、其進風口、其出風口以及其葉輪組成。排氣部分的組件主要由渦輪殼體、其進風口、其出風口以及其葉輪組成。而使兩個部分相連的中間部分，被稱為軸承室，軸承室中只有一根渦輪軸。軸承室中的渦輪軸負責托起壓氣機葉輪、渦輪葉輪，并使兩者相連接起來。渦輪增壓器和空氣壓縮機的基本原理大致是一致的,對空氣進行壓縮，從而提高發(fā)動機的功效，和增加扭矩的輸出。安裝增壓器后最大功率可以提高40%，甚至還可以增加更多。但是，在經過了渦輪增壓之后，雖然空氣的進氣量得到了提升，但也會大幅的提升引擎在工作時的壓力和工作溫度。圖1-1渦輪增壓器2.2中冷器在發(fā)動機廢氣渦輪增壓系統(tǒng)中，通過渦輪增壓機的增壓，氣體被高比例的壓縮所產生的熱量會十分的高，吸收熱量后，根據一般物質熱脹冷縮的原理，空氣會發(fā)生膨脹的現象，使空氣的密度下降，從而使最后參與發(fā)動機做功的空氣的質量受損，同時也會使發(fā)動機溫度過高，對發(fā)動機造成傷害。所以，為了使發(fā)動機能夠持續(xù)穩(wěn)定地輸出扭矩，且保護引擎不受高溫而損壞。所以，此時就需要在渦輪增壓器增壓后、注入氣缸之前，對高溫高壓的空氣進行有效地冷卻。這時就需要一個散熱器，即中冷器。中冷器，全稱中間冷卻器，顧名思義，其位置位于渦輪增壓器之后，進氣歧管之前。將高溫高壓的大氣分散到很多細微的管路中去，管路中的常溫氣體不斷流過，或是液體，不斷進行循環(huán)，使高溫高壓的大氣溫度降低，從而使低溫高壓的大氣參與到發(fā)動機中(約可以減少100C)做功。中冷器又分為風冷式中冷器（圖2-1）和水冷式中冷器（圖2-2）。圖2-1風冷式中冷器圖2-2水冷式中冷器2.3壓氣機利用高速旋轉的葉片對空氣做功以提高空氣壓力的廢氣渦輪增壓發(fā)動機中的部件，如圖3-1所示，被稱為壓氣機。壓氣機又有離心式、軸流式之分。離心式壓氣機是由導風輪、葉輪、擴壓器等組成的離心式壓氣機?？諝庥蛇M氣管進入壓氣機，再經導風輪進入葉輪，導風輪隨葉輪轉動。在高速旋轉的葉輪作用下，空氣被離心力從葉輪中心甩到葉輪外緣，進行第一次增壓，之后葉輪流出的空氣進入擴壓器后速度降低，進行第二次增壓，最后壓氣機從出氣管流出，最后進入氣缸內做功。軸流式壓氣機，由兩個部分組成：轉子（也叫工作輪）和靜子（也叫整流器）。為獲得更高的增壓比，獲得更高的增壓效果，一般采用如圖的多級結構，由一排轉子葉片和一排靜子葉片組成一級。經過壓氣機內空氣的多次逐級加壓，密度、溫度也隨之逐級升高。圖3-1軸流式壓氣機3渦輪增壓系統(tǒng)工作原理以領克05為例，介紹發(fā)動機廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的原理，以下有原理圖。一、啟動車輛后，首先，發(fā)動機進行自然進氣進行做功。二、發(fā)動機剛開始排出的廢氣，首先從排氣總管被排出來，在進入三元催化轉化器之前，發(fā)動機排出廢氣先流入渦輪增壓器，將渦輪增壓器的葉輪推著旋轉起來。由此，就會帶著與渦輪軸相連的另一端的壓氣機的葉輪同時轉動。三、外界的空氣首先經過空氣濾清器，壓氣機葉輪高速轉動，壓氣機內部的空氣又像是被抽真空一樣，與外界形成了氣壓差，從而導致被空氣濾清器過濾后的空氣從發(fā)動機進氣軟管被強制吸入，并經葉片的旋轉的多級壓縮后，再進入中冷器進氣管進行二次壓縮。四、空氣從中冷器進氣管進入中冷器后，使進入氣缸內的空氣在降低被壓縮空氣溫度、增加密度、改善質量的同時，保證了發(fā)動機不會因為增壓器增壓下發(fā)動機不會發(fā)爆震，從而影響做功。五、被壓縮(并被冷卻后)的空氣再通過中冷器排氣管，被排入節(jié)氣門位置傳感器進行檢測后，再進入進氣歧管，最后進入氣缸參與做功。六、在發(fā)動機排氣行程結束后的廢氣從排氣歧管排出，進入渦輪，再帶動壓氣機葉輪，進行一次又一次循環(huán)（除開步驟一），實現不斷地增壓，使發(fā)動機功率提高的同時保持穩(wěn)定?？偠灾l(fā)動機廢氣渦輪增壓系統(tǒng)就是對發(fā)動機排出的廢氣的再利用。發(fā)動機廢氣推動渦輪工作,渦輪又推動壓氣機葉輪工作,然后流經中冷器，使之增壓以及降溫，最后進入氣缸。發(fā)動機轉速越快,渦輪轉速也就越高,會有更多的空氣被葉輪壓縮進入氣缸，發(fā)動機的輸出功率和扭矩自然也就會越高。圖4-1原理圖4渦輪增壓器的維護與使用4.1渦輪增壓器常見故障及維護方法4.1.1增壓器漏油故障一、機油消耗大，排氣顏色正常，但是動力性下降：原因：這種現象主要是由機油滲透造成的。處理方法：(1)檢查發(fā)動機潤滑系統(tǒng)的管路是否漏油。(2)對渦輪增壓器的廢氣排氣口進行檢查，如若發(fā)現機油，則是由于渦輪密封環(huán)破損造成的，我們需要更換新的密封環(huán)。二、機油消耗大，排氣中有藍煙，汽車動力性沒影響：原因：這是由于增壓器壓氣機端發(fā)生漏油，機油由發(fā)動機的進氣管道進入燃燒室燃燒，主要有兩種可能：(1)貼近壓氣機葉輪端的甩油環(huán)或密封環(huán)損壞，使得機油進到葉輪室，和增壓后的空氣混合后進入燃燒室。(2)渦輪增壓器的回油管路堵塞，使得轉子總成內部積留大量機油，機油順著中間軸進入壓氣機葉輪室。處理方法：(1)拆開發(fā)動機進氣直管或壓氣機出氣口，觀察管壁、管口處是否殘有機油。若這些部位有機油存在，則可能是油管路堵塞造成的，需對其進行檢查。轉子總成內部積留大量機油會對其造成堵塞，這時我們只要把回油管路疏通即可。(2)如果回油管路暢通，則是由于貼近壓氣機葉輪端的甩油環(huán)或密封環(huán)損壞造成的，需要拆解增壓器修復。三、機油消耗大，排氣中有黑煙或藍煙，汽車動力性下降：原因：機油進入到燃燒室燃燒。(1)?？諡V器濾芯堵塞或進氣連接膠管變形，渦輪增壓器在吸入空氣的時候遇到很大的阻力，使得壓氣機進氣端壓力降低，和壓氣機內形成壓力差。機油被壓進壓氣機殼體內，由增壓空氣通道進入燃燒室。(2)由于不正常磨損或使用年限太久，發(fā)動機氣缸與活塞間間隙變大，機油進入燃燒室。處理方法：(1)如果空濾濾芯堵塞或者進氣膠管變形，則需要對其進行更換。(2)假若不是上述情況，則需要檢查氣缸與活塞間的間隙，若兩者之間間隙過大，則需要對活塞進行更換維修。圖6.1增壓器漏油現象4.1.2增壓器軸承損壞故障軸承損壞會不僅會增加軸承損耗功，還會增加機油的消耗量，會出現冒黑煙現象，嚴重的時候還會使得增壓器失效。原因：(1)增壓器內潤滑油流量和壓力不足。a.由于轉子總成的高速運轉，潤滑油未能及時供應；b.潤滑油在渦輪增壓器止推軸承和軸頸處供應不足；c.用于保持轉子軸承和軸頸浮動狀態(tài)的潤滑液供應不足。(2)機油發(fā)生氧化變質。a.冷卻液漏到機油里面；b.選用的機油型號不匹配，沒有按照使用說明按時更換機油；c.發(fā)動機溫度過高，導致從缸壁和活塞之間流竄的燃氣過多。(3)有泥沙、灰塵等雜物混入潤滑系統(tǒng)。處理方法：(1)檢查潤滑油流量和壓力是否達標，若發(fā)現不足要及時修正。(2)按照使用說明書，按規(guī)定定期更換機油，并確保機油清潔。(3)做好發(fā)動機的冷卻工作，盡量避免發(fā)動機在高溫工況下工作。(4)檢查潤滑系統(tǒng)是否出現破漏，如若發(fā)現需要及時維修。(5)檢查機油中是否呈現油泥狀，如若出現油泥狀，則需要按規(guī)定更換機油濾清器和機油。圖6.2增壓器軸承損壞6.1.3增壓器使用壽命縮短(1)增壓器啟動不正確：渦輪增壓汽車在汽車起動后要怠速運行幾分鐘，保證浮動軸承得到潤滑后渦輪增壓器才能啟動。(2)汽車熄火發(fā)生不正確：汽車在停車后需要怠速運行幾分鐘才能熄火，以保證增壓器得到充分降溫。假若停車立即熄火，轉子總成由于慣性還在高速旋轉。汽車熄火后，機油壓力降為零，導致轉子總成溫度急劇上升，會使機油在增壓器內碳化，還可能造成浮動軸承過度磨損，甚至出現燒蝕。(3)機油選用不合理：由于渦輪增壓發(fā)動機具有很大的機械負荷和熱負荷，渦輪增壓發(fā)動機的機油需具備優(yōu)異的抗氧化和粘溫特性，最好使用全合成優(yōu)質機油。(4)裝配方式不正確：渦輪增壓器在裝配之前，要在浮動軸承內加足機油，防止發(fā)動機在剛啟動時機油不能及時送到浮動軸承，造成軸承的非正常磨損。4.2渦輪增壓器的保養(yǎng)和使用渦輪增壓器的保養(yǎng)方法主要有：渦輪常清潔、停車后不立即熄火、按時更換機油濾芯、使用匹配的機油等等。渦輪增壓器實際上就是一款空氣壓縮機，其不僅可以提高發(fā)動機的動力性，還能提高燃油經濟性。由于渦輪增壓器的使用工況較惡劣，所以增壓器日常維護保養(yǎng)就很重要，不然就會有明顯的滯后性。其保養(yǎng)方法主要有以下幾點：1.渦輪常清潔：對于增壓器來說，機油的潤滑能力將直接影響到其使用壽命，若機油潤滑能力嚴重缺失，將會大大降低增壓器的使用壽命，使其過早報廢。所以要按時更換空濾器，并盡量保持增壓器的清潔，防止空氣中的灰塵進入到葉輪中。2.停車后不立即熄火：正常行駛的汽車在熄火后，會使得機油壓力降為零，然而此時渦輪增壓器還來不及將高溫廢氣排出，加上高溫的排氣歧管傳遞過來的熱量，就會使得增壓器溫度急劇上升，那些滯留在增壓器內部的機油將會被高溫蒸發(fā)成積碳。3.按時更換機油濾芯：渦輪增壓器在高溫下工作，機油的質量以及潤滑效果至關重要。不僅要盡量使用廠家推薦的機油，還要按時更換機油濾芯。因為機油濾芯起到過濾機油中雜質的作用，若雜質混入機油，機油質量將大打折扣。4.使用匹配的機油：一般來說渦輪增壓器推薦使用原廠匹配的機油，最好加用全合成類機油，且要根據增壓器使用年限和發(fā)動機性能靈活制定機油的更換周期。嚴禁使用假冒偽劣機油，不然的話將會導致增壓器嚴重結焦和非正常磨損，降低增壓器的使用壽命。4.3渦輪增壓器壓力的調節(jié)方式由于低速時廢氣壓力小于渦輪阻力，所以低轉速時渦輪并沒有介入。在低轉速時使用渦輪增壓器，不僅給發(fā)動機帶來的收益很低，反而還會增壓排氣背壓，增加排氣過程所需的功。廢氣溫度會發(fā)動機轉速的升高而升高，增壓器轉速和增壓壓力也隨之升高，容易導致渦輪增壓器過載。增壓壓力上升還會導致和發(fā)動機熱負荷超標。所以發(fā)動機增壓壓力需要一個裝置來靈活調節(jié)，壓力調節(jié)裝置可以使增壓器適應發(fā)動機各種工況。目前常用的壓力調節(jié)方法主要有以下三種：(1)采用旁通放氣閥:圖6.3廢氣旁通閥工作原理圖渦輪增壓器上采用的廢氣旁通閥有排氣放氣閥和進氣放氣閥兩種。進氣放氣閥一般適用于前置增壓方案。對于后置增壓，若采用進氣放氣閥的話會將油氣混合物排出，所以采用排氣放氣閥。傳感器根據發(fā)動機工況，獲得不同的電信號并傳遞回ECU，通過存儲的增壓壓力脈譜圖控制增壓器輸出對應的增壓壓力，并通過調節(jié)旁通放氣閥開啟的時間來調節(jié)排氣旁通量，從而達到控制增壓壓力的目的。(2)可變截面渦輪增壓器：可變截面技術是通過改變可變噴嘴的位置來改變渦輪機或壓氣機的有效流通截面積。當發(fā)動機低在轉速工況時，將噴嘴的安轉角度調小，在高轉速工況下噴嘴角度開到最大，以此通過控制排氣量來匹配發(fā)動機不同工況轉速。圖6.4滑動可變噴嘴渦輪增壓器(3)壓氣機進氣口節(jié)流裝置：這種調節(jié)壓力的方式就是在壓氣機進氣口處裝配一個節(jié)流閥，該節(jié)流閥起到降低壓氣機進氣口處壓力的作用。隨著進氣口處壓力降低，壓氣機出氣口處的壓力也會隨之下降，即起到調節(jié)增壓壓力的功用。4.4章節(jié)小結渦輪增壓汽車相對自吸汽車來說，具備優(yōu)異的動力性和燃油經濟性。由于增壓器結構精密，所以在日常使用要注意更多方面。本章節(jié)提出了渦輪增壓器一些常見的故障和檢修方法，日常保養(yǎng)和使用需要注意的事項，以及三種調節(jié)增壓壓力的方法。主要是為了提高渦輪增壓器的使用壽命，保證增壓器的性能可以穩(wěn)定輸出。

5渦輪增壓系統(tǒng)在大眾速騰1.4t發(fā)動機的運用大眾汽車進軍我國汽車市場的時間相對比較早，在我國改革開放后的1985年開始進入我國汽車市場。其屬于我國改革開放后的第一批進入中國汽車市場的汽車企業(yè)，當時主要是以合資企業(yè)的身份進入到我國汽車市場，所以在某種程度上具有非常不錯的品牌形象。其位置在上海西北郊安亭國際汽車城，在我國的發(fā)展已經有30多年，并且也見證了我國改革開放所獲得戰(zhàn)績。在投資方面上海大眾和德國大眾各占50%，在前期的時候我國汽車市場相對比較落后，所以剛開始時上海大眾的注冊資本只有1.6億元，隨著我國汽車市場的發(fā)展，上海大眾加大資金的投資，現在注冊資本已經達到78億元。同時上海大眾所屬的位置比較好，其能夠輻射上海和南京兩大城市，有利于上海大眾的生產與營銷。作為我國國內領導品牌的上海大眾，其抓住我國改革開放的機會，在國內的汽車市場中占有很大的名氣，并且在多方面獲得卓越的成就，其中連續(xù)九年被評為“全國十佳合資企業(yè)”的稱號。特別在中端轎車上，上海大眾的銷量非常火爆。為了擴大上海大眾在我國的汽車市場中的名氣，該企業(yè)不斷地研發(fā)出產品精良、個性突出的多款車型，以滿足我國現階段的汽車市場需求。上海大眾在汽車本土化方面的設計與制造表現出色，吸引了我國大部分的消費者。提到上海大眾在國內市場的流行車型就不得不提起在中國風靡了多年的大眾捷達系列車型。而提到捷達系列車型就不得不提到另外一款叫做高爾夫的車型，高爾夫嚴格來說是一個代替甲殼蟲的一個車型，在當時取得了空前的成功。但是大眾汽車發(fā)現像高爾夫那種掀背車，對于很多喜歡三廂車的人來說，的確是難以接受，所以說在此基礎上面加了一個尾巴，這就演變成為了捷達。捷達的第一代產品叫做MK1,MK1從1979年一直生產到1984年。MK1用的是大眾的A1平臺,無獨有偶，另一款在A2平臺上面的車型——MK2則跟中國有很大的淵源。通俗來說MK2也就是以前我們常說的平頭捷達，他是從1984年生產至1992年，然而中國正式開始生產MK2則是從1991年。從這個時間段來看，大眾捷達車型來到中國的時候已經是一款經過時間考驗的成熟車型了。此外在中國暢銷的捷達車型，除了方頭捷達之外又有一些延伸的車型，其中一個就是捷達王。捷達王擁有1.6L20氣門的發(fā)動機，也就是單缸五氣門的發(fā)動機。在那個時候對于發(fā)動機而言，大部分的發(fā)動機都是一缸兩氣門的發(fā)動機，對比同時期的日本廠商而言，也是僅僅從兩氣門發(fā)動機發(fā)展到了四氣門發(fā)動機，大眾的五氣門發(fā)動機，在當時就代表了汽車行業(yè)的頂端技術水平。后來一直到寶來的時候都是用的1.8T5氣門發(fā)動機，但是隨著汽車行業(yè)日新月異的發(fā)展，后來因為5氣門發(fā)動機過于復雜，且成本太高，逐漸不被繼續(xù)采用。第3代捷達在中國并沒有出現，第4代捷達也就是捷達的A4平臺，也就是大眾寶來，對于寶來而言，2000左右被稱為駕駛者之軀是最強的緊湊級的車型。1.8T有手動有自動，手動是5速手動，自動是4速自動，當時售價是21萬9800，寶來在歐洲市場，從1999年生產到2006年，在中國地區(qū)則是從2001年開始一直到至今。第5代捷達就是A5，在大眾捷達第五代，捷達系列車型在中國又有了個響亮的叫做名字速騰。墨西哥和哥倫比亞用寶來，阿根廷智利用的是Vento這個名字，中國用速騰這個名字，第6代捷達在中國是從2012年生產一直生產到了2019年，名字依然采用速騰。速騰作為大眾汽車傾力打造的第一款車型，速騰汽車憑借其輕松的操縱性能，滿足了購車者獲得愉悅駕駛體驗的需求，其車內嵌入了多種時尚元素，滿足購車者對美的向往的需求。但在動力輸出方面，1.4T排量的速騰只能輸出150Ps的最大馬力和250Nm的最大扭矩，對比其他車型，動力系統(tǒng)明顯是速騰的一個短板。但一分價錢一分貨，總體來說速騰的性價比還是可以的，是一個值得去買的車型。渦輪增壓器在20世紀初期面向世界,內燃機技術的繁榮發(fā)展離不開渦輪增壓器的應用。在他發(fā)展前期,渦輪增壓器發(fā)展重心并不是在汽車發(fā)動機上，而是在船用發(fā)動機上開展實驗。例如,在1925年MAN公司在海上成功進行了船用柴油機渦輪增壓的實驗。在20世紀70年代渦輪增壓器被不斷推廣,這也主要得益于小型徑流式渦輪增壓器的幾種優(yōu)點，其中包括優(yōu)越的性能、低廉的成本以及牢靠的結構。自那以后,渦輪增壓器技術的發(fā)展便一日千里。渦輪增壓技術也隨之被稱為內燃機發(fā)展史上的第二個里程碑。隨著現在空氣質量的不斷下降,政府對排放標準做出調整，消費者對發(fā)動機的排放性能也逐漸開始重視起來，因此渦輪增壓器的使用范圍不斷被擴大,渦輪增壓產品也在不斷地推出新款，渦輪增壓技術的發(fā)展日益完善了起來。之所以渦輪增壓器在車用發(fā)動機領域得到非常廣泛的應用，是因為其能夠使車用發(fā)動機同時獲得動力性、經濟性、排放性等多方面綜合性能的提升。渦輪增壓器首先在車用柴油發(fā)動機上獲得了廣泛的應用,這是由于柴油機采用缸內直噴的供油方式,同時不存在爆震等問題,所以在柴油機上實現渦輪增壓相對容易。此外,柴油機能夠承受很高的增壓壓力(增壓比可以達到5.0以上),柴油機在使用渦輪增壓技術后其功率可以得到大幅度的提升,使其功率翻倍甚至更多,在車用柴油機領域,基本上已經形成“無機不增壓”的局面,渦輪增壓器逐漸成為柴油機的標準配置,并且隨著駕乘、排放、油耗等性能指標要求越來越嚴格,又發(fā)展出各種不同結構、不同型式的新型渦輪增壓器或渦輪增壓系統(tǒng)。由于汽油機與柴油機的不同，汽油機無法承受更強的缸內爆震燃燒以及更高的排氣溫度，需要降低發(fā)動機壓縮比，減小點火提前角，還需通過中冷器降低發(fā)動機熱量，所以在汽油機上渦輪增壓器的應用受到一定的制約。如今，隨著缸體材料性能的不斷增強，以及高壓共軌，全鋁缸體，可變升程氣門集成排氣技術的大面積應用，越來越多的汽油機采用渦輪增壓技術。渦輪增壓技術開始進入轎車汽油機領域，并且這項技術被各大廠商爭相引用。5.1大眾速騰1.4t發(fā)動機渦輪增壓系統(tǒng)結構如圖2.1所示為廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的結構與工作原理。該系統(tǒng)主要有廢氣渦輪增壓器（動力渦輪、增壓渦輪）、膜片式控制閥、廢氣旁通閥和中冷器等組成。圖2.1廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的結構與工作原理（1）廢氣渦輪增壓器廢氣渦輪增壓器在廢氣渦輪增壓系統(tǒng)中有著至關重要的作用，他的結構由3部分構成，分別為動力渦輪、增壓渦輪及中間體，如圖2.2所示。動力渦輪的結構由渦殼、渦輪機葉輪和出氣道等組成；增壓渦輪由渦殼、增壓葉輪和進氣道等組成。渦輪機葉輪和增壓葉輪同軸連接。圖2.2廢氣渦輪增壓器在徑流式動力渦輪中，發(fā)動機排出的氣流會通過具有特定的形狀的噴管進入其中。排氣流過噴管時降壓、降溫、增速、膨脹，其壓力能轉變?yōu)閯幽埽苿觿恿u輪旋轉，并帶動增壓器軸和增壓渦輪一起旋轉?？諝饨涍M氣道進入增壓渦輪。離心式增壓渦輪旋轉時，空氣在離心力的作用下，沿著增壓渦輪片流向葉輪周邊。在進入擴壓管的時候空氣的溫度、壓力以及流速這三種屬性都會有顯著的增加。在這一工作行程中由于空氣在使用了漸括型流道形狀的擴壓管當中流動時會使壓力進行增加并且會使速度進行延緩，所以其絕大部分的動能會轉變?yōu)閴毫δ埽⑶铱諝獾臏囟纫矔忻黠@的升高。廢氣渦輪增壓器工作時最高轉速可達250000r/min，因此，它的平衡和潤滑非常重要。葉輪在工作時高速旋轉，軸和軸承需要冷卻和潤滑。在軸承座和軸之間會生成具有雙層結構的油膜，這是因為在汽車行業(yè)中絕大部分的渦輪增壓器都是使用了浮動軸承，因此渦輪增壓器在軸承座和軸承中間會產生間隙，這就是產生雙層結構的油膜的原因。為了讓動力渦輪渦殼或者是增壓渦輪中不進入機油，在汽車行業(yè)中我們一般采用把油封裝在增壓器的軸上來防止這一類問題。在增壓器進行工作的行程的時候，機油會通過進油口進入，使冷卻增壓器的軸承和軸都得到充分的潤滑，然后再通過出油口重新進入油底殼里。此外還有整體式的推力軸承是被設置在增壓渦輪的一側，這樣是為了能夠良好的承受住在增壓器進行工作行程的時候所產生的軸向推力。最后還有水套被放置在增壓器的中間體的動力渦輪一側，這是因為水管會和在發(fā)動機中的冷卻系統(tǒng)相連，以此來降低燃油機增壓器的熱負荷，達到解決燃油機增壓器熱負荷過大的問題。（2）中冷器我們知道空氣在進入氣缸前要求其增加密度、提高發(fā)動機功率、使爆燃盡可能的減少、使油耗和熱負荷也盡可能的減少。為了達到這一目的，因此在汽車行業(yè)內普遍會使用中冷器來降低進入氣缸前的空氣溫度。（3）膜片式控制閥如圖2.3所示，在右側作用彈簧上，為了使空氣提升壓力，需要調節(jié)電磁閥，讓其開通來增加膜片左側的增壓壓力。在膜片被彈簧施加一個作用力，膜片向左進行移動的時候，會使聯(lián)動桿同時被帶動，從而使排氣旁通閥閥門達到關閉的狀態(tài)，在這種狀態(tài)的時候代表著增壓的壓力是降低的；在膜片被彈簧施加一個作用力，膜片向右進行移動的時候，排氣管會直接進入少部分的排氣，在這種情況下，排氣旁通閥會被聯(lián)動桿施加一個作用力從而處于打開的狀態(tài)，這就達到了使壓力處于一個增壓的狀態(tài)，并且會使渦輪機轉速很大程度上降低。圖2.3膜片式控制閥工作原理（a）工作原理（b）安裝位置（4）增壓壓力調節(jié)電磁閥如圖2.4所示，低壓空氣端在與膜片式控制閥的左室進行連接的工作進程的時候，這種狀態(tài)下電磁閥處于斷開電流的工作狀態(tài)；高壓空氣端在與膜片式控制閥的左室進行連接的工作進程的時候，這種狀態(tài)下電磁閥處于連接電流的工作狀態(tài)。從上面的電磁閥的工作原理看，這種增壓壓力調節(jié)電磁閥是一種二位三通閥。圖2.4增壓壓力調節(jié)電磁閥5.2大眾速騰1.4t發(fā)動機渦輪增壓系統(tǒng)的控制原理渦輪增壓器的工作原理：發(fā)動機的廢氣排出后，推動渦輪增壓器的渦輪進行旋轉，旋轉的渦輪帶動增壓葉輪，對發(fā)動機的進氣進行增壓，進氣由空濾過濾后到達增壓葉輪，通過增壓葉輪后，輸送到節(jié)氣門前端，從而進入到發(fā)動機，這就是渦輪增壓器的基本增壓過程。采用渦輪增壓技術后，由于平均有效壓力增加，發(fā)動機也較容易產生爆燃，熱負荷偏高，易使發(fā)動機功率下降，甚至造成機件損壞。同時，由于進氣歧管內空氣密度增加，被壓縮的空氣溫度隨之增高，氣缸內過高的空氣溫度使發(fā)動機爆燃傾向增大。為了限制發(fā)動機的熱負荷，防止發(fā)動機發(fā)生爆燃現象，發(fā)動機在不同轉速、工況下必須保證最佳增壓條件，對增壓壓力一定要有嚴格的把控。增壓控制系統(tǒng)的作用就是根據發(fā)動機的運行工況變化，通過合理調節(jié)增壓壓力，進一步優(yōu)化發(fā)動機的動力性、經濟性以及排放性。目前，控制增壓壓力的方法很多，使用廣泛而有效的是調節(jié)進入動力渦輪室的廢氣。當排氣歧管中排出的廢氣進入渦輪增壓器后，進氣壓力增加，之后又隨動力渦輪排出；隨著發(fā)動機轉速的不斷提高以及節(jié)氣門開度的逐漸增加，動力渦輪轉速隨之加快，同軸的增壓渦輪的轉速被帶動提升，進氣增壓壓力不斷增大。如果放氣閥被打開，通過動力渦輪的廢氣數量和氣壓就會減小，動力渦輪的轉速也隨之降低，增壓渦輪產生的進氣增壓壓力就會減小。從中可以知道，只要通過廢氣旁通閥門，改變廢氣通路走向，使廢氣進入動力渦輪室或者經旁路排出，就可以對增壓壓力有著非常良好的控制。通常，放氣閥由膜片式放氣控制閥控制，而放氣控制閥則由ECU通過增壓電磁閥進行控制。電子控制式廢氣渦輪增壓系統(tǒng)如圖2.5所示，其ECU可以通過使增壓壓力調節(jié)電磁閥通斷電來控制膜片式控制閥，使膜片式控制閥的膜片室連接到進氣歧管，從而相應地得到低或高的控制壓力，以控制廢氣旁通閥的開關。圖2.5電子控制式廢氣渦輪增壓系統(tǒng)發(fā)動機增壓壓力特性圖的有關數據被存儲在ECU中。當發(fā)動機轉速發(fā)生變化時，增壓壓力理論值也隨之變化。當發(fā)動機運轉時，ECU憑借增壓壓力等傳感器輸入的信號，可以將當時的實際進氣增壓壓力確定下來，然后把存儲理論值與實際增壓壓力進行比較。若實際值與理論值不相符合，ECU則通過輸出控制信號，控制增壓壓力控制電磁閥，改變來自于膜片式控制閥上的壓力，控制廢氣旁通閥閥門的開關。當實際進氣壓力比理論值低的時候，廢氣旁通閥關閉閥門；當實際進氣壓力比理論值高的時候，廢氣旁通閥打開閥門。在實際控制中，為了獲得較好的控制效果，大多數采用調節(jié)點火正時和調節(jié)增壓壓力相結合的辦法。因為單一地降低增壓壓力會引起發(fā)動機運行性能降低；另外，由于采用渦輪增壓后，發(fā)動機排氣溫度較高，所以不適宜單獨采用調節(jié)點火正時的辦法來控制爆燃，否則，溫度的增高對高溫排氣驅動的渦輪有不利影響。因此，兩種方法并用是首選模式。通常是，當ECU根據傳感器輸入的信號判斷出發(fā)動機發(fā)生爆燃時，它既推遲點火提前角，又平行地降低增壓壓力。當這兩方面調節(jié)使爆燃消失時，再通過點火正時調節(jié)裝置將點火提前角調節(jié)至最佳，從而保證發(fā)動機輸出最大功率。當點火提前角達到最佳值時，再慢慢增加空氣來增加壓力。5.3發(fā)動機渦輪增壓系統(tǒng)常見故障和解決方法5.3.1渦輪增壓器漏油故障現象一：機油在短時間內被大量的消耗，但發(fā)動機排出的廢氣的顏色卻很正常，而且發(fā)動機動力并沒有出現降低的現象。原因：一般來說這種情況都是機油滲漏所造成的。解決方法：第一步檢查發(fā)動機潤滑系統(tǒng)中的外部油管是否出現漏油現象，第二步再檢查增壓器廢氣排出口是否存在機油，要是有機油泄露現象，那么就可以推斷是渦輪一端的密封環(huán)的氣密性出現問題，只要將密封環(huán)更換成新的就可以解決問題了。現象二：發(fā)動機排出的廢氣的顏色是藍色的，發(fā)動機動力并沒有出現降低的現象，但是發(fā)動機的機油消耗量卻非常的大。原因：增壓器漏油導致機油進入燃燒室被點燃。出現這種現象的主要原因包括有：增壓器回油管不暢通，機油在轉子總成的中間支撐出現積留過多的現象。解決方法：首先把壓氣機的出氣口以及發(fā)動機的進氣直管打開。觀察增壓器回油管內是否存在淤積堵塞現象，如果發(fā)現堵塞，究其原因就是因為積油過多所造成的，應將回油管內部進行清洗疏通，最后一步進行裝復。要是檢查結果是沒有問題，那么可能是由于葉輪一端的密封環(huán)出現了損壞，因此將密封環(huán)進行更換即可。對于不嚴重的可以進行解體增壓器來完成修復。圖3.1增壓器漏油表現現象三：發(fā)動機動力性能開始下降，機油泄露嚴重，排氣煙色顯示為黑煙或者藍煙。原因：因為增壓器吸入大量空氣，使得進氣膠管內部受到空氣流動時造成的阻力，導致進氣膠管發(fā)生變形現象。由于氣缸和活塞之間的磨損過于嚴重，導致機油進入燃燒室被引燃。壓氣機的進氣口壓力相對較低，使得壓氣機內部存在機油滲漏的現象，機油與壓縮空氣一起進入燃燒室被引燃。解決方法：首先檢查是否有機油依附在進氣直軟管壁內，接著檢查有無受到擠壓現象，使得氣流受阻后出現相應的堵塞現象。要是機油出現在管壁內，想要完美解決問題，就必須及時清洗或者直接更換空氣濾芯。5.3.2渦輪增壓器有金屬摩擦聲表現：增壓器出現異響現象，發(fā)動機的動力性能顯著下降，排氣煙色顯示為黑煙。原因：要是存在金屬摩擦聲音，那么極有可能是因為增壓器轉子軸承方面受到了較多的磨損，這將會使得葉輪和增壓器殼互相摩擦，由于這些摩擦存在，所以產生了金屬摩擦聲。解決方法：對磨損情況進行檢查，要是嚴重的對其損壞件做出修復，必要時進行更換。圖3.2增壓器金屬摩擦實例5.3.3渦輪增壓器軸承損壞故障表現：排氣煙色顯示為黑煙，發(fā)動機的運動性能大幅度下降，機油消耗過高，嚴重時增壓器直接癱瘓不工作原因：潤滑油壓力和流量方面出現不足的現象，當增壓器在高速運轉時，潤滑油沒能做到按時供給。還有一種可能，例如雜物和灰塵進入潤滑系統(tǒng)中，導致堵塞，使增壓器軸頸和止推軸承的潤滑油供應不足。另外還有可能是機油變質，而沒有及時更換機油。解決方法：拆開渦輪增壓器進行清洗，并更換相應零件，檢查潤滑油壓力是否正常，檢查機油是否符合要求，檢查增壓器回油管是否堵塞，當發(fā)現機油成油泥狀時，及時更換機油機濾，只有這樣才能有效的排除增壓器的故障。圖3.3增壓器軸承損壞實例5.3.4渦輪增壓器振動劇烈且有噪聲故障表現：增壓器劇烈振動，伴隨著巨大的噪聲，機油消耗過于嚴重，發(fā)動機的動力性能急劇下降。原因：造成這樣的原因可能是由于增壓器中的轉子軸出現了一些嚴重的磨損現象，由于這些現象從而引起了這些情況的產生。當轉子軸磨損嚴重的時候，這將會造成軸承之間出現較大的間隙，這時候會產生一些震動現象，究其原因可能是渦輪和泵輪損壞所造成的，由于這些零件上的損壞從而產生了較大的噪音。解決方法：檢查渦輪和泵輪是否正常，要是不正常需要對其進行維修，嚴重的就將其更換掉。5.3.5壓力機喘振故障現象：發(fā)動機功率出現下降，壓力機喘振。原因：出現這樣的現象會使得增壓器無法向氣缸輸送符合發(fā)動機運行要求的空氣量，進而就會出現波動現象，然后在壓氣機工作的時候明顯的出現乏力的情況，并且會出現異響。這樣就會造成發(fā)動機工作不穩(wěn)定，并且還會造成功率出現下降的情況，而且其排氣方面也會出現冒煙的現象。處理方法：進行維修的時候首先要對進氣系統(tǒng)進行檢查，因為當進氣系統(tǒng)發(fā)生堵塞時，會出現這樣的故障，如果沒有發(fā)現堵塞現象，此時就需要對其空氣濾清器芯片進行檢查，主要看其是否存在著嚴重阻塞的情況，還有就是需要對其進氣管內部進行檢查，主要看其是否存在著油污太多而導致出現的堵塞現象。在檢查的時候，如果發(fā)現進氣管發(fā)生堵塞，此時就應該清洗堵塞部位，必要的時候把損壞的零部件直接更換。5.4發(fā)動機渦輪增壓系統(tǒng)工作不良的原因及檢修5.4.1發(fā)動機渦輪增壓系統(tǒng)工作不良的原因廢氣渦輪增壓系統(tǒng)工作不良時，汽車會出現異響、加速無力、油耗上升、排氣管冒黑煙、燒機油等異常現象，其主要原因有控制電路故障和氣路故障兩個方面。廢氣渦輪增壓系統(tǒng)控制電路故障包括電磁閥故障、發(fā)動機ECU故障、傳感器信號不良等；氣路故障包括廢氣渦輪增壓器漏油、異響或卡滯，膜片執(zhí)行器損壞或調節(jié)異常等。5.4.2發(fā)動機渦輪增壓系統(tǒng)的檢修上海大眾速騰1.4T發(fā)動機安裝的廢氣渦輪增壓系統(tǒng)如圖4.1所示。它包括發(fā)動機控制模塊J220、增壓壓力傳感器G31、增壓壓力調節(jié)電磁閥N75、渦輪增壓器換氣電磁閥N249等。其控制電路如圖4.2所示。圖4.11.4T廢氣渦輪增壓系統(tǒng)圖4.21.4T渦輪增壓系統(tǒng)的控制電路（1）基本檢查①檢查廢氣渦輪增壓器的渦輪殼，應無因過熱、咬合、變形或其他損傷而產生的裂紋，否則應更換廢氣渦輪增壓器。②對渦輪油孔進行仔細的排查檢驗，不能出現堵塞或者淤積的故障現象。③對廢氣渦輪增壓裝置的回油管及進油管進行仔細的排查檢驗，不能出現擠壓、堵住、形狀改變或者是其他的毀損現象。④對廢氣渦輪增壓器進行仔細的排查檢驗，機油不能出現泄露現象。⑤仔細排查檢驗處于進氣歧管以及制動助力器中間的單向閥、處于廢氣渦輪增壓器前半部分的進氣軟管和活性炭罐的中間部分的活性炭罐單向閥，是否安裝無誤，注意在導通方向應該有箭頭進行指示。⑥對全部的管路狀態(tài)進行仔細的排查檢驗，不能出現連接松動以及老化和泄露等等的問題。（2）增壓壓力的檢測用故障診斷儀和渦輪增壓器檢測儀進行增壓壓力的檢測，當發(fā)動機轉速為2500r/min時，檢測值應為1.6~1.7bar(160~170kPa)。增壓壓力調節(jié)電磁閥N75的檢修①從增壓壓力調節(jié)電磁閥N75上拆下軟管，接上輔助軟管，起動執(zhí)行元件診斷，并接通N75，電磁閥發(fā)出“味嗦”聲響。②拔下電磁閥的導線插接器，測量電磁閥兩端子之間的電阻，應為25~35。③將數字萬用表串聯(lián)在搭鐵及觸點“1”之間，使起動機短時工作，其電壓規(guī)定值為12V左右。（3）增壓壓力傳感器G31的檢修①在需要排查檢驗增壓壓力傳感器的供電電壓的時候，故障診斷儀會出現與增壓壓力傳感器有關系的故障碼，如果在故障診斷儀沒有出現和增壓壓力傳感器相關的故障碼的時候，則無需先排查檢驗增壓壓力傳感器的供電電壓。②在使用萬用表排查檢測增壓壓力傳感器導線的插頭進行供電工作的三號端子與進行接地工作的一號端子中間的電壓的時候需要在增壓壓力傳感器之上取下導線插頭并且需要打開點火的開關，在這種情況下，電壓的數值應該大概是5V。要是出現供電電壓沒有滿足5V的要求，這種情況下，就應該對增壓壓力傳感器進行排查檢驗，看看它是不是出現了短路的現象或者是出現了斷路的現象；此外，要是供電電壓滿足5V的要求，那么就對增壓壓力傳感器的信號電壓進行仔細的排查檢驗。③在使用萬用表排查檢驗增壓壓力傳感器導線的插頭，進行發(fā)出信號工作的四號端子和進行接地工作的一號端子中間的信號電壓的時候需要在增壓壓力傳感器上插上導線插頭。此外還要注意一點的是，如果電壓值大概在1.9V的時候，那么發(fā)動機是處于進行怠速運轉的工作工況；如果電壓值大概在2.0~3.0V的時候，那么發(fā)動機是處于急加速的工作工況。此外，要是線路各項數值都符合正常標準，那么就說明是增壓壓力傳感器故障，對增壓壓力傳感器進行更換。④為了檢查增壓壓力調節(jié)單元的推桿是不是出現卡住滯澀的狀態(tài)，判斷其是否可以以正常的工作狀態(tài)進行移動。這個時候需要讓發(fā)動機以5000r/min的高速工作狀態(tài)下進行快速的運轉，為了達到這種快速運轉的工作狀態(tài)，我們可以對加速踏板進行快速的踩踏，并且進行這一操作的前提是使發(fā)動機處于怠速運轉5min的之后再進行這一系列操作。5.5大眾速騰發(fā)動機渦輪增壓系統(tǒng)故障實例5.5.1故障實例一故障現象：故障車輛為一輛大眾速騰1.4T轎車，該車配置了型號為EA211的發(fā)動機，這款發(fā)動機裝配了渦輪增壓系統(tǒng)。該車的車主在行駛過程中，發(fā)現當車速小于80km/h時，車輛可以正常進行加速工況；但是一旦車速到達80km/h，踩下油門踏板，就出現了加速無力的現象。該車在來進行維修時已經行駛了21.4萬km。故障診斷與排除：第一步，先使用V.A.G1552故障診斷儀對該車的故障進行排查檢驗，點擊進入發(fā)動機控制單元，讀取數據流后發(fā)現有多個故障碼存在。接著清除故障碼，再次讀取數據流，發(fā)現一個故障碼17956，這故障碼的含義是：增壓壓力限制電磁閥N75斷路。繼續(xù)讀取數據流，觀察發(fā)動機怠速時的數據，得到結果：發(fā)動機轉速為800r/min，噴油脈寬為2.5ms，進氣量為3.1g/s，冷卻液溫度是93度。與維修手冊進行對比，發(fā)現該車的各項數據均為正常。將N75導線插頭拔下，將萬用表調節(jié)到歐姆檔，檢測到N75的電阻為30.2Ω，接著與正常電阻值進行比較，發(fā)現電阻顯示正常；然后起動發(fā)動機，將萬用表調節(jié)到電壓檔，對綠/黃色導線上的電壓進行檢測，發(fā)現檢測結果為14V，與正常電壓進行比較，發(fā)現電壓也顯示正常；繼續(xù)對黃/白色導線上的電壓進行檢測，測得結果為OV，發(fā)現結果與正常值不同，電壓出現異常。由此推斷N75的線路存在斷路的可能。仔細觀察N75的線路，察覺黃/白色導線在N75導線插頭根部發(fā)生折斷現象，而N75導線插頭表面的絕緣體沒有受到破壞的跡象，故障位置非常隱秘。將折斷的黃/白色導線進行連接，連接好后開始試車?？汕宄收洗a17956，在車速達到80km/h后可以繼續(xù)正常進行加速，加速能力恢復正常，故障因此得到排除。故障原因分析：如圖5.1所示例，增壓壓力限制電磁閥N75上有3個管口（A、B、C），通過橡膠軟管分別與增壓器壓氣機出口，增壓壓力調節(jié)單元及壓氣機入口相連接。發(fā)動機ECU根據需要以占空比形式給增壓壓力限制電磁閥通電，使加在增壓壓力調節(jié)單元膜片閥上的壓力減小。廢氣旁通閥開度減小，增壓壓力提高，占空比越大增壓壓力也越高。圖5.1增壓壓力限制電磁閥N75的檢測該車在行駛過程中將車速提升到80km/h，踩下油門繼續(xù)進行加速，發(fā)現增壓壓力限制電磁閥N75因為線路故障無法進行工作，低壓通氣端與其他兩個端口無法連結，無法下降施加在增壓壓力調節(jié)單元膜片閥上的壓力，一些廢氣不能通過渦輪直接排出，沒有辦法繼續(xù)提升增壓壓力，廢氣旁通閥開