基本介紹
- 中文名：渦輪增壓器
- 外文名：turbocharger
- 隸屬：工業產品
- 套用：汽車發動機，航空發動機
原理,結構原理,中冷器,葉輪,爆燃感測器,其他,增壓器分類,機械增壓,廢氣渦輪增壓,發展與匹配,注意事項,勿著車就走,勿立即熄火,保持清潔,要進行清洗,注意檢修,故障處理,漏油,有金屬摩擦聲,軸承損壞,保養誤區,設備更換,優點,缺點,相關新聞,
原理
結構原理
首先說說渦輪增壓器的大概結構原理，廢氣渦輪增壓器主要由泵輪和渦輪組成，當然還有其他一些控制元件。泵輪和渦輪由一根軸相連，也就是轉子，發動機排出的廢氣驅動泵輪，泵輪帶動渦輪旋轉，渦輪轉動後給進氣系統增壓。增壓器安裝在發動機的排氣一側，所以增壓器的工作溫度很高，而且增壓器在工作時轉子的轉速非常高，可達到每分鐘十幾萬轉，如此高的轉速和溫度使得常見的機械滾針或滾珠軸承無法為轉子工作，因此渦輪增壓器普遍採用全浮動軸承，由機油來進行潤滑，還有冷卻液為增壓器進行冷卻。以前，渦輪增壓器大都用在柴油發動機上，因為汽油和柴油的燃燒方式不一樣，因此發動機採用渦輪增壓器的形式也有所區別。汽油發動機不同於柴油發動機，它進入氣缸的不是空氣，而是汽油與空氣的混合氣，壓力過大容易爆燃。因此，安裝渦輪增壓器必須要避免爆燃，這裡涉及兩個相關問題，一個是高溫控制，另一個是點火時間控制。
強制性增壓後，汽油機壓縮和燃燒時的溫度和壓力都會增加，爆燃傾向增加。另外，汽油機排氣溫度比柴油機高，而且不宜採用增大氣門重疊角（進、氣排門同時開啟的時間）方式來加強排氣的降溫，降低壓縮比又會造成燃燒不充分。還有，汽油機的轉速比柴油機高，空氣流量變化大，很容易造成渦輪增壓器反應滯後。針對汽油機使用渦輪增壓器出現的一系列問題，工程師有針對性地一一做了改進，使汽油機也能用上廢氣渦輪增壓器。
中冷器
溫度增高，這樣不僅影響充氣效率，還容易產生爆燃。因此要裝置降低進氣溫度的設備，這就是中間冷卻器。它安裝在渦輪增壓器出口與進氣管之間，對進入氣缸的空氣進行冷卻。中間冷卻器就象散熱器，用風冷卻或者水冷卻，空氣的熱量通過冷卻而逸散到大氣中去。據測試，性能良好的中間冷卻器不但可以使發動機壓縮比能保持一定值而不會產生爆燃，同時降低溫度也可提高進氣壓力，進一步提高發動機的有效功率。
葉輪
由於汽油發動機轉速範圍寬，空氣流量變化大，因此渦輪增壓器的壓縮葉輪外形是複雜的三元曲面超薄壁葉輪片，一般有12～30片葉，呈放射線狀曲線排列，葉片厚度在0.5毫米以下，採用鋁材用特殊鑄造法製作。葉片形狀的優劣直接影響到到渦輪增壓發動機的性能。葉輪形狀角度越合理，質量越輕，葉輪的啟動就越靈敏，渦輪增壓器的天生缺陷“反應滯後”也就越小。
爆燃感測器
除了降低溫度來減少爆燃的可能外，還要採用爆燃感測器，它的作用就是在產生爆燃之時，感測器感到不正常的振動會立即將信息反饋至發動機ECU（電子控制單元）控制系統，將點火定時稍推遲一點，不產生爆燃的時候再恢復正常點火定時。
其他
由於轎車汽油機的轉速比柴油機高，空氣流速快而且變化範圍大，因此它的渦輪增壓器有更高的要求。現代轎車發動機已普遍採用電子噴射系統，在電子控制技術及新材料的配合下，渦輪增壓器在汽油機上的套用也會日益普遍。
轎車用的廢氣渦輪增壓器都採用單入口渦輪外殼，也就是說只利用廢氣排氣的壓力能量，不需使用其它的輔助能量。由於轎車發動機的轉速範圍大，因此廢氣渦輪增壓器必須要有調節裝置，以使發動機能在一定轉速範圍內獲得比較恆定的增壓壓力。另外，汽油機是點燃式點火，它的壓縮比是有一定範圍限制的，過高就會引發爆燃。因此，還要有爆燃檢測及控制機構，隨時調整點火提前角。
轎車的廢氣渦輪增壓器一般安裝在排氣管附近，渦輪和葉輪分別裝在渦輪室和增壓器內，二者同軸剛性聯接，同步旋轉。
當不需要增壓時，例如怠速或者有爆燃先兆時，一部分排氣會通過旁通閥泄出而不進入渦輪增壓器。當發動機轉速每分鐘達到2000轉時，電磁閥就會關閉旁通閥讓排氣流指向渦輪一側，使渦輪轉動。另外還有一種設計，就是調節渦輪葉片的角度，通過阻力的改變來調節渦輪的轉速，從而改變增壓量。
對空氣進行冷卻可以使空氣收縮增大密度，在同等容積下塞進更多空氣，還可以防止爆燃。因此轎車的渦輪增壓器都安裝有中間冷卻器，這種中間冷卻器一般用空氣冷卻，安裝在發動機散熱器前面、旁邊或者單獨一個位置，利用汽車迎面氣流或者自身風扇冷卻。
渦輪增壓器的關鍵零件是軸承。這種根據潤滑形式命名的軸承被稱為“全浮式軸承”，工作轉速極高，工作環境惡劣。因此，保證潤滑是非常重要的事情。如果因油壓低導致機油供給緩慢，就會損壞軸承從而導致渦輪增壓器失效。在正常的發動機啟動是不會發生此類故障的，但如果發動機更換機油和機油過濾器後第一次啟動，就會產生機油供給緩慢現象，使軸承缺乏機油潤滑。在這種情況下，啟動後要怠速運轉3分鐘左右，不可直接將轉速提升到渦輪增壓器啟動轉速。同樣，在高速及上坡後也不要使發動機立即停止，要使發動機繼續怠速運行1分鐘左右，使仍繼續空轉的渦輪增壓器軸承不會缺油。因此，使用渦輪增壓器汽車的司機，一定要遵循廠家的指示操作，還要十分注意機油的質量，不宜將渦輪增壓器汽車視同一般汽車進行操作。
增壓器分類
汽車要跑得快，就必須要有強勁的動力。目前汽車的動力系統可粗分為自然進氣系統及增壓進氣系統兩大類。在歐洲跑車中，除了寶馬汽車公司依然堅持使用自然進氣發動機外，其他各汽車公司為了提升車輛的動力性能，紛紛採用增壓系統，例如：賓士跑車使用機械增壓系統，紳寶汽車則為渦輪增壓的開山鼻祖。近年日系汽車也開始大量採用渦輪增壓技術。自然進氣系統沒有安裝任何形式的增壓器，只是利用活塞下行所產生的負壓來吸進混合氣。雖然自然進氣系統通過可變氣門正時系統能夠得到較大的馬力輸出，但動力的提升很有限。為了有效增加發動機的輸出功率，採用增壓系統可說是最有效的方式。
最常見的發動機增壓系統有機械增壓與廢氣渦輪增壓兩種。
機械增壓
發動機以機械方式驅動機械增壓器進行增壓，稱為機械增壓。當發動機採用機械增壓時，通常由發動機曲軸通過齒輪驅動增壓器。增壓器一般採用離心式或羅茨壓氣機，個別的採用螺桿式壓氣機。近年來，在國外也開始採用新型的機械渦旋式增壓器。因為驅動壓氣機消耗了發動機一定的輸出功率，所以機械增壓發動機的熱效率不一定得到改善，有時反而比非增壓內燃機還低些。選擇增壓壓力時，首先要保證能達到所要求的平均有效壓力，其次要獲得儘可能低的燃油消耗率。擔這兩個要求對於機械增壓來說常常是相互矛盾的。如果追求平均有效壓力，則必然導致機械效率降低，燃油消耗率升高。因此，增壓壓力值的選取應在功率和燃油消耗率兩者之間尋求最佳的妥協方案。機械增壓系統目前在歐洲車上用得較普遍。由於機械增壓的增壓機是在曲軸的帶動下持續地運轉，因此不動產生像渦輪增壓的渦輪遲滯現象。機械增壓雖然只能提升約10%20%的動力輸出，但平順連續性是渦輪增壓發動機所不及的。
廢氣渦輪增壓
利用發動機廢氣能量驅動渦輪增壓器，稱為廢氣渦輪增壓（簡稱渦輪增壓），如圖所示是廢氣渦輪增壓系統。廢氣渦輪增壓的特點是在渦輪增壓器和發動機之間沒有機械連線。它們之間靠氣路相通。因為壓氣機消耗的功是渦輪從廢氣中回收的一部分能量，所以渦輪增壓發動機不僅可以增加發動機的功率，而且可以提高其熱效率，降低燃油消耗率。如果在轎車尾部看到Turbo或者T的標識，即表明該車採用的發動機是渦輪增壓的。渦輪增壓器實際上是台空氣壓縮機，它是利用發動機排出的廢氣慣性推動渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪壓縮由空氣濾清器管道送來的空氣，使空氣增壓後進入氣缸。當發動機轉速提高，廢氣排出速度與渦輪轉速也同步提高，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油，相應增加油量和調整一下發動機的轉速，就可以增加發動機的輸出功率。
發展與匹配
渦輪增壓器已經普及到許多類型的汽車上，它彌補了一些自然吸氣式發動機的先天不足，使發動機在不改變排氣量的情況下可以提高輸出功率30%以上。因此許多汽車製造公司都採用這種增壓技術來改進發動機的輸出功率，藉以實現轎車的高性能化。
對增壓器和發動機進行理論計算，選擇合適的增壓器增壓度和發動機的一些參數，鑒於增壓器的工作特點以及發動機最佳匹配的原則，確定合適的匹配參數。國內的增壓器廠家也對增壓器的匹配有過一些研究，介紹了如何合理選用國產增壓器代替已損壞的進口增壓柴油機增壓器的方法，並給出了國內生產的各種渦輪增壓器的技術參考。多種進口機械的增壓柴油機進行了國產增壓器的匹配試驗,，都取得了成功。
注意事項
由於渦輪增壓器經常處於高速、高溫下工作，增壓器廢氣渦輪端的溫度在600℃左右，增壓器轉子以8000－11000r/min 的高速旋轉，因此為了保證增壓器的正常工作，使用中應注意以下幾點：
勿著車就走
發動機發動後，特別是在冬季，應讓其怠速運轉一段時間，以便在增壓器轉子高速運轉之前讓潤滑油充分潤滑軸承。所以剛啟動後千萬不能猛轟油門，以防損壞增壓器油封。
勿立即熄火
發動機長時間高速運轉後，不能立即熄火。發動機工作時，有一部分機油供給渦輪增壓器轉子軸承潤滑和用於冷卻的。正在運行的發動機突然停機後，機油壓力迅速下降為零，增壓器渦輪部分的高溫傳到中間，軸承支承殼內的熱量不能迅速帶走，而同時增壓器轉子仍在慣性作用下高速旋轉，因此，發動機熱機狀態下如果突然停機，會引起渦輪增壓器內滯留的機油過熱而損壞軸承和軸。特別要防止猛轟幾腳油門後突然熄火。
保持清潔
拆卸增壓器時，要保持清潔，各管接頭一定要用清潔的布堵塞好，防止雜物掉進增壓器內，損壞轉子。維修時應注意不要碰撞損壞葉輪，如果需要更換葉輪，應對其做動平衡試驗。重新裝復完畢後，要取出堵塞物。
要進行清洗
由於增壓器經常處於高溫下運轉，它的潤滑油管線因受高溫作用，內部機油容易有部分的結焦，這樣會造成增壓器軸承的潤滑不足而損壞。因此，潤滑油管線在運行一段時間後要進行清洗。
注意檢修
在出車前、收車後，應檢查氣道各管的連線情況，防止鬆動、脫落而造成增壓器失效和空氣短路進入氣缸。
由此可見，發動機經過增壓後，零部件的結構進行了強化，從使用、保養方面講，必須加強發動機的強制保養工作，注意採用正確的操縱方法。
故障處理
渦輪增壓器是用來提高發動機功率和減少廢氣排放的重要機件。由於使用、維護和保養不當，易發生故障，導致發動機不能正常工作。本文就渦輪增壓器常見的一些故障及處理方法介紹如下：
漏油
現象一：機油消耗量大，但排氣煙色正常，動力不降低。
原因：這種情況一般是由於機油滲漏造成的。
處理方法：
1．首先應檢查發動機潤滑系外部油管（包括增壓器進、回油管）是否漏油；
2．檢查增壓器廢氣排出口是否有機油。如有機油，可判定渦輪一端密封環損壞，應更換此密封環。
現象二：機油消耗量大，排氣冒藍煙，但動力不下降。
原因：由於增壓器壓器端漏油，機油通過發動機進氣管進入燃燒室被燒掉所造成的，有以下幾種可能：
1．增壓器回油管不暢通，機油在轉子總成的中間支承處積留過多，沿轉子軸流入壓氣葉輪。
2．靠近壓氣葉輪一端的密封環或甩油環損壞後，機油由此進入葉輪室，然後隨室內增壓後的空氣一同經進所管進入燃燒室。
處理方法：
1．打開壓氣機的出氣口或發動機進氣直管（橡膠軟管），看管口、管壁是否粘附機油。如有，請檢查增壓器回油管是否暢通。如不暢通則是由於中間支承處積油過多引起，應將回油管疏通後裝復。
2．如暢通，則是由於葉輪一端密封環或甩油環損壞所造成，應解體增壓器進行修復。
現象三：機油消耗量大，排氣冒藍煙或黑煙，且動力下降。
原因：
1．活塞與汽缸之間的間隙磨損過大，機油竄入燃燒室而被燒掉。
處理方法：
1．檢查進氣直軟管壁內有無機油、是否被壓扁，使氣流受阻或空濾芯有堵塞現象。
2．如管口和管壁有機油，應清洗或更換空氣濾芯。
有金屬摩擦聲
現象：排氣冒黑煙，功率下降，且增壓器有異響。
原因：
1．如有金屬摩擦聲，是增壓器轉子軸承或止推軸承磨損過多，葉輪與增壓器殼摩擦而產生。
2．如不是金屬摩擦聲，而是氣流聲，則是由於增壓器轉子高速旋轉，產生的旋轉聲音，或是進、排氣接口處由於連線不好產生的漏氣現象。
處理方法：
（1）前者應視磨損情況更換損壞的備件進行修復。
2．後者應認真區分，有針對性的解決。
軸承損壞
現象：增壓器軸承損壞，發動機功率下降，機油消耗高，冒黑煙，嚴重時增壓器不能工作。
原因：
1．潤滑油壓力和流量不足。
a. 增壓器軸頸和止推軸承的潤滑油供應不足；
b. 使轉子軸頸和軸承間保持浮動的潤滑油不足；
c. 增壓器已高速運轉，而潤滑油未及時供給。
2．雜物或泥沙進入潤滑系統。
3．機油氧化變質。
a. 柴機油過熱，從活塞與缸壁間竄過的燃氣過多；
b. 冷卻水漏入機油中；
c. 機油選用不當，以及沒有按規定定期更換機油。
處理方法：
1．檢查潤滑油壓力是否正常，機油量是否符合要求。
2．按規定要求，定期更換潤滑油，並保證潤滑油清潔。
3．嚴格按規定要求，使用潤滑油，不得混用。
4．應避免發動機在高溫情況下工作，保持發動機的正常工作溫度。
保養誤區
誤區一：隨意更換機油
在“喝”機油方面，渦輪增壓器確實比較“嬌氣”，除了量比普通自然吸氣發動機大一些外，對油品的要求也更高。因為渦輪增壓器的設計與自然吸氣發動機不同，其主轉軸採用浮動式設計，渦輪本體和主轉軸之間充滿了機油，整個主轉軸依靠潤滑油來散熱與潤滑，而劣質機油的粘稠度較高，流動性較差，無法較好地發揮作用。建議車主在這方面增加一些投入，給車輛更換全合成機油。
誤區二：到目的地馬上熄火
在發動機長時間高負荷運轉後，車主在關閉發動機之前，一定要怠速運轉幾分鐘，讓機件能有效冷卻並得到潤滑。馬上熄火的用車行為會令車輛經常處於高速空轉狀態，其問題與突然加速一樣，都會傷害到車輛的軸承。
誤區三：一啟動就轟油門
能在短時間內提高速度是渦輪增壓車的一大特點，但是這並非意味著車主可以粗魯地對待愛車，實際上，剛啟動後猛轟油門易損壞增壓器油封。渦輪增壓發動機的轉數很高，啟動車輛後，不能急踩加速踏板，應先怠速運轉3—5分鐘，使機油泵有充足的時間把機油輸送到渦輪增壓器的各個部位，同時機油溫度慢慢上升後，流動性更好，此時提速才會“如魚得水”。
設備更換
我們怎樣更換柴油發電機渦輪增壓器，以及具體的操作步驟是怎么的？
1.清洗髮動機和更換濾芯。將髒油放掉,用70%的柴油加30%的機油加入發動機，啟動發動機運轉3～5min清洗髮動機及油道,然後放掉。再加進適量的機油,運行5～10min後放掉。更換機油濾芯和空氣濾芯，再過濾加入乾淨的潤滑油至油標尺滿刻度,這樣確保發動機潤滑油及油道乾淨清潔。
2.檢查渦輪增壓器。檢查新渦輪增壓器型號是否與發動機相配，用手轉動增壓器轉子應運轉自如,如果葉輪滯轉或有碰擦殼體的感覺,要查明原因後再安裝。
3.檢查壓氣機進氣管路和渦輪前發動機排氣管路是否有雜物,以防雜物打壞葉輪。
4.檢查增壓器進油管和回油管路。增壓器進回油管路要乾淨,進回油管不能扭曲阻塞。如果增壓器進回油口使用密封墊片,檢查墊片是否有腐蝕、變形現象,墊片不能擋住進回油口。
5.預潤滑增壓器。增壓器安裝在發動機上,暫不接入油管,先從增壓器進油口向增壓器內加入乾淨的機油,並用手轉動轉子,使增壓器軸承充滿潤滑油後再連線進油管。
6.試運轉。啟動柴油機,3～4s內增壓器進油口必須顯示出油壓，防止增壓器軸承系統因缺潤滑油而損壞。運行2min,檢查轉子轉動是否平穩無雜音,然後停車,觀察轉子是否可平穩地靠慣性運轉,正常情況下約半分鐘後才停轉。
8.發動機負載運行時,油壓必須在196～392kPa之間才安全，怠速運轉時,油壓應不低於70kPa。
9.渦輪後的排氣背壓和空氣濾清器壓力降均不得超過4.9kPa,空氣濾芯應避免潮濕,因為潮濕濾芯會顯著增加壓力降。
優點
渦輪增壓器有五個主要優點：
渦輪增壓器
渦輪增壓器1、提高發動機升功率。在發動機排量不變的情況下可以通過增加進氣密度，讓發動機可以多噴油，從而提高發動機的功率，加裝增壓器後的發動機的功率及扭矩要增大20%~30%。反之在同樣的功率輸出的要求下可以降低發動機的缸徑，縮小發動機的體積和重量。
2、改善發動機的排放。渦輪增壓器發動機通過改善發動機的燃燒效率，減少發動機廢氣中顆粒物和氮氧化物等有害成分的排量。是柴油發動機達到歐二以上排放標準不可缺少的配置。
3、提供高原補償的功能。部分高海拔地區，海拔越高，空氣越稀薄，帶渦輪增壓器的發動機就可以克服因高原空氣稀薄導致的發動機的功率下降。
4、提高燃油經濟性，降低油耗。由於帶渦輪增壓器的發動機燃燒性能更好，可以節省燃油3%-5%。
5、具有很高的可靠性和良好的匹配特性，高瞬態回響特性。
缺點
渦輪增壓器的缺點是滯後，即由於葉輪的慣性作用對油門驟時變化反應遲緩，使發動機延遲增加或減少輸出功率，這對於要突然加速或超車的汽車而言，瞬間會有點提不上勁的感覺。
相關新聞
假冒增壓器一直是困擾康明斯發電機廠家渦輪增壓技術多年的問題，其規模巨大並已蔓延到全球其他一些市場。它往往以低廉的價格吸引消費者，但其卻潛藏巨大的危險，許多客戶卻並未意識。假冒偽劣產品可能出現壓葉輪爆裂，嚴重的還會殼體開裂，碎片飛濺，甚至噴油起火。飛濺的碎片可能損壞發動機、穿透車體、傷及路人、擊穿油管引起火災，威脅生命!
面對假冒產品，康明斯發電機廠家渦輪增壓技術從未間斷與其所作的鬥爭，通過各種有效的途徑維護自身權益，反擊挑戰。回顧康明斯發電機廠家渦輪增壓技術的打假歷程，每一步都是其向假冒產品發起的堅定回擊。
2011年5月底，山東濟南一銷售假冒霍爾塞特增壓器的商戶被判侵權行為，並支付賠償金5萬元。該假冒零售店於2010年被律師發現其銷售假冒霍爾塞特增壓器，行為嚴重侵犯了康明斯發電機廠家渦輪增壓技術的註冊商標專用權。
2010年5月2日，康明斯發電機廠家渦輪增壓技術在2006年的一起訴告無錫某增壓器廠侵犯霍爾塞特商標，銷售假冒增壓器，並取得勝利的案件被選為"全市十起智慧財產權典型案件"，在"無錫日報"進行了相關報導。
2009年7月1日和2010年1月12日，分別在天津發現兩家假冒增壓器經銷點，沒收並查處假冒的霍爾塞特品牌渦輪增壓器及其零配件。2008年12月18日，無錫康明斯發電機廠家渦輪增壓技術聯合濟南市工商局在當地開展了一次打假活動，查獲了百餘台仿冒偽劣增壓器，其中仿冒霍爾塞特品牌的增壓器51台。
2008年7月，康明斯發電機廠家渦輪增壓技術授權的專業打假機構聯合鄭州市工商局在當地查處了一家販賣假冒渦輪增壓器的商戶，沒收假冒霍爾塞特增壓器32台。
憑藉堅定的決心和行政執法部門的大力支持，康明斯發電機廠家渦輪增壓技術的打假之戰將繼續進行，通過與假冒商販的不斷鬥爭維護正牌產品和合法權益，並幫助建立和維護良好的市場經濟秩序!
鳳城是全國三大汽車發動機渦輪增壓器生產基地之一，鳳城的增壓器產能，占到了全國的25%。在2010年，經遼寧省科技廳批准，鳳城市在國內率先建立起惟一的省級汽車增壓器產業技術創新戰略聯盟，旨在推進鳳城增壓器產業電子商務在全國的影響力。全市目前有25家企業與10家著名高校和科研機構建立聯合攻關產業技術聯盟，進一步提升了產業技術創新的能力，並成功實現產業的升級，使鳳城的增壓器行業，從勞動密集型，成功的跨入了科技型。2012年，鳳城市增壓器產業總產值達82億元。目前，鳳城市增壓器產業集群工業地產項目二期的檢驗檢測公共服務平台已經通過了國家的驗收，正已全力投入建設，新建的增壓器與內燃機匹配試驗工作也已經啟動，這一系列的動作都預示著，未來的增壓器行業將全面進入科技、創新、網路銷售的新階段。
