渦輪增壓系統

渦輪增壓是一種車用內燃機或航空用發動機用來增加進氣量的技術。與機械增壓器相比，兩者都可增加進入發動機的進氣量，從而提高其效率。

基本介紹

• 中文名：渦輪增壓系統

增壓類型

機械增壓系統

這個裝置安裝在發動機上並由皮帶與發動機曲軸相連線，從發動機輸出軸獲得動力來驅動增壓器的轉子旋轉，從而將空氣增壓吹到進氣歧管里。其優點是壓氣面轉速和發動機直接相關，因此沒有滯後現象，動力輸出非常流暢。但是由於裝在發動機轉動軸裡面，因此還是消耗了部分動力，增壓出來的效果並不高。

氣波增壓系統

利用高壓廢氣的脈衝氣波迫使空氣壓縮。這種系統增壓性能好、加速性好但是整個裝置比較笨重，不太適合安裝在體積較小的轎車裡面。

廢氣渦輪增壓系統

這就是我們平時最常見的渦輪增壓裝置了，增壓器與發動機無任何機械聯繫，實際上是一種空氣壓縮機，通過壓縮空氣來增加進氣量。它是利用發動機排出的廢氣慣性衝力來推動渦輪室內的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，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。

當發動機轉速增快，廢氣排出速度與渦輪轉速也同步增快，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，相應增加燃料量就可以增加發動機的輸出功率。一般而言，加裝廢氣渦輪增壓器後的發動機功率及扭矩要增大20%—30%。但是廢氣渦輪增壓器技術也有其必須注意的地方，那就是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。

複合增壓系統

即廢氣渦輪增壓和機械增壓並用，機械增壓有助於低轉速時的扭力輸出，但是高轉速時功率輸出有限；而廢氣渦輪增壓在高轉速時擁有強大的功率輸出，但低轉速時則力不從心。發動機的設計師們於是就構想把機械增壓和渦輪增壓結合在一起，來解決兩種技術各自的不足，同時解決低速扭矩和高速功率輸出的問題。這種裝置在大功率柴油機上採用比較多，汽油機上採用雙增壓系統（複合增壓系統）的車型還比較少，大眾的1.4 TSI發動機（這款發動機兼顧了低速扭力輸出和高速功率輸出。在低轉速時，由機械增壓提供大部分的增壓壓力，在1 500r/min時，兩個增壓器同時提供增壓壓力。隨著轉速的提高，渦輪增壓器能使發動機獲得更大的功率，與此同時，機械增壓器的增壓壓力逐漸降低。機械增壓通過電磁離合器控制，它與水泵集合在一起。在轉速超過3500r/min時，由渦輪增壓器提供所有的增壓壓力，此時機械增壓器在電磁離合器的作用下完全與發動機分離，防止消耗發動機功率）採用了這一系統。其發動機輸出功率大、燃油消耗率低、噪聲小，只是結構太複雜，技術含量高，維修保養不容易，因此很難普及。

優缺點

渦輪增壓能夠提升發動機的動力缺點是動力輸出反應滯後。隨著技術的進步，雖然各個使用渦輪增壓的廠家都在對渦輪增壓技術進行改進，但是由於設計原理問題，因此安裝了渦輪增壓器的汽車駕駛起來的感覺是和大排量的汽車有一定差異的。

使用常識

工作環境

渦輪增壓器是利用發動機排出的廢氣驅動渦輪，它再怎么先進還是一套機械裝置，由於它工作的環境經常處於高速、高溫下工作，增壓器廢氣渦輪端的溫度在600度以上，增壓器的轉速也非常高，因此為了保證增壓器的正常工作，對它的正確使用和維護十分重要。主要我們要遵循以下的方法：

保養方法

1、汽車發動機啟動之後，不能急踩加速踏板，應先怠速運轉三分鐘，這是為了使機油溫度升高，流動性能變好，從而使渦輪增壓器得到充分潤滑，然後才能提高發動機轉速，起步行駛，這點在冬天顯得尤為重要，至少需要熱車5分鐘以上。

2、發動機長時間高速運轉後，不能立即熄火。原因是發動機工作時，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，機油潤滑會中斷，渦輪增壓器內部的熱量也無法被機油帶走，這時增壓器渦輪部分的高溫會傳到中間，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。這樣就會造成渦輪增壓器轉軸與軸套之間“咬死”而損壞軸承和軸。此外發動機突然熄火後，此時排氣歧管的溫度很高，其熱量就會被吸收到渦輪增壓器殼體上，將停留在增壓器內部的機油熬成積炭。當這種積炭越積越多時就會阻塞進油口，導致軸套缺油，加速渦輪轉軸與軸套之間的磨損。因此發動機熄火前應怠速運轉三分鐘左右，使渦輪增壓器轉子轉速下降。此外值得注意的就是渦輪增壓發動機同樣不適宜長時間怠速運轉，一般應該保持在10分鐘之內。

3、選擇機油的時候一定要注意。由於渦輪增壓器的作用，使進入燃燒室的空氣品質與體積有大幅度的提高，發動機結構更緊湊、更合理，較高的壓縮比，使發動機的工作強度更高。機械加工精度也更高，裝配技術要求更嚴格。所有這些都決定了渦輪增壓發動機的高溫、高轉速、大功率、大扭矩、低排放的工作特點。同時也就決定了發動機的內部零部件要承受較高的溫度及更大的撞擊、擠壓和剪下力的工作條件。所以在選用渦輪增壓轎車車用機油時，就要考慮到它的特殊性，所使用的機油必須抗磨性好，耐高溫，建立潤滑油膜快，油膜強度高和穩定性好。而合成機油或半合成機油恰好可以滿足這一要求，所以機油除了最好使用原廠規定機油外還可以選用合成機油、半合成機油等高品質潤滑油。

4、發動機機油和濾清器必須保持清潔，防止雜質進入，因為渦輪增壓器的轉軸與軸套之間配合間隙很小，如果機油潤滑能力下降，就會造成渦輪增壓器的過早報廢。

5、需要按時清潔空氣濾清器，防止灰塵等雜質進入高速旋轉的壓氣葉輪，造成轉速不穩或軸套和密封件加劇磨損。

6、需要經常檢查渦輪增壓器的密封環是否密封。因為如果密封環沒有密封住，那么廢氣會通過密封環進入發動機潤滑系統，將機油變髒，並使曲軸箱壓力迅速升高，此外發動機低速運轉時機油也會通過密封環從排氣管排出或進入燃燒室燃燒，從而造成機油的過度消耗產生“燒機油”的情況。

7、渦輪增壓器要經常檢查有沒有異響或者不尋常的震動，潤滑油管和接頭有沒有滲漏。

8、渦輪增壓器轉子軸承精密度很高，維修及安裝時的工作環境要求很嚴格，因此當增壓器出現故障或損壞時應到指定的維修站進行維修，而不是到普通的修理店。

9、要保持空氣濾清器的清潔，與普通發動機相比，渦輪增壓發動機對清潔的要求更高。因為若雜質進入壓氣葉輪，會造成轉速不穩或軸套和密封件加劇磨損。

10、發動機機油保持清潔，渦輪增壓發動機對機油的要求也比較高，必須保持清潔。另外如果機油變質要及時更換。否則機油的潤滑能力下降，會造成增壓器軸承的潤滑不足而損壞，增加保養成本，甚至造成渦輪增壓器的過早報廢。

11、著車就走和立即熄火對渦輪增壓發動機都不好，發動機發動後最好怠速運轉一陣，使潤滑油充分潤滑軸承，對發動機起到很好的保護作用。另外，發動機長時間高速運轉後，應怠速運轉3-5分鐘再熄火，否則，會引起渦輪增壓器內滯留的機油過熱而損壞軸承和軸。

冷卻系統

中冷器是增壓系統的一部分。當空氣被高比例壓縮後會產很高的生熱量，從而使空氣膨脹密度降低，而同時也會使發動機溫度過高造成損壞。為了得到更高的容積效率，需要在注入氣缸之前對高溫空氣進行冷卻。這就需要加裝一個散熱器，原理類似於水箱散熱器，將高溫高壓空氣分散到許多細小的管道里，而管道外有常溫空氣高速流過，從而達到降溫目的（可以將氣體溫度從150℃降到50℃左右）。由於這個散熱器位於發動機和渦輪增壓器之間，所以又稱作中間冷卻器，簡稱中冷器。

原理介紹

我們希望用以下簡單的步驟讓你明白渦輪增壓的工作順序，從而便能清楚了解渦輪增壓系統的工作原理。

一，發動機排出的廢氣，推動渦輪排氣端的渦輪葉輪(Turbine Wheel)②，並使之旋轉。由此便能帶動與之相連的另一側的壓氣機葉輪(Turbine Wheel) ③也同時轉動。

二，壓氣機葉輪把空氣從進風口強制吸進，並經葉片的旋轉壓縮後，再進入管徑越來越小的壓縮通道作二次壓縮，這些經壓縮的空氣被注入氣缸內燃燒。

三，有的發動機設有中冷器，以此降低被壓縮空氣的溫度、提高密度，防止發動機產生爆震。

四，被壓縮(並被冷卻後)的空氣經進氣管進入氣缸，參與燃燒做功。

五，燃燒後的廢氣從排氣管排出，進入渦輪，再重複以上(一)的動作。

組成

渦輪增壓器

渦輪增壓器本體是渦輪增壓系統中最重要的部件，也就是我們一般所說的“蝸牛”或“螺仔”。因渦輪的外形與蝸牛背上的殼或海產攤內的海螺十分近似而得名。

渦輪增壓器本體是提高容積效率的核心部件，其基本結構分為：進氣端、排氣端和中間的連線部分。

其中進氣端包括壓氣機殼體(Compressor Housing，包括壓氣機進風口(Compressor Inlet)、壓氣機出風口(Compressor Discharge)、壓氣機葉輪(Compressor Wheel)。

而排氣端包括渦輪殼體(Turbine Housing，其中包括渦輪進風口(Turbine Inlet)、渦輪出風口(TurbineDischarge)、渦輪葉輪(Turbine Wheel)。

在兩個殼體間負責連線兩者的，還有一個軸承室(CenterHousing)，安裝有負責連線並承托起壓氣機葉輪、渦輪葉輪，應付上萬轉速的渦輪軸(Shaft)，以及與之對應的機油入口(Oil Inlet)、機油出口(OilOutlet)等(甚至包括水入口和出口)。

“高溫”是渦輪增壓器運作時面臨的最大考驗。渦輪運轉時，首先接觸的便是由引擎排出的高溫廢氣(第一熱源)，其推動渦輪葉輪並帶動了另一側的壓氣機葉輪同步運轉。整個葉片輪軸的轉速動輒120000-160000r/min。所以渦輪軸高速轉動所產生的熱量非常驚人(第二熱源)，再加上空氣經壓氣機葉輪壓縮後所提高的溫度(第三熱源)，這三者成為渦輪增壓器最最嚴峻的高溫負擔。渦輪增壓器成為一個集高溫原件於一體的獨立工作系統。所以“散熱”對於渦輪增壓器非常重要。渦輪本體內部有專門的機油道(散熱及潤滑)，有不少更同時設計有機油道以及水道，通過油冷及水冷雙重散熱，降低增壓器溫度。

渦輪軸

渦輪軸(Bearing)看起來只是簡單的一根金屬管，但實際上它是一個肩負120000-160000r/min 轉動及超高溫的精密零件。其精細的加工工差、精深的材料運用和處理正是所有渦輪廠最為核心的技術。傳統的渦輪軸使用波司軸承(Bushing Bearing)結構。它確實只是一根金屬管，其完全倚仗高壓進入軸承室的機油實現承托散熱，因此才能高速地轉動。

而新近出現的滾珠軸承(Ball Bearing)逐漸成為渦輪軸發展的趨勢。顧名思義，滾珠軸承就是在渦輪軸上安裝滾珠，取代機油成為軸承。滾珠軸承有眾多好處：摩擦力更小，因此將有更好的渦輪回響(可減少渦輪遲滯)，並對動力的極限榨取更有利;它對渦輪軸的轉動動態控制更穩定(傳統的是靠機油做軸承，行程漂浮);對機油壓力和品質的要求相對可以降低，間接提高了渦輪的使用壽命。但其缺點是耐用性不如傳統的波司軸承，大約7 萬-8 萬公里就到壽命極限，且不易維修、維修費昂貴。因此重視耐久性的渦輪製造廠( 如KKK) 就不會推出此型式渦輪。

渦輪葉輪

渦輪葉輪的葉片型式，可分為“水車式” 葉片(外形是直片設計，讓廢氣衝撞而產生迴旋力量，直接與迴轉運動結合)，及“風車式”葉片(外形為彎曲型葉片設計，除了利用衝撞的力量以外，還能有效利用氣流進入葉片與葉片之間，獲取廢氣膨脹能量)。渦輪葉輪的輪徑及葉片數會影響功率線性，理論上來說，葉片數愈少，低速回響較差，但高速時的爆發力與持續力卻不是多葉片可比擬的。

壓氣機葉輪

葉片是渦輪的動力來源。但壓氣機葉輪及渦輪葉輪各有不同的功用，因此葉片外形當然也不一樣。壓氣機葉輪基本上是把如何將空氣有效率地推擠入壓縮氣道視為首要任務，然後再加以決定其形狀。

一般原廠渦輪的壓氣機葉輪(Compressor Wheel) 都使用全葉片的設計，即葉片是整片從頂端到末端的設計。而為了增加吸入空氣的通路面積，提升高速迴轉時的效率，目前已出現了許多在全葉片旁穿插安裝半塊葉片的葉輪(此種設計多出現在改裝品上)。