渦輪增壓器的工作原理

渦輪增壓是一種利用內燃機產生的廢氣驅動空氣壓縮機的技術。

渦輪增壓器其實就是一個空氣壓縮機，通過壓縮空氣來增加進氣量。渦輪增壓器利用發動機排出廢氣的慣性沖力推動渦輪室內的渦輪，渦輪帶動同軸葉輪對空氣濾清器管路送入氣缸的空氣加壓。

當發動機轉速增加時，廢氣排出速度與渦輪轉速同步增加，葉輪將更多的空氣壓縮到氣缸中。隨著空氣壓力和密度的增加，可以燃燒更多的燃油，相應增加燃油量，調節發動機轉速，增加發動機的輸出功率。

渦輪增壓器的功能

渦輪增壓的主要作用是增加發動機的進氣量，從而提高發動機的功率和扭矩，使汽車更具動力。發動機加裝渦輪增壓器后，最大功率可以比沒有渦輪增壓器時提高40%甚至更高。這意味著同樣的發動機經過增壓后可以輸出更大的功率。以我們最常見的1.8T渦輪增壓發動機為例。增壓后動力可以達到2.4L發動機的水平，但油耗并不比1.8L發動機高多少。另一方面是提高燃油經濟性，減少尾氣排放。

渦輪增壓器的組成

廢氣渦輪增壓器主要由泵輪和渦輪通過轉子連接而成。你可能覺得渦輪增壓器很復雜，其實不然。渦輪增壓器主要由渦輪室和增壓器組成。有轉子、密封系統、潤滑系統、旁通閥機構等。

簡單的渦輪增壓器原理

簡單來說，渦輪增壓器與發動機的排氣歧管相連。氣缸排出的廢氣驅動渦輪旋轉，類似于燃氣輪機。渦輪軸與安裝在空氣過濾器和吸入管之間的壓縮機相連。壓縮機空氣被壓縮進入氣缸，從氣缸排出的廢氣流經渦輪葉片，使渦輪旋轉。流經葉片的廢氣越多，渦輪旋轉得越快。

在與渦輪相連的軸的另一端，壓縮機將空氣吸入氣缸。壓縮機就是離心泵，它把葉片中心的空氣吸進去，旋轉的時候把空氣甩出去。

渦輪增壓工作過程

希望以下簡單的步驟可以幫助你了解渦輪增壓的工作順序，讓你清楚的了解渦輪增壓系統的工作原理。渦輪增壓的工作過程如下

首先，發動機排出的廢氣推動渦輪排氣端的渦輪葉輪旋轉。因此，與其連接的另一側的壓縮機葉輪可以同時被驅動旋轉。

第二，壓縮機葉輪從進氣口強行吸入空氣。葉片旋轉壓縮后，進入直徑越來越小的壓縮通道進行二次壓縮，壓縮空氣噴入氣缸燃燒。

第三，有些發動機裝有中冷器，以降低壓縮空氣的溫度，增加密度，防止發動機爆震。

4.被壓縮(和冷卻)的空氣通過進氣管進入氣缸參與燃燒做功。

第五，燃燒后的廢氣從排氣管排出，進入渦輪，然后重復上述(1)動作。這就是渦輪增壓的工作原理。

復合渦輪增壓器原理

發動機排出的廢氣驅動泵輪，泵輪帶動渦輪旋轉，渦輪旋轉給進氣系統增壓。增壓器安裝在發動機的排氣側，所以增壓器的工作溫度很高，增壓器的轉子轉速很高，可以達到每分鐘10萬轉以上。如此高的轉速和溫度使得普通的機械滾針或滾珠軸承無法為轉子工作，所以渦輪增壓器一般采用全浮動軸承，采用油潤滑，冷卻液冷卻。以前大部分柴油發動機使用渦輪增壓器，現在部分汽油發動機也使用渦輪增壓器。因為汽油和柴油的燃燒方式不同，所以發動機使用的渦輪增壓器也不同。

發動機渦輪增壓器原理

汽油發動機不同于柴油發動機。不是空氣，而是汽油和空氣的混合物進入氣缸。壓力過大容易爆燃。

強制增壓后，汽油機在壓縮和燃燒過程中溫度和壓力都會升高，爆燃的傾向也會增大。

另外，汽油機的排氣溫度高于柴油機，不宜通過增加氣門重疊角(進氣門和排氣門同時開啟的時間)來加強排氣溫度。降低壓縮比會導致燃燒不充分。另外，汽油機轉速高于柴油機，空氣流量變化大，容易導致渦輪增壓器響應滯后。

針對汽油機使用渦輪增壓器的一系列問題，工程師們進行了針對性的改進，增加了以下部件，使汽油機也可以使用廢氣渦輪增壓器。

空氣冷卻器

溫度的升高不僅影響充氣效率，還容易導致爆燃。所以需要安裝一個降低進氣溫度的裝置，就是中冷器。它安裝在渦輪增壓器的出口和進氣管之間，用來冷卻進入氣缸的空氣。中間冷卻器就像一個散熱器。它被風或水冷卻，空氣的熱量通過冷卻消散到大氣中。據測試，性能良好的中冷器不僅能使發動機的壓縮比保持在一定值而不爆燃，還能降低溫度以增加進氣壓力，進一步提高發動機的有效功率。

葉輪

由于汽油機轉速范圍寬，空氣流量變化大，渦輪增壓器壓氣機葉輪是一種復雜的三維曲面超薄壁葉輪葉片，一般由12 ~ 30片葉片按徑向曲線排列而成，葉片厚度小于0.5mm，采用特殊鑄造方法由鋁制成。葉片的形狀直接影響渦輪增壓發動機的性能。葉輪的形狀和角度越合理，重量越輕，葉輪的啟動越靈敏，渦輪增壓器的自然缺陷“反應滯后”越小。

爆燃傳感器

除了降低溫度以減少爆燃的可能性之外，還應該使用爆燃傳感器。其作用是當爆燃發生時，傳感器會立即將信息反饋給發動機ECU控制系統，稍微延遲點火正時，在爆燃未發生時恢復正常點火正時。

由于汽車汽油機的轉速高于柴油機，空氣流速快，變化范圍大，所以對其渦輪增壓器的要求較高。電控噴射系統已廣泛應用于現代汽車發動機中。隨著電子控制技術和新材料的配合，渦輪增壓器在汽油機上的應用將會越來越普遍。汽車維修技術網

汽車上使用的廢氣渦輪增壓器都是采用單進氣渦輪殼體，也就是說只利用了廢氣的壓力能，沒有其他輔助能量。由于發動機轉速范圍較寬，廢氣渦輪增壓器必須有調節裝置，使發動機在一定的發動機轉速范圍內獲得相對恒定的增壓壓力。另外汽油機是點火的，其壓縮比是有限的。過高會引起爆燃。因此，需要有爆燃檢測和控制機構，隨時調整點火提前角。

一般汽車的廢氣渦輪增壓器一般安裝在排氣管附近，渦輪和葉輪分別安裝在渦輪室和渦輪增壓器內，兩者同軸剛性連接，同步旋轉。

柴油機渦輪增壓調節裝置

控制

目前渦輪增壓器的調節裝置大多在排氣側進行調節。當不需要增壓時，如怠速或爆燃時，部分廢氣會通過旁通閥排出，而不是進入渦輪增壓器。當發動機轉速達到1800 rpm時，電磁閥將關閉旁通閥，并將廢氣流引導至渦輪的一側。

冷卻空氣可以使空氣收縮并增加其密度，將更多的空氣塞入相同的體積中，并防止爆燃。所以汽車的渦輪增壓器都裝有中冷器，中冷器一般采用空氣冷卻，安裝在發動機散熱器的前面、旁邊或單獨的位置，由汽車迎面而來的氣流或自身風扇冷卻。

軸承

渦輪增壓器的關鍵部件是軸承。這種以潤滑命名的軸承被稱為“全浮動軸承”，工作速度極高，工作環境惡劣。因此，保證潤滑非常重要。如果由于油壓低導致供油緩慢，軸承將會損壞，渦輪增壓器將會出現故障。這種故障在發動機正常啟動時不會出現，但如果更換機油和機油濾清器后第一次啟動發動機，供油緩慢，軸承缺油潤滑。這種情況下，啟動后需要怠速運轉3分鐘左右，不允許直接將轉速提高到渦輪增壓器的啟動轉速。同樣，高速上坡后也不要馬上關發動機。讓發動機怠速運轉1分鐘左右，讓還在怠速運轉的渦輪增壓器軸承不會缺油。所以使用渦輪增壓車的司機，一定要按照廠家的說明，非常注意油品的質量。把渦輪增壓車當成普通車是不可取的。

使用帶渦輪增壓器發動機的注意事項

根據渦輪增壓器的工作原理，使用帶渦輪增壓器的發動機時應注意一些問題：

1.發動機啟動后，應怠速運轉一段時間，使潤滑油達到一定的工作溫度和壓力，避免負荷突然增大時加速軸承磨損甚至卡澀。

2.車輛停車時，由于增壓器轉子轉動有一定的慣性，不要馬上關閉發動機，而是怠速運轉一段時間，這樣增壓器轉子的溫度和轉速會逐漸降低。立即關閉發動機會使機油失壓，轉子在慣性旋轉時會因潤滑不足而損壞。

3.經常檢查油量，以避免軸承故障和旋轉部件因缺油而卡住。

4.定期更換機油和機器過濾器。由于全浮動軸承對潤滑油的要求較高，應使用廠家指定的品牌油。

5.定期清潔和更換空氣過濾器。過濾污濁空氣會增加進氣阻力，降低發動機功率。

6.務必檢查進氣系統的密封性。漏氣會導致灰塵被吸入增壓器和發動機，損壞增壓器和發動機。

7.由于渦輪增壓器轉子軸承的高精度，在維修和安裝過程中對工作環境有嚴格的要求。當渦輪增壓器出現故障或損壞時，應在指定的維修站進行維修。