涡轮增压器介绍

涡 轮 增 压 器 介 绍 主要内容：一、涡轮增压器的功能二、涡轮增压器工作原理和结构三、涡轮增压新技术四、涡轮增压器的主要供应商介绍五、行业标准六、失效模式及原因分析 一、涡轮增压器的功能涡轮增压器是现有技术下唯一能使发动机在“工作效率不变”的情况下增加“输出功率”的机械装置。涡轮增压器一般安装在发动机的排气侧 。涡轮增压技术就是采用专门的压气机将气体在进入气缸前预先进行压缩，提高进入气缸的气体密度，减小气体的体积，这样，在单位体积里，气体的质量就大大增加了，这样就可以再有限的汽缸容积内喷入更多的燃油进行燃烧，从而达到提高发动机功率的目的。 二、涡轮增压器的工作原理和结构 针对自然进气（NA）引擎在高转速区域会出现进气效率低落的问题，从最基本的关键点着手，也就是想办法提升进气歧管内的空气压力，以克服气门干涉阻力，虽然进气歧管、气门、凸轮轴的尺寸不变，但由于进气压力增加的结果，让每次气门开启时间内能挤入燃烧室的空气增加了，因此喷油量也能相对增加，让引擎的工作能量比增压之前更为强大，这就是增压（Charge）的基本原理。 增压器主要有三种:机械增压器,涡轮增压器,气波增压器。现今运用在汽车的增压系统有两大主流：机械增压（Super Charge）、涡轮增（TurboCharge）。 机械增压器采用皮带与引擎曲轴皮带盘连接，利用引擎转速来带动机械增压器内部叶片，以产生增压空气送入引擎进气歧管内，整体结构相当简单，工作温度界于70 -100，不同于涡轮增压器靠引擎排放的废气驱动，必须接触400 -900的高温废气。由于机械增压器采用皮带驱动的特性，因此增压器内部叶片转速与引擎转速是完全同步的。 涡轮增压的工作原理 涡轮增压由废气推动的涡轮机、压缩进入汽缸空气的压缩机以及中间部分组成。 涡轮增压器利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的压缩机的叶轮，压缩机叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快(当加速的时候)，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，压缩机的叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，这样就可以增加发动机的输出功率了。一般能使发动机增加输出功率在10%到40%左右。 压气机的结构如下。空滤后的新鲜空气从进气口进入，经过压气机叶轮的压缩后从出气后排出进入中冷器和进气歧管。 涡轮机的结构如下。发动机排出的高压燃气从涡轮进气口进入，推动涡轮旋转，然后低压燃气从涡轮排气口排出进入整车尾气处理系统。 旁通阀机构 润滑系统的作用： 1.冷却来自涡轮工作的热量2.向轴承系统提供润滑油 3.为转子动平衡提供润滑油 增压器转子动平衡:涡轮与轴总成、压气机叶轮应进行单件动平衡 。 动平衡的目的：1.延长轴承的寿命。 2.减少振动。3.减少噪声。4.减少功率损失。5.减少转子的负荷。 1、可变增压涡轮叶片几何技术当发动机转速较低时，由于排气的流量较小，不容易推动涡轮叶片。这时可变涡轮几何系统中装在和涡轮叶片平行位置并且围绕它的那几片可变导流板的角度就会变小(如左图)。这样可以使气流通过的空间缩小，加大流速，更容易推动叶片。在转速高的时候 气体流量充足，这个时候可变导流板的角度会变大（如右图），让涡轮获得最大增压值。三. 涡轮增压新技术： 2、涡轮增压中冷技术 涡轮增压可以提高空气的密度，空气密度的提高必然会使空气温度也同时增高，发动机涡轮增压器的出风口温度也会随着压力增大而升高，温度提高反过来会限制空气密度的提高，要进一步提高空气密度就要降低增压空气的温度。中间冷却技术不是一项简单的技术，过热无效果白费工夫，过冷在进气管中形成冷凝水会弄巧成拙。因此要将中冷器和涡轮增压器进行精确的匹配，使得压缩空气达到要求的冷却温度。 中冷将给增压发动机带来以下好处：1.排放物： A 由于燃烧温度低，减少了NOx的排放。 B由于燃烧完全，降低了CO的排放。2.发动机： A 较低的热负荷。 B 较低的气缸压力。 C 更大的功率。 D 低的燃油消耗率。 3、双涡轮增压技术 在讨论双涡轮增压技术前，我们先了解一个涡轮增压遇到的不利现象“迟滞现象”。当驾驶员踩油门踏板，发动机转速发生改变。由于涡轮机和压缩机有惯性，不能及时跟上这个速度的变化，这个现象称为“迟滞现象”。“迟滞现象”使发动机延迟增加或减少输出功率。这样如果你越急加速，就会感觉发动机越使不上劲。使用双涡轮增压，就是采用2个相互独立的涡轮增压器的增压系统。当发动机在2个涡轮增压器的共同作用时，进气效率大幅提升，增压效果更加显著，动力性得到很大提升。另一方面，在发动机转速较低时，只有一个低速涡轮工作，这时较少的排气即可驱动这只涡轮高速旋转以产生足够的进气压力，当发动机转速提升以后，高速涡轮工作继续进入高增压值的状态，提供一个连贯的强劲动力。这样双涡轮增压技术在提高发动机动力性的同时，可以改善涡轮增压的“迟滞现象”。但是，双涡轮增压发动机并不能完全消除“涡轮迟滞”现象，毕竟，涡轮增压 器叶轮的惯性作用依然存在。在实际使用中，双涡轮增压发动机通常都装备在直列6缸或V型等排量较大的发动机上。 两级增压技术 4、涡轮增压 机械增压技术 由于涡轮增压系统和机械增压系统分别拥有各自的优势和劣势，因此，由涡轮增压器和机械增压器共同组成的双增压系统发动机同时具备了涡轮增压系统和机械增压系统的双重技术优势，并且使整合在一起的这两种不同型式的增压系统实现了优势互补。 发动机在较低转速下运行时，由机械增压器提供绝大部分的增压压力，发动机输出功率的增加主要来自于机械增压系统，此时涡轮增压器由于“涡轮迟滞”增压效果并不明显。待发动机转速上升到1 500 r/min左右时，涡轮增压器的增压效果开始增强，并与机械增压器共同为发动机功率的增加提供所需的增压压力。随着转速的不断提高，涡轮增压器的增压效果也在不断增强，与此同时，机械增压器的增压效果开始逐渐减弱。当发动机转速超过3 000 -4000r/min时，由涡轮增压器提供全部的增压压力，发动机输出功率的增加全部来自于涡轮增压系统，此时机械增压器已经停止工作，以防止消耗发动机功率。应该说，双增压系统发动机很好地解决了机械增压系统燃油经济性较差和涡轮增压系统在低转速时容易产生“涡轮迟滞”现象的问题，但是，由于双增压系统结构复杂，不易与发动机匹配，对于发动机零部件的制造要求也较高，因此，目前只在个 别车型上实现了应用。 增压器的试验项目 a）型式试验项目： 1）压气机性能； 2）200h热循环； 3）止推轴承评定； 4）密封性评定； 5）最高转速、最高温度； 6）壳体包容性评定。 b）出厂试验：采用热吹或自循环的实验方式，在规定转速和涡轮进口温度下，检测增压器运转状态、密封状态及某一工况点的性能指标。 四、涡轮增压器的主要供应商介绍1.Honeywell 全球总部：新泽西州莫里斯顿，2004年销售额256亿美元。在全球95个国家拥有12万员工。盖瑞特增压器历史: 1936: Cliff Garrett 最早成立了Garrett (盖瑞特) 公司 全球总部: 美国加州, Torrance 2004年销售额: 约24亿美元 全球有13个工厂 15个国家共6500名员工 全球市场份额约50% 一个领导的品牌: Garrett 中国工厂 2. BorgWarner 博格华纳的总部位于美国密歇根州的奥本山，为全球主要汽车生产商提供先进的动力系统解决方案，是这个领域中公认的领袖。致力于设计和制造高技术的产品来提高汽车引擎系统、传动系统和四轮驱动系统的性能。博格华纳在全球17个国家建立了62个制造和技术基地为世界各地的客户提供服务。公司在北京通州工业区、上海虹桥开发区、宁波鄞州工业园区三地设有工厂和办事处。 宁波天力宁波天力是专业生产车用涡轮增压器的企业，依托北方天力由宁波中策动力机电集团与中国北方发动机研究所等共同组建而成，公司工200余人，拥有一批从事涡轮增压技术研究的高级工程师。经过近几年的发展现在已经具备年产20万台的能力，并且计划扩产至年产30万台。该公司产品已经全面进入国三市场，主要的供应商有东风朝柴、昆明云内、安徽江淮、常柴等。目前宁波天力在VNT上面有所突破，所属产品JK48供昆明云内的D19柴油机，江淮生产的柴油版瑞鹰就使用该型号产品，现阶段宁波天力的增压器已经批量供江淮2.8L柴油发动机。 五、标准 QC/T 590 汽车柴油机涡轮增压器技术条件 QC/T 591 汽车柴油机涡轮增压器试验方法 六、失效模式及原因分析一：漏油是一种常见的故障现象,如果及时发现并排除故障原因,可使涡轮增压器避免失效,以下情况会导致增压器漏油:a.发动机空滤器或进气管路阻塞，导致进气负压过大。b.增压器回油管撞弯或损坏，导致回油节流。c.中间体油腔内积碳，导致回油不畅。d.压气机壳出气口到发动机进气管之间的连接管路是否漏气e.涡壳进气口与排气管出气口的连接处是否漏气。f. 怠速时间过长。g.曲轴箱内压力或油位过高，曲轴箱通风管堵塞。h.发动机下窜气过大。 二：润滑不良1.使用不洁润滑油:不洁润滑油进入增压器会导致转轴、轴承、轴承座孔的磨损，并破坏转子的动平衡，最后造成增压器损坏。以下情况会导致润滑油不洁：a.柴油机使用的润滑油滤清器不符合规定，或使用伪劣滤芯。b.使用中滤芯被击穿，或柴油机主油道滤清器被堵塞，润滑油进入旁通道。c.没有按规定更换润滑油，更换前未清洗柴油机主油道。d.更换增压器或作预润滑时，杂质进入润滑油管路。e. 密封胶或密封垫片碎片流入润滑油道。2.润滑油不足:增压器润滑油有润滑和冷却功能,润滑油不足,首先影响的是冷却功能,导致增压器过热,烧坏转轴、轴承等，并破坏转子动平衡，最后导致增压器损坏。以下情况会导致供油不足：a.没有按规定更换润滑油,或使用CD级以下的润滑油,导致润滑油结焦,丧失功能。b.发动机在大负荷工作后突然停机，产生回热，导致转子和轴承过热并结焦， 损坏增压器。c.开机后未怠速运行，马上加负荷，或更换增压器前未作预润滑，导致转子缺 油，产生干摩擦，损坏增压器。 d.进油管路或润滑油滤清器堵塞，润滑油泵故障，或润滑油压力低等。3.机油老化。4.使用劣质或变质的润滑油。 三：异物进入涡轮增压器1. 压气机端面被异物损坏,这是由于异物从进气管或空滤器进入压气机壳造成的,如: a.进气管路密封不良,进气不经滤清直接进入压气机叶轮。 b.不按规定更换空滤或使用伪劣滤芯，导致进气过滤不良。 c.维护保养时异物进入增压器前进气管路。2. 涡轮径向被异物损坏，这是由于异物从发动机排气歧管进入涡壳所造成的,如： a.发动机气缸内有零件损坏，随排气吹出，进入涡壳。 b.安装排气歧管时，不注意将螺栓等掉入排气道，发动机运行 后吹入涡壳。 四：异常噪音1.漏气噪音：发动机排气歧管、增压器涡轮、排气尾管，可依据废气痕迹检查。发动机进气歧管、增压器压气机，可用肥皂水检查。2.机械噪音： a. 不平衡量过大 b. 动平衡遭到破坏 c. 叶片擦壳 d. 紧固件松动3.喘振：a. 匹配不符b. 进气受阻 五：温度过高在工作或停车时，如果温度升得足够高，优质润滑油也会分解，并形成沉淀物在中间壳的整个内腔里积累，使润滑油通道受到节流，甚至堵塞润滑油进出油管。另外，沉淀物会随着润滑油流到轴承系统中去，磨损工作表面，破坏动平衡，最后造成增压器的损坏。一般来说，引起工作温度过高的原因有：a. 排气温度过高b. 润滑油温度过高c. 重复热停车d. 空滤器堵塞e. 使用劣质润滑油。 六：使用和保养不善 驾驶员在使用和例行保养中,未按柴油机厂或汽车厂的规定操作,未及时排除柴油机故障,最后导致大的停机、停车故障。例如： a.启动柴油机后，立即加负荷工作。 b.大负荷工作后立即停机。 c.不按规定保养和更换柴油机的进气系统、润滑系统和曲轴箱的透气孔。 d.不及时排除增压器的漏油现象，造成增压器的涡轮结碳，损坏增压器。