汽车应用工程毕业论文

长沙理工大学

毕业设计（论文）审核

设计(论文) 题目：涡轮增压发动机在轿车上应用

姓 名

所 在 学 院

专 业 班 级 09级秋汽车运用工程班

考 号

指 导 教 师 周玉甲

2011 年 3 月 1 日

涡轮增压发动机在国外轿车中使用非常广泛，在欧洲可以达到50﹪以上，而我国在道路上行驶的汽车装配涡轮增压器的发动机都是大型货车用柴油机，只有少量轿车上装配涡轮增压柴油机，也有电喷汽油发动机使用涡轮增压器。如常见的奥迪A4 1.8T A6 1.8T,2.0T 等。现在的情况和两年前是截然不同了，你走在大街上可以看到的很多车都有TSi 、TDi 的字母在汽车后备箱盖上出现，其中最有代表是南北大众，如：速腾1.4T ，宝来1.8T ，帕萨特1.8T ，别克新君威1.6T ，与及中华骏捷1.8T, 瑞麒G5 2.0T 等等, 现在全球各大汽车生产商都把先进的涡轮增压技术应用在轿车上推向市场。中国汽车市场潜力如此之大在2010年汽车产销量双双超过1800万辆蝉联世界汽车销量第一。世界各大汽车生产商目光聚焦到世界的东方“中国”，因此中国也就成了汽车生产商逐鹿之地。纷纷将采用更多先进技术的汽车投向中国市场，其中有不少配备涡轮增压器的高档轿车。随着涡轮增压技术在各方面性能提升，同时人们也对增压发动机有了新的认识，改变了以前的看法，使得越来越多的涡轮增压发动机出现在我们的面前。

关键词：增压器，动力性能，使用，保养

第一章 涡轮增压器.....................................................................................1

１. １涡轮增压器简介............................................................................1

１. ２涡轮增压器发展历史....................................................................1

１. ３涡轮增压器的工作环境................................................................3

第二章 涡轮增压器原理.............................................................................5

２. １增压目的........................................................................................5

２. ２增压器原理概述............................................................................5

２. ３涡轮增压器构造............................................................................5

２. ４涡轮增压系统工作过程................................................................8

第三章 涡轮增压器类型.............................................................................10

３. １机械增压系统................................................................................10

３. ２气波增压系统................................................................................10

３. ３废气涡轮增压系统........................................................................11

３. ４复合增压系统................................................................................11

第四章 涡轮增压器优缺点.........................................................................13

４. １涡轮增压器优点............................................................................13

４. ２涡轮增压器缺点............................................................................13

４. ３改进缺点方法................................................................................14

第五章 涡轮增压器使用常识.....................................................................17

５. １不良的驾驶习惯............................................................................17

５. ２冷启动注意事项............................................................................17

５. ３涡轮增压发动机熄火注意事项....................................................18

第六章 维护及保养.....................................................................................19

６. １涡轮增压器维护和保养目的........................................................19

６. ２涡轮增压器常见故障现象............................................................19

６. ３日常维护检查项目........................................................................20

６. ４定期维护项目及方法....................................................................21

６. ５定期保养项目................................................................................22

结束语.............................................................................................................23

致谢.................................................................................................................24

参考文献.........................................................................................................25

谈到涡轮增压器很多司机都是有话要说的，讲的最多的就是涡轮增压器的使用寿命问题，一般6、7万公里就发现涡轮增压器漏油，需要更换涡轮增压器总成，少则几千、多则几万，增加了使用成本。其实涡轮增压器并不可怕，只要了解涡轮增压器的结构、掌握正确的使用方法、定期保养，是可以提高增压器使用寿命的，同样能减少燃油消耗、降低维护费用。

第一章 涡轮增压器

图1. １涡轮增压器系统图

１. １涡轮增压器简介

人们在使用汽车过程中，总是希望发动机能够输出更大的功率来满足不同条件下行驶需要。而自然吸气式发动机它的进气量受到活塞行程、气缸容积、进气温度等各方面的影响，输出功率是有限制的。如果进气量一定的情况下加大喷油量就会造成混合气过浓，燃油不能充分燃烧，不但发动机输出功率会下降，还会增加油耗和有害气体的排放，会适得其反、功亏一溃。通过不断改进，经过精确的计算得到理论空燃比14.7:1。工程师利用空气可压缩特性，发明了机械式涡轮增压器，用于增加发动机进气量，同时根椐理论空燃比来调节喷油量，就可以在不改变发动机排气量的情况下使发动机输出功率增加30﹪以上甚至更高。由于机械式涡轮增压器驱动力来自于发动机曲轴，在工作过程中会消耗发动机功率，而且高速时增压效果不明显。后来不慢慢的被采用发动机废气驱动的涡轮增压器所代替，也有少量应用。

１. ２涡轮增压器发展历史

１. ２. １ 涡轮增压器诞生

涡轮增压器有着悠久的历史，至今有100多年了，1860年，Philander 和Francis Roots 申请了鲁式机械增压器的设计专利，作为帮助矿井通道通风的机器。1900年，Gottleib Daimler 首次在汽车发动机中安装了鲁式机械增压器。1880年德国人开始着手研究发动机增压技术，研发的同样是机械式增压器，并在一战期间应用于飞机上，这项技术的发明使得当时的航空发动机能够尽可能的轻量化。

1901库拉克在二冲程柴油机上最早进行了增压试验。之后，在欧洲的容克，

苏尔寿等公司都开展了有计划的研究工作。

在1905年Alfred Buchi博士就申请了第一款涡轮增压器的专利，在1909至1912年间瑞士人波希研制成功了第一台废气驱动的增压器。波希博士是苏尔寿兄弟研究所的总工程师，他于1911年在瑞典的温特图尔，创立了涡轮增压器实验公司，并于1915年提出了涡轮增压柴油机第一台样机的设想，在当时没有受到人们的重视。

１. ２. ２ 涡轮增压器在欧洲、美国发展过程

通用电气公司在20世纪初期开始研制涡轮增压器，1920年一架装有自由型发动机和通用电气公司研制的涡轮增压器的雷皮尔双翼飞机创造了33113英尺（10092米）飞行高度的记录。

直到20世纪30和40年代，首先在欧洲，然后在美国，才开始大规模生产，在美国通用电气公司为军用飞机研制涡轮增压器。在第二次世界大战期间，数千台涡轮增压器被使用在战斗机和B —17型轰炸机上。

40年代，康明期、沃尔沃、斯堪尼亚等主要的发动机制造商开始研究在卡车上运用增压器技术，德国工程师Kurt Beirer设计出了一台结构紧凑的增压器，并申请了专利。该专利被Schwrt Zer公司认购，同年，沃尔沃公司生产了首台涡轮增压柴油卡车TD96AS ，额定功率185马力，与自然吸气式TD96AS 相比提高了35马力。

1936年克立夫·盖瑞特先生成立盖瑞特公司，为B-17型轰炸机提供中泠器，在20世纪50年代初期，由于发展工业柴油机用涡轮增压器的良机。克立夫·盖瑞特先生于1954年9月27日决定把涡轮增压器部分从燃气轮机部门中独立出来，成立了艾雷·赛奇工业部，专门从事涡轮增压器的设计和制造，雷·赛奇工业部后来被称为盖瑞特汽车公司。

1963年，美国霍尼韦尔化司子公司——盖瑞特就开始生产增压器，1968年盖瑞特被信号公司收购，1978年信号公司又被联合公司兼并改为联信公司，1995年联信被霍尼韦尔公司收购，改为霍尼韦尔公司增压器技术公司至今，该公司是全世界最大的增压器公司，年产增压器900万台，年收入24亿美元。

１. ２. ３ 涡轮增压器在中国发展过程

在中国涡轮增压器始于1959年，由上海新中动力机厂研制成功，但是由于国内的政治原因，很多技术人员在文革时期而受到不同程度的冲击，涡轮增压技术研究就处于长期停滞不前状态。直到80年代初期，我国开始实行改革开放战

略以后，通过引进别国的产品、设备、合资办厂以后，多缸柴油机增压机型在才逐渐出现。我国开始汽车增压器研究和生产，首先是70所北方天力、无动、上海交大、西安交大等，少量生产，性能和可靠性差，不成规模。国内就开始引进如：霍尼韦尔、霍尔塞特、康明期等国外先进增压器产品及相关技术设备在国内合资建立生产和研发基地。

2003年以后，由于国家排放法规的实施，市场的需求，国外增压器企业的带动，增压器行业出现了突飞猛进的发展态势，各大合资企业和民营企业增压器产量几乎每年都创新高。国内多家企业成立技术研发中心，加大人才引进和技术投入力度，并与国内名校如：清华大学、同济大学、武汉理工大学等共同研究开发欧3可变截面增压器，、汽油机增压器，形成了极有发展潜力的朝阳产业。 １. ３涡轮增压器工作环境

涡轮增压器的工作环境是非常恶劣的，“高温”是涡轮增压器运作时面临的最大考验，也是伴随废气涡轮增压器终生，涡轮增压器工作时有三大热源是挥之不去，这三者热源成为涡轮增压器最最严峻的高温负担。

第一：发动机排出的废气温度可达到600-800℃，在冲击推动废气涡轮时会将高温通过涡轮叶片传给涡轮轴，直至整过增压器。发动机在运转过程中排气是连续不断的，涡轮始终在高温状态下工作。

第二：增压器工作时，涡轮轴最高转速会超过200000rpm 。在如此高的转速下轴与轴承之间会产生惊人的热量，是难以想象的。

第三：吸入增压器压气机的空气受到压缩后，体积减小、密度增大，温度会随之升高，可达150℃以上。需要良好的冷却和散热，来维持发动机增压后工作稳定性及可靠性。

增压器成为一个集高温原件于一体的独立工作系统。散热对于装备涡轮增压器的发动机来讲是个严峻的挑战，其工作时所产生的热量，采用风冷是远远不够的，也是不可能的。只有通过强制式水冷却系统才能满足其工作时散热需要，通常是在涡轮本体内设立专用的冷却水道，在水泵的作用将正常温度在100℃左右冷却液强制输送到增压器机体内，通过冷却液在水道流动带走大量热量，从而达到降低增压器总成温度。但是发动机冷却液温度本身在100℃左右，它能带走的热量是有限的，还有废气温度始终保持在650℃以上，因此涡轮增压器散热条件非常差。

润滑也是对增压器强大的考验，如果增压器转速120000rpm 的话，那么1

秒内将会转动2000r 。润滑不良很容易造成轴与轴承之间抱死，甚至报废，因此对于润滑的要求也非常高，甚至不亚于曲轴和连杆大头之间的润滑，良好的润滑是提高增压器寿命的关键。

第二章 涡轮增压器原理

２. １增压目的

进气量是影响发动机功率的主要因素，在发动机上使用涡轮增压器主要是为了增加发动机进气压力，将自然吸气变为强制增压，来弥补自然吸气发动机的不足进一步提高发动机进气量。进入气缸内的氧气含量大幅增加，可以让燃油在气缸中充分燃烧，同时发出更高的热效率，减少有害气体的排放。在高原地区高海拔、低气压环境下可以通过增加进气压力来恢复发动机功率。面对十二五期间我国节能减排的目标，无益是对我国高速发展的汽车产业发出更高的挑战，21世纪以来世界各国都在积极探索和发展新型能源或替代能源，由于各方面原因，推广存在困难，目前汽车始终没有减少对石油资源依赖，当务之急是提高燃油使用效率，充分燃烧每一滴油才是真正正道，涡轮增压器是唯一能使发动机排量不变的情况下增加输出功率的机械装置，将会是一个不错的选择。

２. ２增压器原理概述

2000多年前，中国、巴比伦、波斯等国就已利用古老的风车来提水、灌溉、碾磨谷物等。风车它是一种不需要燃料，以自然界中气压变化空气流动形成的风作为动力源的动力机械装置。在我看来汽车上使用的涡轮增压器原理与之相似，涡轮增压器利用发动机工作时排出的废气流动时产生的冲击力来推动涡轮室里的涡轮转动，同时带动同轴的叶轮高速旋转，叶轮会将空气经滤清器以后吸入压气机，当空气在压气机内由于空间容积变化，体积变小、密度增加、压力增大以后被送入发动机气缸中，达到了增加进气压力目的。空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，就可以增加发动机的输出功率了。

２. ３涡轮增压器构造

涡轮增压器由压气机、涡轮机、中间连接三个部分组成。

压气机由：压机壳、叶轮组成。

涡轮机由：涡轮壳、涡轮、旁通阀及控制阀组成。

中间连接由：涡轮轴、轴承及轴承室、润滑油及水道和密封环等组成。

２. ３. １涡轮轴及轴承

涡轮轴是连接涡轮与叶轮部件，是一根空心管，对其要求很高要求。承受20万转以上的高速和废气排出时的冲击力，运动惯性要小能抗扭曲和超高温度。涡轮轴制造需要精深的材料、精细的加工工艺、热处理技术等才能制成，

真可谓是没

有金刚钻做不了这瓷器活啊。

涡轮轴承型式很多，有滚珠轴承、用机油替代轴承、滑动轴承三种。应用较多是滑动轴承，它安装在轴与轴承座之间，可以自由转动。由主油道的高压润滑油经轴承壳上油孔向轴承与轴之间的间隙注入提供润滑、散热。满足高速时的工作需要。

２. ３. ２涡轮

图2. １涡轮示意图

涡轮叶轮的叶片型式，可分为直片式、弯曲型叶片两种，涡轮叶轮的轮径及叶片数会影响马力线性，理论上来说，叶片数愈少，低速响应较差，但高速时的爆发力与持续力却不是多叶片可比拟的。通常使用弯曲型叶片较多叶片数量都在10片以上。除了利用废气冲撞的力量以外，还能有效利用气流进入叶片与叶片之间，获取废气膨胀能量) 。

２. ３. ３中间壳体

中间壳体是连接压气机与涡轮机的重要部件，在涡轮增压器总成中起到支撑、连接作用，壳体中设有轴承室，润滑油道和水道用于润滑和冷却高速旋转的涡轮轴。

２. ３. ４压气机壳

图２. ２压气机壳体示意图

压气机壳又称为螺牛壳，其外型与螺牛外壳相似，普遍使用铝合金材料制成。由进气入口、扩压器、出气口组成，压气机叶轮前部在进气入口中高速转动，两者间隙很小但不相互碰擦。进气口与出气口之间由形状由小到大的函道连接形成扩压器，当叶轮高速转动时将空气吸入经扩压器后达到增压目的。

２. ３. ５压气机叶轮

图２. ３叶轮示意图

涡轮增压器的压缩叶轮外形是复杂的三元曲面超薄壁叶轮片，一般有12片叶，呈放射线状曲线排列，叶片厚度在0.5毫米以下，采用铝材用特殊铸造法制作。叶片形状的优劣直接影响到到涡轮增压发动机的性能。叶轮形状角度越合理，质量越轻，叶轮的启动就越灵敏，涡轮增压器的天生缺陷“迟滞”也就越小。

叶轮是涡轮的动力来源。但压气机叶轮及涡轮叶轮各有不同的功用，因此叶轮外形当然也不一样。压气机叶轮基本上是把如何将空气有效率地推挤入压缩信道视为首要任务，然后再加以决定其形状。

２. ３. ６内置式排气旁通阀

图２. ４旁通阀位置示意图

内置式排气旁通阀是目前涡轮系统中最常见的泄压装置，一般又被称为连动式排气泄压阀。内置式排气旁通阀直接配置在涡轮上，通过控制阀利用一支连杆来控制涡轮排气中的阀门，一旦涡轮压缩空气端的增压值达到限定的程度，进气压力克服控制阀内弹簧的预备力推动控制杆移动，使涡轮排气侧内的旁通阀门开启，部分废气不经涡轮叶轮直接排到排气管。这样减少流向涡轮的废气流量，涡轮转速降低，同时带动压气机叶轮转速降低。因此 内置式排气旁通阀是限制涡轮最高转速和维持进气端增压压力一个稳定值的装置。

２. ４涡轮增压系统工作过程

涡轮增压器安装在发动机排气歧管上，涡轮室的进气口与排气歧管相连，出气口则与排气管相连。涡轮室里的涡轮与压气机叶轮之间用轴来刚性连接，压气机进气口用进气管与空气滤清器相连，出气口则与进气歧管（不带中冷器）或通过气管与中冷器相连结。

当发动机工作时排出的废气具有一定压力和高温经排气歧管进入涡轮室里的喷嘴环，由于喷嘴环通过的面积是逐渐收缩的，因而废气的压力和温度下降，速度提高，使它的动能增加。这股高速的废气流，按特定方向冲击涡轮，使涡轮高速转动。废气的压力、温度、流动速度越高，涡轮转速越快，废气流过涡轮以后流向排气管。涡轮带动同轴的叶轮同速旋转，把空气经过空气滤清器吸入压气机壳体内，快速形成流动的空气会被高速转动的叶轮甩向其边缘，使空气速度和压力增加，并进入进口小出口在的扩压器，在扩压器中气流流速下降、压力升高，

再通过断面由小到大的环形压气机壳使空气压力进一步提高，最后经进气歧管进入气缸，可以提高发动机的充气量。

图２. ５增压器工作示意图

第三章 涡轮增压器类型

涡轮增压类型繁多，主要常见的是以下几种：

３. １机械增压系统

机械式增压系统：安装在发动机上，驱动力来自于发动机曲轴，由皮带与发动机曲轴相连接，带动压气机的转子旋转，高速转动的转子将空气吸入压气机内部，增加压力后送入气缸中，达到增压目的。机械式增压器类型有三种：鲁兹式、双螺旋式、离心式。它们主要区别在于将空气吸入发动机进气歧管的方式不同，增压的效果也不同。、

在众多机械式增压器类型中，鲁兹式双叶转子增压器最为常见普遍应用，主要由传动齿轮机构和压气机两部分组成。传动齿轮中的主、从动齿轮分别带动压气机中主、从动转子，压气机壳体设计进气口比排气口大，内部成椭圆形。而转子是经过精密加工的螺旋型，即有与壳体内部形状相对应的锥度，转子之间保留有极小的间隙，而不直接接触。当转子高速转动时，空气被吸入进气口后被压缩，由于排气口口径变小，气穴收缩，空气压力进一步升高，这样增压器工作效率会更大。

机械式增压器优点很多，如：没有迟滞、反应速度快、灵敏性高、发动机低速时增压效果明显，增压器与发动机匹配比较容易。但是缺点也不少，在工作中会消耗发动机有效率，制造和维护成本非常高，故在汽车上应用较少。

图３. １机械增压器结构示意图

３. ２气波增压系统

使两种气体工质直接接触并通过压力波来传递能量的压力转换器。它用于内燃机增压时利用内燃机废气能量使进入气缸的气体增压。气波增压器由空气定子、燃气定子和转子组成。空气定子与内燃机进气管联通，燃气定子与排气管联

通。转子由内燃机曲轴通过皮带驱动，驱动功率为内燃机功率的1～1.5％。

当转子转动时，转子上由叶片组成的轴向气道与高压燃气入口接通，遂产生压缩波。压缩波以声速沿气道传播, 并将燃气能量传递给充满气道内的空气, 使其压力和密度升高并向前流动。高压空气出口设在高压燃气入口的斜对面, 并顺转动方向向前错开一个角度。当气道与高压空气出口接通时，高压空气供入内燃机进气管。在燃气到达气道长度的 2/3左右时，气道恰好转过高压燃气入口，燃气停止流入气道。当气道与低压燃气出口接通时, 燃气继续膨胀并经排气总管排入大气, 气道内的压力继续下降。当气道与低压空气入口接通时，由于气道内处于负压，新鲜空气自大气被吸入气道。气道转过低压空气入口和低压燃气出口后，气道内遂充满新鲜充量。转子继续转动又开始下一个相同的循环。

气波增压器提供的增压压力在整个内燃机转速范围内变化不大，能量转换过程也不受转子惯性的影响，因此气波增压器具有良好的速度和负荷响应特性，比较适合于汽车发动机增压的要求，增压压力与大气压力之比可达2.5:1。但气波增压器运转噪声大, 结构不如涡轮增压器紧凑，故在汽车很少应用。

３. ３废气涡轮增压系统

废气涡轮增压系统：原理和其他增压器相同，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，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。

当发动机转速升高，废气排出速度与涡轮转速也同步升高，叶轮就能压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大，相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。

汽车用增压器按增压比来分类可分为三大类：低增压（增压比低于1.7）、中增压（增压比为1.7-2.5）、高增压（增压比高于2.5）。由于汽车上发动机的转速变化范围大，增压器增压比随发动机转速变化而变化，增压比过大过小都会造成对发动机和增压器本身造成致命性损害。因此发动机与增压器之间匹配 决定着发动机的命运，只有经过精密的计算和反复试验进行检验，才能最终获得最佳匹配值，使涡轮增压器始终工作在最合适的状态下，才能真正体现涡轮增压发动机性能。

３. ４复合增压系统

复合增压系统：采用废气涡轮增压＋机械增压并用，组合方式有两种分别是：并联和串联。应用两种增压型式合二为一的主要目的是充分利用两者之间的独特优势，使增压器性能体现的淋漓尽致，并且将增压器优势发挥到极致。机械式增压器有助于低速时增加发动机进气量，可提高加速时反应灵敏性。但是高速时增压效果不好，输出功率有限。而废气涡轮增压器在高速时拥有强大的功率输出，由于涡轮要在发动机转速达到1500rpm 以上时才会进入工作状态，低速时与机械增压相比逊色多了，废气涡轮是由发动机排出废气驱动，会出现“迟滞”现象。机械增压驱动力来自曲轴不会存在这种现象，只要两者精确控制合理匹配鱼和熊掌是可以兼得的。国产大众1.4TSI 发动机上就采用了复合增压系统，其发动机特点是：油耗率低、噪声小、加速时响应快，同时还兼顾了低速扭力输出和高速功率输出大等。只是本系统存在结构复杂、技术含量高、需专业维修、使用维护费用较高等缺陷。

第四章 涡轮增压器优缺点

４. １涡轮增压器优点

４. １. １使发动机排气更加彻底

发动机工作时，在排气行程气缸里的废气是靠活塞向上运动时产生推力推向排气歧管，由于发动机在高速时排气门开启时间短，会造成排气不彻底，影响发动机进气量。而排出废气驱动涡轮高速旋转时，会产生真空吸入。有助于提高废气流动速度，排气会更加彻底，在进气行程时就可以进入更多的空气。

４. １. ２提高发动机功率、燃油经济性、降低尾气排放

燃油在气缸中燃烧是离不开氧气的，在喷油量相同情况下氧气越多燃烧就越充分，产生的爆发力和热效率就会越高。据相关资料显示，采用增压或中冷增压技术的发动机与采用自然吸气式发动机相比，功率会增加20-40﹪甚至会更高，燃油经济性可提高8-14﹪, 二氧化碳排放量同比下降5-20﹪。涡轮增压器在节能减排方面优势很显也很突出。

４. １. ３增加发动机在高原上的进气量

在高原上由于海拔高，大气压力低含氧量少，不利于燃油燃烧，导致发动机功率下降油耗增加。在高原上涡轮增压器可以压缩稀薄的空气减小空气体积使进入发动机的空气压力升高总量增加，这样发动机在高原上工作时得到更多氧气补偿（使其达到标准大气条件）。只要发动机和涡轮增压器转速匹配合理，可以使进气管压力与海平面大气压相持平。而自然吸气式发动机是无与伦比的，一台自然吸气的发动机，随着海拔高度的增加，其功率将逐步下降 。

４. ２涡轮增压器缺点

４. ２. １涡轮响应迟滞，低速时提速时间长，反应慢。

涡轮增压器的确能够提升发动机的动力，不过它的缺点也有不少，其中最明显的就是动力输出反应滞后。由于转子的惯性作用，叶轮对油门的骤时变化反应还是迟缓。涡轮“迟滞”这个问题是不可避免的，主要出现在发动机低转速时，在急加速那一瞬间感觉最为明显。出现这种现象与涡轮工作原理有关是先天性的很难改变。主要原因是低转速时，发动机排气量小，流动速度慢冲击涡轮能量就小，涡轮转速低增压比下降，进气道中空气流速相应降低。如果发动机转速是1200rpm 的话，发动机完成一个工作循环曲轴转动两圈需要1秒的时间，这1秒

还不是涡轮的响应时间，在节气门开启到空气流入气缸中，在到排气门开启废气冲击涡轮都存在一定的时间差。因此可知发动机转速越低，加速时涡轮响应时间也就越长，反之则越短。涡轮增压发动机在低速时加速性能与同排量非增压发动机是一样的没有多大区别。

４. ２. ２增加进气温度

发动机排出废气的温度非常高，通过增压器的热传导还会提高进气的温度。当空气被高比例压缩后体积减小、分子之间相互运动会产生很高的热量，从而使空气膨胀密度降低，减少了进入气缸内的空气含氧量，即不利于燃烧还会使发动机温度过高造成损坏。为了得到更高的容积效率，需要在进入汽缸之前对高温空气进行冷却。

４. ２. ３汽油机会现“爆震”现象

汽油机属于点燃式，进气增压后进气温度增加，热负荷增大，由于进入汽油机气缸的是可燃混合气，而汽油燃点较低，这就要求压缩行程结束时，混合气的温度决不能达到其燃点，否则混合气会提前自燃，这样就很容易使发动机发生爆震。导致发动机温度上升，且效率下降。所谓“爆震”就是汽油机燃烧室内的末端气体在火焰前烽未到之前的强烈自燃引起压力波的传播并通过机体向外传出噪声。强烈爆震可导致发动机性能下降，零部件损坏。

４. ２. ４降低润滑油使用寿命

涡轮增压器属于高温部件，因为驱动它运行的气体直接来自气缸内排出的废气，温度高达650°C 以上，而在全负荷状态下，涡轮的转速最高转速可达每分钟20万转产生惊人热量。高温会使流过涡轮增压器的机油粘度下降、变稀、氧化，加速了机油变质、老化，降低了机油使用寿命。

４. ３改进缺点方法

４. ３. 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。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，让涡轮获得最大增压值。

有了可变涡轮叶片几何技术，便能在较低发动机转速下达到更高的涡轮速度。汽缸增压有明显的改善，功率及扭力方面相应也有明显的提升，在较低转速

时可达到最大扭力，并可维持在一个较广的旋转范围内。

４. ３. ２涡轮增压+机械增压技术

涡轮增压器有在高速转速时增压效果好，不消耗发动机动力等特点，最大缺点就是低速时“迟滞”。机械增压器由曲轴驱动，低速时反应快、增压效果明显等特点，但是也非十全十美，高速时就力不从心了，两者之间优劣非常突出。由“T＋S”组合有了双重技术, 同时两者之间能够取长补短、相辅相成，工作效率也就事半功倍了。复合增压系统将会是今后增压发动机一个发展方向，会有美好的前景。

４. ３. ３涡轮增压中冷技术

中冷器又称中央冷却器，分为两种：空—空冷却器和液—空冷却器。位于压气机出风口与节气门之间。以空—空冷却器为例，其构造有点像水箱，就是运用横向的众多小扁铝管分割压缩空气，然后利用外界的冷风吹过与细管相连的散热鳍片，达到冷却压缩空气的目的，使进气温度较为接近常温。

为了提升空气密度，同时兼顾空气中的含氧量，我们需要在压缩空气后(压缩程度较大) 降低进气的温度。中冷器的面积及厚度越大，其散热能力越强。因为面积和厚度大，其内的小扁管数量、长度和散热叶片等皆随之增加，中冷器内的高温压缩空气及中冷器外的大气就有更多的接触面积及接触时间，热交换(散热) 的面积和时间更充分，降温效果更好。虽然大容量中冷器有更好的冷却效能，但其加长了散热路径和增大了进气容度，会带来相对的压力损失，涡轮迟滞容易变大。

对增压空气进行中冷是抑制爆震的一个重要措施，采用中冷后可基本保持原来压缩比，从而保证较好的经济性。据实验显示，在相同的空燃比条件下，增压空气温度每下降10摄氏度，柴油机功率能提高3%－5%，还能降低排放中的二氧化碳和氮氧化合物，改善发动机的低速性能。

４. ３. ４采用电子控制系统，安装爆震传感器

汽油机抑止“爆震”主要办法是降低压缩比和进气温度，推迟点火提前角。为了应对此现象，汽油增压发动机使用电控燃油喷射系统，部分采用缸内直喷技术。将燃油直接喷入气缸内与空气混合，在通过点火系统点燃，整个过程都是电子控制系统来控制完成，系统在闭环控制情况下时刻接收各种传感器反馈信号。爆震传感器会将发动机产生爆震强度信号传给ECU ，ECU 会根据信号强度来调节点火提前角消除爆震，使发动机处于最佳工作状态。

４. ３. ５使用耐高温材料

专门设计耐热性的涡轮增压器，涡轮前最高温度可允许到达950℃甚至更高，在压气机端设置特殊的密封装置。应用先进制造技术，如：烧结技术、金属轴的组合技术等，一些新型材料，如：陶瓷材料、各种合金材料等都是为了提高发动机性能的，博格华纳是世界上第一家开发出针对高达1050℃高温的涡轮增压器制造商。

第五章 涡轮增压器使用常识

５. １不良的驾驶习惯

５. １. １一启动就轰油门

有很多司机保持着传统的不正确的爱车观念，认为启动发动机后先轰几脚油门可测试出发动机加速性，听出有没有什么异响，在冬季认为可以加速提升发动机温度，减少暖机时间。其实有所不知，当发动机停车时，增压器轴承室内的润滑油经油道流入油底壳中，轴承室里没有充足的润滑油，发动机启动时转速只的几百转机油泵建立油压需要时间，加上冷车时润滑油粘度高流动阻力大，进入轴承室需要几秒钟时间。如果发动机刚一启动就轰油门，涡轮转速与发动机转速是成正比，润滑油来不及充入轴承室里，涡轮轴就高速运转，在得不到良好润滑情况下，轴与轴承和和油封之间磨损加剧，提早了涡轮增压器“退休”时间。 ５. １. ２到目的地马上熄火

在发动机长时间高负荷运转后，停车熄火之前，一定要怠速运转几分钟，让机件能有效冷却并得到润滑。在长时间工作后都需要休整，当汽车以高速行驶时，涡轮增压发动机处于工作状态，有一部分机油供给涡轮增压器转子轴承。这时高增压器废气涡轮端的温度在650℃左右。如果突然熄火，发动机机油压力将迅速降为零，冷却系统也停止工作了。增压器涡轮部分的高温传到中间，轴承室内的热量不能被迅速带走，造成零部件膨胀，而同时增压器转子仍在惯性作用下高速旋转，这样会引起滞留的机油过热，进而损坏轴承和轴。

５. １. ３发动机长时间的怠速。

汽车在行驶过程经常会出现临时停车，大多数司机停车时有个很不好习惯“车停发动机不停”不当浪费燃油还会对喷油器、增压器造成影响。发动机长时间处于怠速状态增压器转速低，压气机和涡轮室内压力低于轴承室内润滑油压力，润滑油会通过密封件渗漏到涡轮和压气机中，污染叶轮，并且增大润滑油消耗量，怠速运转时间最长不宜超过5分钟。

５. ２冷启动注意事项

５. ２. １汽车发动机冷启动后，不能急加油，应先怠速运转三到五分钟，使机油温度升高，流动性能改善，从而使涡轮增压器轴承得到充分润滑，这一点在冬季尤为重要。否则易使增压器转子轴、轴承、密封环等部件因缺油而早期磨损。

５. ２. ２对于停车时间较长(一周以上) 的车辆，在发动机重新启动前，一定要先将增压器予以润滑。方法是松开增压器进油管接头，向进油口倒入干净的与油底壳同牌号的机油。另外，在更换润滑油、清洗或更换机油滤清器时，都应按上述方法向涡轮增压器加注润滑油，然后再启动车辆。

５. ３涡轮增压发动机熄火注意事项

发动机在带有负荷或长时间高速运转后，不能马上熄火。因为发动机正常工作时，机油泵会向涡轮增压器输送机油，用于转子轴承的润滑和冷却，发动机突然熄火后，油泵停止工作机油润滑中断，同时冷却液也随之中断。涡轮增压器运转产生的热量就无法被机油带走，这时增压器涡轮部分的高温会传到中间的轴承支撑壳上，轴承支承壳内的热量迅速上升，而增压器的转子仍在惯性作用下做着高速旋转。这样就可能造成涡轮增压器转轴与轴套之间“烧死”而损坏轴承和转轴。另外，发动机突然熄火后，排气歧管的高温会很快传递到涡轮增压器壳体上，增压器内部的机油也会因为过热而变质，甚至生成积碳。积炭积累过多就会阻塞进油口，加速涡轮转轴与轴套之间的磨损。正确的熄火方法是：发动机熄火前应怠速运转二分钟，待增压器转子转速降低和机油温度有所下降后，再熄火停车。

第六章 维护及保养

６. １涡轮增压器维护和保养目的

涡轮增压发动机显得更矫气一些，对工作环境和保养维护要求要更苛刻，涡轮增压器的使用维护保养，可归纳为“六分靠用、四分靠养”。掌握科学的驾驶技巧，应对涡轮工作特性，周期性的对其进行保养与维护，不仅仅提升了涡轮本身的使用寿命，而且也降低了使用成本。假如没有正确使用和保养，不但不能很好的发挥涡轮增压得效果，反而会提高涡轮增压器的故障率。下面我就来说说涡轮增压发动机一些需要特别注意的地方。

６. ２涡轮增压器常见故障现象

６. ２. １涡轮增压器漏油

６. ２. １. １现象一：机油消耗量大，但排气烟色正常，动力不降低。

原因：这种情况一般是由于机油渗漏造成的。

６. ２. １. ２现象二：机油消耗量大，排气冒蓝烟，但动力不下降。

原因：由于增压器压器端漏油，机油通过发动机进气管进入燃烧室被烧掉所造成的，有以下几种可能：

６. ２. １. ２. １增压器回油管不畅通，机油在转子总成的中间支承处积留过多，沿转子轴流入压气叶轮。

６. ２. １. ２. ２靠近压气叶轮一端的密封环或甩油环损坏后，机油由此进入叶轮室，然后随室内增压后的空气一同经进所管进入燃烧室。

６. ２. １. ３现象三：机油消耗量大，排气冒蓝烟或黑烟，且动力下降。

原因：

６. ２. １. ３. １活塞与汽缸之间的间隙磨损过大，机油窜入燃烧室而被烧掉。 ６. ２. １. ３. ２空气在被增压器吸入的过程中，空气流遇较大阻力。（如空滤芯堵塞，进气胶管被吸变形或压扁等），压气机进气口处的压力较低，造成机油渗漏进入压气机内，随压缩空气一起进入燃烧室内烧掉。

６. ２. ２有金属摩擦声

现象：排气冒黑烟，功率下降，且增压器有异响。

原因：

６. ２. ２. １如有金属摩擦声，是增压器转子轴承或止推轴承磨损过多，叶轮与增压器壳摩擦而产生。

６. ２. ２. ２如不是金属摩擦声，而是气流声，则是由于增压器转子高速旋转，产生的旋转声音，或是进、排气接口处由于连接不好产生的漏气现象。 ６. ２. ３增压器轴承损坏

现象：增压器轴承损坏，发动机功率下降，机油消耗高，冒黑烟，严重时增压器不能工作。

原因：

６. ２. ３. １润滑油压力和流量不足。

６. ２. ３. ２增压器轴颈和止推轴承的润滑油供应不足；

６. ２. ３. ３使转子轴颈和轴承间保持浮动的润滑油不足；

６. ２. ３. ４增压器已高速运转，而润滑油未及时供给。

６. ２. ３. ５杂物或泥沙进入润滑系统。

６. ２. ３. ６机油氧化变质。

６. ２. ３. ７柴机油过热，从活塞与缸壁间窜过的燃气过多；

６. ２. ３. ８冷却水漏入机油中；

６. ２. ３. ９机油选用不当，以及没有按规定定期更换机油。

６. ３日常维护检查项目

６. ３. １涡轮增压器工作情况检查

发动机在工作中，根据发动机怠速和中速及变换发动机转速情况下检查，使增压器应运转均匀，无金属撞击或金属磨擦异响，无喘振或不正常振动现象。 ６. ３. ２涡轮增压器外部检查

经常检查增压器固定情况，排气和导管使否漏气润滑油管和接头是否漏油，装配水冷却增压器，要检查冷却水管和接头密封是否漏水。出现渗漏及时检修。 ６. ３. ３涡轮增压器涡轮及叶轮检查

检查涡轮和叶轮应完整清洁，涡轮叶背面有积碳，是机油焦化或机油燃烧产生积碳。叶轮背面有积尘，是进气管路漏气。在拆检时应注意不要碰撞损坏叶轮。 ６. ３. ４涡轮增压器密封环检查

要经常检查密封环是否密封，密封不良可使机油进入进气管道及气缸燃烧。造成发动机机油烧损。

６. ３. ５旁通阀检查

检查旁通阀气室与压气机壳之间橡胶管, 有无老化、松动、破裂等现象。检查旁通阀联动性，逐渐加大油门观察控制杆移动情况，发动机转速越高控制杆移

动量就会越大，否则应检查旁通阀必要时更换。

６. ４定期维护项目及方法

６. ４. 1定期检查机油。

增压器与气缸等部件都用同源机油进行润滑，由于增压器经常处于高温状态运转，内部机油容易结焦产生积碳，有时还会堵塞机油滤网，机油容易变质。如果继续使用会造成增压器轴承润滑不足而导致损坏，因此要并定期检查机油的数量、质量情况，及时更换变质或过脏的机油，清洗或更换机油滤清器，保证机油的高度清洁。

６. ４. ２检查油道。

进油道要尽可能短，以便在发动机启动后很快供油。除了极少数特殊情况外，机油出口应该垂指向下，而且回油管应高出油底壳机油液面，以保证回油能畅通地流回发动机油底壳。此外也要注意油道管路接头的密封以防漏油。

６. ４. ３检查气路的密封。

注意空滤器到压气机、压气机到发动机进气管、涡轮与发动机排气管之间管路的管道是否破损，管路之间的连接是否良好，紧固螺母或螺栓是否松动，必要时更换密封垫片。压气机端密封性不好会严重降低增压效果，涡轮端燃气泄漏不但会降低涡轮功率而且高温燃气进入轴承机构而影响轴承寿命。

６. ４. ４定期的清洁工作。

发动机的机油滤清器和空气滤清器必须保持清洁，机油滤的清洁为了保证轴承正常使用寿命。涡轮增压器在运转中转速很高，通常在每分钟5万到12万之间，任何异物都会对高速旋转的叶轮造成永久的破坏，因此需要定期清洗或者更换三滤。

６. ４. ５中冷器的维护方法

空一空冷却的中冷器与水箱散热器装在一起，安装在发动机前方，靠散热风扇和汽车行驶的迎面风进行冷却，中冷器若冷却不良将导致发动机动力不足、油耗增加，因此，应定期对中冷器进行检查与维护，主要内容是：

６. ４. ５. １外部清洁(就车清洗法)

由于中冷器安装在最前方，中冷器散热片通道常被树叶、油泥(转向油罐内溢出的液压油) 等堵塞，使中冷器散热受阻，因此应定期对该处清洗。清洗的方法是用压力不太高的水枪以垂 直于中冷器平面的角度，自上而下或自下而上缓慢冲洗，但决不可斜冲以防损坏中冷器。

６. ４. ５. ２内部清洗、检查(拆检清洗法)

中冷器内部管道常附有油泥、胶质等脏物，不仅使空气流通道变窄，而且冷却热交换能力降低，为此，也必须进行维护和清洗。一般每年或发动机大修、焊修水箱的同时，应对中冷器内部进行清洗并进行检查。

６. ５定期保养项目

６. ５. １定期更换机油，三滤。

６. ５. ２定期清除叶轮上的尘土

６. ５. ３定期检查增压器固定螺丝

６. ５. ４定期更换发动机防冻液

６. ５. ５定期清洁进气管

６. ５. ６定期检查废气排放阀行程，必要时调整

６. ５. ７定期检查涡轮运转情况，涡轮轴的轴向间隙和径向间隙

结 束 语

涡轮增压器虽然有不足，但是优点是非常突出的。只要合理的使用，定期检查和维护保养就能很轻松提高涡轮增压器寿命，如果能够在仪表上设置启动时相关提示语或使用语音提示来提醒驾驶员刚启时不要急于轰油门，安装自动延时熄火装置，当车辆停车抽出钥匙后发动机还能工作一到二分钟待温度下降后在自动熄火，这样既不担搁驾驶员的时间，还能起到保护涡轮增压器的作用，增压器价格和这两分钟时间所耗油费相差很大的，所以我让为涡轮增压是汽车发展的必经之路将来应用会非常广泛。

涡轮增压目前正向两个方向发展：一个是向小功率及汽油机和小型柴油机方向发展；二是向高增压和超高增压方向发展。可以简单的表示为：高性能化和小型化以及节能化。

发展内燃机涡轮增压器要深入研究、解决的有两大问题：一是要有高效率、高压比、流量范围宽广、可靠性好、寿命长的涡轮增压器；二是要有能充分利用发动机排气能量，避免进排气干扰和与涡轮增压器有良好配合的增压器系统，随着科技的进步，涡轮增压器已经变得部件更少、体积更小、转速更高、空气压缩比更优。新的耐高温材料、新的平衡技术和微量润滑油轴承系统及全新电子控制系统的使用，涡轮增压的时代即将来临，

致 谢

我要感谢，非常感谢周玉甲老师对论文的指导。他为人随和热情，学术深远。在修改论文期间总是能像知心朋友一样鼓励我，在论文的写作和措辞等方面他也总会以“专业标准”严格要求我，从选题、定题开始，一直到最后论文的几次反复修改、定稿，周老师始终认真负责地给予我深刻而细致地指导，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。正是周老师的无私帮助与热忱鼓励，我的毕业论文才能够得以顺利完成，谢谢周老师。

我本人接触涡轮增压发动机比较少，只能说是了解皮毛，知道一点。经过多方查找资料，翻阅大量书籍后，咨询了吉首汽车城维修技师金红春，他是一名从事汽车维修多年，对柴油机和涡轮增压器发动机维修很有实践经验 ，他结合维修实际重点从涡轮增压发动机使用和维修两个方面提出了自己的见解和宝贵意见，在此也要非常感谢金红春师傅给我论文写作提供了很大帮助。

作者：向昌勇

2011年3月1日

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