BMW发动机废气涡轮增压器系统(1)

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废气涡轮增压器系统结构原理

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废气涡轮增压器系统结构原理

发动机废气涡轮增压器系统

✧涡轮增压器

✧增压压力调节系统

✧循环空气减压系统

✧增压空气冷却系统

N54发动机废气涡轮增压系统

N55发动机废气涡轮增压系统

N63发动机废气涡轮增压系统

N74发动机废气涡轮增压系统

概述

废气涡轮增压系统

涡轮增压发动机是依靠涡轮增压器来提高进气密度和增大发动机进气量的一种发动机，涡轮增压器实际上就是一个空气压缩机。它是利用发动机排出的废气作为动力来推动涡轮室内的涡轮(位于排气道内)，涡轮又带动同轴的叶轮位于进气道内，叶轮就压缩由空气滤清器管道送来的新鲜空气，经过中冷器降低进气温度，从而提高进气密度再送入气缸。当发动机转速加快废气排出速度与涡轮转速也同步加快，空气压缩程度就得以加大，发动机的进气量就相应地得到增加，就可以增加发动机的输出功率了。

废气涡轮增压系统组成

⏹涡轮增压器

⏹增压压力调节装置

⏹循环空气减压控制

⏹增压空气冷却系统

涡轮增压器

涡轮增压器是由涡轮室和增压器组成的机器。

⏹涡轮室进气口与排气歧管相连，排气口接在排气管上；

⏹增压器进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气歧管上；

⏹涡轮与叶轮分别装在涡轮室和增压器内，两者同轴

工作原理：

涡轮增压器是利用发动机排出的废气作为动力来推动涡轮室内的涡轮(位于排气道内)，涡轮又带动同轴的叶轮位于进气道内，叶轮就压缩由空气滤清器管道送来的新鲜空气再送入气缸。

涡轮增压器的润滑：

由于涡轮增压器连接在排气侧，所以温度相对较高，涡轮轴采用全浮式轴承结构，所以涡轮轴的润滑完全由发动机润滑系统提供润滑。

涡轮增压器的冷却：

◆涡轮增压器的转速最高可达200000rpm，废气入口温度最高可达1050℃，致使涡轮增压器的温度很

高，所以涡轮增压器的冷却是靠发动机的冷却系统进行冷却。

◆当发动机熄火后，由于涡轮增压器的温度还很高，此时停止冷却会导致轴承壳内的润滑油过热，形

成结焦，久而久之导致涡轮增压器轴承处消耗机油，所以在发动机停转后水泵会继续控制冷却液进行一段时间冷却。

增压压力调节装置

废气涡轮增压器的增压压力与到达废气涡轮增压器涡轮处的废气气流有直接关系。无论是废气气流的速度还是质量都直接取决于发动机转速和发动机负荷。发动机管理系统通过废气旁通阀调节增压压力。废气旁通阀由真空执行机构操纵，这些执行机构由发动机管理系统通过电子气动压力转换器（EPDW）来控制。持续运行的发动机真空泵产生真空并将其存储在一个蓄压器内。这样可以确保这些用电器不会对制动助力功能产生不利影响。通过废气旁通阀可将全部或部分废气气流输送至涡轮处。达到所需增压压力时，废气旁通阀开始打开，部分废气气流通过旁通通道排出。这样可防止通过涡轮继续提高压缩机转速。通过这种控制方法可处理各种运行状况。

处于怠速阶段时，两个涡轮增压器的废气旁通阀均关闭。其结果是，全部废气气流在这些低发动机转速阶段都用于压缩机加速。需要提高发动机功率时，压缩机可立即提供所需增压压力（不会感觉到延时）。在满负荷情况下，达到最大允许扭矩时通过部分开启废气旁通阀保持一个较高的恒定增压压力值。压缩机始终根据运行情况保持相应的转速。通过开启废气旁通阀可降低涡轮的驱动能量，因此不会进一步提高增压压力，不会增加耗油量。在满负荷运行模式下，发动机进气管内的最高表压力为0.8 bar。

增压压力调节原理图

循环空气减压控制

循环空气减压阀用于降低节气门快速关闭时不希望出现的增压压力峰值。因此这些阀门对降低发动机噪音起到了重要作用并且有助于保护涡轮增压器部件。

如果发动机转速较高时关闭节气门，进气管内就会产生真空压力。由于至进气管的通道已阻断，因此会在压缩机后形成无法消除的较大背压。这会造成增压器“泵气”。这意味着

● 出现明显感觉到的干扰性泵噪音，

● 出现这种泵噪音的同时，废气涡轮增压器还承受可造成部件损坏的负荷，因为高频压力波向废气涡轮增压器轴承施加轴向方向的负荷。

真空控制式循环空气减压阀

循环空气减压阀是机械操纵式弹簧膜片阀；在此按如下方式通过进气管压力控制这些阀门：如果节气门前后存在压力差，进气管压力就会使循环空气减压阀打开，并将增压压力转至压缩机的进气侧。压力差一旦超过0.3 bar，循环空气减压阀就会开启。这个过程可防止出现造成部件损坏的干扰性泵动作用。即使发动机以接近怠速转速运行（P增压/ P进气压力差= 0.3 bar），循环空气减压阀也会根据系统要求开启。但不会对增压系统进一步产生影响。废气涡轮增压器在这些低转速范围内承受全部废气气流的压力，并在接近怠速转速运行时便对进气预先施加一定压力。如果此时节气门开启，就会迅速为发动机提供所需要的全部增压压力。

真空控制式废气旁通阀的一个主要优点是，在中等负荷范围时这些阀门可以部分开启，以免进气预先加压过度而增大耗油量。负荷较高时，这些阀门根据所需增压压力开启到相应的控制位置。

电动控制式循环空气减压阀

电动控制循环空气减压阀与真空控制式循环空气减压阀不同，安装在涡轮增压器增压侧，由发动机控制单元直接控制。节气门关闭时，系统将增压压力（节气门前）及其提高值与存储的规定值进行比较。如果实际值超出规定值达到一定程度，循环空气减压阀就会打开。从而使增压压力转至压缩机的进气侧。这样可防止出现造成部件损坏的干扰性泵动作用。如下图所示：

增压空气冷却系统

发动机的增压空气冷却系统用于提高功率和降低耗油量。废气涡轮增压器内因其部件温度和压缩作用而受热的增压空气，在增压空气冷却器内最多可降低80 °C。这样可提高增压空气的密度，从而达到更好的燃烧室充气效果。由此可降低所需要的增压压力。此外还能降低爆震危险并提高发动机效率。

下图为风冷式增压空气冷却系统：