涡轮增压系统.ppt
发动机废气涡轮增压ppt课件
复合式增压系统
将废气涡轮增压和机械增压 组合使用。
在大功率柴油机上 采用比较多，其发 动机输出功率大、 燃油消耗率低、噪 声小，只是结构太 复杂，技术含量高， 维修保养不容易。
只有提高发动机的平均有效压力才是最经济有效的方法，它可通过 减小过量空气系数øa，提高充气效率ŋv和增加进入气缸的充量密度ρk来 实现。
因此，增大进气密度 k ，即提高进入气缸空气的压力 k ， 降低进入气缸空气的温度Tk是提高平均有效压力pme最有效的 方法。提高进入气缸空气的压力和降低进入气缸空气的温度的 办法是采用增压和中冷技术。
油机的增压度受到爆燃燃烧的限制。柴油机的增压度受到燃烧最高爆 发压力的限制，通常以降低压缩比来补偿。
增压度小于1.9时，为低增压；在1.9~2.5范围内，为中增压；在 2.5~3.5范围内，为高增压；大于3.5时为超高增压。
目前，车用发动机的增压度不高，在0.1~0.6的范围内，大 部分为0.2~0.3，而船用大型低速四冲程柴油机的增压度可达 到3.0以上。这是因为车用发动机增压不仅要求功率增加，而 且还要在较大的转速和负荷范围内满足动力性、经济性、排放 与成本等多方面的要求，因此增压度一般不宜过高。
作业
1.发动机的增压方式有哪几种，与其他方式相比 涡轮增压的优点有哪些？
2.增压为什么能够提高发动机的功率？ 3.发动机废气能量是如何利用的？ 4.汽油机涡轮增压的主要技术措施有哪些？
增压：利用增压器将空气或可燃混合气进行压缩，再送入发动机气 缸的过程。
增压后，每循环进入气缸内的新鲜充量密度增大，使实际充气量增 加, 提高发动机功率和改善经济性。
电动涡轮增压系统的工作原理
自然进气（NA）发动机——空气是被动地被吸入汽缸内的。
也就是说，引擎所需的空气完全依靠活塞下行时产生的负压而进入，即便汽缸吸满了空气，缸中气压也就小于或等于一个大气压。
如果在相同的单位时间里，能够把更多的空气及燃油的混合气强制挤入汽缸（燃烧室）进行压缩燃爆动作（小排气量的引擎能“吸入”和大排气量相同的空气，提高容积效率），便能在相同的转速下产生较自然进气发动机更大的动力输出。
所以NA发动机的升功率始终不如能将空气与燃油强制送入的汽缸中，可轻松提高马力的增压发动机。
电动涡轮增压系统就是通过强制进气使进入发动机的气体大于自然进气效率，形成的旋转脉动涡流,流速大,空气密度高,含氧密度增加,达到成倍的空燃比;燃油雾化提高.从源头上实现发动机在单位时间内进入成倍的混合气。
达到更强的动力输出。
一.详解:为什么电动涡轮增压能够提高动力1.电动涡轮增压提高动力的基本原理：正常车辆在使用到一定时间后，由于空滤芯被灰尘阻塞——进气量减少,这时真空压力传感器（MAP)监测得到——进气量少K——通过ECU做出指令（减少喷油频率，同时转速不再上升）——混合气总量减少——由于转速没有提升，发动机功率输出保持在一个相对稳定状态。
这时，再深踩油门——节气门位置传感器TPS得到大负荷信号——同时ECU没有得曲轴位置传感器CP S提升信号——故不会增加喷油频率。
这就是感觉动力差的原因之一.另外由于节气门和转速传感器同时参与采集信号,加上进气量的不准确很容易使ECU做出错误指令,导致喷油嘴的喷油频率的不稳定.以至会增加油耗.如果这时给发动机提供了较大的进气量.ECU就能自我判断控制喷嘴增大喷油量,此时发动机得到一个成倍比例的混合气.在单位时间内也增大了发动机的容积效率,等于发动机增大了排量，这就是说只要提高混合气总量就能提供发动机功率。
涡轮增压系统工作原理
涡轮增压系统工作原理
涡轮增压系统是一种用来增加发动机进气量和提高发动机功率的技术。
其工作原理主要是利用高速旋转的涡轮来驱动压气机，使进气量增加，并且提高气缸内的压力，从而增加燃油的燃烧效率，提高发动机的输出功率。
涡轮增压系统主要由两个关键部分组成：涡轮和压气机。
涡轮是通过发动机的废气喷嘴高速旋转，它与压气机通过轴连接在一起。
废气在流过涡轮叶片时，会使涡轮高速旋转。
然后，涡轮通过轴将旋转动能传递给压气机，使其转动。
当压气机旋转时，空气被吸入并压缩，然后通过进气歧管输送到发动机气缸内。
由于空气被压缩，单位体积的空气分子数量增加，使进气缸内的氧气浓度增加，同时也增加了燃料的喷入量。
这样，在相同的时间内，更多的燃料可以被燃烧，生成更大的能量。
涡轮增压系统的工作原理可以分为三个阶段：1）涡轮加气阶段：发动机排气，高速流过涡轮，使其旋转；2）压气机压气
阶段：旋转的涡轮通过轴驱动压气机，将空气压缩；3）增压
进气阶段：经过压缩的空气进入发动机气缸，增加了气缸内的气体密度和压力。
通过涡轮增压系统，发动机可以在相同排量的情况下，获得更高的功率输出。
同时，涡轮增压系统还可以提高发动机的燃烧效率，减少燃油消耗，从而达到节能减排的效果。
涡轮增压系统广泛应用于汽车、飞机和柴油发动机等领域。
涡轮增压器简介
4. 点火开关置于 ON 位置，测试 5伏参考电压电路端子3 或 C 和搭铁之 间的电压是否为 4.8–5.2伏
– 如果低于规定范围，测试 5伏参考电压电路是否对搭铁短路或开 路/电阻过大， 如果电路测试正常则更换 ECM（K20）。 – 如果高于规定范围，测试 5伏参考电压电路是否对电压短路，如 果电路测试正常，则更换 ECM（K20）。
P0299 / P0置并持续 90秒钟，断开增压压力传感器上的线 束连接器。
3. 测试低电平参考电压电路端子1 或 A 和搭铁之间的电阻是否小于 5 欧。
– 如果大于规定范围，则测试低电平参考电压电路是否开路/电阻过 大，如果电路测试正常，则更换 ECM（K20）。
P0299 / P0234电路/系统检查
正常的涡 轮增压器
P0299 /P0234电路/系统检查
• P0299 （涡轮增压器发动机增压不足）： 发动机控制模块检测到实际 的增压压力小于期望的增压压力并持续 4秒钟以上或累计达 50秒钟。 • P0234 （涡轮增压器发动机增压过高 ）： 发动机控制模块检测到实际 的增压压力大于期望的增压压力并持续 3秒钟以上或累计达 50秒钟。 • P0299 / P0234都是由增压压力传感器检测的。
涡轮增压器工作原理简介
泵轮
泵轮
泵轮 出气口 泵轮
涡轮增压器上有润滑系统和冷却系统两套管路，为其润滑和降低工作温度。
涡轮增压器工作原理简介
涡轮增压器的控制
废气旁通阀 及其控制电磁阀
进气旁通阀 及其控制电磁阀、 真空罐
废气旁通阀的控制
• Buick Regal 2.0T涡轮增压器能产生高达 1.40 Bar的增压压力，也就 是绝对压力为2.40 Bar，增压压力的调节是通过废气旁通阀来实现的。 • 废气旁通阀： – 废气旁通控制电磁阀（ 3通）调节增压压力和大气压力的压差来 控制膜片阀的运动，从而调节废气门的开度，达到调节进气压力 值的目的 – 废气旁通控制电磁阀由ECM 通过脉宽调制信号（PWM）控制 – 膜片阀连杆上的螺纹杆和螺母的位置不准调整
涡轮增压工作的原理
涡轮增压器原理涡轮增压原理探讨NA动力提升方法一般的NA（自然进气）发动机的做法，逃不开加大节气门口径，或换多喉直喷等，使高转速时可以在同油门深度下，获得更多的空气量。
但这种方法在某一转数后，作用就有限了。
毕竟NA 发动机的空气是靠真空吸入的。
在汽缸容积固定不变的情况下，真空吸入空气有一个相对的限度。
有的NA 发动机改用高角度凸轮轴(Hi Cam，借此增加进排气门重叠角度)，可以在高转速下获得高动力，但缺点是低转的扭矩较差，而且如果角度过大，会有发动机怠速不稳的现象。
所以现在不少的新车都用上可变气门正时技术，再配合可变凸轮轴等技术（如VVTL-i、i-VTEC、MIVEC）……以期在低转扭矩和高转马力之间取得很好的平衡。
但即便是用尽以上方法，发动机的进气效率顶多提高60%。
NA 发动机始终无法避免其宿命——空气是被动地被吸入汽缸内的。
也就是说，引擎所需的空气完全依靠活塞下行时产生的负压而进入，即便汽缸吸满了空气，缸中气压也就小于或等于一个大气压。
所以NA 发动机的升功率始终远不如能将空气与燃油强制送入的汽缸中，可轻松获得一倍以上马力的增压发动机。
涡轮增压系统原理解构涡轮系统是增压发动机中最常见的增压系统之一。
如果在相同的单位时间里，能够把更多的空气及燃油的混合气强制挤入汽缸（燃烧室）进行压缩燃爆动作（小排气量的引擎能“吸入”和大排气量相同的空气，提高容积效率），便能在相同的转速下产生较自然进气发动机更大的动力输出。
涡轮增压利用废气驱动，基本没有额外的能量损耗（对发动机没有额外的负担），便能轻易地创造出大马力，是非常聪明的设计。
情形就像你拿一台电风扇向汽缸内吹，硬是把风往里面灌，使里面的空气量增多，以得到较大的马力，只是这个扇子不是用电动马达，而是用引擎排出的废气来驱动。
一般而言，引擎在配合这样的一个“强制进气”的动作后，起码都能提升30%-40% 的额外动力，如此惊人的效果就是涡轮增压器令人爱不释手的原因。
废气涡轮增压系统
推力轴承为浮动环式结构，钢质基体上制有20高 锡铝合金，圆环两侧均为止推面，面上有8个均布 的油槽和油楔。辅助轴承轴承由ZQSn6-6-3铸造锡 青铜制成，嵌装在推力轴承端板上，只有的一个止 推面上均布12个油槽和油楔。推力轴承和辅助推力 轴承分置于轴承套凸肩的两侧。轴承套凸肩与推力 轴承和辅助推力轴承之间的总间隙(称为止推间隙) 为0.23～0.28mm，可通过改变推力轴承体的厚度调 节止推间隙。
（一）主要性能参数： 1、增压空气压力Pk及增压比πk： Pk：压气机蜗壳出口的压力；
k :k
pk p0 （P0：压气机空气进口压力）。
2、空气流量Ｇk或Ｖ0： Ｇk：单位时间内流过压气机的空气重量； Ｖ0：进口状态下，单位时间内流过压气机的空 气容积。
3、增压器的转速nTk：
增压器转轴每分钟的转数。
涡轮盘以芯部凸肩与主轴定位，用3个圆柱销 及3个螺钉与主轴法兰联接，为防止螺钉松动， 拧紧后用不锈钢焊条点焊螺钉头部。涡轮盘的外 缘榫接有34个空间扭曲涡轮叶片，与涡轮盘镶嵌 时在叶根底部加装锁紧片，以防叶片松动。 蜗轮叶片和涡轮盘分别用GH132(0Cr15Ni25Ti2 MoVB)和GH134(20Cr3MoWVA)耐热合金钢制成。 须对转子进行动平衡试验。
（一）单级轴流式涡轮机的工作原理：
1、构造： 单极轴流式涡轮机由涡轮进气壳、喷嘴环（导向 叶片）、涡轮和燃气出气壳组成。
喷嘴环是由一圈喷嘴叶片组成的圆环，与燃气进 气壳一起固定静止不动，它处于燃气进气壳与涡 轮之间。在喷嘴叶片间形成燃气的流道，对燃气 导向并使之加速流动。 涡轮由转轴、轮盘和一圈工作叶片组成，涡轮转 轴支承在燃气出气壳中。
2、喷嘴环
喷嘴环处于燃气入口一侧的涡轮之前，紧固于 涡轮进气壳的内侧。喷嘴环组件由喷嘴环镶套、 喷嘴环叶片、喷嘴环外圈、外圈镶套、喷嘴环内 圈、内圈镶套及喷嘴环气封圈等组成。 28个用2Cr13耐热不锈钢制成的喷嘴环叶片靠 两端的榫头按一定的角度镶嵌在喷嘴环内圈和喷 嘴环镶套之间，并用内圈镶套及外圈镶套等件卡 紧。喷嘴环内圈及喷嘴环镶套均用螺钉紧固在涡 轮进气壳上。
机械增压---涡轮增压---燃油添加剂---缸内直喷发动机
目前常见的另一种发动机技术就是增压，主要工作部件是独立的增压系统，将空气预先压缩然后再供入气缸，以期提高空气密度、增加进气量。
由于进气量增加，可相应地增加循环供油量，从而可以增加发动机功率。
同时，增压还可以改善燃油经济性。
最为常见的两种增压方式为机械增压和涡轮增压，其中接卸增压器是与发动机一体的，它由发动机的曲轴带动增压器的叶片，因此会随着发动机的转速变化，机械增压器的好处是由于结构简单，而且由于工作温度低因此不需要冷却系统，不过它本身也有不少缺点，因为它需要靠发动机来带动工作，因此给发动机增加了负担，因此会影响转速。
现在搭载机械增压的典型车型就是奔驰C200。
『单涡轮增压系统』废气涡轮增压是目前世界上使用最多的发动机技术，涡轮增压器(Tubro)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，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。
涡轮增压要比机械增压的效率高，但是废气的温度较高，因此需加设冷却器，涡轮增压器没有介入，排气也不顺畅，因此发动机的输出很弱，只有在达到一定的发动机转速之后，涡轮增压器才能突然介入。
为了改善涡轮的迟滞以及低速不运转的情况，双涡轮增压、涡轮+机械增压的技术都应运而生了。
机械增压和涡轮增压结合起来使用，利用机械增压的低转速工作和涡轮增压的高转速工作，兼顾了低速是的扭力输出和高速时的功率输出。
大众的尚酷就应用了此技术。
而双涡轮增压就是在涡轮增压的基础上增加了一只低速涡轮，在发动机低速的时候就可以驱动此涡轮产生足够的进气压力，保证在低转速和高转速下都能有连贯的强劲动力。
●编辑点评：相信大部分消费者对于这两种技术都不陌生了，其中比较实际的例子就是不少人问大众车型的TSI发动机是否可靠，因为消费者非常认可的大众汽车大部分应用了涡轮增压和直喷技术，而从我们目前测试过的增压以及直喷车型来看，的确比普通的自然吸气发动机的动力要强劲许多，在燃油性方面也更经济，因此只需期待新技术的普及，保养维修也能像普通发动机那样方便实惠，这一天终究是要到来的。
2汽车发动机增压技术
2. 电控爆燃控制
点 火 时 刻
转 矩
图9 爆燃控制过程的波形图
转速×103（r/min）
图10 点火时刻和爆燃的关系
l—爆燃范围；2—余量幅度；3—无爆燃控制时；4—有爆 燃控制时； MBT—最大转矩的点火提前角
通过爆燃传感器检测其爆燃信息，将输出波形进行滤波处理，并判定有无爆燃 发生，然后由微机进行控制，首先延迟发生爆燃那一缸的点火提前角，使发动 机处于既不发生爆燃，又处于较为理想的工作状态。采用爆燃控制以后，可以 在避免发生爆燃的前提下，最大限度地发挥整机潜力 。
1. 电控汽油喷射系统
图8 增压汽油机的电子控制系统
1—空气滤清器；2—空气流量计；3—涡轮增压器；4—放气阀；5—爆燃传感器；6—水温传感器； 7—增压压力传感器；8—节流阀位置传感器；9—EGR阀；10—中冷器；11—喷嘴；12—点火线 圈；13—火花塞；14—比例式压力控制电磁阀；15—电动汽油泵；16—变速器空档位；17—车速 传感器；18—点火正时控制信号；19—曲轴转角传感器
为了防止涡轮增压器的超速 及增压压力过高，可以采用提升阀 等措施来控制排气旁通的通道。
a）
b）
图3 排气旁通增压系统
a）旁通阀关； b）旁通阀开
用软管将压气 机涡壳空腔与膜片 作用器的空腔连接 起来，传递压气机 出口处空气压力变 化信号。当发动机 在正常的稳定状态 下工作，增压压力 不高，提升阀是关 闭的。当增压压力 超过某一规定值时， 提升阀打开，部分 排气不进入涡轮， 而由旁通管直接排 入大气中，因此涡 轮转速不会上升， 压气机出口压力也 保持在限定值以下。
(NOx)，改善发动机的低速性能。因此，也就产生了中间冷却技术。
➢
柴油机中间冷却技术的类型分两种，一种是利用柴油机的循环冷却水对中冷
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维修费用高，如更换涡轮增压器：奥迪A6 1.8T为 20000元、宝来1.8T 为16500元、帕萨特1.8T为 13000元。
涡轮增压电控系统的检修
执行器内有膜片将之 分隔成左右两个腔，膜 片左侧受进气增压压力 的作用，膜片右侧装有 弹簧。膜片与废气阀通 过一根推杆连接。
当压缩轮侧进气增压 压力增加到足以克服执 行器内的弹簧力时，推 杆推动废气阀开启。一 部分废气绕过涡轮经排 气歧管直接排放出去， 增压压力也随之下降。
增压压力的控制
为了保证发动机在不同转速及工况下都得 到最佳增压值，防止发动机爆震和限制热 负荷，对涡轮增压系统增压压力必须进行 控制。
2.增压发动机进气压力上升的原因：
通常是涡轮增压器及发动机供油系统、配 气系统的故障。
由涡轮增压器直接造成增压压力上升的原 因一般是增压压力控制电磁阀或膜片控制 电磁阀损坏，使旁通阀不能适时打开。
废气涡轮增压系统功能
•利用发动机排出的高温高压废气的热能和动能， 驱使涡轮增压器中的动力涡轮带动同轴的增压 涡轮一起转动，从而加大循环进气量，提高发 动机的输出功率，提高动力性和经济性。 •增压后进气温度提高，混合气可以适当变稀， 从而可以使CO和HC的排放量有所降低。 •国产一汽奥迪A6 1.8T、一汽宝来1.8T 和上海帕 萨特1.8T等乘用车都采用了带废气涡轮增压器 的增压进气系统。
废气涡轮 增压器的 基本结构
主要部件有涡轮增压器、增压压力电磁阀、 膜片式放气控制阀和冷却器组成。涡轮增压 器内有动力涡轮和增压涡轮，它们安装在同 一根轴上。
工作情况
工 作 原 理
利用发动机排出的废气作为动力来推动涡轮增压 机内的涡轮（位于排气道内），涡轮又带动同轴的 压缩轮（位于进气道内），压缩轮就压缩由空气滤 清器管道送来的新鲜空气，再送入气缸。
检查进气室和真空管路有无漏气； 真空开关阀电路有无短路或短路，真空开
关阀的电阻是否符合标准； 视情维修或更换损坏的元件。
增压器常见故障原因分析
1. 增压发动机功率下降的原因： 旁通阀门关闭不严。 空气进口阻力损失过大。 增压器叶轮、壳体和流道脏污。 动力涡轮壳流道和叶轮上严重积碳。 增压涡轮出口管路漏气。 发动机排气管连接处漏气。
当VSV关闭时，受压缩轮增压的气体直接作用在执 行器的膜片上，膜片受压变形增大，废气阀开度也相 应增大，废气绕过涡轮的旁通量增多，增压压力下降。
优缺点比较
一台发动机装上பைடு நூலகம்轮增压器后，其输出的最大功 率与未装增压器的相比，可增加大约40%甚至更 多。这意味着一台小排量的发动机经增压后，可 以产生同较大排量发动机相同的功率。
2.3.3 涡轮增压系统
淮安信息职业技术学院 2010年9月
三、增压控制系统
功能：根据发动机进气压力的大小，控制增压装置 的工作，以达到控制进气压力，提高发动机动力性 和经济性的目的。
分类：根据增压装置使用的动力源不同，增压装置 分废气涡轮增压和动力增压两种。目前多采用废气 涡轮增压。
典型废气涡轮增压控制系统
1. 旁通放气法：调节进入动力涡轮室的废气 量从而对增压压力进行控制。
2. 带有涡轮增压的汽油发动机电子控制系统。
带有涡轮增压的 汽油发动机电子控制系统
工作过程
当VSV开启，执行器内的受压空气经VSV逸出到压缩 轮侧的进气管内，此时执行器内的受压气体压力Pa＜ Pb，执行器内的膜片受压变形减小，废气阀开度也相 应减小，废气绕过涡轮的旁通量减少，增压压力上升。