渦輪增壓器工作原理

什麼是渦輪增壓器
渦輪增壓(Turbo Boost)，是一種利用內燃機(Internal Combustion Engine)運作轉產生的廢氣驅動空氣壓縮機(Air-compressor)的技術。
渦輪增壓器實際上是一種空氣壓縮機，通過壓縮空氣來增加進氣量。渦輪增壓器是利用發動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進入氣缸。
當發動機轉速增大，廢氣排出速度與渦輪轉速也同步增加，葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應增加燃料量和調整發動機的轉速，增加發動機的輸出功率。

渦輪增壓器的作用
渦輪增壓的主要作用就是提高發動機進氣量，從而提高發動機的功率和扭矩，讓車子更有勁。一台發動機裝上渦輪增壓器後，其最大功率與未裝增壓器的時候相比可以增加40%甚至更高。這樣也就意味著同樣一台的發動機在經過增壓之後能夠輸出更大的功率。就拿我們最常見的1.8T渦輪增壓發動機來說，經過增壓之後，動力可以達到2.4L發動機的水平，但是耗油量卻並不比1.8L發動機高多少，在另外一個層面上來說就是提高燃油經濟性和降低尾氣排放。

渦輪增壓器的組成
廢氣渦輪增壓器主要由泵輪和渦輪組成由轉子相連。大家可能會覺得渦輪增壓裝置非常復雜，其實並不復雜，渦輪增壓裝置主要是由渦輪室和增壓器組成。其中有轉子、密封系統、潤滑系統、旁通閥機構等

簡單版渦輪增壓器原理
簡單來講，渦輪增壓器連接到發動機的排氣歧管。 氣缸內排出的尾氣帶動渦輪旋轉，與燃氣輪機類似。 渦輪通過軸與安裝在空氣過濾器與吸氣管之間的壓縮機相連。 壓縮機把空氣壓縮到氣缸中氣缸排出的尾氣流過渦輪葉片，使渦輪旋轉。 流過葉片的尾氣越多，渦輪旋轉速度就越快。

在連接渦輪的軸另一端，壓縮機將空氣抽到氣缸中。 壓縮機是一種離心泵，它在葉片的中心位置吸入空氣，並在旋轉時將空氣甩到外面。

渦輪增壓工作過程
希望用以下簡單的步驟讓你明白渦輪增壓的工作順序，從而便能清楚了解渦輪增壓系統的工作原理，渦輪增壓工作過程如下
一，發動機排出的廢氣，推動渦輪排氣端的渦輪葉輪，並使之旋轉。由此便能帶動與之相連的另一側的壓氣機葉輪也同時轉動。
二，壓氣機葉輪把空氣從進風口強制吸進，並經葉片的旋轉壓縮後，再進入管徑越來越小的壓縮通道作二次壓縮，這些經壓縮的空氣被注入汽缸內燃燒。
三，有的發動機設有中冷器，以此降低被壓縮空氣的溫度、提高密度，防止發動機產生爆震。
四，被壓縮(並被冷卻後)的空氣經進氣管進入汽缸，參與燃燒做功。
五，燃燒後的廢氣從排氣管排出，進入渦輪，再重復以上(一)的動作。這就是渦輪增壓工作過程。

復雜版渦輪增壓器原理
發動機排出的廢氣驅動泵輪，泵輪帶動渦輪旋轉，渦輪轉動後給進氣系統增壓。增壓器安裝在發動機的排氣一側，所以增壓器的工作溫度很高，而且增壓器在工作時轉子的轉速非常高，可達到每分鐘十幾萬轉，如此高的轉速和溫度使得常見的機械滾針或滾珠軸承無法為轉子工作，因此渦輪增壓器普遍采用全浮動軸承，由機油來進行潤滑，還有冷卻液為增壓器進行冷卻。以前，渦輪增壓器大都用在柴油發動機上，現在一些汽油發動機也采用渦輪增壓器。因為汽油和柴油的燃燒方式不一樣，因此發動機采用渦輪增壓器的形式也有所區別。

汽油發動機渦輪增壓器原理
汽油發動機不同於柴油發動機，它進入氣缸的不是空氣，而是汽油與空氣的混合氣，壓力過大容易爆燃。因此，安裝渦輪增壓器必須要避免爆燃，這裡涉及兩個相關問題，一個是高溫控制，另一個是點火時間控制。
強制性增壓後，汽油機壓縮和燃燒時的溫度和壓力都會增加，爆燃傾向增加。
另外，汽油機排氣溫度比柴油機高，而且不宜采用增大氣門重疊角（進、氣排門同時開啟的時間）方式來加強排氣的降溫，降低壓縮比又會造成燃燒不充分。還有，汽油機的轉速比柴油機高，空氣流量變化大，很容易造成渦輪增壓器反應滯後。
針對汽油機使用渦輪增壓器出現的一系列問題，工程師有針對性地做了改進，增加了下面幾個部件使汽油機也能用上廢氣渦輪增壓器。

中冷器
溫度增高，這樣不僅影響充氣效率，還容易產生爆燃。因此要裝置降低進氣溫度的設備，這就是中間冷卻器。它安裝在渦輪增壓器出口與進氣管之間，對進入氣缸的空氣進行冷卻。中間冷卻器就象散熱器，用風冷卻或者水冷卻，空氣的熱量通過冷卻而逸散到大氣中去。據測試，性能良好的中間冷卻器不但可以使發動機壓縮比能保持一定值而不會產生爆燃，同時降低溫度也可提高進氣壓力，進一步提高發動機的有效功率。

葉輪
由於汽油發動機轉速范圍寬，空氣流量變化大，因此渦輪增壓器的壓縮葉輪外形是復雜的三元曲面超薄壁葉輪片，一般有12～30片葉，呈放射線狀曲線排列，葉片厚度在0.5毫米以下，采用鋁材用特殊鑄造法制作。葉片形狀的優劣直接影響到到渦輪增壓發動機的性能。葉輪形狀角度越合理，質量越輕，葉輪的啟動就越靈敏，渦輪增壓器的天生缺陷“反應滯後”也就越小。

爆燃傳感器
除了降低溫度來減少爆燃的可能外，還要采用爆燃傳感器，它的作用就是在產生爆燃之時，傳感器感到不正常的振動會立即將信息反饋至發動機ECU（電子控制單元）控制系統，將點火定時稍推遲一點，不產生爆燃的時候再恢復正常點火定時。

由於轎車汽油機的轉速比柴油機高，空氣流速快而且變化范圍大，因此它的渦輪增壓器有更高的要求。現代轎車發動機已普遍采用電子噴射系統，在電子控制技術及新材料的配合下，渦輪增壓器在汽油機上的應用也會日益普遍。 汽車維修技術網
轎車用的廢氣渦輪增壓器都采用單入口渦輪外殼，也就是說只利用廢氣排氣的壓力能量，不需使用其它的輔助能量。由於轎車發動機的轉速范圍大，因此廢氣渦輪增壓器必須要有調節裝置，以使發動機能在一定轉速范圍內獲得比較恆定的增壓壓力。另外，汽油機是點燃式點火，它的壓縮比是有一定范圍限制的，過高就會引發爆燃。因此，還要有爆燃檢測及控制機構，隨時調整點火提前角。
一般轎車的廢氣渦輪增壓器一般安裝在排氣管附近，渦輪和葉輪分別裝在渦輪室和增壓器內，二者同軸剛性聯接，同步旋轉。

柴油機渦輪增壓調節裝置

調節裝置
目前的渦輪增壓器的調節裝置大都在排氣側進行調節，當不需要增壓時，例如怠速或者有爆燃先兆時，一部分排氣會通過旁通閥洩出而不進入渦輪增壓器。當發動機轉速每分鐘達到1800轉時，電磁閥就會關閉旁通閥讓排氣流指向渦輪一側，使渦輪轉動。另外還有一種設計，就是調節渦輪葉片的角度，通過阻力的改變來調節渦輪的轉速，從而改變增壓量。

對空氣進行冷卻可以使空氣收縮增大密度，在同等容積下塞進更多空氣，還可以防止爆燃。因此轎車的渦輪增壓器都安裝有中間冷卻器，這種中間冷卻器一般用空氣冷卻，安裝在發動機散熱器前面、旁邊或者單獨一個位置，利用汽車迎面氣流或者自身風扇冷卻。

軸承
渦輪增壓器的關鍵零件是軸承。這種根據潤滑形式命名的軸承被稱為“全浮式軸承”，工作轉速極高，工作環境惡劣。因此，保證潤滑是非常重要的事情。如果因油壓低導致機油供給緩慢，就會損壞軸承從而導致渦輪增壓器失效。在正常的發動機啟動是不會發生此類故障的，但如果發動機更換機油和機油過濾器後第一次啟動，就會產生機油供給緩慢現象，使軸承缺乏機油潤滑。在這種情況下，啟動後要怠速運轉3分鐘左右，不可直接將轉速提升到渦輪增壓器啟動轉速。同樣，在高速及上坡後也不要使發動機立即停止，要使發動機繼續怠速運行1分鐘左右，使仍繼續空轉的渦輪增壓器軸承不會缺油。因此，使用渦輪增壓器汽車的司機，一定要遵循廠家的指示操作，還要十分注意機油的質量，不宜將渦輪增壓器汽車視同一般汽車進行操作。

帶有渦輪增壓器發動機使用注意事項
針對渦輪增壓器工作原理，在使用有渦輪增壓器發動機時應注意一些問題：
1.發動機啟動後應怠速運轉一會兒，使潤滑油達到一定的工作溫度和壓力，以免突然增加負荷時因軸承無油而加速磨損，甚至卡死。
2.車輛停車時由於增壓器轉子轉動具有一定慣性，所以發動機不要立即熄火，應怠速運轉一段時間，以使增壓器轉子的溫度和轉速逐漸下降。立即熄火會使機油喪失壓力，轉子靠慣性轉動時得不到潤滑而損壞。
3.經常檢查機油油量，避免因缺少機油而導致軸承失效及轉動件卡死。
4.定期更換機油及機濾，因全浮動軸承對潤滑油的要求很高，應使用廠家規定牌號機油。
5.定期清洗更換空氣濾芯，空濾過髒會造成進氣阻力增加，使發動機功率下降。
6.經常檢查進氣系統的密閉性，漏氣會使灰塵吸入增壓器及發動機，損壞增壓器和發動機。
7.由於渦輪增壓器轉子軸承精密度很高，維修及安裝時的工作環境要求很嚴格，所以增壓器出現故障或損壞時應到指定的維修站進行維修。