渦輪增壓系統結構和工作原理

渦輪增壓系統

渦輪增壓系統分為單渦輪增壓和雙渦輪增壓

1. 單渦輪增壓

渦輪增壓系統分為單渦輪增壓系統和雙渦輪增壓系統。只有一個渦輪增壓器的增壓系統為單渦輪增壓系統。渦輪增壓系統除渦輪增壓器之外，還包括進氣旁通閥、排氣旁通閥和排氣旁通閥控制裝置等。

2. 雙渦輪增壓

六缸汽油噴射式發動機 的雙渦輪增壓系統。其中兩個渦輪增壓器並列布置在排氣管中，按氣缸工作順序把1、2、3缸作為一組，4、5、6缸作為另一組，每組三個氣缸的排氣驅動一個渦輪增壓器。因為三個氣缸的排氣間隔相等，所以增壓器轉動平穩。另外，把三個氣缸分成一組還可防止各缸之間的排氣干擾。此系統除包括渦輪增壓器、進氣旁通閥、排氣旁通閥及排氣旁通閥控制裝置之外，還有中冷器、諧振室和增壓壓力傳感器 等。

渦輪增壓器的結構及工作原理

車用渦輪增壓器由離心式壓氣機和徑流式渦輪機及中間體三部分組成 。增壓器軸通過兩個浮動軸承支承在中間體內。中間體內有潤滑和冷卻軸承的油道，還有防止機油漏入壓氣機或渦輪機中的密封裝置等。

1.離心式壓氣機

離心式壓氣機由進氣道、壓氣機葉輪、無葉式擴壓管及壓氣機蝸殼等組成 。葉輪包括葉片和輪毂，並由增壓器軸帶動旋轉。當壓氣機旋轉時，空氣經進氣道進入壓氣機葉輪，並在離心力的作用下沿著壓氣機葉片之間形成的流道，從葉輪中心流向葉輪的周邊。空氣從旋轉的葉輪獲得能量，使其流速、壓力和溫度均有較大的增高，然後進入葉片式擴壓管。擴壓管為漸擴形流道，空氣流過擴壓管時減速增壓，溫度也有所升高。即在擴壓管中，空氣所具有的大部分動能轉變為壓力能。

擴壓管分葉片式和無葉式兩種。無葉式擴壓管實際上是由蝸殼和中間體側壁所形成的環形空間。無葉式擴壓管構造簡單，工況變化對壓氣機效率的影響很小，適於車用增壓器。葉片式擴壓管是由相鄰葉片構成的流道，其擴壓比大，效率高，但結構復雜，工況變化對壓氣機效率有較大的影響。蝸殼的作用是收集從擴壓管流出的空氣，並將其引向壓氣機出口。空氣在蝸殼中繼續減速增壓，完成其由動能向壓力能轉變的過程。壓氣機葉輪由鋁合金精密鑄造，蝸殼也用鋁合金鑄造。

2.徑流式渦輪機

渦輪機是將發動機 排氣的能量轉變為機械功的裝置。徑流式渦輪機由蝸殼、噴管、葉輪和出氣道等組成 。蝸殼4的進口與發動機 排氣管相連，發動機 排氣經蝸殼引導進入葉片式噴管。噴管是由相鄰葉片構成的漸縮形流道。排氣流過噴管時降壓、降溫、增速、膨脹，使排氣的壓力能轉變為動能。由噴管流出的高速氣流沖擊葉輪，並在葉片所形成的流道中繼續膨脹作功，推動葉輪旋轉。渦輪機葉輪經常在900℃高溫的排氣沖擊下工作，並承受巨大的離心力作用，所以采用鎳基耐熱合金鋼或陶瓷材料制造。用質量輕並且耐熱的陶瓷材料可使渦輪機葉輪的質量大約減小2/3，渦輪增壓加速滯後的問題也在很大程度上得到改善。噴管葉片用耐熱和抗腐蝕的合金鋼鑄造或機械加工成形。蝸殼用耐熱合金鑄鐵鑄造，內表面應該光潔，以減少氣體流動損失。

3.轉子

渦輪機葉輪、壓氣機葉輪和密封套等零件安裝在增壓器軸上，構成渦輪增壓器轉子。轉子以超過100000r/min，最高可達200000r/min的轉速旋轉，因此，轉子的平衡是非常重要的。增壓器軸在工作中承受彎曲和扭轉交變應力，一般用韌性好、強度高的合金鋼40Cr或18CrNiWA制造。

4.增壓器軸承

增壓器軸承的結構是車用渦輪增壓器可靠性的關鍵之一。現代車用渦輪增壓器都采用浮動軸承。浮動軸承實際上是套在軸上的圓環。圓環與軸以及圓環與軸承座之間都有間隙，形成雙層油膜。圓環浮在軸與軸承座之間。一般內層間隙為0.05mm左右，外層間隙大約為0.1mm。軸承壁厚約3～4.5mm，用錫鉛青銅合金制造，軸承表面鍍一層厚度約為0.005～0.008mm的鉛錫合金或金屬铟。在增壓器工作時，軸承在軸與軸承座中間轉動。

增壓器工作時產生軸向推力，由設置在壓氣機一側的推力軸承承受。為了減少摩擦，在整體式推力軸承兩端的止推面上各加工有四個布油槽；在軸承上還加工有進油孔，以保證止推面的潤滑和冷卻。