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【菲友必读】—涡轮增压原理、性能特点与菲翔动力

1 619 发布于 2015-07-09 18:05:29 只看楼主修改帖子

【菲友必读】—涡轮增压原理、性能特点与菲翔动力

菲翔采用菲亚特动力科技公司研制的1.4T-jet涡轮增压发动机（额定排量1.368L，压缩比9.8:1），全系配装霍尼韦尔提供的中速涡轮增压器。由于涡轮增压对菲翔动力系统起到至关重要的加力作用，了解其工作原理、内部结构及性能特点对正确使用增压器，保护和延长增压器寿命，维持引擎良好的动力输出非常必要。所以，作为菲翔车主，必须对涡轮增压基本原理和相关知识有所掌握，不开无知车，不走头疼路。在此，根伯将自己的学习体会与大家分享，希望对菲友们有所帮助。

一. 涡轮增压的概念与基本原理

顾名思义，增压就是增大压力，所谓涡轮增压是指通过泵功压缩原理（涡轮旋转并带动同轴进气叶轮同步旋转）使原有气体压力升值，以达到工作需要的压力参数。

1.涡轮增压的概念与简史

涡轮增压（Turbo Boost）是一种利用内燃机（Internal Combustion Engine）运转产生的废气驱动空气压缩机（Air-compressor）的技术。简单讲，涡轮增压器就是一种空压机（气泵），通过压缩空气来增加发动机的进气量。它是利用引擎工作排出的废气惯性冲力驱动涡轮室的涡轮，涡轮又带动同轴的压气室叶轮，叶轮压缩空滤管道送来的空气，使之增压进入燃烧室，增加供氧量和喷油量，提高燃烧效果和热效率，以达到提高发动机功率、扭矩的作用。

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涡轮增压技术诞生至今已有110年历史了。1905年，瑞士工程师阿尔弗雷德.波西（Alfred Buchi)博士首先提出涡轮增压概念，并于当年被德国专利局授予专利《内燃机辅助增压技术-动力驱动的轴向增压器》，标志着涡轮增压技术的问世。波西博士被公认为涡轮增压技术的创始人。

1912年，世界第一台涡轮增压器问世，用于航空和船用发动机领域。其规模化生产出现在二战时期，由美国首先运用在军用航空发动机上。1961年，乘用车开始尝试安装涡轮增压器，由于涡轮工作产生超荷压力和高温，当时的材料科学和耐、降温技术水平不高，导致耐用性很差，一般的汽车发动机无法适应。1970年后，由于石油危机和电喷技术出现，涡轮增压技术开始普及，真正开启涡轮增压时代的车型来至欧洲，瑞典萨博公司1977年推出了Saab 99 Turbo，这是世界上首款体积较小、价格较低的家用车范畴的涡轮增压车型，涡轮增压作用使其发动机功率提高23%，扭矩提高45%。萨博99的面世，宣告汽车产业一个新时代的出现，也奠定了萨博“涡轮增压家用车鼻祖”的美名。

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【全球首款涡轮增压引擎的量产车雪佛兰Corvair Monza Spyder Convertible】

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【瑞典萨博公司1977年推出的Saab 99 Turbo】

2.涡轮增压的基本原理：

二. 涡轮增压器的内部结构与性能特点

1.涡轮增压器内部结构

废气涡轮增压器由涡轮室、中间体和压气机以及轴承等组成，涡轮室壳体与排气管连接，压气机壳体与进气管道相连。废气涡轮和压气叶轮固定在同轴上，在全浮式轴承支承下高速旋转。涡轮用高强度、耐热、耐腐蚀特种合金钢精铸而成，通过摩擦焊连接在转子轴上，压气叶轮为铝合金铸件，用螺母固定在转子轴上。满负荷下，转子轴超高速旋转（每分钟可达十万转，环境温度高达600℃左右），一般滚动轴承无法保证其正常工作，目前普遍采用全浮式浮动轴承来解决高速、高温条件下的转动支撑。

所谓全浮式轴承（增压器的关键部件）是指轴承与转子轴、中间体之间都有间隙，当转子轴高速旋转时，具有250-400KPa压力的润滑油充满这两个间隙，使浮动轴承在内外两层油膜中随转子轴同时旋转，但其转数比转子轴低很多，从而大大降低轴承对轴承孔及转子轴的相对线速度，达到减少摩擦、减少产热和利于机油强制润滑和强制冷却（热量被循环流动的机油带走）。

涡轮增压器的润滑油来至发动机主油通道，经过滤清器进入增压器的中间体，在起到润滑和冷却作用后经下部出油口回流到曲轴箱，形成一条循环润滑、冷却的机油回路。

涡轮室进气口与发动机排气歧管相连，排气口接在主排气管上；压气机进气口与空气滤清器管道相连，出气口接在发动机进气歧管上。为防止压气机端的压缩空气和涡轮端的高***气漏入中间体(破坏润滑油的清洁度和润滑质量),造成增压效果下降和涡轮功效降低以及高速废气对浮动轴承寿命的影响，在中间体里设有多层密封装置。在压气机叶轮与中间体之间装有O形密封圈和密封环，在转子轴与中间体之间也装有密封环。

为防止润滑油进入压气机，在压气机端转子轴上装有挡油密封套；在中间体与涡轮室之间装有密封环和隔热板，以减少高***气对润滑油、润滑及冷却效果的影响。

2.涡轮增压器性能特点

家轿涡轮增压器基本采用单入口涡轮外壳，只利用发动机排出的废气能量，与发动机只有管路连接，没有任何传动机构，不消耗引擎动力，所以对发动机功率没有影响。由于发动机转数范围大，废气涡轮增压器必须要有调节装置，以使发动机在一定转数范围内获得比较恒定的增压压力。另外，汽油机是点燃式点火，其压缩比是有一定范围限制的，过高时会引起爆燃。所以，增压发动机还要有爆燃检测和控制机构，以便随时调整点火提前角。

目前涡轮增压器的调节装置大都装在废气侧进行调节。当不需要增压时（怠速或有爆燃先兆），一部分废气会通过旁通阀泄出而不进入增压器；当发动机转数达到设计增压转数时（菲翔介入增压转数为1300-1400左右，时速约50公里)，车载控制程序会指令电磁阀关闭旁通阀，让废气流指向涡轮一侧，加速涡轮转动，增压效果显现。

对空气进行冷却可使其收缩和增加密度，在同等容积下塞进更多空气还可以防止爆燃。因此，涡轮增压器都装有中间冷却器，这种中冷器一般采用空气冷却，安装在发动机散热器前面，用汽车迎面气流和发动机自身风扇冷却（菲翔的中冷器通过中网可以看到）。

涡轮增压器的特点：

1）提高发动机动力。在发动机排量不变的情况下，通过提高进气压力增加供气量和喷油量（进气量决定喷油量），来提高发动机输出动力，加装涡轮增压器的发动机功率和扭矩要比未装之前提高20-40%；

2）有效改善排放。涡轮增压发动机通过改善燃烧效果，可以减少发动机废气中的颗粒物和氮氧化物等有害成分的排放量，减少空气污染；

3）提高燃油经济性，降低油耗。由于涡轮增压器显效后，燃烧效果明显改善，燃油得到充分燃烧，可以节省燃油5-10%；

4）迟滞响应。由于进气叶轮的惯性作用，对油门瞬时变化反应迟缓，会使发动机延迟增加或减少输出功率（延迟近2秒），这对于突然起步或低速强行超车而言，瞬间会有“有气无力”的感觉。

三. 如何保护和正确使用涡轮增压器

涡轮增压器是菲翔发动机的命门，没有涡轮增压的介入，其动力性能不敢恭维。为了保持发动机输出功、扭长久不衰，延长动力系统的使用寿命，保护和正确使用增压器尤为重要。

1.涡轮增压器出现问题，主要是压气机与进气管之间的油封密封损坏，导致大面积烧机油。而油封损坏的主要原因是更换机油周期太长或使用劣质机油，造成浮动涡轮转子轴缺少润滑和散热，进而烧坏油封造成漏油。发动机机油和机滤必须定期更换，保持清洁，防止杂质进入全浮式轴承。涡轮轴与轴承套之间的间隙很小，运转时需要优质机油形成油膜来支撑，如果机油品质不好或污染严重，会导致润滑质量无法保证和散热效果下降，造成涡轮增压器工作失常或过早报废。其次，要按时清洁空滤，防止灰尘等杂质进入，如果用车环境质量太差（沙尘含量过高），应避免长时间使用涡轮增压器；

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2.菲翔起步时，一定要稳重驾驶。由于涡轮增压器是靠发动机机油润滑和冷却的，冷车起步时，机油流动性差、润滑效果不佳。这时如果大脚轰油，增压器会高速旋转，由于全浮式油膜没有很好形成，加剧涡轮轴的磨损甚至烧蚀。正确方法是：启动后怠速1-2分钟或低速行走一段距离，待机油润滑性能正常后（水温两格），再线性加速行车；

3.高速行车停车后，切勿立即熄火。因为过早熄火，机油的强制润滑会中断，涡轮增压器的内部热量无法被流动的机油带走。同时，涡轮轴与轴承套之间的浮动油膜会过早丧失，会造成二者之间摩擦加剧，导致出现“热蚀”现象；发动机熄火后，通往涡轮增压器的机油停止流动，无法对增压器继续冷却，高温产生的热量会将缺油的增压器内部的机油熬成积炭，从而阻塞进油口，导致浮动轴承效能大减甚至报废。所以，高速停车后，必须怠速3分钟左右熄火；

【由于全浮式轴承缺油，造成转子轴磨损严重，无法使用】

4.涡轮增压器的正确使用：

菲翔由于加装涡轮增压器，使小排量发动机拥有了媲美更高排量车型的动力水平，尤其高速动力效果非常明显。就动力而言，涡轮增压器的重要性可以和发动机划等号，其是否运行良好、是否健康无恙，必须引起菲友们的高度重视。涡轮增压器虽然精密但不复杂，只要合理使用、精心维护，一般都与发动机寿命相同（正常使用15-20万公里没有问题），请在用车时注意以下几点：

1）机油一定要好。涡轮增压发动机的结构各异，尤其中、高速型发动机（比如菲翔），必须使用涡轮增压车型专用机油，选择耐高温、抗氧化好的适用机油并要注意：适当缩短机油、机滤的更换周期，保持润滑油有良好的清洁度；

2）保持空滤的清洁。机油、机滤及空滤清洁，可以减少杂质和污物进入机油和进气中，对涡轮增压器及发动机的正常工作非常关键，不可小视；

3）定期检查。增压器外观及管路、密封、进气管、出气管、机油的进油管、回油管、接头、卡箍等是否有松动和渗油现象；增压器废气排出口是否残留有机油；压气机进气管内是否有机油痕迹；以及增压器是否有异响和不正常的震动。如果在使用中发现以上现象，需尽早去SSSS检查和维护，以免发生更严重的部件损坏；

4）避免发动机长时间怠速运行。当涡轮室、压气机的转数过低时，内部的气压也过低，润滑油会通过密封件渗漏到涡轮室或压气机中（浮动轴承润滑机油压力＞外部空气压力），导致加剧机油损耗和引起烧机油现象。一般来讲，怠速运行不要超过10分钟；

5）确保润滑系统状态良好。定期更换、定期检查机油存量，不管跑了多少公里，至少一年更换一次机油、机滤。另外，增压器在高温中工作，其润滑油管路在高温下内部机油易结焦，影响机油的顺畅流动，必要时应进行清洗；

6）保持空滤清洁。定期检查、定期更换空滤，保持进入增压器空气的清洁度，防止灰尘杂质进入高速旋转的压气叶轮，造成转数不稳、损坏或轴套、密封件的加剧磨损。另外，空滤过脏还会增加进气阻力，造成发动机功率下降；经常检查进气系统的密闭性，漏气会使灰尘吸入增压器或发动机，引起功能异常或减少寿命；

7）做好常规检查。上车前、收车后，应检查各气管的连接情况，防止松动、脱落而造成增压器失效或空气短路进入气缸；注意润滑油管和接头有无渗油现象；增压器涡轮端装有合金密封环，如果该密封环损坏，发动机高速运转时，废气会通过该密封环进入发动机润滑系统，使机油变脏并使曲轴箱压力升高；发动机低速运转时，机油会通过该密封环从排气管渗出或进入燃烧室燃烧，从而造成机油的过度损耗。