涡轮增压器的结构、工作原理、常见故障处理方法 _涡轮增压器

为了适应发动机“小排量、大功率”的发展趋势，涡轮增压器在汽车上得到了广泛采用。涡轮增压器对于发动机的直接作用，就是显著提高了发动机的充气效率（超过100%），因此，大大提高了发动机的动力输出。
具体而言，发动机采用涡轮增压器的优点主要体现为：
◆ 可以根据发动机的需要提供增压压力，或减小、不提供增压压力；
【涡轮增压器的结构、工作原理、常见故障处理方法】◆ 即使在高海拔地区也可以使发动机获得足够的充气效率。
组成如下图所示，涡轮增压器主要由涡轮机和压气机等部分组成。
涡轮机的进气口与发动机排气歧管相连，涡轮机的排气口则接在排气管上；压气机的进气口与空气滤清器相连，压气机的排气口则接在进气歧管上。

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图1 涡轮增压器的基本组成 ▲
从发动机排气歧管排出的是高温高压的废气，具有一定的能量。在自然吸气发动机中，这部分能量往往随着废气的排放而白白浪费，而涡轮增压器的动力来源恰恰就是这些废气。涡轮机涡轮与压气机泵轮通过增压器轴刚性连接，这部分称作增压器转子。增压器转子通过浮动轴承（转子高速旋转时可保证摩擦阻力矩较小）固定在增压器中。
发动机工作时，排出的废气以一定角度高速冲击涡轮，使增压器转子高速旋转，于是，压气机泵轮以同样的高速挤压进气空气。受压后的空气温度会升高，影响其密度，因此，在压缩空气通向进气歧管的中间通路上增设了一个空气冷却器（简称中冷器）以冷却增压后的空气，最终使更多、密度更大的空气进入气缸，从而实现进气增压的目的。
为了使涡轮增压器能够更好地发挥其效能，除了涡轮机和压气机两个最主要的组成部件外，涡轮增压器上还设置了其他辅助控制元件 ▼

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图2 涡轮增压器的辅助元件 ▲
如上图所示，在涡轮增压器涡轮机的出口处设有一个废气旁通阀，废气旁通阀由一个真空执行器在真空的作用下通过杠杆机构驱动其开、关及开关的幅度大小，而真空的施加与否、施加大小则由ECM通过控制一个废气旁通控制电磁阀对真空管路实施控制来实现。在压气机侧面有一旁通管路，连接其进气口与排气口，在这一旁通管路上设有一个进气旁通阀，由ECM通过对进气旁通电磁阀的控制实现对进气旁通阀开、关的间接控制。
工作原理1. 基本工作原理
驱动涡轮增压器的动力来源于发动机排出的废气。在发动机低速运转时，排气压力和温度都较低，涡轮转速亦较低（约为1000r/min），因此，压气机泵轮不能产生进气增压压力，在此状态下，发动机的进气效果与自然吸气发动机没有明显差异；随着发动机转速和负荷增加，排气压力和温度都大幅升高，涡轮的转速也随之加快，当涡轮达到一定转速时增压开始（现代发动机最低在1500r/min左右就可以进入增压状态），当发动机全负荷运转时，涡轮转速可以达到（10~15）×104r/min 。
2. 废气旁通控制
废气旁通控制的主要目的是有效控制和调节增压压力，防止增压压力过高而损坏发动机，同时，也可以使涡轮增压在较宽的发动机转速区间内（如1500~4500r/min范围内）保持持续有效。
如下图所示，涡轮增压器利用废气旁通控制电磁阀、废气旁通执行器和废气旁通阀对增压压力进行控制。

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图3 废气旁通控制原理图 ▲
废气旁通控制电磁阀是一个三通电磁阀，其三个接口分别与增压前的空气、增压后的空气、废气旁通执行器的膜盒相通，由ECM对其实施占空比控制，其控制电路如下图所示。增压前空气来自与进气管，增压后的空气来自于压气机泵轮排气口之后的气道。与废气旁通执行器膜盒连接的电磁阀接口在ECM的控制下，可以分别与另外两个接口（增压前空气接口、增压后空气接口）相通。