学习目标

1.了解废气涡轮增压系统的功能

2.掌握废气涡轮增压系统的结构及工作原理

3.了解废气涡轮增压系统故障现象及引起故障的原因

课程准备

知识准备

首先我们要弄明白什么是涡轮增压。涡轮增压的英文名字为Turbo，一般来说，如果我们在轿车尾部看到Turbo或者T，即表明该车采用的发动机是涡轮增压发动机了。相信大家都在路上看过不少这样的车型，譬如奥迪A6的1.8T，帕萨特1.8T，宝来1.8T等。

1.涡轮增压系统的分类

涡轮增压系统可以分为机械增压系统、气波增压系统、废气涡轮增压系统、复合增压系统等。

①机械增压系统：安装在发动机上并由传动带与发动机曲轴相连接，从发动机输出轴获得动力来驱动增压器的转子旋转，从而将空气增压吹到进气道里。其优点是涡轮转速和发动机相同，因此没有滞后现象，动力输出非常流畅。但是由于它由发动机驱动，因此还是消耗了部分动力，增压的效果并不高。

②气波增压系统：利用高压废气的脉冲气波迫使空气压缩。这种系统增压性能好、加速性好，但是整个装置比较笨重，不太适合安装在体积较小的轿车里面。

③废气涡轮增压系统：它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。一般而言，加装废气涡轮增压器后的发动机功率及扭矩要增大20%～30%。

④复合增压系统：即废气涡轮增压和机械增压并用，有效地利用了机械增压低转速时的扭力输出，和废气涡轮增压在高转速时拥有强大的功率输出。

本工作任务以大众某车型废气涡轮增压系统为例来讲解增压系统。

2.废气涡轮增压系统的功能

一般发动机空燃比达到某一值后，再增加燃油，除了黑烟和未燃烧的燃油排到大气中外，不会产生更多的功率。废气涡轮增压发动机是利用发动机排出废气的能量将进入气缸的新鲜空气预先进行压缩，使发动机获得更高的充气效率，由于增加了压缩空气的量，所以允许喷入较多的燃油，使发动机在尺寸不变的条件下，产生更大的功率，并具有更高的燃烧效率，降低了油耗。

3.废气涡轮增压系统组成

废气涡轮增压系统（以大众奥迪轿车涡轮增压系统为例）由废气涡轮增压器和增压力控制系统组成。

废气涡轮增压器外观及安装位置如图1-3-25所示，由涡轮室和压气机室组成。

图1-3-25 废气涡轮增压器的安装及外观

在涡轮室上有两个废气接口，一个与发动机的排气总管相对接，位置设在涡轮径向中心上方。另一个与三元催化器相对接，位置设在涡轮的轴向中心部位，进入涡轮壳内的废气最终进入三元催化器进行催化净化。在压气机室上也有两个接口，一个与空气滤清器相对接，位置设在压气机叶轮的轴向中心部位；另一个接口即高压空气出口，经过压缩的空气提高了压力、密度和含氧量，通过管道进入中冷器（增压空气冷却器）进行降温，最终经节气门体、进气总管、进气歧管充入气缸。

增压压力控制系统组成如图1-3-26所示，主要由发动机控制单元，（J220）、增压压力传感器（G31，位于发动机舱左侧增压空气冷却器的上部）、增压压力限制电磁阀（N75，位于发动机舱齿形传动带罩右侧）、增压压力调节单元、增压器空气再循环电磁阀（N249，位于发动机舱进气歧管下方）、机械式空气再循环阀、真空罐以及连接管路等组成。

4.增压压力控制系统工作原理

废气涡轮和压气机叶轮安装在同一根轴上，其结构如图1-3-27所示，工作原理如图1-3-28所示，当废气气流冲击涡轮时，涡轮高速旋转，同时带动压气机叶轮以相同的转速旋转，经空气滤清器滤清后的洁净空气被吸入压气机室，压缩后压力升高，通过管道进入中冷器冷却，而后进入气缸，从而提高了发动机的充气效率。图1-3-29和图1-3-30分别标出了图1-3-28中执行器和排气旁通阀的位置。

图1-3-26 废气涡轮增压系统在发动机上的布置图

1—活性炭罐 2—活性炭罐电磁阀N80 3—活性炭罐单向阀 4—空气滤清器 5—废气涡轮增压器 6—燃油压力调节器 7—接制动助力器 8—单向阀（在制动助力器与进气歧管之间） 9—抽气泵 10—单向阀 11—真空罐 12—曲轴箱通风装置 13—单向阀（在活性炭罐与进气歧管之间） 14—中冷器（增压空气冷却器）（带增压压力传感器G31） 15—节气门控制单元J338 16—增压器空气再循环阀N249 17—进气歧管 18—增压压力调节单元 19—增压压力限制电磁阀N75 20—机械式空气再循环阀 21—曲轴箱通风压力调节阀

图1-3-27 涡轮增压器结构

增压压力调节单元安装在涡轮增压器前端，其膜片式控制阀通过橡胶软管经增压压力限制电磁阀（N75）与增压器压气机外壳出口相连接，涡轮室内的废气旁通阀由增压压力调节单元的膜片阀通过推杆控制。当冲击涡轮的废气量增加，涡轮转速加快，增压压力提高。当增压压力达到一定值时，增压压力调节单元内膜片阀移动，通过推杆和杠杆使废气旁通阀开启一个角度，此时冲击涡轮的废气量减少，涡轮转速下降，相应地增压压力也下降，如增压压力继续增大，则旁通阀开度也增大，从而实现对增压压力的调节。

图1-3-28 涡轮增压器工作原理（此图中省略了增压压力限制电磁阀N75）

图1-3-29 执行器的位置

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图1-3-30 排气旁通阀位置

增压压力限制电磁阀（N75）上有三个管A、B、C，通过橡胶软管分别与增压器压气机出口、增压压力调节单元及低压进气管（压气机入口）相连接，如图1-3-31所示。

发动机控制单元根据需要以占空比方式给增压压力限制电磁阀通电，改变加在增压压力调节单元膜片阀上的气压，以调节增压压力。在中、低速小负荷时，增压压力限制电磁阀的A端与B端连通，允许增压压力调节单元自动调节增压压力；在加速或高速大负荷时，该电磁阀由发动机控制单元以占空比的方式供电，低压通气端与另两端连通，使加在增压压力调节单元膜片阀上的压力下降，废气旁通阀开度减小，增压压力提高，占空比越大，增压压力越高。

机械式空气再循环阀并联安装在压气机出口的软管与低压进气管之间。如图1-3-32所示，该阀有3个管接头，两根粗管A、B分别与增压器压气机出口的高压软管和压气机入口的低压进气管相连接，细管C通过真空管与增压器空气再循环电磁阀N249相连接。阀内有真空膜片，膜片室的真空度较小时，机械式空气再循环阀不开启，当有较大的真空度作用于膜片上时，阀开启，增压后的部分空气又返回到低压进气管。

图1-3-31 增压压力限制电磁阀的实物及结构

图1-3-32 机械式空气再循环阀外观及连接示意

增压器空气再循环电磁阀N249安装在进气歧管下面。其连接如图1-3-33所示，阀上的三个管接头A、B、C分别与进气歧管、机械式空气再循环阀和真空罐相连接。

该阀受发动机控制单元控制，不通电时，进气歧管与机械式空气再循环阀的膜片室相通，通电时，真空罐与机械式空气再循环阀的膜片室相通。在发动机怠速或小负荷工况时，进气歧管的真空度较大，发动机进气不需要增压，此时增压器空气再循环电磁阀不通电，进气歧管的真空度作用于机械式空气再循环阀而使阀开启，增压器压气机出口的高压空气流回到低压端，此时增压器不起作用；在车辆高速行驶急减速时，节气门突然关闭，瞬间增压器需要卸荷。因此时进气歧管内的真空度不足以开启机械式空气再循环阀，故发动机控制单元将立即给增压器空气再循环电磁阀N249通电，使真空罐与机械式空气再循环阀接通，在真空罐强大的真空吸力作用下阀开启，增压器被卸荷。增压器卸荷的目的是使增压器压气机室至节气门前存在的高压压力瞬间被卸掉，使压气机叶轮旋转的阻力不致过大，这样做一是减轻高压气体对压气机叶轮的冲击，二是能使涡轮增压器保持在较高的转速，增压器在需要时能更迅速地向发动机提供所需的增压压力，以减小涡轮增压器的“迟滞”现象。

增压空气冷却器安装在废气涡轮增压器之后、节气门之前，其作用是将增压后的较热空气进行冷却，以增加密度、提高进气量。增压压力传感器（G31）安装在空气冷却器出口处，用于检测冷却后的进气压力。

图1-3-33 增压器空气再循环电磁阀N249连接示意

5.涡轮增压器常见故障

导致中冷器进气管中有机油的原因

导致中冷器进气管中有机油的原因有很多，包括驾驶工况、保养维护、曲轴箱正常通风等；这是由涡轮增压器的特性以及相关系统的布置确定的。因此，不能简单地将中冷器进气管中有机油等同于涡轮增压器有问题或漏油。导致中冷器进气管中有机油的可能原因如下：

①发动机长时间的怠速。

②空气滤清器脏。

③曲轴箱通风系统堵塞或变形。

④涡轮增压器进回油管堵塞，泄漏或变形。

⑤涡轮增压器的中间壳体润滑油结焦。

⑥气缸磨损导致活塞环窜气。

⑦排气系统中流动阻力过大。

由于进气压力长时间与增压器轴承体内压力不平衡，从而导致涡轮增压器内机油在压力差的作用下通过密封件渗漏到压气机中。此外，如果机油加注量过多，会引起曲轴箱通风系统中润滑油含量不可避免地增多，从而促使润滑油从曲轴箱通风系统进入进气管。

通常增压发动机的曲轴箱强制通风系统的压力调节阀（PCV）安装在空气滤清器和涡轮增压器压气机之间，也就是说曲轴箱通风过来的气体也会经过涡轮增压器及中冷器，曲轴箱通风中含有机油，尤其当机油加注量过多时，曲轴箱通风中的机油含量会增多，当经过中冷器时，由于冷却及截面积变化的缘故，通风系统中的机油会不可避免地冷凝到中冷器下方的进气管中，但这对系统没有影响。

可见，导致中冷器进气管中有机油的大部分原因是由于系统压力的不平衡造成的。而这里所说的系统压力与驾驶工况、车辆保养维护都有很密切的关系，尤其是空气滤清器及机油、机油滤清器的正确保养。

6.涡轮增压器故障

通过对有故障涡轮增压器进行分析，绝大部分涡轮增压器的失效是由以下几方面原因导致的：

①外来物质进入压气机或涡轮，大多数是进入压气机侧；

②空气滤清器太脏，系统压力不平衡；

③机油结焦、使用了不合格的机油；

④润滑系统没有充足的机油供应，比如油压不够、管道堵塞；

特别是在更换润滑油或做相关维修（包括放出润滑油）之后，涡轮增压器需要进行预先润滑。在发动机起动前要将曲轴盘动几次。起动发动机后，在进入高速运转前，让它怠速一段时间，以建立起整个润滑油循环和压力。

故障案例