渦輪增壓是什么意思

關(guān)注：25 發(fā)布時(shí)間：2021-08-10 18:27:30

如今，“渦輪增壓”已經(jīng)成為許多車手的口頭禪。其中，黃金組合dsg tsi以“行業(yè)”的姿態(tài)引*著國產(chǎn)渦輪車的浪潮。即使是現(xiàn)在，國內(nèi)自主品牌也紛紛開發(fā)出自己的渦輪車型，有渦輪車不好意思和別人打招呼的傾向。那么小編想問你，渦輪是哪個(gè)渦輪增壓器？另一個(gè)叫什么？渦輪葉片的尺寸和設(shè)計(jì)有什么作用？渦輪增壓器內(nèi)部是什么結(jié)構(gòu)？不懂就趕緊看文章。

問：渦輪增壓器有哪些部件？

老師：典型的渦輪增壓器一般由壓縮機(jī)殼體、壓縮機(jī)葉輪、連接軸(芯)、渦輪殼體和渦輪等組成。芯由油封環(huán)(油環(huán))、推力軸承、擋油板(背板)和浮動(dòng)軸承(銅套)或球軸承組成。

問：渦輪增壓器的工作原理？

老師：渦輪增壓器的工作原理是利用發(fā)動(dòng)機(jī)在爆款沖程后產(chǎn)生的高溫高速廢氣的能量。廢氣從氣缸排出后，流入排氣側(cè)渦輪蝸殼，帶動(dòng)排氣側(cè)渦輪葉片旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，排氣側(cè)渦輪葉片的高速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)同軸連接的壓縮機(jī)蝸殼內(nèi)的壓縮機(jī)葉輪壓縮流過該型式的空氣。壓縮空氣經(jīng)中冷器(interper)冷卻后，成為具有一定壓力和高密度的新鮮空氣，流經(jīng)節(jié)氣門和進(jìn)氣歧管，然后進(jìn)入氣缸燃燒。隨著氣壓和密度的增加，可以燃燒更多的燃油，通過相應(yīng)增加燃油量和調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。

圖片：渦輪增壓器機(jī)身。

圖：超過使用壽命后報(bào)廢的渦輪機(jī)的分解圖。我們可以看到，渦輪機(jī)體分為壓氣機(jī)殼體(左)、核心(中)和渦輪殼體(右)。

圖片：豐田86搭載了greddy的渦輪套件，使得原本200馬力的86在渦輪的鞭策下爆發(fā)出246.42馬力，25kg/m的扭矩輸出。

圖片：安裝渦輪增壓器時(shí)，香蕉，進(jìn)排氣，中冷器，油冷卻等。所有這些都需要相應(yīng)升級(jí)，以匹配渦輪機(jī)，從而達(dá)到比較佳使用效果。

圖：當(dāng)然，汽輪機(jī)處的高溫必須小心處理，此時(shí)合理的管道設(shè)計(jì)和隔熱處理尤為重要。

在問：?浮動(dòng)軸承和滾珠軸承有什么區(qū)別

老師：浮動(dòng)軸承實(shí)際上是套在軸上的浮動(dòng)軸承，即銅套。銅套與軸和軸承座之間有間隙，形成雙層油膜。銅套浮動(dòng)在軸和軸承座之間。一般內(nèi)層間隙在0.05mm左右，外層間隙在0.1mm左右.軸承壁厚約3 ~ 4.5 mm，材質(zhì)為鉻銅合金。軸承表面鍍一層鉛錫合金或金屬銦，厚度約0.005 ~ 0.008 mm，增壓器工作時(shí)，銅套在軸和軸承座之間轉(zhuǎn)動(dòng)。

滾珠軸承在高性能車輛中更常見。顧名思義，滾珠軸承是在渦輪軸上安裝滾珠來代替浮動(dòng)軸承中的油的地方。球軸承的優(yōu)點(diǎn)恰恰與浮動(dòng)軸承相反：摩擦力更小，渦輪滯后效應(yīng)更低，更有利于壓功率極限；它可以有效地控制渦輪軸的動(dòng)力學(xué)。油壓和質(zhì)量可以稍微降低，間接提高了汽輪機(jī)的使用壽命。它的缺點(diǎn)很明顯，就是使用壽命不如浮動(dòng)軸承，一般在7-8萬km達(dá)到壽命極限，而且價(jià)格昂貴，維修困難。然而，滾珠軸承仍然是高性能車輛上的主流設(shè)備，因?yàn)樗鼈冊(cè)谔岣吖β史矫娣浅Ｓ形Α?/p>

但是滾動(dòng)軸承的成本一般是浮動(dòng)軸承的2-2.5倍，所以很多車廠出于成本原因不使用滾珠軸承；然而，在20世紀(jì)90年代早期，許多日本渦輪模型使用滾珠軸承。比如日產(chǎn)rb25deet采用加勒特制造的陶瓷球軸承；配sr20det的s15也用加勒特gt28r球軸承，gtr33 rb26deet用兩個(gè)gt22r球軸承；現(xiàn)在的gtr35不使用球軸承，而是使用浮動(dòng)軸承渦輪。

圖：此圖為浮動(dòng)軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)，中心軸左右兩側(cè)有銅套，防止油滲入蝸殼，導(dǎo)致油進(jìn)入進(jìn)排氣管造成不必要的損失。

圖：此圖為球軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)，比浮動(dòng)軸承簡單。球體設(shè)計(jì)使渦輪反應(yīng)更快；由于球軸承有效減少滾動(dòng)摩擦，不需要太多油潤滑，有利于功率極限壓下，也能改善渦輪燒油現(xiàn)象。通過旋轉(zhuǎn)兩種渦輪的葉輪，可以清晰的感覺到滾珠軸承渦輪旋轉(zhuǎn)更平穩(wěn)，而浮動(dòng)軸承由于內(nèi)部油的阻力難以旋轉(zhuǎn)。

圖片：這張桌子有哪些部分？讓我們一起探索。

圖：渦輪增壓器中的壓縮機(jī)外殼。

圖片：渦輪增壓器中的渦輪殼體。

圖片：渦輪增壓器的運(yùn)動(dòng)。(該運(yùn)動(dòng)已從報(bào)廢的渦輪增壓器上移除)

圖：從左到右依次為背板、壓縮機(jī)葉輪(圖中未顯示)、推力軸承、銅套(因機(jī)芯內(nèi)部損壞無法拆卸)、機(jī)芯外殼、銅套、連接軸和渦輪。

圖片：這是老師專門為國內(nèi)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的改進(jìn)型渦輪機(jī)芯；由于渦輪體積小，銅套不采用分體結(jié)構(gòu)，而是采用一體化設(shè)計(jì)，可以有更好的強(qiáng)度和耐用性。

圖片：推力軸承的主要作用是防止汽輪機(jī)、連接軸、葉輪等軸向晃動(dòng)。以免因與芯殼、蝸殼、壓力殼等摩擦而造成汽輪機(jī)故障。但一般推力軸承損壞后會(huì)左右搖擺，需要更換推力軸承和背板來解決。

ass="ql-align-center "圖，推力軸承根據(jù)不同的渦輪型號(hào)會(huì)有所不同。

圖片：銅套安裝在中心軸上，主要作用是隔離機(jī)油，潤滑降溫。一旦渦輪蝸殼和壓縮機(jī)蝸殼附近的密封圈損壞，油就會(huì)進(jìn)入排氣管和進(jìn)氣歧管，進(jìn)入燃燒室。另外，你還要注意一個(gè)問題。因?yàn)殂~套是用機(jī)油潤滑散熱的，所以車輛用的機(jī)油要盡量好一些，劣質(zhì)機(jī)油不能正常潤滑散熱，高溫下會(huì)損壞油封，造成漏油。因此，我們建議渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)選擇耐高溫、抗氧化性能好的優(yōu)質(zhì)機(jī)油，并注意適當(dāng)縮短機(jī)油更換周期。

圖片：壓縮機(jī)葉輪，為鑄件。當(dāng)然，為了獲得更好的使用效果，很多高性能渦輪開始使用鍛造數(shù)控壓縮機(jī)葉輪。

圖片：這個(gè)葉輪是偽造數(shù)控產(chǎn)品的，但是這個(gè)葉輪已經(jīng)報(bào)廢了。

圖片：渦輪在渦輪殼里，它的工作環(huán)境極其惡劣，所以小編對(duì)它說“兄弟，辛苦了”！

圖片：接下來，小編還將為大家演示渦輪機(jī)芯的安裝步驟。

圖片：上部為正常渦輪運(yùn)動(dòng)，下部為待組裝運(yùn)動(dòng)。

圖片：首先，在中心軸上安裝銅套。

圖片：由于渦輪體積小，采用一體式銅套，需要一個(gè)能夠固定軸和中心軸殼的支架，以保證渦輪芯的穩(wěn)定性。

圖片：接下來是推力軸承。

圖片：壓縮機(jī)葉輪比較終安裝到位后，螺絲反向緊固固定后，完成一個(gè)機(jī)芯。

圖：好像不難。其實(shí)這只是一個(gè)給大家演示的過程，但在實(shí)際安裝過程中并沒有那么簡單。

問：應(yīng)收賬款值代表什么？

老師：空燃比值是壓縮機(jī)殼體和渦輪殼體的幾何特征數(shù)。r(radius)是從渦輪軸承中心到壓縮機(jī)出口(渦輪入口)橫截面中心點(diǎn)的距離(在渦輪半徑線纏繞360度后)。a(area)是指壓縮機(jī)殼體的空氣出口(渦輪入口)對(duì)應(yīng)上述中心點(diǎn)的截面積，a除以r得到的值為a/r值。空燃比是渦輪增壓器表征渦輪特性的重要指標(biāo)。同品牌同型號(hào)渦輪的a/r值越高，空氣流量越高，容量越大，渦輪在高速時(shí)性能會(huì)更好；但是遲滯也會(huì)增加。

a/r值分為壓縮空氣a/r值和透平a/r值。一般來說，壓縮氣體的a/r值大，意味著流量快但流量小，更適合低渦輪增壓的渦輪；而壓縮空氣的a/r值小，說明流速慢但流速大，更適合高渦輪。相對(duì)來說，壓氣機(jī)a/r值的變化對(duì)渦輪性能的影響不大，而排氣端渦輪的a/r值很重要。a/r值越小，廢氣流量越高，低速區(qū)的渦輪增壓反應(yīng)越快，渦輪遲滯越低，在低速區(qū)可以達(dá)到接近峰值的渦輪增壓，所以在低速增加的情況下基本沒有渦輪遲滯感；但同時(shí)高速提供的增壓壓力不足，因?yàn)樵鰤浩魈峁┑膲毫Σ蛔阋詮浹a(bǔ)壓縮比的降低，所以高速時(shí)會(huì)有一種無力感。相反，a/r值越大，渦輪在低速范圍內(nèi)的增壓反應(yīng)越差，渦輪遲滯感越明顯。雖然發(fā)動(dòng)機(jī)在低速時(shí)很難增壓，但在高速時(shí)可以產(chǎn)生更多的動(dòng)力。速度越高，馬力越大。綜上所述，低a/r值(渦輪a/r值)屬于低速動(dòng)力渦輪，高a/r值屬于高速動(dòng)力渦輪。

此外，渦輪機(jī)外殼需要考慮的是與排氣香蕉的界面尺寸。就像加勒特gt3076和gtx3076一樣，它們只有a/r 60壓氣機(jī)外殼，但光是渦輪端就有十幾個(gè)匹配選項(xiàng)，渦輪端與發(fā)動(dòng)機(jī)的接口也不一樣，比如t25、t3、t4、t3雙渦接口、t4雙渦接口等。不同接口的應(yīng)收值也不一樣。比如t25口可以配a/r 64，a/r 68，a/r 78，t3口可以配a/r 63，a/r 82，a/r 96。因此，一個(gè)好的渦輪不僅取決于材料，還取決于與發(fā)動(dòng)機(jī)的合理匹配和匹配。

圖片：a和r都來自哪里。

圖片：渦旋盤和壓縮機(jī)機(jī)殼上有不同的a/r值，a/r值分為壓縮機(jī)a/r值和渦輪a/r值。一般來說，壓縮氣體的a/r值大，意味著流量快但流量小，更適合低渦輪增壓的渦輪；而壓縮空氣的a/r值小，說明流速慢但流速大，更適合高渦輪。就排氣端渦輪的a/r值而言，排氣流量越小，渦輪在低速區(qū)的增壓反應(yīng)越快，渦輪滯后越低，渦輪在低速區(qū)可以達(dá)到接近峰值的增壓。a/r值越大，低速范圍內(nèi)的渦輪增壓響應(yīng)越差，渦輪遲滯感越明顯。雖然發(fā)動(dòng)機(jī)在低速時(shí)很難增壓，但在高速時(shí)可以產(chǎn)生更多的動(dòng)力。速度越高，馬力越大。

圖片：這個(gè)渦輪的接口是t25端口。

圖片：為渦輪增壓器開發(fā)的接口墊，外層用銅，內(nèi)層用銅

不銹鋼制成；與普通鐵皮、復(fù)合板材料相比，在強(qiáng)度和耐久性上堪稱“長期監(jiān)獄”。

問：葉輪的設(shè)計(jì)能影響什么？

首先，老師：的葉輪材料是鑄造葉輪和鍛造數(shù)控葉輪。一般小型渦輪，不同葉輪材料的實(shí)際效果不明顯，大型渦輪效果明顯。比如鍛造數(shù)控葉輪從設(shè)計(jì)之初就與普通鑄造葉輪不同，因?yàn)閿?shù)控切割的葉輪在葉輪尺寸設(shè)計(jì)、葉輪高度、葉片數(shù)量、葉輪角度等方面都不同，而普通鑄造葉輪多為平葉片，渦輪與壓縮機(jī)之間的壓縮量比較大時(shí)，葉片邊緣會(huì)發(fā)生變形。鍛造葉輪通過自身的材料特性，可以避免葉片在高壓比條件下的變形。當(dāng)然，比較后每個(gè)葉輪都需要作為一個(gè)單獨(dú)的單元進(jìn)行平衡，就像發(fā)動(dòng)機(jī)中的曲軸一樣，平衡后才能正常使用。此外，渦輪增壓器的尺寸應(yīng)與發(fā)動(dòng)機(jī)相匹配，以達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪的比較佳效果。

圖片：此葉輪為鑄造產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)和成本優(yōu)勢(shì)明顯。

圖片：這款葉片采用鍛造數(shù)控技術(shù)，比較大的特點(diǎn)是響應(yīng)速度更快，讓渦輪快速進(jìn)入高壓區(qū)，但成本自然會(huì)更高。

圖片：不同的葉輪形狀會(huì)讓渦輪有不同的個(gè)性。

圖片：每個(gè)葉輪出廠前必須經(jīng)過單體平衡，與中心軸的連接處用高速摩擦焊接固定，旋轉(zhuǎn)不變。

問：變截面渦輪(vgt)和普通渦輪有什么區(qū)別？

老師：變截面渦輪與普通渦輪比較大的區(qū)別是在渦輪葉輪外增加了由真空壓力或電子系統(tǒng)控制的小張角導(dǎo)葉。這些葉片固定在葉輪外部，當(dāng)廢氣首先流經(jīng)導(dǎo)向葉片時(shí)，它被輸送到渦輪葉片。此時(shí)，導(dǎo)葉的角度會(huì)根據(jù)空氣流量和流量而變化，從而控制渦輪的速度。通過這種設(shè)計(jì)，在低速和低排氣壓力的情況下，通過較小的導(dǎo)葉角度的空氣流量可以更快地增加渦輪的壓力，從而可以更好地推動(dòng)渦輪，并且渦輪在低速時(shí)具有更好的相應(yīng)速度。

同時(shí)，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，導(dǎo)葉角度變大，在滿載情況下，導(dǎo)葉保持全開，降低了排氣背壓，從而達(dá)到一般大型渦輪的增壓效果。此外，由于改變?nèi)~片角度可以有效控制渦輪的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)渦輪的過載保護(hù)。

另一方面，變截面技術(shù)更重要的作用是改變a/r值中的“a值”。當(dāng)葉片角度較小時(shí)，排氣進(jìn)口的截面積會(huì)相應(yīng)減小，所以a的值也會(huì)相應(yīng)變化，具有小渦輪響應(yīng)快的特點(diǎn)。當(dāng)葉片角度增大時(shí)，a值增大，然后a/r值增大，從而獲得更強(qiáng)的高速功率輸出。總之，通過改變?nèi)~片角度，可變渦輪幾何形狀可以隨時(shí)改變排氣渦輪的a/r值，從而兼顧大/小渦輪的優(yōu)點(diǎn)。

圖片：這是一臺(tái)普通的渦輪。

圖片：這是一個(gè)變截面渦輪。入口流量由葉輪上的可調(diào)角度導(dǎo)向葉片調(diào)節(jié)，然后相應(yīng)增加渦輪速度。

圖片：沃爾沃將變截面渦輪技術(shù)轉(zhuǎn)化為vnt。