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霍尼韦尔涡轮增压技术引领科技新浪潮
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博格华纳力推涡轮增压新技术
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 汽车发动机涡轮增压技术
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雪佛兰克鲁兹涡轮增压控制原理与检修
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 涡轮增压系统故障原因分析及故障排查
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本田开发出中小型汽车涡轮增压发动机

   近日，本田汽车发布消息称已成功开发出用于中小型汽车的涡轮增压发动机。该发动机代替增压

涡轮增压器中的结构，较传统发动机而言，燃料性能显著提高。本田此次开发的是排气量2000 cc,1500

cc,1000 cc三种直喷式汽油发动机。其中2000 cc的4缸直喷式涡轮发动机可实现最高280 hp输出，且

符合2014年始在欧洲施行的欧砚排放。本田计划2014年起逐渐将新款涡轮增压发动机搭载到普通汽

车上，而2010年8月底停产的本田思域TypeR跑车也将配备该发动机在2015年重新面世。

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车用涡轮增压技术现状及发展趋势

涡轮增压技术通过涡轮增压器提高进气密度，可以全面改善发动机的动力性、经济性以及排放指标等综合性能，给发动机注入强劲动力，被誉为内燃机发展史上的第二个里程碑。由于涡轮增压器在提高发动机功率和降低燃油消耗率方面的巨大优势，柴油机普遍采用涡轮增压技术。据统计，目前欧、美、日等国在重型柴油机上已100%装有增压器，在中、小型柴油机上装增压器的比例达80%，国内像一汽、东风等大型柴油机骨干企业都在致力采用、推广涡轮增压技术，不断推出增压型柴油机。同时国外一些公司突破技术障碍，开始将涡轮增压技术应用在汽油机上，改善发动机的动力性和经济性。    

然而传统的涡轮增压技术存在低速转矩、涡轮迟滞以及加速性差等缺点，随着排放法规的不断严格，和对汽车驾驶性要求的不断提高，可变混流式涡轮增压、可变二级涡轮增压等先进的涡轮增压技术也逐渐得到应用。

1 涡轮增压技术现状    

目前主要的涡轮增压技术有混流式涡轮增压技术、可变涡轮增压技术、两级涡轮增压技术、电辅助涡轮增压技术。

1.1混流式涡轮增压技术    

混流式涡轮也称斜流式涡轮，是一种介于径流式涡轮和轴流式涡轮的一种中间形式。如图1所示，由于叶片进口倾斜，使得气流能很好地适应叶型的变化而平缓地过渡至轴向，并且可以有效地防止叶轮出口外径增大带来的轮缘处气流脱离现象，使叶轮的内部流场大为改善，与同样轮径的径流式涡轮相比，流通能力增加约40%，可以满足涡轮增压器向高速、大容量变化发展要求门。现在世界各国最新车用增压器产品上，已采用大容量混流式涡轮和宽流量范围的前倾后弯压气机来获得高效率的增压器性能。

1.2 可变截面涡轮增压技术

    涡轮流通部分起作用的共有三处截面，即涡轮进气截面、蜗壳出口环形截面以及叶轮出口截面。其中叶轮出口截面处调节因实现起来较为复杂且易造成较大损失，调节效果不如前两者，故一般不予考虑。基于此，可变涡轮增压器有两种结构，即可动舌片增压结构和可变喷嘴增压结构。    

对于无叶径流式涡轮机，采用可动舌片增压结构。如图2所示，在涡轮进气截面后加摆动舌片，通过舌片的摆动，改变蜗壳的面径比A/R值，对进气量进行调节。在发动机低速时，减小A/R值，提高涡轮转速，增加进气压力;当发动机转速较高时，增加A/R值，提高进气量，保证发动机的动力输出。可动舌片增压结构简单，调节方便，易实现自动控制，但由于流动损失较大且调节范围有一定限制，增压器总效率低。  
  

对于有叶径流式涡轮机，采用可变喷嘴增压结构。此结构主要适用于在大排量重型车用涡轮增压发动机。如图3所示，涡轮外围的叶片就是可变喷嘴叶片，在发动机低速或怠速时，喷嘴叶片关闭或开度很小，增加进气压力，从而提高发动机的低速转矩和响应性;当发动机转速较高时，喷嘴叶片全开或开度加大，提高进气量，保证发动机的动力输出。新款911Turbo的3.6L发动机配备有两台可变喷嘴BVSOG涡轮增压器，使得6缸发动机的输出功率和转矩较上一代车有大幅度增加。但可变喷嘴涡轮增压器仍不能彻底消除涡轮迟滞问题，在设计和制造上难度较大，生产成本高。

1.3二级涡轮增压技术    

所谓二级涡轮增压技术，就是在发动机进气系统中采用两个相互独立的涡轮增压器，实现增压器与发动机在更大工况范围的良好匹配的一种技术。图4为MAN Diesel & Turbo推出的二级涡轮增压器，该涡轮增压系统由一大一小两个涡轮增压器串联搭配而成。在发动机低速时，只有一个质量小的涡轮增压器工作，这时较少的排气即可驱动这只涡轮高速旋转以产生足够的进气压力，改善发动机的低速转矩和涡轮迟滞问题。当发动机转速较高时，质量大的涡轮增压器开始介人工作，提高进气量，保证发动机的动力输出。

二级涡轮增压技术在提高发动机动力性和加速性的同时，可以改善涡轮迟滞现象，国外诸如宝马535d以及福特F系列super-Duty卡车上均实现大规模量产。但与单级系统相比，在部分负荷时采用二级增压系统增压比下降快，使得发动机低负荷性能恶化，此外，二级涡轮增压器结构复杂，制造成本较高Uzl01.4电辅助涡轮增压技术    

如图5所示，电辅助涡轮增压系统主要增加了电动机/发电机、电路控制单元、电池、高功率逆变电源和一些传感器。其中，电控单元和电池可与发动机共用。在发动机低速时，电控单元发出控制信号，电机启动驱动压气机工作，电池中储存的电能转化为压气机的动能，增压进气压力，改善发动机的加速性和低速转矩问题。当发动机转速上升到一定程度，压气机能够提供足够的空气时，电机就可以关闭或脱开。当发动机在高速大负荷工况时，电控单元发出控制信号起动发电机，回收涡轮能量中的一部分，通过发电机转化为电能储存在蓄电池中。电辅助技术改善了发动机的低速转矩和涡轮迟滞问题，降低了燃油消耗率，扩大了发动机的高效、经济区域。国外诸如Honeywell公司、Caterpillar公司以及日本三菱重工均在电辅助涡轮增压方面开展了大量的研究。但由于辅助电机加入使得转动惯量增加，对电机转子结构和增压器轴提出了很高的要求，目前该技术还不够成熟。

2 车用涡轮增压技术的发展趋势    

目前车用柴油机主要向两个方向发展:一是向大功率及轿车柴油机方向发展;二是满足日益严格的排放法规。这就要求涡轮增压器技术不断发展，以适应发动机发展之需。涡轮增压器的发展主要体现在以下几方面。

2.1涡轮增压技术发展    

为解决发动机低速转矩和涡轮迟滞等问题，降低燃油消耗率，减少有害物的排放。涡轮增压技术主要向以下三个方向发展:

2.1.1可变混流式涡轮增压技术    

可变混流式涡轮增压技术综合了可变截面涡轮增压技术和混流式涡轮增压技术。事实证明:使用可变喷嘴涡轮增压器后能够有效的改善发动机低速转矩和涡轮迟滞问题，降低有害物的排放。而混流式涡轮则在高转速、小型化、大容量的发展方向下较径流式涡轮有着较为显著的优点。因此，将可变喷嘴与混流式涡轮结合，设计出可变混流式涡轮增压((VN-M"I}成为目前增压器的研究方向之一。图6为SritharRajoo公司设计研制的可变混流式涡轮增压器，结果表明，喷嘴环叶片安装角在600,650和700时，在较大的速比范围内，其效率较无叶涡轮有所提高，并且在65“时达到峰值。

2.1.2可变二级涡轮增压技术    

可变二级增压技术融合了可变截面涡轮增压技术和二级涡轮增压技术，极大拓宽了增压器高效流量范围，在重型柴油机和高性能轿车柴油机上都有良好的应用前景。如图7所示，在发动机低速时，调节阀关闭，所有废气先经高压级涡轮膨胀，再经低压级涡轮膨胀;当发动机在高速大负荷工况时，调节阀打开，部分废气不经高压级涡轮而直接经低压级涡轮膨胀后排出，以降低高压级涡轮功，从而降低高压级压气机压比，使总进气压比不超过设定值p6, n02006年BMW将博格华纳R2S可变二级涡轮增压器应用在其新款2.0柴油机上，结果表明，发动机输出功率升至150kW，最大转矩达到400N.m。    

此外，对于高原柴油机，由于空气密度较低，进气量减少，只采用单级涡轮增压技术不能够满足柴油机动力性要求。可变二级涡轮增压技术可以使发动机在全海拔具有最佳的动力性和燃油经济性。综上可以认为可变二级增压技术是提高发动机的升功率、低速转矩，满足未来严格排放法规和满足未来高功率密度发动机需求的重要技术。

2.1.3复合增压技术    

复合增压技术同时采用机械增压技术和涡轮增压技术，理论上可以彻底消除涡轮迟滞问题。但由于复合增压器结构复杂，因此长期以来在应用上受到一定的限制，一般只用在二冲程柴油机和一些特殊场合。2005年，德国大众汽车公司推出了机械增压+涡轮增压的复合增压技术。如图8所示，在发动机低转速时，用机械增压器提供进气，从而消除涡轮介人前由于压缩比不够高造成的功率下降问题;当发动机转速达到一定程度，涡轮完全启动后，机械增压器自动断开，由涡轮增压器提供进气。复合增压型发动机很好地发挥了机械增压技术和涡轮增压技术的优点，在发动机全工况范围，提高发动机的输出功率和输出转矩，彻底消除涡轮迟滞问题，它代表着未来涡轮增压技术的发展方向。

2.2新工艺和新材料的开发和应用    

涡轮增压器在工作时有两个突出特点，即涡轮转速高、工作温度高。这就对增压器轴承和材料提出了很高的要求。

2.2.1 增压器轴承研究  对增压器结构的改进提高，主要从减少效率损失和结构可靠性方面开展工作。从统计数字来看，涡轮增压器出故障的几乎多数是轴承问题，可以这样说，轴承的寿命就是涡轮增压器的寿命。目前日本IHI在小型增压器上用滚动轴承代替浮动轴承，增压器总效率可提高5%}7%，在小流量时甚至可提高20%，这可大大改善车用发动机的低速转矩和加速J吐;另外由于轴承中摩擦小，使增压器转子转动非常灵活，可显著改善涡轮迟滞问题。    

美国盖瑞特公司甚至在部分增压器上采用了空气动力轴承，由于空气动力轴承的承压性能随转子转速的提高而提高，因而特别适用于高速场合。空气动力轴承的采用，排除了增压器漏油的可能性，不必在增压器上设置进油通道。其难点在于必须防止从涡轮向轴承传热。

2.2.2新材料的应用    

涡轮增压器新材料主要有两种:陶瓷材料和钦铝合金材料。陶瓷比重低、强度高且耐热性好，用它来制造的涡轮能耐高温转动惯量小，易于加速，可借以提高发动机的加速性。日本 IHI在20世纪80年代即在其RHBS增压器上使用了陶瓷涡轮，三菱重工也在TD02}TD06系列增压器上使用了陶瓷涡轮。采用陶瓷涡轮的技术难点主要是陶瓷涡轮与转轴的连接，日本主要采取陶瓷涡轮在转轴中间部位与转轴静压连接。国内在致力研制一种金属间化合物以取代常规涡轮材料，其难点仍是涡轮与转轴的连接，一旦工艺成熟，可望得到大力推广。    

钦合金材料具有良好的韧性、塑性和高温变形性能，当压气机压比大于3.5时，采用钦合金做叶轮，霍尔塞特已有钦合金叶轮铸造产品。此外，新的轻质合金材料也在研制，美国盖瑞特公司、德国KKK公司研制了Mg及碳纤维压气机叶轮，采用工程塑料压气机蜗壳，使进一步减轻质量成为可能四。

3 结论    

(I)涡轮增压技术已经比较成熟，结构形式也有很多，目前主要有混流式涡轮增压技术、可变涡轮增压技术、两级涡轮增压技术、电辅助涡轮增压技术。    

(2)涡轮增压技术已在汽车发动机上得到了普遍应用。为解决目前车用涡轮增压器低速转矩和涡轮迟滞问题，满足日益严格的排放法规，可变混流式涡轮增压技术、可变二级涡轮增压技术以及复合增压技术已在高端的发动机上得到应用。    

(3)为使涡轮增压器工作在最佳状态，不仅增压器的结构形式在变化，也对增压器轴承、材料提出了挑战，使其研发速度加快。

汽油发动机涡轮增压目前最大的问题是低速（或怠速）和高速时的压缩比变化过大造成的汽油辛烷值不适应，说简单一些，怠速时压缩比小、适合低标号的汽油，大负荷时增压发动机压缩比大、适合高标号的汽油，，，，，，，

涡轮增压器的清洁与保养

发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的，由于输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制，使得发动机所产生的功率也会受到限制。如果发动机的运行性能已处于最佳状态，若想再增加输出功率，只能通过压缩更多的空气进入汽缸，从而增加燃料量，以此来提高燃烧作功能力。在目前的技术条件下，涡轮增压器是惟一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。

最早的涡轮增压器用于跑车或方程式赛车，在发动机排量受到限制的赛车比赛里面，它使发动机能够获得更大的功率。目前国内采用涡轮增压系统发动机的车型越来越多。而对于一般用户而言，买了带“T”的车后，第一个反应就是，其动力比搭载自然吸气发动机的普通车强劲了不少。

虽然涡轮增压的确能够提升发动机的动力，但是涡轮增压器中的积炭问题也随之暴露出来，比如撞击损坏、燃油供应不足、燃油中的杂质等问题会导致积炭在涡轮增压器中堆积。

过高的尾气温度及热关闭发动机会导致积炭堆积，所以建议驾驶者养成良好的驾驶习惯，在发动机怠速运转2～3分钟后再关闭发动机。如果从涡轮端散发的热量传导至中间的轴承系统，造成轴承系统的腐蚀和润滑油的碳化，会导致密封环和沟槽的损害以及涡轮端轴承系统油道的阻塞。

积炭的形成主要由以下问题造成：

·发动机的热关闭；

·润滑油品质下降；

·空气和气体泄漏。；

·喷射泵和喷油嘴故障；

·长期堵车。

积炭过多直接危害涡轮增压系统。建议车主在1万公里期间做保养时为车辆清除积炭。涡轮增压器清洗剂可以溶解油泥、油污和积炭等涡轮增压器上的沉积物，使涡轮增压发动机恢复到原来的涡轮增压动力，保持最佳的空燃比，提高燃油经济性，降低排放，节省燃油。

不是广告，只谈技术。因为我不是5毛党

比亚迪S7：涡轮增压、双离合技术集成者

比亚迪S7在今年四月份的上海车展上首发，自首发以来引来非常多的消费者关注，因为S7代表了比亚迪造车的最高工艺与科技力量的完美结合。

外观方面比亚迪S7设计更具未来感，整体风格更加年轻化，有延续比亚迪家族的全新造型，前脸部分的设计与停在旁边的“秦”很相像。海马S7较为中庸，前脸采用二幅横条状设计，用环抱式尾灯，采用双排气，车尾左侧还有S7的标识。

整体运动感更强。动力方面，比亚迪S7搭载2.0T涡轮增压发动机，最大功率达到155kW。与发动机搭配的是6挡DCT双离合变速器，同时1.5T车型还可以选择6速手动变速箱。配备了一套适时四驱系统。海马S7将搭载2.0L发动机，最大功率为150马力，最大扭矩为180N·m。传动方面匹配的则是5速手动和5速手自一体变速箱。

双温区空调、液晶显示屏、导航、定速巡航、蓝牙电话、座椅电加热、自动防炫目内后视镜、皮质座椅等豪华的配置，另外，ESP车身电子稳定程序、AFS自适应前大灯、ESS紧急制动警示系统、侧气帘都有配备，X80同时在C-NCAP碰撞测试中获得了五星级的安全评定，成绩出色。

动力方面，奔腾X80搭载了2.0L和2.3L两款自然吸气发动机，它们都采用了全铝缸体，并且都带有VVT技术，前者的最大功率为108千瓦，最大扭矩为184牛米，后者的功率扭矩数据分别为118千瓦和207牛米。与这两款发动机想匹配的，是一款来自马自达的6速手动变速器和一款来自爱信的6速手自一体变速器。目前80仅提供两驱版本车型。

浅谈涡轮增压器故障现象及其改进措施

在目前的技术条件下,涡轮增压器是唯一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。

涡轮增压器的结构:废气涡轮与增压器的进气叶轮用同一根轴进行刚性连接,轴上装有浮油轴承,通过发动机的机油循环进行润滑冷却,轴的两端装有机油密封环。

废气涡轮增压器使用中经常出现的四个故障现象：

1 废气涡轮增压器过早出现窜油现象

有的涡轮增压器使用时间仅有3～5个月后出现窜油现象,而一般废气涡轮增压器的使用寿命为一到两年。对于窜油的增压器分解后观察,发现大部分轴承内部出现磨损,浮油轴承与轴配合间隙比标准大,还发现机油密封环也磨损,明显是机油润滑不到位。增压器一般安装在排气管出口,位置较高,机油泵泵出的机油需要一定时间才能到达,因此规定在发动机启动后,必须使发动机怠速运行1分钟以上,以确保涡轮增压器的浮油轴承建立其正常润滑油膜,这样涡轮增压器的浮油轴承才能减少磨损。而在汽车停车后,发动机也必须怠速运转1分钟,涡轮增压器由于惯性作用仍要高速运转一段时间才能慢下来,如果汽车停车发动机立即熄火,此时机油泵不再给涡轮增压器供润滑油,而发动机高负荷时,涡轮增压器的转速高达100000 r/min,由于惯性作用,涡轮增压器的转速仍很高,轴承上的机油只回不进,不能保证涡轮增压器的浮油轴承建立其正常润滑油膜,必然造成轴承磨损,进而磨损密封环。

改进措施:在涡轮增压器机油进油口上装一个压力传感器,回油管上安装一个常闭式电磁阀,通电时该阀打开机油回油道畅通,保证机油回油;断电时将机油回油管关断,机油无法回到油底壳,涡轮增压器的轴承上就会留一部分机油。当压力传感器感觉涡轮增压器轴机油进油口上有机油压力时,就给电磁阀通电,将回油管打开,保证轴承润滑机油正常循环;当压力传感器感觉油压降低时就会断开电磁阀电路,回油电磁阀关断回油路。

2 更换新增压器仍出现窜油现象

有部分车辆发动机涡轮增压器使用8、9个月后又出现窜油现象,更换新的涡轮增压器后仍窜油,分解旧涡轮增压器发现浮油轴承并未磨损,对来油压力进行测量,发现机油压力比规定的压力高出两个压力,最后检查后发现来油管路上的减压阀阀芯脏污发卡,起不到减压作用,由于来油压力过高,从废气涡轮轴的密封环处压出,必然造成窜油,经过清洗减压阀阀芯或者对阀芯表面损坏的减压阀更换,窜油现象得到解决。将旧涡轮增压器装上发动机后仍能使用。

经过以上改进后仍有个别发动机涡轮增压器有少量窜油现象,同时发现散热水箱有开锅现象,说明发动机温度过高,处理后不再窜油,针对此问题,研究后在涡轮增压器轴外壳上设计安装一个冷却装置,将发动机冷却水循环送到增压器上进行冷却循环。至此一年内再未出现涡轮增压器窜油现象,有的涡轮增压器甚至使用一年半至两年,达到了涡轮增压器的设计寿命。

3 发动机低速且大负荷运转时,会因增压压力低导致进气量不足

发动机在低速大负荷运转时,由于发动机转速低,排气压力低,废气涡轮转速较低,增压器的转速也较低,进气量较小,进气量不足,造成发动机燃烧不完全、冒黑烟、动力性和经济性下降。发动机的进气量由于负荷大,发动机温度高,进气温度也被加热,进气管内气压也要增加,必然降低缸内进气量。在发动机进气管道上加装一个中冷器,对进入气缸前的空气进行冷却,这就降低了进气管道内的空气温度,提高了进气空气的密度,降低了进气管道的气压,进气速度自然而然就会提高,进气量就会增加。

4 发动机高速大负荷运转时,容易造成增压器超速、燃烧压力过高等不良后果

发动机在高速大负荷运转时,由于排出的废气量增加很多,温度高,压力大,涡轮的转速很高,达到100000 r/min左右,带动进气增压叶轮进气速度很快,进气量很大,造成增压器超速、燃烧压力过高等不良后果,甚至出现排气温度非常高。这属于正常现象,但必然影响发动机的性能和寿命。

对发动机安装增压控制系统来解决此问题。改装后的发动机增压控制系统如图1所示。

增压控制系统为发动机设计增压空气循环控制系统。该系统是通过将压气机出气口与进气口连通使增压空气循环的方法,控制供给发动机的增压空气量,以避免发动机在急减速工况时, 废气涡轮增压器内部产生气体冲击, 同时也可在转速过高或小负荷时, 降低进气噪声和燃油消耗。

在发动机控制系统上安装了放气阀,内循环阀和增压压力传感器等控制元件,增加了高工况放气,低工况旁通的办法,解决了涡轮增压器的转速上升和下降相比发动机转速,有非常大的滞后问题。