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汽车发动机涡轮增压技术
增压技术最初是用来强化发动机的工作过程，提升发动机的功率，减少发动机单位功率质量，简单地讲，就是提高发动机进气能力的技术。这对于汽车节能来说具是有积极意义。
增压技术采用专门的压气机将气体在进入气缸前预先进行压缩，提高进入气缸的气体密度，减小气体的体积，在单位体积里，气体的质量大大增加，进气量即可满足燃料的燃烧需要，从而达到提高发动机功率的目的。
发动机增压技术的出现，提高了发动机燃烧效率，降低了汽车排放。
涡轮增压技术
涡轮增压技术的出现已经有100多年的历史，它改写了汽车行业“排量大小决定功率”的传统概念。
涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量，与发动机无任何机械联系。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。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。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%。
废气涡轮增压分单级涡轮增压和二级涡轮增压两类。单级涡轮增压由一台涡轮机和一台压气机组成，或几台涡轮增压器并联的涡轮增压叫单级涡轮增压，多用于中、小型柴油机。小型柴油机、汽油机一般用径流式涡流式涡轮、离心式压气机;二级涡轮增压是空气经两台串联的涡轮增压器压缩后进入发动机。
涡轮增压器的结构
涡轮增压器主要由涡轮和压气机组成。发动机排气经排气管进入涡轮，对涡轮作功，涡轮叶轮与压气机叶轮同轴，从而带动压气机吸入外界空气并压缩后送至发动机进气管。
由于涡轮增压器由发动机排出的废气来驱动涡轮增压器一侧的叶轮，当它越转越快时，另一侧的叶轮也在同步加快，增大了进入燃烧室的进气密度。因此压缩后的空气会变得很热，所以在进入燃烧室前要进行冷却，就是我们常说的中冷，中冷也帮助降低了燃烧室的温度。
压气机。压气机有轴流式和离心式两种。离心式压气机结构紧凑、质量轻、在较宽的流量范围内能保持较好的效率，对于小尺寸压气机，效率优于轴流式。(见图1)
离心式压气机由进气道1、叶轮2、压气机蜗壳3和扩压器4等部件组成。
压气机叶轮2是压气机中唯一对空气作功的部件，它将涡轮提供的机械能转变为空气的压力能和动能。
压气机叶轮分为导风轮和工作叶轮两部分，中、小型涡轮增压器两者做成一体，大型涡轮增压器则是将两者装配在一起。
导风轮是叶轮入口的轴向部分，叶片入口向旋转方向前倾，直径越小处前倾越多，其作用是使气流以尽量小的撞击进入叶轮。导风轮的结构及通道如图2所示。
根据叶轮轮盘的结构形成，压气机叶轮可分为开式、半开式、闭式、星形等形式。扩压器4的作用是将压气机叶轮出口高速空气的动能转变为压力能。
涡轮。涡轮的工作过程与压气机相反，是把发动机排出的废气的能量转化为机械功来驱动压气机叶轮。涡轮增压器的性能在很大程度上取决于涡轮的性能。
涡轮增压器的优缺点
排气涡轮增压主要有以下优点:
增压器与发动机只有气体管路连接而无机械传动，因此增压方式结构简单，不需要消耗功率。
在发动机重量及体积增加很少的情况下，发动机结构无需做重大改动，很容易提高功率20%~40%。
由于废气涡轮增压回收了部分能量，故增压后发动机经济性也有明显提高，再加上相对减小了机械损失和散热损失，提高了发动机的机械效率和热效率，使发动机涡轮增压后燃油溺消耗率可降低5%一10%。
另外，涡轮增压也能够使汽车在冷启动时三元催化更快进入工作。
虽然涡轮增压能够提升发动机的动力，但也有相应的缺点，其中最明显的就是动力输出反应滞后。
此外，发动机在采用废气涡轮增压技术后，工作中产生的最高爆发压力和平均温度将大幅度提高，从而使发动机的机械性能、润滑性能都受到影响。
涡轮增压器的发展方向是:部件更少、体积更小、转速更高，空气压缩比更优。
涡轮增压的前景
在国内外的汽车排放法规执行情况，达欧I标准，一般采用涡轮增压;达欧“标准。一般采用涡轮增压十中冷;达欧III标准，一般采用涡轮增压器+中冷十高压共轨+VGT;达欧IV标准，一般采用涡轮增压器十中冷+高压共轨十VGT十EGR，或三效催化。达到欧IV标准后，基本上所有的措施都要用上。随着世界各国制定越来越严格的排放标准，汽车企业需要不断地进行技术改进。这给汽车增压器行业带来了机遇。
随着科技的进步，涡轮增压器的发展方向是:部件更少、体积更小、转速更高，空气压缩比更优。如通用汽车、大众汽车等各大汽车公司都在不断开展发动机增压技术的研究，开发出了更优化的增压设备，如大众汽车的TDI涡轮增压柴油直喷发动机和TSI涡轮增压汽油直喷发动机等，不但改善了燃油经济性，同时还让车辆的动态响应更迅速，也优化了发动机的振动和噪声。
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雪佛兰克鲁兹涡轮增压控制原理与检修
涡轮利用发动机排出的高压废气驱动作高速运转，带动同轴的压气机压缩吸入的空气，从而显著提高发动机进气效率，达到提高输出功率、降低排放、提高燃油经济性的目的。增压器(图1)主要由压气机、涡轮、中央轴承及增压控制系统四大部分组成。增压控制系统包括增压压力控制和超速切断控制两套系统(图2)。
增压压力控制是通过在涡轮增压器上集成一个压差控制的内置式排气旁通阀(Internal Wastegate Actuator)，又被称为排气泄压阀。它由发动机控制模块(ECM)通过脉宽调制(PWM)电磁阀进行控制，用于调节压气机的增压值，这是目前应用的涡轮增压器中最常见的压力调整形式。在发动机处于较高转速或者高负荷下，排气气流的一部分通过排气泄压阀流出涡轮外，这样减少了流过涡轮的废气流量，降低了排气背压，从而防止涡轮增压器转速超速，避免增压系统增压压力过大。在发动机低转速或低负荷的情况下，排气泄压阀关闭，所有排气流经涡轮并驱动涡轮。排气泄压阀由排气泄压阀膜片通过一个拉杆来操纵。排气泄压阀膜片上共有三个作用力，分别为废气压力、弹簧张力和排气泄压阀执行器电磁阀调制出来的调节压力，三个作用力的合力最终控制排气泄压阀的位置。图3所示，排气泄压阀执行器电磁阀连接三根软管，分别通空气高压端(泵轮后)、空气低压端(泵轮前)和排气泄压阀膜片阀。发动机控制模块通过脉宽调制信号控制排气泄压阀执行器电磁阀，将高压侧和低压侧的空气混合成所需调节压力的空气通往排气泄压阀膜片，占空比为100%时与低压侧(泵轮入口)相通，占空比为0时或断电时与高压侧(泵轮出口)相通。
发动机怠速时，发动机控制模块对涡轮增压器排气泄压阀的参数指令为0。节气门全开状态下(发动机负载)或转速首次提高时，发动机控制模块对涡轮增压器排气泄压阀参数指令到高达90%～100%。当增压压力到达适当水平时，发动机控制模块将电磁阀的脉宽调制控制在65%～85%。节气门关闭后，发动机控制模块将指令涡轮增压器排气泄压阀参数回复到0，以便使涡轮增压器排气泄压阀根据空气压差比打开，降低涡轮的速度。
排气泄压阀在怠速状态下完全关闭，所有的废气能量都通过涡轮(图4)。排气泄压阀保持关闭有三个原因：①泵轮出口压力小，倾向于关闭排气泄压阀；②膜片阀中的回位弹簧帮助保持排气泄压阀的关闭；③废气气流的能量太低，不足于克服回位弹簧的张力。
如果在发动机低速时请求节气门全开，则发动机控制模块将以占空比100%指令增压控制电磁阀，使涡轮增压延迟最小。中等发动机负载且高转速时，发动机控制模块将以占空比为65%～80%指令增压控制电磁阀。歧管压力高至240kPa时，涡轮增压器排气泄压阀打开(图5)。
当发动机控制单元设置特定的故障诊断码后，发动机控制模块将限制增压压力的大小。限制增压压力是通过发动机控制模块控制排气泄压阀控制电磁阀，保持占空比为0来实现的。这意味着发动机控制模块在较大的发动机负载时，不能有效关闭排气泄压阀，此时系统限制为机械增压。机械增压意味着排气泄压阀将仍然移动，但是运动量被膜片阀中的回位弹簧的机械属性、执行器的气动属性和排气系统中排气气流的物理特性所限制。在这种操作模式下，歧管压力的最大压力值控制为140kPa。
以上是增压压力控制，下面介绍一下超速切断控制，涡轮增压器上集成一个增压空气旁通阀，如图6所示。增压空气旁通阀由发动机控制模块通过增压空气旁通阀电磁阀进行控制，当超速切断工况(大负荷行驶时，突然松开油门)时节气门开度迅速减小，而涡轮增压器有滞后性，转速仍然较高，增压空气继续流向节气门，若不加以控制被阻障的高压空气会形成较大的气流冲击振动，可能造成节气门、泵轮叶片和进气管路的损坏。此时，发动机控制模块将增压空气旁通阀电磁阀打开，接通增压空气旁通阀的真空回路，增压气体在涡轮增压器中形成局部循环，避免增压空气冲击节气门，并且可以保持涡轮增压器处于一个较高的转速，以优化涡轮增压器的加速响应性。
增压空气旁通阀电磁阀是个开关阀，当节气门突然关闭，如果增压器的压力值超过标定压力值，ECM会立即驱动增压空气旁通阀电磁阀通电打开，接通增压空气旁通阀与真空罐的管路，并持续1s以上，使增压空气旁通阀动作，打开旁通气道。在进气歧管旁边有一个增压空气旁通阀真空罐，作用是提供瞬时真空源。当ECM不通电时，增压空气旁通阀电磁阀与进气歧管相通，但因真空度不够，增压空气旁通阀处于关闭位置，只有在急减速时才会打开。这是一种冗余设计，在增压空气旁通阀电磁阀失效时，超速切断控制系统也能起到一定的保护作用，避免增压压力过高造成机件损坏。
发动机控制模块首先确认节气门位置传感器、发动机转速传感器和增压压力传感器的完整性，之后根据这3个传感器的信号计算出一个的模拟空气流量，并将这个计算结果与空气流量传感器实际测量的空气流量值进行比较，来判断增压空气旁通阀是否卡在关闭位置。如果发动机控制模块检测到进气系统的一系列脉动值超过了标定阈值，就会设置故障诊断码P2261(涡轮增压器进气旁通阀卡滞)。
了解了增压系统的控制原理和结构，下面通过一个故障实例的排除，加深一下理解。
一辆雪佛兰科鲁兹装配1.6T涡轮增压发动机(代号LLU)，行驶里程9623km。故障现象为发动机故障灯亮、行驶加速无力、松油门后发动机有“呲”的异响声。维修人员接车后，经反复试车，发现异响出现在松开加速踏板以后。用听诊器倾听，确定声音来自涡轮增压器内部。
用GDS2+MDI检查ECM，显示有故障码P2261，含义为涡轮增压器旁通阀卡住(当前故障)；故障码P0171，含义为燃油修正系统低电压(历史)。
观察排气泄压阀在松油门以后会立即关闭，尝试用钳子夹住排气泄压阀的拉杆，使其不能完全关闭，结果异响消失了，说明异响可能是增压压力控制系统失控，而产生的气流冲击声。因故障码P2261直接指向超速切断控制系统，所以首先检查增压空气旁通阀及其控制元件，结果发现旁通阀真空罐壳体有裂缝(图7)。更换增压空气旁通阀真空罐(零件号90502721)后异响消失，故障排除。
在这个故障中，排气泄压阀属于增压压力控制系统，而损坏件真空罐属于超速切断控制系统，分属于增压控制的两个系统。那为什么用钳子夹住排气泄压阀的拉杆，使其不能完全关闭，结果异响就消失了呢？这是因为真空罐破裂导致增压空气旁通阀真空度不足，无法打开，进气管内的压力比正常值大，发动机控制模块(ECM)通过脉宽调制(PWM)信号控制排气泄压阀执行器电磁阀调制出的调节压力也与正常值不同，最终导致排气气流冲击排气泄压阀和涡轮产生“呲”的气流声，用钳子夹住排气泄压阀的拉杆，使排气泄压阀开度大一些，增大旁通的废气流量，改变了气流的分布，所以异响消失了。
对于设置故障诊断码P0171(燃油修正系统低电压)，分析很可能由于真空罐破裂引起进气歧管漏气导致。因为部分空气没有经过空气流量计的计量进入发动机，所以导致混合汽偏稀，从而设置P0171的故障代码。但是在更换真空罐并行驶几天以后，发动机故障灯又亮了，ECM又设置了P0171(燃油修正系统低电压)。检查发现，原来是机油加注口盖上的O型密封圈断裂丢失了，新鲜空气经此处被吸入气门室盖，再经曲轴箱通风管路进入进气歧管。更换机油加注口盖以后，故障彻底排除。
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涡轮增压系统故障原因分析及故障排查
人难免会有些小病小灾，车子跟人一样，开久了难免也会遇到一些小故障，学点汽车维修知识，汽车故障的时候好自我诊断。
涡轮增压系统故障原因分析及故障排查方法如下：
1. 增压器运转噪声过大
①原因分析。 因叶轮受到异物冲击或与壳体刮碰产生变形，使气体的运动变化而产生高频噪声;叶轮与壳体刮碰以及轴承润滑不良产生摩擦噪声;发动机到增压器间的排气管路不密封、 漏气， 产生噪声。
②故障排查。 发现增压器噪声过大时，应首先检查排气管路密封是否可靠，然后检查增压器的润滑是否良好，最后分解增压器，检查内部机件是否有损伤。
2. 增压器过热
①原因分析。 发动机供油提前角过小， 使排气温度过高， 造成增压器转速过高， 温度上升;喷油质量差，后燃严重，造成排气温度升高，导致增压器过热;润滑不良， 润滑油压力不足， 油温过高，供油量不足， 带走的热量减少， 使增压器温度升高;增压压力下降， 导致空气流量减少， 造成增压器温度升高。
②故障排查。 发现增压器过热时应首先检查发动机的供油正时和喷油质量; 然后检查增压器润滑油供应是否正常，最后检查增压器的内部机件是否有损坏。
3. 增压器异常损伤
①原因分析。 润滑油不清洁。 增压器的工作转速在6000转/分钟以上， 它的轴承要求实现液体润滑，因此润滑油的清洁度对其使用寿命的影响非常大;润滑油压力低，供油量不足。 增压器润滑油的压力通常在200千帕以上， 机油压力低会造成轴承的供油不足，从而丧失液体润滑条件，引起轴承的异常磨损。
②故障排查：在使用过程中要注意润滑油的清洁，经常检查和保养空气滤清器，要保证润滑油的压力，对压力不足时要及时进行排除故障。
4. 增压压力下降
①原因分析。 进气阻力增大，它包括滤清器有脏物、中冷器有脏物及进气蜗壳内有脏物等;压气机转速下降，它包括涡轮有积碳、涡轮排气阻力增大、轴承磨损、转子与壳体有刮碰、海拔高度增加等。
②故障排查。 清洁空气滤清器。 空气滤清器被堵塞之后，压气机的进气阻力增加，导致增压压力下降。 增压发动机的空气滤清器必须及时清洗，应经常检查空滤器的指示器，保持空滤器的清洁。 清洗中冷器的压气机。 中冷器和压气机的内部积有油泥、灰尘会增加进气阻力，当中冷器进、出口压力差超过技术标准时，应清洗它的内部通道。压气机涡壳和叶轮上沽有油泥和灰尘时应分解清洗，并要定期进行。 清除积碳。 增压器的内部积碳会增加转子的转动阻力， 使增压器转速下降，增压压力降低。 积碳通常积存在涡轮叶片、转轴、密封环等部位，一般是因密封不严，机油漏入烧结及燃油燃烧不完全所致;检查转子的轴向、径向间隙，消除刮碰现象。 转子的径向间隙过大会丧失液体的润滑条件，转子的转动阻力将增大，转速降低;转子的轴向间隙过大或变形产生刮碰现象，转子的转速也会下降，导致增压压力下降。 所以分解保养增压器时， 转子的径向间隙和轴向间隙都要认真测量，并注意观察是否有刮碰现象。
5. 增压器轴承早期磨损
①原因分析。 冬季启动发动机时猛轰油门或立即起步;发动机熄火前猛轰油门后又立即熄火，使转子轴因瞬间的高速旋转缺油而烧坏轴承; 长期停驶的车辆，在重新启动时没有预先润滑增压器，使转子缺油而烧坏轴承。
②故障排查。 柴油机启动时一定要待机油的油压和温度正常后再起步， 尤其是冬季冷车启动时，一定要怠速升温后再起步，同时切忌乱轰油门;柴油机熄火前，必须怠速运转3-5分钟，待增压器转速降低后方可熄火;对新开启、的车辆，一定要先润滑增压器，其方法是：拆下增压器的进油管路，从进油口倒入适量的洁净机油，以实现增压器轴承及转子的润滑。
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