為了适應發動機“小排量、大功率”的發展趨勢，渦輪增壓器在汽車上得到了廣泛采用。渦輪增壓器對于發動機的直接作用，就是顯著提高了發動機的充氣效率（超過100%），因此，大大提高了發動機的動力輸出。

具體而言，發動機采用渦輪增壓器的優點主要體現為：

◆ 可以根據發動機的需要提供增壓壓力，或減小、不提供增壓壓力；

◆ 即使在高海拔地區也可以使發動機獲得足夠的充氣效率。

組 成

如下圖所示，渦輪增壓器主要由渦輪機和壓氣機等部分組成。

渦輪機的進氣口與發動機排氣歧管相連，渦輪機的排氣口則接在排氣管上；壓氣機的進氣口與空氣濾清器相連，壓氣機的排氣口則接在進氣歧管上。

圖1 渦輪增壓器的基本組成 ▲

從發動機排氣歧管排出的是高溫高壓的廢氣，具有一定的能量。在自然吸氣發動機中，這部分能量往往随着廢氣的排放而白白浪費，而渦輪增壓器的動力來源恰恰就是這些廢氣。渦輪機渦輪與壓氣機泵輪通過增壓器軸剛性連接，這部分稱作增壓器轉子。增壓器轉子通過浮動軸承（轉子高速旋轉時可保證摩擦阻力矩較小）固定在增壓器中。

發動機工作時，排出的廢氣以一定角度高速沖擊渦輪，使增壓器轉子高速旋轉，于是，壓氣機泵輪以同樣的高速擠壓進氣空氣。受壓後的空氣溫度會升高，影響其密度，因此，在壓縮空氣通向進氣歧管的中間通路上增設了一個空氣冷卻器（簡稱中冷器）以冷卻增壓後的空氣，最終使更多、密度更大的空氣進入氣缸，從而實現進氣增壓的目的。

為了使渦輪增壓器能夠更好地發揮其效能，除了渦輪機和壓氣機兩個最主要的組成部件外，渦輪增壓器上還設置了其他輔助控制元件 ▼

圖2 渦輪增壓器的輔助元件 ▲

如上圖所示，在渦輪增壓器渦輪機的出口處設有一個廢氣旁通閥，廢氣旁通閥由一個真空執行器在真空的作用下通過杠杆機構驅動其開、關及開關的幅度大小，而真空的施加與否、施加大小則由ECM通過控制一個廢氣旁通控制電磁閥對真空管路實施控制來實現。在壓氣機側面有一旁通管路，連接其進氣口與排氣口，在這一旁通管路上設有一個進氣旁通閥，由ECM通過對進氣旁通電磁閥的控制實現對進氣旁通閥開、關的間接控制。

工 作 原 理

1. 基本工作原理

驅動渦輪增壓器的動力來源于發動機排出的廢氣。在發動機低速運轉時，排氣壓力和溫度都較低，渦輪轉速亦較低（約為1000r/min），因此，壓氣機泵輪不能産生進氣增壓壓力，在此狀态下，發動機的進氣效果與自然吸氣發動機沒有明顯差異；随着發動機轉速和負荷增加，排氣壓力和溫度都大幅升高，渦輪的轉速也随之加快，當渦輪達到一定轉速時增壓開始（現代發動機最低在1500r/min左右就可以進入增壓狀态），當發動機全負荷運轉時，渦輪轉速可以達到（10~15）×104r/min。

2. 廢氣旁通控制

廢氣旁通控制的主要目的是有效控制和調節增壓壓力，防止增壓壓力過高而損壞發動機，同時，也可以使渦輪增壓在較寬的發動機轉速區間内（如1500~4500r/min範圍内）保持持續有效。

如下圖所示，渦輪增壓器利用廢氣旁通控制電磁閥、廢氣旁通執行器和廢氣旁通閥對增壓壓力進行控制。

圖3 廢氣旁通控制原理圖 ▲

廢氣旁通控制電磁閥是一個三通電磁閥，其三個接口分别與增壓前的空氣、增壓後的空氣、廢氣旁通執行器的膜盒相通，由ECM對其實施占空比控制，其控制電路如下圖所示。增壓前空氣來自與進氣管，增壓後的空氣來自于壓氣機泵輪排氣口之後的氣道。與廢氣旁通執行器膜盒連接的電磁閥接口在ECM的控制下，可以分别與另外兩個接口（增壓前空氣接口、增壓後空氣接口）相通。

圖4 廢氣旁通控制電磁閥控制電路圖 ▲

廢氣旁通執行器是一個膜盒控制裝置，膜盒内部有一個膜片，膜片頂端是一個空腔，通過管路與廢氣旁通控制電磁閥連接；膜片下端由彈簧支撐并與拉杆做成一體，拉杆通過一個杠杆機構控制廢氣旁通閥開啟或關閉。圖3中的廢氣旁通閥為常閉式，即在發動機停機狀态下廢氣旁通閥處于關閉狀态，目前大部分發動機的渦輪增壓器都采用常閉式廢氣旁通閥。

下表展示了常閉式廢氣旁通閥的控制過程。在發動機低速運轉時，廢氣旁通控制電磁閥關閉增壓前的進氣通道，同時打開增壓後的空氣通道，此時增壓後的空氣進入執行器膜盒。但由于增壓壓力很小，施加在執行器膜片上的空氣壓力不足以推動膜片下方的彈簧，因此，廢氣旁通閥在彈簧力的作用保持關閉，廢氣全部流經渦輪。此時渦輪轉速較低，沒有增壓效果。

随着發動機轉速不斷升高，渦輪轉速也随之增加，當壓氣機泵輪轉速達到一定值時，渦輪增壓器開始進入增壓狀态。渦輪增壓器工作時，廢氣旁通閥一直關閉。當增壓壓力升高到一定值時，增壓後的空氣壓力足以推動旁通執行器膜片彈簧下移，在杠杆機構的作用下打開廢氣旁通閥，大部分廢氣将不經過渦輪而通過旁通氣道直接排入排氣管，使得渦輪增壓器洩壓。

為了獲取更高的增壓壓力，發動機必須在渦輪增壓器洩壓前控制廢氣旁通閥繼續保持關閉，為此，ECM以占空比控制方式控制廢氣旁通控制電磁閥關閉增壓後的空氣通道，同時打開增壓前的進氣通道。此時滞留在執行器膜盒的增壓空氣通過增壓前的進氣通道進入進氣管，于是，執行器膜盒内的高壓氣體洩壓，使廢氣旁通閥依然保持關閉，增壓壓力持續上升。

當增壓壓力超過目标值時，ECM以占空比形式控制廢氣旁通控制電磁閥打開增壓後的空氣通道，同時關閉增壓前的進氣通道。此時增壓後的空氣進入執行器膜盒，在杠杆機構的作用下，旁通氣道打開，渦輪增壓器洩壓。

提示：

作用于廢氣旁通執行器膜盒上的壓力大小取決于增壓壓力和廢氣旁通控制電磁閥通電電壓的占空比。當占空比達到80%~90%時，廢氣旁通閥完全開啟；當占空比小于20%時，廢氣旁通閥完全關閉。

ECM通過發動機轉速、進氣門開度、進氣歧管壓力、發動機溫度等參數計算目标增壓壓力值，通過進氣增壓壓力傳感器檢測實際增壓壓力值并反饋給ECM，ECM通過控制廢氣旁通控制電磁閥以保證實際增壓壓力與目标增壓壓力的一緻。

提示：

有些發動機的渦輪增壓器采用常開式廢氣旁通閥，即在發動機停機狀态下廢氣旁通閥處于開啟狀态，為此，廢氣旁通執行器的内部結構及ECM對廢氣旁通控制電磁閥的控制都要進行必要的調整，以滿足對渦輪增壓控制的要求。

3. 進氣旁通控制

渦輪增壓發動機在運行過程中如果突然關閉節氣門會導緻節氣門和壓氣機泵輪之間的空間内産生背壓，緻使渦輪增壓器被強烈制動，被制動的渦輪增壓器會導緻大量的增壓壓力損失，并且也損失了在下一次需要産生增壓效果時所需要的動力。進氣旁通控制的主要目的就是為了防止上述情況的發生。

下圖所示為真空式進氣旁通控制裝置，主要由真空罐、進氣旁通電磁閥、進氣旁通閥和真空管路等組成。

圖5 真空式進氣增壓旁通控制原理圖 ▲

進氣旁通閥是一個真空控制閥，位于壓氣機側面的旁通管路上，在發動機停機狀态下，進氣旁通閥關閉旁通管路。

進氣旁通電磁閥是一個三通閥，其三個接口通過真空軟管分别與真空罐、進氣歧管和進氣旁通閥相連。通過ECM對進氣旁通電磁閥的通電、斷電控制，進氣旁通閥的接口可以分别與真空罐和進氣歧管相通。進氣旁通電磁閥的控制電路與廢氣旁通控制電磁閥相似，參見圖4。

如下表所示，在發動機停機和渦輪增壓器工作時，進氣旁通電磁閥始終斷電，此時，真空罐接口關閉，進氣旁通閥接口與進氣歧管相通，進氣歧管中的空氣進入進氣旁通閥。在進氣歧管空氣壓力與彈簧力的共同作用下，進氣旁通閥關閉進氣旁通道，壓氣機泵輪後端的增壓空氣全部通過中冷器進入到發動機進氣歧管。

當車輛在行駛過程中突然關閉節氣門時，ECM控制進氣旁通電磁閥關閉通向進氣歧管的接口，同時打開真空罐通向進氣旁通閥的通道。在真空負壓的作用下，進氣旁通閥迅速打開進氣旁通道，壓氣機泵輪後端的增壓空氣通過旁通氣道進入到泵輪的前端（即空氣濾清器的進氣端），使節氣門和壓氣機泵輪之間的空間壓力得以釋放，從而保證了泵輪隻承受很小的阻力而依然保持較高的轉速，避免了再次增壓而産生遲滞現象，同時增壓後的空氣進入到泵輪前端更有助于提升增壓效果。

注意：

進氣旁通電磁閥和廢氣旁通控制電磁閥都是一個三通閥，所不同的是，進氣旁通電磁閥是開關式，隻有開、關兩種狀态，而廢氣旁通控制電磁閥則是一個占空比控制電磁閥，由ECM通過占空比形式的控制，實現對廢氣旁通控制電磁閥不同開度的調節。

提示：

在有些車輛的進氣旁通控制系統中，取消了進氣旁通電磁閥，進氣旁通閥直接通過一個真空管連接到進氣歧管中。如果節氣門突然關閉，進氣旁通閥會因為進氣歧管中的真空突然增加而打開，增壓後的部分空氣會通過進氣旁通閥打開所提供的通道又進入到增壓器的進氣側，從而使渦輪增壓器的轉速得以保持。福特轎車就采用這種控制方式，其進氣旁通閥在增壓壓力和進氣歧管的兩側壓力差異超過0.24bar（24kPa）的時候将會打開。

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