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涡轮增压的原理与维修
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引言
“师”之概念，大体是从先秦时期的“师长、师傅、先生”而来。
其中“师傅”更早则意指春秋时国君的老师。
《说文解字》中有注曰：
“师教人以道者之称也”。
“师”之含义，现在泛指从事教育工作或是传授知识技术也或是某方面有特长值得学习者。
“老师”的原意并非由“老”而形容“师”。
“老”在旧语义中也是一种尊称，隐喻年长且学识渊博者。
“老”“师”连用最初见于《史记》，有“荀卿最为老师”之说法。
慢慢“老师”之说也不再有年龄的限制，老少皆可适用。
只是司马迁笔下的“老师”当然不是今日意义上的“教师”，其只是“老”和“师”的复合构词，所表达的含义多指对知识渊博者的一种尊称，虽能从其身上学以“道”，但其不一定是知识的传播者。
今天看来，“教师”的必要条件不光是拥有知识，更重于传播知识。
涡轮增压，是一种利用内燃机（InternalCombustionEngine）运作所产生的废气驱动空气压缩机（Air-compressor）的技术。
与超级增压器（机械增压器,Super-Charger）功能相若，两者都可增加进入内燃机或锅炉的空气流量，从而令机器效率提升。
常见用于汽车引擎中，透过利用排出废气的热量及流量，涡轮增压器能提升内燃机的马力输出。
“教书先生”恐怕是市井百姓最为熟悉的一种称呼，从最初的门馆、私塾到晚清的学堂，“教书先生”那一行当怎么说也算是让国人景仰甚或敬畏的一种社会职业。
只是更早的“先生”概念并非源于教书，最初出现的“先生”一词也并非有传授知识那般的含义。
《孟子》中的“先生何为出此言也？
”；《论语》中的“有酒食，先生馔”；《国策》中的“先生坐，何至于此？
”等等，均指“先生”为父兄或有学问、有德行的长辈。
其实《国策》中本身就有“先生长者，有德之称”的说法。
可见“先生”之原意非真正的“教师”之意，倒是与当今“先生”的称呼更接近。
看来，“先生”之本源含义在于礼貌和尊称，并非具学问者的专称。
称“老师”为“先生”的记载，首见于《礼记?
曲礼》，有“从于先生，不越礼而与人言”，其中之“先生”意为“年长、资深之传授知识者”，与教师、老师之意基本一致。
首先我们来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等等。
第一章、涡轮增压的增压原理
一、涡轮增压
1）发动机增压就是利用专门的装置将空气预先进行压缩，再送入气缸的过程，虽然气缸的工作容积不变，但因增压每个循环进入气缸的气体密度增大。
使实际充气量增加，这样可以向缸内喷入更多的燃料保证充分的燃烧。
增压技术在汽车发动机上应用已经相当广泛。
采用增压的目不仅是提高发动机的功率或进行高原补偿，更重要的是还能降低燃油消耗、减低排放、减小噪音。
增压的方式很多但现代汽车主要以废弃涡轮增压为主，这主要是废弃涡轮增压不仅能够充分利用废弃的能量，提高发动机的热效率，同时由于废弃涡轮使排气背压提高，有利于降低降低排气噪音，有利于废弃中HC和CO在排气管内继续燃烧。
2）废气涡轮增压系统：
增压器与发动机无任何机械联系，实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。
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，废涡轮增压技术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%。
但是废气涡轮增压器技术也有其必须注意的地方，那就是泵轮和涡轮由一根轴相连，也就是转子，发动机排出的废气驱动泵轮，泵轮带动涡轮旋转，涡轮转动后给进气系统增压。
增压器安装在发动机的排气一侧，所以增压器的工作温度很高，而且增压器在工作时转子的转速非常高，可达到每分钟十几万转，如此高的转速和温度使得常见的机械滚针或滚珠轴承无法为转子工作，因此涡轮增压器普遍采用全浮动轴承，由机油来进行润滑，还有冷却液为增压器进行冷却。
废弃涡轮增压控制功能：
废弃涡轮增压是靠废弃排除时的能量来驱动的，而废弃排出是的能量主要取决与废弃的流速。
随着发动机转速提高，废弃流速提高，使废弃涡轮增压的转速提高，增压压力提高；反之，随着发动机转速降低，废弃涡轮增压的增压压力会减低。
由于汽车发动机转速变化范围大，废弃涡轮增压器的工作特性难以在各种工况下均与发动机实现良好的匹配。
如：
发动机低速大负荷时，会因增压压力低而导致进气量不足，造成发动机燃烧不完全、冒黑烟、动力性能差下降等；反之，但发动机高速大负荷时容易造成增压器超速燃烧压力过高等不良后果。
由此可见，根据发动机工况变化，控制增压压力非常重要。
增压控制系统的功能就是根据发动机工况变化，通过调节压力，进一步优化发动机的性能。
此外部分发动机还设有增压空气控制循环系统，该系统是通过将压气机的出口气与进气口联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，废弃涡轮增压器内部产生气体冲击，同时也可以在]转速过高、或小负荷，减低进气噪音和燃油消耗。
二、增压压力控制方式
1）旁通式增压控制
在旁通阀式增压压力控制系统，可采用占空比控制型电磁阀取代开关型电磁阀，实现增压压力的连续控制。
ECU根据发动机负荷信号和转速信号，按预存的增压压力控制模型确定此负荷和转速下的增压压力，将其与增压压力传感器检测到的实际增压压力进行比较，并且根据比较结果调节电磁阀通电占空比，通过电磁阀开度的变化调节作用在驱动其实膜片上的空气压力，从而调节旁通阀的开度实现增压压力的连续控制。
2）节流阀式增压压力控制
节流阀式增压压力控制装置的截留阀在增压器的涡轮进口出，当发动机低速时，节流阀关闭以减小涡轮进口截面，使废气流速加快，增压器转速提高，以避免低速时增压压力不足的现象。
当发动机转速较高时，节流阀开启以增大涡轮进口界面，使废气流速减慢，以防止高速时增压器超速现象。
节流阀的开启与关闭，由电磁阀和驱动器室来控制。
3）可调叶片式增压压力控制
可调叶片式增压压力控制系统的调整环安装在涡轮增压器壳上，与可调叶片和轴制成一体的叶片拨销位于调整环相应的卡槽内，叶片由支撑环支撑，调整环转动时，即可通过相应的卡槽驱动叶片拨销和叶片一起转动从而改变叶片角度。
控制连杆通过调整环拨销相应的卡槽驱动调整环转动，而控制杆的转动则由ECU通过电磁阀和驱动器室来控制。
控制电磁阀采用占空比控制型，但只有4个变化位置，相应的可调叶片也只有4个角度位置，能够对废弃涡轮增压实现四级控制
三、涡轮增压系统的优点
涡轮增压有许多好处。
非增压发动机通过曲轴的运动直接从大气中吸进空气，而涡轮增压器向发动机提供压缩空气。
由于进入气缸的空气增多，所以允许喷入较多的燃油，使发动机产生较多的功率并具有较高的燃烧效率。
这意味着一台尺寸和重量相同的发动机经增压后可以产生较多的功率，或者说，一台小排量发动机经增压后可产生与较大发动机相同的功率。
其它还有节约燃油和降低排放等优点。
由于涡轮增压器为发动机提供了更多的空气，燃油在发动机气缸里燃烧时会燃烧得更充分、更彻底。
发动机进气管的空气保持正压力（大于大气压的压力）对发动机有几方面的好处。
当发动机进排气门重叠开启时，新鲜空气吹入燃烧室，清除所有残留在燃烧室里的废气，同时冷却气缸头、活塞和气门。
涡轮增压器可使非增压发动机在高原上工作时得到氧气补偿（使其达到标准大气条件）。
发动机和涡轮增压器相匹配，使进气管压力保持海平面大气压。
而一台自然吸气的发动机，随着海拔高度的增加，其功率将下降。
4、涡轮增压器的零部件
废气涡轮增压器（囹2）是由废气驱动的涡轮和径流式压气机组成的，它们分别被安装在轴的两头并有各自的铸造壳体。
轴本身被安装在中间壳中并由中间壳来支撑。
中间壳的两侧分别同压气机壳和涡轮壳相连接，典型的涡轮增压器转速可以在100000转/分以上。
图2涡轮增压器结构
1）涡轮
涡轮部分是个向心式的径流或混流装置，由铸造的涡轮叶轮、叶轮隔热罩及涡轮壳组成，进气口位于涡轮壳的外直径处。
废气流进涡轮，经叶轮叶片，从涡轮壳直径的中心部位流出。
2）压气机
压气机部分是个离心式或径向外流式装置，由铸造的压气机叶轮、后盖板及压气机壳组成，进气口位于压气机壳直径的中心部位处。
空气在压气机内向外流，经叶轮叫片，从压气机壳的外直径处流出。
3）中间壳和转子
涡轮增压器卸去所连接的压气机壳和涡轮壳后剩下的部分称为中间壳和转子总成。
中间壳（又称轴承壳）以一个精心设计的轴承系统来支撑压气机和涡轮的轮轮系统。
这一为高速运转而设计的轴承系统不能象曲轴的轴承那样承受重的载荷，而是必须精确地定位两只叶轮的位置，使其尽可能靠近两端壳子的轮廓型线。
这种定位的关键是向中间壳油孔、轴承和轴之间的间隙注入润滑油。
注入到间隙里的润滑油对提高涡轮增压器的效率和延长使用寿命是极其重要的。
图3是润滑油流动的示意图，它说明从发动机润滑系统流出的润滑油是如何通过油孔和油槽流入两个主轴承的。
润滑油流过轴承中的油孔去润滑和冷却轴承、轴承孔和轴颈。
润滑油也从进油孔直接进入推力轴承，或者通过在压气机壳后盖板的油道进入推力轴承。
润滑油靠重力从中间壳排出。
密封系统使中间壳同涡轮级和压气机级分开。
密封限制润滑油流进压气机和涡轮区域内，并阻止燃气和空气从这两个区域流入中间壳。
密封系统由活塞环密封、石墨和O形图密封、甩油环以及迷宫（螺纹状的）密封组成，以完成密封任务。
当轴旋转和壳体内气体压力建立起来时，密封开始起作用，如图3所示。
图3涡轮增压器润滑油路
各种卡环和螺栓用来防护转动部件或将它们定位。
止推部件用来保证轴向位置。
轴的螺母或车有螺纹的叶轮用来连接压气机叶轮和涡轮叶轮。
涡轮壳和压气机壳同中间壳及转子总成靠螺栓、V形卡箍和／或压板、锁紧板来连接。
第二章、涡轮增压器保养与维修
根据实践经验，造成涡轮增压器事故的主要原因是润滑问题，例如润滑油供油滞后、节流或缺油和在润滑油里有杂质等。
占第二位的原因是外来物体进入压气机叶轮或涡轮叶轮。
要有良好的维护保养习惯，特别是对空气滤清器、润滑油品质和润滑油滤清器等的维护保养。
因为涡轮增压器工作转速很高，所以良好的维护保养是非常重要的。
适当的操作步骤和预防性的维护保养，可以保证涡轮增压器的使用寿命和良好性能。
除了偶尔要对压气机进行清洗以外，不需要单独对涡轮增压器作周期性的维护保养。
因为一般的维修人员没有专用设备是不能对涡轮增压器做校准和调整工作，并且涡轮增压器的润滑油是由它所在的发动机供应的。
所以涡轮增压器的预防性维护保养主要是保证发动机与空气增压系统的完整性以及不让发动机以损害涡轮增压器和发动机自身的方式来工作。
一、预防措施
应该鼓励车主遵守以下预防性措施，以确保涡轮增压器有最长的工作寿命：
1）在发动机润滑油压力建立以前，必须使发动机保持在怠速状态。
发动机在启动之后立即加速，会使涡轮增压器在其轴承还来不及得到充分润滑的情况下就以最大转速工作。
涡轮增压器在润滑不充分的情况下工作会损坏它的轴承。
重复地这样做会导致涡轮增压器过早地损坏。
建议驾驶员起动发动机后应先怠速运行3~5分钟。
2）在发动机停车之前，要使它的温度和转速逐步地从最大值降下来。
涡轮增压器的工作转速和连续工作温度都比其它机器要高。
当发动机在最大输出功率或最大扭矩状态下工作时，涡轮增压器的转速和温度也达到最大值。
当发动机在这一工作点突然停车时，会使发动机尤其是涡轮增压器出问题。
这时需要发动机中速怠速或在轻负荷工况下工作一段时间，同时仍要保持发动机的润滑油压力和流过冷却系统的空气量不变。
遵循这些准则可以防止涡轮增压器长期在缺乏润滑油的情况下运转，并可以防止涡轮增压器内部积碳现象，这是在热回吸的作用下使轴承或中间壳里的残留润滑油碳化而形成的。
建议驾驶员在停机前应先怠速运行3~5分钟。
3）预先润滑涡轮增压器。
在更换滑油或做任何维修（包括放出润滑油）之后，涡轮增压器需要进行预先润滑。
在发动机启动前要将曲轴盘动几次。
启动发动机后，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。
4）低温时启动发动机必须谨慎。
当环境温度过低或车辆长时间不用时，会影响发动机建立正常的润滑油压力和流量。
在这种情况下，发动机启动后必须怠速几分钟才能进入高速工作状态。
5）要避免发动机长时间的怠速。
当涡轮和压气机中气体压力过低和涡轮增压器轴的转速过低时，润滑油会通过密封件渗漏到涡轮和压气机中。
这一般不会造成机械损伤，但会弄脏叶轮，使用户产生抱怨。
二、安装和启动步骤
安装者应遵守下列预防措施，以确保成功地更换涡轮增压器。
1）要确保包括润滑油泵和整个发动机状态在内的发动机润滑系统的完好，确保所有通道和管路畅通，使它们能够产生和保持所需的润滑油流量和压力。
2）要确保润滑油进口供油管路和出口排油管路清洁并布置适当。
a.润滑油进出油管路的布置应尽量减少从发动机排气管和其他高温热源传来的热量。
b.润滑油进油管被积碳堵塞时，要更换它。
c.若使用软管，要确保管子不硬化、不折叠，它的内衬不损坏、不剥落。
d.若使用金属管，要确保管子无节流或折叠现象。
e.一些润滑油进油软管有可以反复使用的接头，这样允许只调换软管而不换接头。
要确认接头安装正确，软管的内衬碎片不能被遗留在油管总成中。
3）当涡轮增压器润滑油进出口处使用液体成型的密封垫片和密封条时，曾经发现过这样的问题：
即在拧紧接头时，这种密封垫片和密封条因受挤压而被挤入润滑油的油道中。
当这种材料进入润滑油进口后，流向一个或多个轴承中去的润滑油将被堵塞或切断，润滑油流量和压力会迫使这种材料进入轴承，从而引起轴承的异常磨损。
在中间壳润滑油出口处，由于沉淀物增多，足以在出口处形成润滑油的节流现象。
4）对涡轮增压器进行预润滑时要注意不可使润滑油浸没增压器。
5）从开口的润滑油供油管道中清除空气。
把润滑油排油管从涡轮增压器上拆卸下来，这时，盘动曲轴而不启动发动机，直到润滑油从中间壳排油口中流出。
若润滑油连续不断地从排油管中流出来，就表明空气泡已经被排出润滑油系统。
用漏斗把润滑油倒回到排油管中。
6.要确保润滑油清洁并处于正常工作所需要的油量水平上。
如果有可能，应当用清洁的润滑油灌满润滑油滤清器，以减少启动发动机所需的时间。
3、故障诊断
在找出问题的原因之前，不能如通常所做的那样先轻率地把涡轮增压器从发动机上拆下来，而应该先检查和评估涡轮增压器的工作情况。
现场出现的问题大多数可以通过系统故障诊断来解决。
如果必须把涡轮增压器从发动机上拆下来，则在把软管、夹头和接头拆下来时，要确定接头是否是紧的，是否有漏气。
因为一旦把涡轮增压器拆下来后，就很难证实产生这类问题的真正原因。
更换了新的涡轮增压器的立即出现故障可能与下列因素有关：
1）没有完全解决造成需要更换涡轮增压器的问题；
2）在更换涡轮增压器时产生的问题；
3）涡轮增压器本身有缺陷。
一台已经正常运行的涡轮增压器，在以后的日子里是不大可能再发现缺陷的。
因为在涡轮增压器工作时，只要观察它的转速和温度就可以很快地发现问题。
安装或发动机系统的问题也可以在更换涡轮增压器时立即暴露出来。
注意：
如果涡轮增压器能自由转动并不擦内壳的话，就不要急于判定为涡轮增压器的问题。
必须强调的是，涡轮增压器根本不会改变发动机本身的工作特性。
涡轮增压器不是一种能源，它唯一作用是向发动机提供更多的压缩空气，使发动机可以燃烧更多的燃油，从而产生更多的功率。
它之所以能够工作完全是取决于发动机废气的流量、压力和温度。
涡轮增压器是一个完整的工作系统中的一个主要部件。
只是为了方便起见，才把涡轮增压器用螺栓安装在发动机的外面，但它的作用绝不亚于发动机的凸轮轴或活塞。
涡轮增压器不可能纠正或克服诸如发动机燃油系统、发动机定时、空气滤清器堵塞、轴瓦故障等一类的机械故障或缺陷问题。
因此，如果一台增压的发动机发生故障，而涡轮增压器已经被检查并已确定是工作正常的，那么就要象对非增压的发动机一样进行故障检修。
简单地替换一台好的涡轮增压器并不能排除发动机本身的机械故障。
了解涡轮增压器在整个发动机工作系统中的作用，对成功地诊断和排除故障是非常重要的。
同样，更好地了解涡轮增压器的一些特点会有助于判定涡轮增压器的损坏或缺陷以及每次都能一次就安装正确。
下面的步骤是对发动机工作情况变化的综合评估。
在发动机上进行故障分析也将有助于揭露任何外部的或与造成涡轮增压器故障有关的发动机的问题，这些故障必须被排除，以避免新换上的涡轮增压器的损坏。
警告：
1）做增压器检查时不能起动发动机，且必须要等到发动机冷下来后才能开始检查。
2）在不装进气管和不连接空气滤清器的情况下使涡轮增压器运转，会造成人员伤害。
外来物体进入涡轮增压器内可能会造成机组损坏。
四、涡轮增压器故障诊断流程图
表1
表2
表3
表4
表5
表6
五、维修检查
基本步骤如下：
涡轮增压器的外部和安装情况。
听一听是否有不正常的机械噪声。
目测一下是否有漏气、堵塞、温度过高、节流或叶轮碰壳体的情况。
在怠速或低功率时看起来似乎是少量的、不严重的系统漏气，在额定负荷时会严重地影响发动机的空燃比和涡轮增压器壳体中的气体压力。
所以一旦这种漏气发生，在额定负荷时将会产生严重问题。
a.听一听是否有不正常的机械噪声并看一看振动情况。
b.听一听是否有高频噪声，这可能表明有空气或燃气泄漏。
c.听一听周期性噪声的程度，这可能表明在空气滤清器和管道中有节流。
d.检查螺母、螺栓、压板和垫片是否有漏装或松动现象。
e.检查发动机进排气管及其管道和固定件是否有松动和损坏。
f.检查润滑油进出管道是否有节流或损坏现象。
g.检查涡轮增压器壳体是否有裂纹或损坏。
h.检查外部润滑油或冷却介质是否有泄漏，检查涡轮增压器外表面是否有污物沉淀（表明空气、润滑油、排气或冷却介质泄漏）。
i.检查是否有明显的热变色。
j.检查空气滤清器是否有明显的节流现象。
k.查废气放气阀是否有自由运动和损坏。
必须确保软管情况良好，接头是紧的。
按照设备的原始规范来检查校准和控制系统。
l.核实涡轮增压器的结构参数对该用途来说是否是正确的。
记住：
这些问题被排除的本身往往不会除掉作为故障指示物的残留物。
这些残留物的存在常常会引起对涡轮增压器的不准确评价。
当问题已经被排除而残余物仍旧保留着时，会造成对涡轮增压器的错误评价。
例如，若在检测前已先把空气滤清器调换成新的，但是残留物（如发动机进气管中由于以前节流时残留的润滑油助保留着，会使您错误地认为残留物不是节流造成的，而是别的原因造成的，人人而得出不存在空气阻塞的结论，即使残留物证明可能发生过节流。
在完成故障诊断的其余部分之后，再排除任何安装上的问题。
如果涡轮增压器的零件损坏了，则应当先更换零件，然后再进行校正，以防重新产生问题.
第三章、涡轮增压技术的前景展望
随着人们的节能意识增强，环保部门排放法规的日益严格，增压技术越来越受到重视。
通过对各种增压方式的比较废气涡轮增压不消耗有用功被广泛使用。
本文特此介绍了一种我国常用的废气涡轮增压系统并展望涡轮增压技术的前景。
废气涡轮增压是这一内燃机百年最杰出的作品之一，近20在车用发动机上广泛使用，甚至CNG汽车，微型汽车和摩托车也出现了涡轮增压。
汽车上采用的涡轮增压技术后、动力性、经济性，不但得到显著提高这对消除油价飞涨满足日益严格的排放法规非常重要。
随着科学技术的迅速发展汽车的增压方式越来越多，我们知道各种增压方式有利有弊，但由于废气涡轮增压结构简单，而对动力提升效果很好，而且涡轮增压发动机实验证明燃烧比较完全，排烟浓度降低，废弃CO和HC含量没明显减少NOx含量也大为改观对排气污染有利。
结论
涡轮增压技术对汽车来说至关重要，随着科技发展涡轮增压技术将在，重型汽车，轻型汽车，柴油机，汽油机中使用，以降低排放，增加动力的大前题实现。
在完成论文的过程中，通过实践体会到要做好一个完整的事情，需要有系统的思维方式和方法对待要解决的问题，要耐心，善于运用自己所学和实践相互联系。
致谢
在本文完成之际，无论我的设计是否能够真的投入使用，这里面每一个控件的绘制，每一行语句的调试，每一段文本的输入之中都有我辛勤的汗水。
半年的设计时间虽然短暂，我却从中学到了很多的东西。
我由衷地感谢关怀、教诲、帮助、支持和鼓励我完成学业的老师、朋友和亲人。
特别感谢我的导师张望，半年来他在学习一直对我悉心指导，严格要求、热情鼓励，为我创造了很多锻炼提高的机会。
张望老师洞察全局，为我的论文的顺利完成指出了很好的方向，张望老师渊博的知识、宽广无私的胸怀、夜以继日的工作态度、对事业的执著追求、诲人不倦的教师风范和对问题的敏锐观察力，都将使我毕生受益。
在此我谨向我的导师以及在毕业设计过程中给予我很大帮助的老师、同学们致以最诚挚的谢意。
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