涡轮增压器基础知识概论

3.涡轮叶轮的叶片型式
涡轮的形状，是以如何有效地“抱住”废气、并顺畅排出为目的。 可分为“水车式” 叶片（外形是直片设计，让废气冲撞而产生回旋力量， 直接与回转运动结合），及“风车式”叶片（外形为弯曲型叶片设计， 除了利用冲撞的力量以外，还能有效利用气流进入叶片与叶片之间， 获取废气膨胀能量）。涡轮叶轮的轮径及叶片数会影响马力线性，理 论上来说，叶片数愈少，低速响应较差，但高速时的爆发力与持续力 却不是多叶片可比拟的



3.2涡轮轴
涡轮轴由2部分组成：涡轮叶轮和轴 1.加工方法： a.准备涡轮和轴的毛坯件，将其配合部位加工平整。 b.摩擦焊将两个零件焊接到一起。（要求垂直度精确） c.数控加工整个涡轮轴。 2.涡轮材料： 由于涡轮是在高温,高冲击条件下工作的，大概在700℃左 右，所以涡轮的的耐热性和强度必须优良，目前普遍添加 耐热金属镍，反而铁的含量相对镍少很多，顾而涡轮的价 格，尤其是含镍多的比较高。
系列:H系列(H1C,WH1C), HC系列(HC5A), HT系列(HT3B), HX系列 (HX35,HX35W) 零件号特点: XXXXXXX “X” 全部为数字 如: H1C系列的 3522778 (6BT 3802289

BorgWarner (包括KKK和 Schwitzer 2个分公司)
这样能够使原本高速流动的废气又得到加速，涡轮得以能够 高速旋转。


4. A/R
“A/R 值”是压气机壳体及涡轮壳体的几何特性数字 “A/R 值”是压气机壳体（Compressor Housing）及涡轮壳体 （Turbine Housing）的几何特性数字。R（Radius）为涡轮轴承中心 到压气机出风口（或涡轮进风口）横截面（涡轮半径线绕360 度一圆 周后）中心点的距离。A（Area）指压气机壳体的出风口（或涡轮壳 体入风口）对应以上中心点所在的横截面积。以A 除上R 的所得两者 的比例即为A/R 值。 A/R值分为压气A/R值、涡轮A/R值。一般而言压气A/R值大，较适 合低增压涡轮使用。而压气A/R 值小，较适合高增压涡轮使用。但相 对而言压气A/R 值的大小变化对涡轮性能的影响较小。一般都在既定 的压气A/R 值压气机壳体上选用不同的涡轮壳体进行搭配。而对于排 气端的涡轮A/R 值就显得非常重要了。A/R 值越小，即排废气的流速 较高，涡轮在低转速区域的增压反应越快，涡轮迟滞减低，涡轮也就 能在较低的转速区域取得较高的增压。但同时A/R 值越小，加大了排 气背压，高转速废气流量不足，使高转马力输出有限。 相对的，A/R 值越大，涡轮在低转速域的增压反应便越差，但尽 管引擎的低转速增压难以上升，不过在高转速区域却可以产生更大的 动力，高转高出力的倾向相当明确。总而言之，A/R 值（涡轮A/R 值） 小属于低速扭力型涡轮，而A/R 值大则是高转大出力涡轮。
b c
d

2.缺点：
涡轮迟滞：涡轮增压器虽然有协助发动机增力的作用，但也有它的缺点，其 中最明显的是，“迟滞响应”，由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟 缓(即使经过改良后的反应时间也要1.7秒)使发动机延迟增加或减少输出功率。 现在越来越多的原装涡轮发动机在得到比自然进气机更大动力的同时，尽量 把涡轮迟滞降低。争取让其表现接近自然进气发动机的线性。使涡轮车的亲 近性与易驾性更接近非涡轮车。 表现：这对于要突然加速或超车的汽车而言，瞬间会有点提不上劲的感觉。 如果是大增压发动机，涡轮迟滞大，预示着其可能突然发力，对于平常驾驶 将难以把握，驾驶困难甚至有安全隐患 。
涡轮增压器基础知识概论
一、各大生产厂商及零件号说明

1.主机厂及涡轮增压器专业生产厂


1.1 主机厂:研发和生产整套机械设备总成的厂家,如 CUMMINS,CATERPILLAR,COMATSU,等. 系列及零件号特点 1.2 专业生产厂:专门生产研发和生产增压器的厂家,如 HOLSET,GARRETT,IHI,KKK,SCHWITZER,等.

所以“散热”对于涡轮增压器非常重要。涡轮本体内部有 专门的机油道（散热及润滑），有不少更同时设计有机油 道以及水道，通过油冷及水冷双重散热，降低增压器温度。 其次，由于涡轮端温度相对更高，常在涡轮轮背处加装一 个金属隔热罩，进行局部散热。
三、涡轮增压器的结构
3.1 机芯总成
结构：包括轴承壳和转子总成及其密封件和紧固件。 动平衡：由于涡轮增压器是高速旋转中工作的，所以要求
a
Schwitzer
系列:classic系列(3LM,4MF 等), S系列(S2A,S2E等), HT系列(HT3B), 零件号特点: XXXXXX “X” 全部为数字 如:3LM系列的 159623 (4N8969) b .KKK
系列:K系列(K27,K03) ,B系列,KP系列 零件号特点: XXXX-XXX-XXXX “X” 全部为数字 如: K27系列的 5327-988-6206 (Mercedes OM422) Mitsubishi
3.我们所接触到的增压器的全称: 径流式废气涡轮增压器 4.工作示意图：

涡轮增压器 因涡轮的涡壳与压气机壳外形与蜗牛背上的壳或海滩 的海螺十分近似而得名。
涡轮增压器本体是提高容积效率的核心部件，其基本结构分为： 进气端、排气端和中间的连接部分。 其中排气端包括涡轮壳体（Turbine Housing， 其中包括涡轮进风口 （Turbine Inlet）、涡轮出风口（Turbine Discharge）、涡轮叶轮 （Turbine Wheel）。 而进气端包括压气机壳体（Compressor Housing），包括压气机进 风口（Compressor Inlet）、压气机出风口（Compressor Discharge）、压气机叶轮(Compressor Wheel)。 在两个壳体间负责连接两者的，还有一个轴承壳（Center Housing），安装有负责连接并承托起压气机叶轮、涡轮叶轮，应付 上万转速的涡轮轴（Shaft），以及与之对应的机油入口（Oil Inlet）、 机油出口（Oil Outlet）等（甚至包括水入口和出口）。

2.零件号的对比说明 通常每台增压器有2个互换号，即主机厂号和专业生产厂号 （CUMMINS除 外） 相互换。 通过查Turbocharger catalog .xls下列上 可以清楚 说明:OEM是 Original equipment manufacturer 的缩写。 由于CUMMINS的产品在各国生产所命名的零件号有所差异，导致它同一 台机器可能会有2个甚至更多的互换号。
来自百度文库
4.轴
加工时一定要保证其与涡轮的垂直度精准，直线度要求也很高。 轴的材料：20CrMo 或者40Cr


3.3叶轮
叶片是涡轮的动力来源。但压气机叶轮及涡轮叶轮各有不同的功用，因此叶 片外形当然也不一样。压气机叶轮基本上是把如何将空气有效率地推挤入压 缩信道视为首要任务，然后再加以决定其形状。 一般原厂涡轮的压气机叶轮(Compressor Wheel) 都使用全叶片的设计， 即叶片是整片从顶端到末端的设计。而为了增加吸入空气的通路面积，提升 高速回转时的效率，目前已出现了许多在全叶片旁穿插安装半块叶片的叶轮 （此种设计多出现在改装品上）。 而压气机叶轮设计的另一个目的是让压缩空气的流速均等化。传统的叶轮 为“放射型压缩轮”，其两叶片之间的气体流速变化很快：位于叶轮运转方 向前方的空气，被叶片挤压，故流速很快。但叶片后方的空气则因为吸入阻 力及回压力等因素，流速较慢。当节气门半开时，压气机叶轮转速下降，进 入压缩轮的空气速度就会降低。而之前已被压缩的空气量如果此时相对过多， 便会出现“真空”的状态，无法输送空气（压气机叶轮转速无法产生大于进 气管中气压的压力），相对压力也就无法产生了（压力回馈），这也就是所 谓的“气体剥离” (Compressor Surge) 现象。 为了防止“气体剥离”现象，把叶片角度设计成向运转方向缩小（与涡轮 轴线方向更接近），以维持流速均一化的“反向”压缩轮渐渐成为改装品的 主流，而这也就是改装界所谓的“斜流”叶片。“斜流”叶片通常都在原有 的主叶片下，多加半个叶片（一般其角度更接近涡轮轴线方向，即更竖直）。 若从进气入口正视压气机叶轮，可看到两个叶片重叠，就代表这是“斜流” 叶轮。
二、涡轮增压器的工作原理
涡轮增压器最早是用于跑车或方程式赛车上，以使发 动机迸发出更大的功率。 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。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， 使之增压进入汽缸。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 气进入汽缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多 的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速， 就可以增加发动机的输出功率了。
其动平衡非常严格，主要是对转子总成作动平衡。 步骤： 单件动平衡，涡轮轴、叶轮； 局部动平衡，将涡轮轴和叶轮装配好，用紧固螺母固 定后，做动平衡； 整体动平衡，将机芯总成装配好后，做整体动平衡。
3.2涡轮壳（涡壳）
1.涡壳的材料：球墨铸铁 2.涡壳流道的种类：单流道，双流道。
3.涡壳流道的线性形状变化 为了能够更加充分地利用发动机废气的冲击作用，一般利用 有限元法将涡壳废气的流道设计成蜗牛壳的形状，即流道 截面面积自废气入口向内部逐渐减小
系列: TD系列(TDO6,TDO7),TE系列 零件号特点: XXXXX-XXXXX “X” 全部为数字 如: TDO6系列的 49179-02260 (5I7952)

IHI
系列: RHC系列(RHC7等),RHB系列,RHE系列 零件号特点: ##XXXXXX “#”为字母 “X” 为数字
如: RHC7系列的 NH170048 NH170048 （EX200-1 1-144002100）

影响因素：涡轮迟滞由许多因素影响，包括涡轮的大小、发动机排量、发动 机改装程度、涡轮轴的旋转惯性、涡轮的功效、进气损失、排气背压等。一 般来说，如果发动机排量不变，涡轮越大涡轮迟滞越大、涡轮轴越重（旋转 惯性越大）涡轮迟滞越大……
2.3工作环境及散热措施

“高温”是涡轮增压器运作时面临的最大考验。涡轮运转 时，首先接触的便是由引擎排出的高温废气（第一热源）， 其推动涡轮叶轮并带动了另一侧的压气机叶轮同步运转。 整个叶片轮轴的转速动辄70000-160000rpm(每分钟多少 转)。所以涡轮轴高速转动所产生的热量非常惊人（第二 热源），再加上空气经压气机叶轮压缩后所提高的温度 （第三热源），这三者成为涡轮增压器最最严峻的高温负 担。涡轮增压器成为一个集高温原件于一体的独立工作系 统。
几大专业生产厂:
Honeywell---Garrett
系列: T系列,GT系列 零件号特点: XXXXX-XXXX “X” 全部为数字 如: TO4B91系列的 409410-0002 (4N6859) 注:465044-5051 与 465044-0051 是互换的

HOLSET (CUMMINS)




2.2 涡轮增压器在应用中的优缺点：
1.优点：
a 增大马力：众所周知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，因此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，再增加输出功率 只能通过压缩更多的空气进入汽缸来增加燃料量，从而提高燃烧作功能力。 因此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。 节省燃油：由于增压系统和中冷器的使用发动机作功行程压缩空气量的增 加，使得喷油量相对减少,从而减少了燃油消耗量。 改善排气质量：由于加入充足的压缩空气使燃油充分燃烧可使排气质量大 幅提高，降低汽车排放有害物、减少温室效应气CO2、保护环境等方面起 到了重要作用。 有利于高原作业：发动机高原作业时，由于海拔高，燃油燃点降低，达不 到设计时的输出动力，通过增压系统的增压作用后，能显著改善发动机 “水不服”这一弊病。
2.1工作机理：
1
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大家由图可知，当发动机正常工作时，从发动机排气门排出的废气及排气 管进入到涡轮增压器右端，从而吹动涡轮高速旋转。与涡轮同轴的左端叶 轮也同时做高速旋转，叶轮左端的箭头代表从空气滤清器过来的新鲜空气， 新鲜空气进入到叶轮端后，由于叶轮高速旋转从而压缩了新鲜空气，并且 在压气机壳内形成二次压缩后形成增压。增压后的新鲜空气要首先经过中 冷器进行冷却。因为叶轮的搅动升高了空气的温度，从而降低了空气的密 度，为了保证进气量，因此必须对增压后的高温气体实行冷却。 经过中冷器的空气在经过进气管后再进入气缸开始工作。涡轮增压由于进 气压力高，因此在排气过程中能够充分扫清上一循环工作过程中的残余废 气，达到了排气干净的目的，并能为下一次燃烧做好准备，也利于下一次 燃烧充分，从而减少有害物质的排放。