新型汽车直喷发动机废气涡轮增压器功用与组成

由于喷射的汽油可以给进入气缸的空气降温，使雾化更理想，所以通过进气增压，可使发动机在低速时反应更加敏感。据统计，带机械式或废气式增压器的燃油直喷发动机，最多能够提高7%的燃油经济性。据宝马公司介绍，与PSA共同开发的直喷发动机，在添加增压器后能够将燃油经济性提高15%。

汽油直喷技术和涡轮增压技术相结合，使得动力更加强劲，带来了更加绝妙的驾驶享受，从而塑造了尖端发动机的典范。

1.废气涡轮系统的组成

废气涡轮增压技术是指利用发动机排出的高温高压气体的能量驱使涡轮机高速运转并带动同轴上的压气机，大气经压气机压缩增压后进入进气管系统而后喷入气缸的技术。由于喷射的汽油可以给进入气缸的空气降温，使雾化更理想，所以通过进气增压，可使发动机在低速时反应更加敏感。

燃料燃烧过程中释放出来的大量热能转换为气缸内气体的内能，涡轮增压器利用此部分内能转变为机械能驱使涡轮机转动，排气释放能量后压力温度都进一步降低，变为机械能的部分最后又经压气机转变为进气的压力能，提高了进气压力。有的增压器中还设有低压箱，可以通过控制叶片来控制排气纳入的多少，根据发动机工况的需要来调节。

常用的废气涡轮增压系统主要由空气滤清器、增压器（压气机和涡轮机）、中冷器等组成，图5-19为废气涡轮增压器的外形图，图5-20所示为废气涡轮增压系统结构示意图。

图5-19 废气涡轮增压器的外形结构

图5-20 废气涡轮增压器系统机构的示意图

增压器是主要组成部件，根据空气进入的方式分为径流式和轴流式两种。车用发动机上一般为径流式，包括两部分：涡轮机和压气机。涡轮机的进气口与排气管相连，出气口与排气口相连，压气机进气口与进气系统的空气滤清器相连，加压后的气体从压气机的出气口与进气管相连。压气机和涡轮机的叶片安装在同一根转动轴上。

2.奥迪、高尔夫A61.4TSI废气涡轮增压系统

（1）废气涡轮增压器结构 废气涡轮增压器和排气歧管是安装在一起的。增压压力再循环阀N249和增压压力控制的压力单元都是可以单独更换的。在研发阶段，重点放在了发动机低转速时涡轮增压器的反应速度上。因此，涡轮和叶轮设计得非常精密，直径分别是37mm和41mm，如图5-21所示。

因此，涡轮增压在比怠速稍高一点的转速上就会起动。旁通阀的直径是26mm，用来卸掉多余的排气压力。这样设计的结果就是在1250r/min的时候，就可以达到最大输出转矩的80%，在1500r/min的时候就达到了最大输出转矩200N·m，最大输出功率在5000～5500r/min达到。最大有效增压压力达到1.8bar的绝对压力。

（2）涡轮增压器的冷却和润滑 防止涡轮增压器过热，它被连在了冷却循环中的增压空气冷却系中（取消了中冷器）。为防止关闭发动机后出现热量积聚，冷却系会遵照迈普图继续工作一段时间。

为此，增压空气冷却系内的冷却液循环泵V50由发动机控制单元通过循环泵继电器J496来控制。涡轮增压器的转子连到了发动机润滑系来润滑和冷却，如图5-22所示。

图5-21 废气涡轮增压器结构

图5-22 涡轮增压器的冷却和润滑

（3）进气系统 这款发动机的进气系统设计得非常紧凑，如图5-23所示。改进的目标是尽可能地缩短进气道长度，末端没有采用常规的空气冷却器，而是采用集成在进气歧管内的液气冷却器。使得涡轮增压器到进气门之间的容积缩小了一半，减小了压力和流速的损失，缩短了涡轮增压系统的反应时间。发动机的性能得到了提升，系统概貌如图5-24所示。

图5-23 进气系统

图5-24 系统概貌

（4）增压压力限制阀N75增压压力通过旁通阀来调整。旁通阀通过拉杆连在压力单元上，压力单元存储经过N75控制的压力，如图5-25所示。发动机的实际进气量由增压压力控制系统决定和调整。发动机控制系统有两个进气压力和温度传感器。

（5）增压压力再循环电磁阀N249

1）信号作用：避免收油时产生气体噪声和造成叶轮击伤，将涡轮增压前后导通来保持压力平衡，防止增压腔内压力背压过高，形成倒拖制动，如图5-26所示。

2）失效影响：常开会造成压力和动力的损失，断路会造成增压器噪声。

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（6）增压压力传感器G31和进气温度传感器2 G299这两个传感器装在节流阀体之前的进气管上，监控涡轮增压之后的进气压力和温度。发动机监控G31的信号来调整增压压力，如图5-27所示。

图5-26 增压压力再循环电磁阀N249

1）控制冷却液循环泵，如果冷却器前后的空气温差小于8°C，那么冷却液循环泵就会被激活。

2）监控冷却液循环泵的工作状况，如果两个传感器的温度小于2°C，说明循环泵失效，OBD警告灯会亮起。

（7）进气温度传感器G299信号的作用

1）用于计算对增压压力的修正补偿温度对于进气密度的影响。

2）元件保护，如果进气温度超过限定值，增压压力降低。

3）失效影响：如果两个信号同时失效，涡轮增压压力控制变成开环控制，动力下降。

图5-27 增压压力传感器G31和进气温度传感器2 G299

（8）进气压力传感器G71和进气温度传感器1 G42这两个传感器集成在进气歧管内的冷却器上，监控冷却后的增压空气的压力和温度。进气量就是用这个传感器的信号和转速信号计算得到的。在冷却器处监控的进气量就是发动机的实际进气量。

进气温度传感器1 G42的作用：

1）控制冷却液循环泵，如果冷却器前后的空气温差小于8℃，那么冷却液循环泵就会被激活。

2）监控冷却液循环泵的工作状况，如果两个传感器的温度小于2℃，说明循环泵失效，OBD警告灯会亮起。

3）失效影响：如果信号失效，节流阀体信号和G299的温度信号来替代。涡轮增压压力控制变成开环控制，动力下降。

（9）增压空气的冷却 这种液气冷却系第一次用在这一类系列发动机上，如图5-28所示。有冷却液流过的冷却器直接装在进气歧管内，这个冷却器有自己的循环管路也同时连接在发动机冷却系内。涡轮增压的冷却也是靠这个冷却液循环。冷却液循环泵V50为这个低温系统提供循环的动力源。它的工作是由发动机控制单元通过继电器来控制的。

G42和G299的信号用来计算泵的工作时间。泵工作的时候，从增压空气散热器出来的冷却液被泵到进气歧管内冷却器，同时也泵到涡轮增压器。加热了的冷却液又流回增压空气散热器。经过冷却的增压气体的温度和外界大气温度的最大温差可以达到20℃。

（10）冷却器 冷却器与常规的液体冷却器的设计和功能都是相似的。冷却液流过集成在散热铝板内的管路。热空气流经铝板，将热量传给铝板。铝板再把热量传给冷却液，冷却液再到增压空气散热器内冷却，如图5-29所示。

（11）冷却器的拆装 冷却器装在进气歧管内，靠6颗螺栓固定。在冷却器的后部有一个密封条，起到冷却器和进气歧管之间的密封作用同时给冷却器提供支承，如图5-30所示。

注意：

1）安装冷却器的时候，要注意密封条一定要正确安装，否则会有异响，造成不密封，导致增压空气泄漏。

图5-28 增压空气的冷却系

图5-29 冷却器

图5-30 冷却器的拆装图

2）增压压力管安装在涡轮增压和节流阀体之间。一端卡在节流阀体的接头上，另一端连在涡轮增压的安装支架上，如图5-31所示。