BMW发动机废气涡轮增压器系统.doc

.技术培训产品信息废气涡轮增压器系统构造原理BMW经销商训产品信息废气涡轮增压器系统构造原理发动机废气涡轮增压器系统² 涡轮增压器² 增压压力调节系统² 循环空气减压系统² 增压空气冷却系统N54发动机废气涡轮增压系统N55发动机废气涡轮增压系统N63发动机废气涡轮增压系统N74发动机废气涡轮增压系统概述废气涡轮增压系统涡轮增压发动机是依靠涡轮增压器来提高进气密度和增大发动机进气量的一种发动机，涡轮增压器实际上就是一个空气压缩机它是利用发动机排出的废气作为动力来推动涡轮室的涡轮(位于排气道)，涡轮又带动同轴的叶轮位于进气道，叶轮就压缩由空气滤清器管道送来的新鲜空气，经过中冷器降低进气温度，从而提高进气密度再送入气缸当发动机转速加快废气排出速度与涡轮转速也同步加快，空气压缩程度就得以加大，发动机的进气量就相应地得到增加，就可以增加发动机的输出功率了废气涡轮增压系统组成n 涡轮增压器n 增压压力调节装置n 循环空气减压控制n 增压空气冷却系统涡轮增压器涡轮增压器是由涡轮室和增压器组成的机器n 涡轮室进气口与排气歧管相连，排气口接在排气管上；n 增压器进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气歧管上；n 涡轮与叶轮分别装在涡轮室和增压器，两者同轴工作原理：涡轮增压器是利用发动机排出的废气作为动力来推动涡轮室的涡轮(位于排气道)，涡轮又带动同轴的叶轮位于进气道，叶轮就压缩由空气滤清器管道送来的新鲜空气再送入气缸。

涡轮增压器的润滑：由于涡轮增压器连接在排气侧，所以温度相对较高，涡轮轴采用全浮式轴承构造，所以涡轮轴的润滑完全由发动机润滑系统提供润滑涡轮增压器的冷却：u 涡轮增压器的转速最高可达200000rpm，废气入口温度最高可达1050℃，致使涡轮增压器的温度很高，所以涡轮增压器的冷却是靠发动机的冷却系统进展冷却u 当发动机熄火后，由于涡轮增压器的温度还很高，此时停顿冷却会导致轴承壳的润滑油过热，形成结焦，久而久之导致涡轮增压器轴承处消耗机油，所以在发动机停转后水泵会继续控制冷却液进展一段时间冷却增压压力调节装置废气涡轮增压器的增压压力与到达废气涡轮增压器涡轮处的废气气流有直接关系无论是废气气流的速度还是质量都直接取决于发动机转速和发动机负荷发动机管理系统通过废气旁通阀调节增压压力废气旁通阀由真空执行机构操纵，这些执行机构由发动机管理系统通过电子气动压力转换器〔EPDW〕来控制持续运行的发动机真空泵产生真空并将其存储在一个蓄压器这样可以确保这些用电器不会对制动助力功能产生不利影响通过废气旁通阀可将全部或局部废气气流输送至涡轮处到达所需增压压力时，废气旁通阀开场翻开，局部废气气流通过旁通通道排出。

这样可防止通过涡轮继续提高压缩机转速通过这种控制方法可处理各种运行状况处于怠速阶段时，两个涡轮增压器的废气旁通阀均关闭其结果是，全部废气气流在这些低发动机转速阶段都用于压缩机加速需要提高发动机功率时，压缩机可立即提供所需增压压力〔不会感觉到延时〕在满负荷情况下，到达最大允许扭矩时通过局部开启废气旁通阀保持一个较高的恒定增压压力值压缩机始终根据运行情况保持相应的转速通过开启废气旁通阀可降低涡轮的驱动能量，因此不会进一步提高增压压力，不会增加耗油量在满负荷运行模式下，发动机进气管的最高表压力为 0.8 bar增压压力调节原理图循环空气减压控制循环空气减压阀用于降低节气门快速关闭时不希望出现的增压压力峰值因此这些阀门对降低发动机噪音起到了重要作用并且有助于保护涡轮增压器部件如果发动机转速较高时关闭节气门，进气管就会产生真空压力由于至进气管的通道已阻断，因此会在压缩机后形成无法消除的较大背压这会造成增压器"泵气〞这意味着l 出现明显感觉到的干扰性泵噪音，l 出现这种泵噪音的同时，废气涡轮增压器还承受可造成部件损坏的负荷，因为高频压力波向废气涡轮增压器轴承施加轴向方向的负荷真空控制式循环空气减压阀循环空气减压阀是机械操纵式弹簧膜片阀；在此按如下方式通过进气管压力控制这些阀门：如果节气门前后存在压力差，进气管压力就会使循环空气减压阀翻开，并将增压压力转至压缩机的进气侧。

压力差一旦超过0.3 bar，循环空气减压阀就会开启这个过程可防止出现造成部件损坏的干扰性泵动作用即使发动机以接近怠速转速运行〔P增压/ P进气压力差 = 0.3 bar〕，循环空气减压阀也会根据系统要求开启但不会对增压系统进一步产生影响废气涡轮增压器在这些低转速围承受全部废气气流的压力，并在接近怠速转速运行时便对进气预先施加一定压力如果此时节气门开启，就会迅速为发动机提供所需要的全部增压压力真空控制式废气旁通阀的一个主要优点是，在中等负荷围时这些阀门可以局部开启，以免进气预先加压过度而增大耗油量负荷较高时，这些阀门根据所需增压压力开启到相应的控制位置电动控制式循环空气减压阀电动控制循环空气减压阀与真空控制式循环空气减压阀不同，安装在涡轮增压器增压侧，由发动机控制单元直接控制节气门关闭时，系统将增压压力〔节气门前〕及其提高值与存储的规定值进展比较如果实际值超出规定值到达一定程度，循环空气减压阀就会翻开从而使增压压力转至压缩机的进气侧这样可防止出现造成部件损坏的干扰性泵动作用如以下列图所示：增压空气冷却系统发动机的增压空气冷却系统用于提高功率和降低耗油量废气涡轮增压器因其部件温度和压缩作用而受热的增压空气，在增压空气冷却器最多可降低80 °C。

这样可提高增压空气的密度，从而到达更好的燃烧室充气效果由此可降低所需要的增压压力此外还能降低爆震危险并提高发动机效率以下列图为风冷式增压空气冷却系统：以下列图为水冷式增压空气冷却系统：N54发动机废气涡轮增压器系统N54发动机是第一款采用双涡轮增压器、高精度喷射装置和全铝合金曲轴箱的6 缸直列发动机，该发动机具有涡轮增压发动机以前无法到达的响应速度以及延伸至高转速围的高输出动力此外，这款新型涡轮增压发动机还具有BMW6 缸直列发动机特有的运行平稳性发动机功率的显著提高要归功于 BMW 的高精度喷射装置第二代汽油直接喷射装置为确保双涡轮发动机的经济性做出了很大奉献在涡轮增压发动机创造 100 年后，BMW 工程师以这种组合方式在涡轮增压发动机的历史上书写了全新的光辉篇章由于 N54 发动机是涡轮增压发动机，因此进气导管非常重要利用排出废气的能量事先压缩吸入的新鲜空气，从而使更多的空气进入燃烧室只有在系统无泄漏的情况下该系统才能正常工作废气涡轮增压器进展进气导管方面的安装工作时，必须确保部件的安装位置准确无误且管路连接接口密封严密在某些情况下，系统泄漏会导致增压压力不正确发动机管理系统会识别出这种情况且发动机将处于应急运行模式〔停用增压压力调节装置〕。

在这种情况下会感觉到发动机功率缺乏新鲜空气经过空气滤清器〔10〕和增压空气进气管路〔6 + 18〕由废气涡轮增压器〔23 + 24〕的压缩机吸入并压缩由于废气涡轮增压器的运行温度很高，因此将其与冷却液循环回路和发动机油循环回路连接在一起增压空气在废气涡轮增压器压缩时产生很高的温度，因此需要通过一个增压空气冷却器〔16〕对其再次冷却经过压缩和冷却的增压空气从增压空气冷却器处通过节气门〔12〕进入进气管为了确保新鲜空气进气量始终与相应的发动机运行条件相符，该系统装有一些传感器和执行机构在下文中将介绍如何协调这些复杂关系工作原理废气涡轮增压器通过发动机废气驱动就是说带有压力的废气通过废气涡轮增压器的涡轮，并以这种方式为同一个轴上的压缩机提供驱动力在此事先压缩进气，从而提高发动机燃烧室的进气量这样可提高喷射和燃烧的燃油量，从而提高发动机的功率和扭矩涡轮和压缩机的最高转速可达200,000 rpm废气入口温度最高可达1050 °C由于温度很高，因此N54 发动机的废气涡轮增压器不仅与发动机油系统相连，而且还集成在发动机的冷却液循环回路N54 发动机装有电动冷却液泵时，还可以在关闭发动机后排出废气涡轮增压器的余热，从而防止轴承壳体的润滑油过热。

利用冷却液泵的继续运行功能可排出废气涡轮增压器的积热，从而防止轴颈处机油焦化这是一项重要的部件保护功能双涡轮增压系统涡轮增压器的响应速度对于 N54 发动机来说最为重要不允许对驾驶员的要求〔即加速踏板位置〕做出延迟反响即不能让驾驶员感觉到所谓的"涡轮效应滞后〞在 N54 发动机上用两个相互并联的小型涡轮增压器解决了这个问题气缸1、2 和 3〔气缸列 1〕驱动废气涡轮增压器〔5〕，气缸 4、5 和 6〔气缸列 2〕驱动另一个废气涡轮增压器〔2〕小型废气涡轮增压器的优点在于，在涡轮增压器加速过程中由于涡轮转动惯量较小因此加速质量较小，因而压缩机可以更快到达较高增压压力增压压力调节装置废气涡轮增压器的增压压力与到达废气涡轮增压器涡轮处的废气气流有直接关系无论是废气气流的速度还是质量都直接取决于发动机转速和发动机负荷发动机管理系统通过废气旁通阀调节增压压力废气旁通阀由真空执行机构操纵，这些执行机构由发动机管理系统通过电子气动压力转换器〔EPDW〕来控制持续运行的发动机真空泵产生真空并将其存储在一个蓄压器这样可以确保这些用电器不会对制动助力功能产生不利影响通过废气旁通阀可将全部或局部废气气流输送至涡轮处。

到达所需增压压力时，废气旁通阀开场翻开，局部废气气流通过旁通通道排出这样可防止通过涡轮继续提高压缩机转速通过这种控制方法可处理各种运行状况处于怠速阶段时，两个涡轮增压器的废气旁通阀均关闭其结果是，全部废气气流在这些低发动机转速阶段都用于压缩机加速需要提高发动机功率时，压缩机可立即提供所需增压压力〔不会感觉到延时〕在满负荷情况下，到达最大允许扭矩时通过局部开启废气旁通阀保持一个较高的恒定增压压力值压缩机始终根据运行情况保持相应的转速通过开启废气旁通阀可降低涡轮的驱动能量，因此不会进一步提高增压压力，不会增加耗油量在满负荷运行模式下，N54 发动机进气管的最高表压力为 0.8 bar循环空气减压控制N54 发动机的循环空气减压阀用于降低节气门快速关闭时不希望出现的增压压力峰值因此这些阀门对降低发动机噪音起到了重要作用并且有助于保护涡轮增压器部件如果发动机转速较高时关闭节气门，进气管就会产生真空压力由于至进气管的通道已阻断，因此会在压缩机后形成无法消除的较大背压这会造成增压器"泵气〞这意味着l 出现明显感觉到的干扰性泵噪音，l 出现这种泵噪音的同时，废气涡轮增压器还承受可造成部件损坏的负荷，因为高频压力波向废气涡轮增压器轴承施加轴向方向的负荷。

循环空气减压阀是机械操纵式弹簧膜片阀；在此按如下方式通过进气管压力控制这些阀门：如果节气门前后存在压力差，进气管压力就会使循环空气减压阀翻开，并将增压压力转至压缩机的进气侧压力差一旦超过0.3 bar，循环空气减压阀就会开启这个过程可防止出现造成部件损坏的干扰性泵动作用即使发动机以接近怠速转速运行〔P增压/ P进气压力差 = 0.3 bar〕，循环空气减压阀也会根据系统要求开启但不会对增压系统进一步产生影响废气涡轮增压器在这些低转速围承受全部废气气流的压力，并在接近怠速转速运行时便对进气预先施加一定压力如果此时节气门开启，就会迅速为发动机提供所需要的全部增压压力真空控制式废气旁通阀的一个主要优点是，在中等负荷围时这些阀门可以局部开启，以免进气预先加压过度而增大耗油量负荷较高时，这些阀门根据所需增压压力开启到相应的控制位置增压空气冷却N54 发动机的增压空气冷却系统用于提高功率和降低耗油。