涡轮增压器旁通阀的用途及机理

摘要：增压器旁通阀在涡轮增压系统中更常被称为废气旁通阀或泄压阀，是涡轮增压柴油机中一个至关重要的控制部件，它的核心用途是精确调整增压压力，保护涡轮增压器和发动机，并优化柴油发电机组的性能和响应。主要分为机械式和电子式两种控制方式。机械式靠增压压力推动膜片，弹簧对抗柴油发电机工作原理，压力足够时顶开阀门；而电子式根据感应器参数控制电磁阀，调整真空或气压来驱动执行器。

（1）当发动机转速升高，特别是高速度、大负荷时，排烟能量会急剧增加，驱动涡轮叶轮以极高的速度旋转。如果不加以限制，涡轮速度可能超过其规划极限，致使涡轮轴承事故甚至叶轮断裂（俗称“转速失去控制”）。iMj柴油发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力

（2）同时，较高的增压压力会超过发动机汽缸、活塞、连杆、气缸垫等部件的承受极限，致使爆震、拉缸甚至机械故障。iMj柴油发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力

（3）旁通阀通过适时打开，将部分废气直接绕过涡轮导向排烟管，从而降低驱动涡轮的废气能量，限制涡轮转速和增压压力的无限升高。iMj柴油发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

（1）在发动机低转速时，排气能量过低，需要尽可能多地利用有限的废气来驱动涡轮，使其尽快达到工作速度（起压）。iMj康明斯发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

（2）此时旁通阀一般保持关闭状态，让所有废气都流经涡轮，加速涡轮旋转，尽快建立增压压力，改良低速扭矩和油门响应。iMj柴油发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力

（1）在突然松油门时，节气门会迅速关闭，但涡轮因为惯性仍在高速旋转继续压缩空气。这会致使进气管路内形成瞬态高压（称为“增压压力反冲”或“气锤效应”）。iMj康明斯发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

（2）为了缓解这个问题，在涡轮增压系统中，一般还会在进气侧设置一个进气泄压阀。但废气旁通阀的快速响应也能间接帮助减少增压压力。注意： 有些人会将进气泄压阀也统称为“旁通阀”或“泄压阀”，但严格来说，废气旁通阀控制的是废气侧，进气泄压阀控制的是进气侧，两者功用位置和机制不一样。iMj柴油发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

图1  增压器进气旁通电磁阀布置图iMj康明斯发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

      旁通阀的作业原理详细依赖于增压压力本身作为控制信号（机械式）或发动机控制单元根据探头信号进行控制（电子式）：iMj康明斯发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力

（1）核心部件： 执行器（膜盒式或活塞式）、连杆系统、旁通阀门（废气阀）。iMj康明斯发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力

① 执行器内部有一个膜片（或活塞），一侧通过管路连接到增压后的进气歧管压力（增压压力）。膜片的另一侧是预紧的弹簧。iMj康明斯发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

② 低增压时： 增压压力不足以克服弹簧预紧力。执行器不动作，连杆装置保持旁通阀门关闭状态。所有废气都流经涡轮。iMj康明斯发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力

③ 增压压力升高时： 当增压压力作用在膜片上的力逐渐增大并超过弹簧预紧力时，膜片开始被推动。iMj柴油发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力

④ 达到或超过目标增压值时： 膜片被推动足够的行程，通过连杆装置拉开旁通阀门。部分废气不再流经涡轮，而是直接从旁通通道流走。iMj康明斯发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力

⑤ 压力调整： 阀门打开后，驱动涡轮的废气能量降低，增压压力开始下降。当压力降到低于弹簧设定值一定程度时，弹簧力又将阀门推回关闭位置。这样阀门会在目标压力附近动态开闭，维持增压压力稳定。iMj柴油发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力

（3）调节： 目标增压值一般通过调整弹簧的预紧力来实现（例如，通过执行器上的调节杆或螺丝）。预紧力越大，需要克服它所需的增压压力就越高，设定的目标增压值就越大。iMj康明斯发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力

图2  增压器进气旁通阀工作原理图iMj康明斯发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

（1）核心部件： 电子执行器（通常是电磁阀驱动的真空/气压执行器或电动马达执行器）柴油发电机启动步骤图、发动机控制单元、各种传感器（增压压力传感器、节气门位置感应器、发动机速度探头、进气温度传感器等）。iMj康明斯发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力

① ECU 持续监测发动机的各种运转参数（速度、负载、增压压力、温度等）。iMj柴油发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力

② 根据预设的步骤（标定好的增压压力MAP图）和当前工况，ECM计算出目标增压压力。iMj柴油发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

③ ECM 通过控制电磁阀的开闭占空比，来精确调节通往执行器的真空度或气压。iMj柴油发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

④ 执行器根据接收到的真空/气压信号，驱动连杆系统，精确、连续地控制旁通阀门的开度（而不仅仅是开/关）。iMj柴油发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

① 控制更精确： 可以更精细、更快速地调整阀门开度，实现更稳定的增压压力控制。iMj柴油发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力

② 灵活性高： 目标增压压力可以根据速度、负载、温度、燃油品质、甚至驾驶模式（运动/经济）等要素实时动态调整，优化性能和效率柴油发电机维修清单。iMj柴油发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

③ 实现复杂办法： 例如，在低转速时，ECM可以指令阀门关闭得更彻底以提升响应；在高转速时，可以精确控制阀门开度以限制峰值压力；在突然收油时，可以指令阀门瞬态打开泄压保护涡轮。iMj柴油发电机组_cummins柴油发电机-重康动力

④ 过载保护更智能： 结合爆震感应器等，可以在发生爆震时主动减小增压压力。iMj柴油发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力

图3  增压器进气旁通阀控制原理图iMj康明斯发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力

涡轮增压器旁通阀（废气旁通阀）本质上是一个安全阀和压力调节阀。它通过控制绕过涡轮的废气量，来精确限制涡轮转速和增压压力，防范装置过载事故，同时确保涡轮能在需要时（低转速）快速响应。现代发动机普遍选择电子控制方法，使得增压压力的管理更加智能、精确和有效，是提升涡轮增压发动机性能和可靠性的关键部件。你听到的涡轮车泄压时的“嘶嘶”声，通常来自进气泄压阀，但废气旁通阀的工作则是幕后确保这一切安全有效运行的关键。iMj康明斯发电机组_康明斯柴油发电机-重康动力