涡轮增压器工作原理技术

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1、涡轮增压器工作原理侯旭东前言讨论涡轮增压发动机系统之前，先回顾一下内燃机的基本工作原理及其同空气增压系统的关系。内燃机是一种耗气机械，因为燃油需要与空气混合才能完成燃烧冲程。一旦空燃比达到某一值后，再增加燃油，除了将黑烟和未燃尽的燃油排到大气中外，不会产生更多功率。发动机供油越多，黑烟就越浓。因此，超过空燃比极限后，增加供油量只会造成燃油消耗量过多、大气污染、废气温度升高，并使柴油机寿命缩短。由此可见，增加空气量的能力对发动机来说是多么重要.废气涡轮增压系统涡轮增压器是一种利用发动机排气中的剩余能量来工作的空气泵。废气驱动涡轮叶轮总成，它与压气机叶轮相连接，如图1所示。当涡轮增压

2、器转子转动时，大量的压缩空气被输送到发动机的燃烧室里。由于增加了压缩空气的重量，就可以使更多的燃油喷入到发动机里去，使发动机在尺寸不变的条件下而产生更多的功率。图1空气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。空气增压系统的优点由于涡轮增压器为发动机提供了更多的

3、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。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

4、。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。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。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

5、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

6、。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图3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。操作步骤／预防性维护多年的经验告诉我们，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

7、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