柴油机废气涡轮增压器论文

浅析柴油机废气涡轮增压器

【摘要】为提高发动机的功率，降低油耗，废气涡轮增压器被广大泛的使用在一些重型汽车的发动机上，本文通过分析了废气涡轮增压器的工作原理，结构特点，进一步的剖析了柴油机经增压后性能及结构上的变化。阐明了增压器使用注意事项和常见故障排除，对于正确使用增压器提供了理论依据。

【关键词】柴油机；废气；增压器；原理；结构；特点

现在一些重型汽车的柴油发动机上广泛应用废气涡轮增压器，其目的是尽可能地利用废气的能量在涡轮中增大发动机的进气密度，提高进气压力，并相应的增加喷油量，就可以在基本结构变化不大的情况下，增大柴油发动机的扭矩和功率。从而可以减少排气污染和降低油耗率。

1.工作原理

柴油机排出的高温和一定压力的废气经涡轮壳进入喷嘴，将废气的热能及压力能变成动能，并以一定的方向流向涡轮叶轮，从而使涡轮高速旋转，带动同轴上的压气机叶轮亦高速旋转，新鲜空气经过空气滤清器被吸入高速旋转的压气机叶轮，使气流速度增加，压力提高，再经过扩张器与压气机壳，使气流的动能变成压力能，压力进一步提高，增大密度的空气最后进入发动机的进气管，以实现进气增压提高发动机功率的目的。

2.基本结构

涡轮增压器主要由压气机和涡轮两部分组成。压气机主要包括

单级离心式压气机、扩张器和压气机壳；涡轮部分主要包括涡轮壳、单级径流式涡轮。涡轮轴与涡轮是采用摩擦焊接连成一体。压气机叶轮以间隙配合装在涡轮轴上，并用螺帽压紧。涡轮与轴总成、压气机叶轮经过精确的单体动平衡，以保证高速旋转下正常工作。增压器的转子支承是采用内支承型式，全浮动式浮动轴承位于两叶轮之间的中间体内，转子的轴向力靠止推轴承端面来承受。在涡轮端和压气机端均设有密封环装置。压气机端还有挡油罩以防止润滑油的泄漏。增压器采取压力润滑。润滑油从机身上主油道进入进油口，进入润滑系统，然后通过回油管流回发动机油底壳。

3.废气涡轮增压器的特点

3.1废气涡轮增压器滞后现象

由于废气涡轮的工作相对于发动气缸内的工作有一定的迟后，同时，由于涡轮、压气机叶轮高速旋转的惯性，使发动机变工况时，响应迟缓，排烟增加，汽车的加速性较自然吸气稍差。这就是废气涡轮增压器滞后现象。

3.2压气机喘振现象

压气机工作不稳定，气流出现强烈振动，并产生很大噪声，压气机出口压力显著下降，同时伴有很大的压力波动，柴油机工作不稳，这就是压气机的喘振现象。引起这种现象的主要原因是当流量小于设计值较多时，在增压器叶道内和工作轮叶片进口产生强烈的气流分离引起的。

3.3涡轮的阻塞现象

气体流速在涡轮喷嘴出口截面处达到高速时，流量不随膨胀比增大而增加的现象。

3.4超速现象

主要是增压器流量不够大，当增压发动机还未达到额定工况时，增压器转速已达极限，继续增加发动机功率，增压器将超速运行，这是不允许的，应重新选配合适的增压器。

4.柴油机经过增压后性能发生的变化

（1）柴油机的功率大大提高，增压后发动机功率可提高20-40%左右。

（2）使发动机的机械效率提高，增压后发动机的辅助系统消耗的功率增加很少，但发动机的功率增加较多，机械效率提高近8%

左右。

（3）燃油消耗降低，柴油机增压以后，进气压力增高，燃烧条件改善，机械效率提高，油耗降低。

（4）发动机单位功率质量大大降低，发动机增压后，功率增加较多，但发动机的结构变化不大，质量增加较少，因而使单位功率质量大大地减少。

5.发动机经过增压以后带来的新问题

5.1使发动机的机械负荷增加

增压以后，进气压力提高，压缩压力和爆发压力也增加，机械零件的磨损加大，如果使用，保养不当容易导致部件的损坏。

5.2发动机热负荷增加

增压以后发动机工作循环温度大大提高，使零部件的温度升高，热负荷增加，材料强度降低。

因此，发动机经过增压以后，零部件的结构进行了强化，从使用、保养方面讲，必须加强发动机的强制保养工作。

6.增压后发动机的结构上的变化

（1）压缩比减小，是为了防止增压后最大爆发压力过高，以减少机械负荷和热负荷。

（2）供油量适当增加，因为增压后时气量增加，可供给更多的燃油进行燃烧，因此要求供油量增加，以提高功率和扭矩。

（3）供油提前角适当减小，增压后压缩终了的压力和温度增高，使燃料备燃期缩短，适当的减小供油提前角，以防止最大爆发压力过大，否则会使发动机燃烧恶化，油温升高。

（4）喷油压力增大，以适应气缸内增大的气体压力。

（5）喷油器喷孔直径也加大，以适应供油量增加的需要。

（6）气门重叠角度较大，气门间隙大。增压以后，为增加进气量，减少热负荷，气门的重叠角度加大。由于热负荷增加，气门等零件的工作温度升高，膨胀量加大，气门间隙也相应的加大。

（7）进、排气系统流通面积有所加大。结构形状需适应增压的需要。润滑系和冷却系也必须进行强化后的必要改变。

（8）排气旁通阀，为了防止增压后柴油机在高速高负荷时排气流量过大，造成增压器转速过大和增压过高，多加设排气旁通阀控制压比。

废气涡轮增压常处于高温下工作，进入废气涡轮端的温度在600℃左右。增压器转速以每分钟80000—100000转的高速旋转，为了保证增压器的正常工作。使用中应注意以下几点：（1）发动机发动以后，特别是在冬季，发动机点火后，应怠速运转3—5分钟，千万不能猛轰油门，以防止损坏增压器油封。

（2）发动机熄火前，发动机也应怠速运转3—5分钟，让发动机、增压器转子的转速降下来以后再熄火，以防止猛轰油门，增压器转速很高，突然熄火，机油泵不工作，增压器转子仍在高速惯性运转干磨损坏轴承。

（3）由于经常处于高温下运转，到增压器的润滑油管线由于受高温，内部机油容易有部分结焦，这样会造成增压器轴承的润滑不足而损坏，因此，润滑管线在运行5万千米时最好清洗一次。

（4）检修发动机时，应注意千万不能让杂质进入增压器，以防损坏转子。

（5）每天在出车前、收车后、行车中要经常检查空气进气管、中冷器管路等连接情况，防止松动、脱落、破损以造成增压器失效、损坏和空气短路进入发动机气缸。

（6）经常在每次二级维护时，注意检查增压器的运转情况。发动机停车后，发动机停车后，用听针听，转子靠惯性应运转一分钟以上，拆卸增压器修理时，应注意不要碰坏叶轮。如果需要更换叶轮，应做动平衡试验。