第九章柴油机增压系统的结构与维修

第九章柴油机曾压系统的结构与维修

9．1什么是增压柴油机？

提高柴油机动力的有效方法是增加进入气缸的空气量和燃油。要使燃油完全燃烧，空气量和燃油量要有一定的比例，理论上1kg轻柴油完全燃烧需要14.22kg空气，但实际供人气缸的空气量要比这一数值大得多，否则就不可能获得良好的燃烧效果。

增加喷人气缸的燃油只要燃油系统设计很合理是容易做到的，但要增加进入气缸的空气量就相对困难了许多，这需要在进气系统中增加一套空气增压装置(一般称为增压器)，增压柴油机应声而出。

根据增压器的驱动方式不同，增压柴油机可分为机械增压、废气涡轮增压以及复合增压等多种型式。柴油机上应用最为广泛的是废气涡轮增压系统。

9．2什么是机械增压系统？

机械增压就是利用柴油机的动力以机械的方式驱动压气机工作而增加进气压力的一种增压方式。

机械增压器压缩机的驱动力来自柴油机曲轴，有齿轮驱动和皮带驱动两大类。其压气机部分与涡轮增压器的压气机相似，只是驱动部分改为齿轮或带轮驱动。其主要目的是增加进入气缸空气的压力和密度，达到在同等气缸容积的条件下多喷油并提高功率且省油的目的。

优点:除了在低转速便可获得良好的增压效果外，柴油机动力输出也与曲轴转速成正比，即机械增压柴油机的动力随着转速的提高而快速提高，没有迟后感。

因此，机械增压柴油机的操作感觉与自然进气柴油机极为相似，能获得较大的动力、转矩和较好的加速性。

缺点:损耗了柴油机本身的动力，在高速时柴油机的增压效率没有涡轮增压系统高。机械增压系统在小型乘用车(轿车)上的应用较为广泛。

9．3什么是废气涡轮增压系统?

废气涡轮增压是利用柴油机排出的废气达到增加的目的。增压器与柴油机无任何机械联系，压气机由柴油机废气驱动的涡轮机来驱动。

一般增压压力可达(Pk) 0.18～0.20MPa，高增压柴油机的增压压力可达0.3MPa左右，如此高的增压压力也将使气体温度大大升高，因此，较高增压的柴油机需要增设空气中间冷却器来给高温压缩空气进行冷却。

涡轮增压器实际上就是一个空气压缩机。它利用柴油机排出的废气作为动力来推动涡轮机转动，涡轮带动同轴的压气机叶轮转动，并将空气压缩后送入气缸。

柴油机转速加快时，废气排出速度与涡轮转速同步加快，空气被压缩的程度加大，进气量也相应增加，即

可喷入更多的燃油，进而增加了柴油机的输出功率。

为降低增压空气的温度(Tk)进一步提高进入柴油机气缸内空气的密度，很多柴油机都在压气机和进气管之间加装了一套散热器(称为空气中间冷却器，简称中冷器)，使进入进气管的空气温度大大降低。这不仅降低了活塞缸套等的热负荷，也增加了柴油机的输出功率，进而提高了经济性能。

9．4什么是增压柴油机的增压比？

①增压比的含义：增压器压气机出口处的压力Pk与压气机进口处的压力的的比值，一般以字母ηk表示。

ηk=Pk/ Po

增压比是增压柴油机的重要性能指标之一，其大小直接反映了柴油机的强化程度。按照增压比的大小，增压系统又可分为低增压系统、中增压系统、高增压系统和超高增压系统四类。

②增压柴油机分类:

低增压系统ηk<1.5， Pk≤0.15MPa，低增压柴油机。

中增压系统节ηk=1.5～2.5，Pk = 0. 15～0. 25MPa，中增压柴油机。高增压系统ηk = 2. 6～3.5，Pk = 0. 25～0. 35MPa，高增压柴油机。超高增压系统ηk>3.5， Pk>0.35MPa，超高增压柴油机。

③大型船用柴油机的Pk一般在0.3MPa左右。

9．5增压柴油机的性能有什么变化？

(1)增压柴油机性能变化

采用废气涡轮增压后，柴油机各项性能在以下各方面得到有效的改善。

①功率大大提高:功率提高的程度视增压度而定，可增加50%～200% ，甚至更高。

②机械效率提高:虽然增压后燃烧压力将提高，使各摩擦面上的摩擦损失增加，但柴油机的功率增加的比例更多，因此机械效率得到提高。

③经济性提高:因为增压使进气压力提高，改善了扫气效果和燃烧条件，并且柴油机机械效率相应提高，因而使燃油消耗率显著降低，柴油机更加省油。

④单位功率重量大大降低:柴油机增压后，功率显著增加，而整机重量却增加很少，进而提高了比功率。

(2)增压后的问题

①机械负荷增加:因为进气压力的提高，使压缩压力和最高燃烧压力相应增大，导致零件的机械负荷增加，磨损加大，引起损坏。

②热负荷增加:增压后工作循环温度大大提高，使零件工作温度升高，热负荷增加，材料的机械强度降低。

在高的机械负荷、热负荷共同作用下，情况就更为严重，因此柴油机增压后零件结构必须强化。

9．6为什么不能随意改装增压柴油机?

由于增压柴油机具有动力性能和经济性能好、排气污染低等优点，很多车主都希望将其车辆上非增压柴油机自主改装为增压柴油机。应该明确指出，这种做法是不可取的。

非增压柴油机不能随意改装为增压柴油机的理由如下。

增压后柴油机性能显著变化，机械负荷及热负荷大为提高，要求柴油机结构也要相应地改变。

①适当地减少压缩比:防止燃烧压力过大，以保证柴油机工作可靠，延长使用期。但过低的压缩比将造成启动困难。

②供油系统的变化:增压后由于进气量的增加，可燃烧更多的燃料，要求供油量增加，同时要求增大喷油

压力，加大喷油器喷孔的直径;此外，增压后压缩压力和温度的增加，将使燃料着火落后期缩短，为防止最大燃烧压力过高，应减少供油提前角，但如供油提前角过小，会使燃烧恶化。

③进、排气系统的变化:增压后柴油机气缸进气量增加，为减小进气阻力，应适当加大进气流通截面积;为了改善扫气效果，增加充气量，以降低热负荷，应增加气门重叠角; 有的增压系统还要求将排气管分支，以充分利用废气能量并改善扫气效果;此外，由于气门机构零件的工作温度升高，变形加大，需相应加大气门间隙，以保证配气机构正常工作。

④增压柴油机的润滑系统、冷却系统以及主要运动机件的结构强度都应适当加强。否则，将严重影响柴油机零部件的工作可靠性。

综上所述，非增压柴油机和增压柴油机的差别不仅仅是多了一个增压器的问题，而是具有一系列复杂的匹配计算和结构(如燃烧室结构等)变化等高难度技术问题。增压柴油机的喷油压力、喷油提前角、燃烧方式、循环喷油量、压缩比等与非增压柴油机完全不一样，改装时需要对这些参数进行相应调整。

因此，如果盲目改装，效果并不理想，改装后柴油机的寿命、可靠性、经济性和动力性都可能低于原来的柴油机。