专用汽车增压器

        用一个专用装置将气体预先压缩，增大密度后再送入发动机气缸的过程叫增压。这个专用装置即为增压器。

        在发动机单缸工作容积不变的情况下，汽缸中能良好地进行燃烧的燃气越多，则其发出的动力就越大。但自燃吸气的发动机，由于受进入汽缸中空气量的限制，虽然通过各种途径可以适当提高其功率，但潜力仍不大。如果能增加每一个循环进入气缸的空气量，并相应增加喷油量，就可大幅度地提高发动机功率。一般是在发动机上设置增压器，实现发动机的增压。

        柴油机增压，是不改变剂型而大幅度提高其功率的主要措施。例如，我国引进的康明斯KTA-2300c型柴油机，是一种12V型、增压、中冷式的，其缸径与行程均为158.85毫米。它的基本型为441千瓦，增压后则为662千瓦，而再装用中冷器降低进气温度，提高进气密度后，功率提高到883千瓦，柴油机增压不仅提高了功率，而且增大了扭矩，降低了油耗，还减少了排放污染。因此，增压及增压中冷技术目前被广泛地用在重型车用柴油机上，是柴油机的发展方向。

        柴油机增压所采用的增压器虽然很多，但概括起来不外乎两大类。一类是机械驱动式增压器，如叶片式、螺旋式和罗茨式等；另一类是动能式增压器，如气波式和废气涡轮式等。机械式增压器多用于二冲程柴油机作扫气装置。气波增压器是利用气波来传递能量的一种新型的能量交换系统，它是利用废气直接压缩新气的，是一种有待进一步研究和发展的增压器，目前还没有广泛使用。而废气涡轮增压器是目前柴油机应用最多的增压系统，下面仅介绍该种增压器的结构，以加强使用和维修工作。

        3.3.1    废气涡轮增压器的基本原理

        废弃涡轮增压器主要由废气涡轮、中间壳和压气机三大部分组成。它利用柴油机排除的废弃能量，推动废气涡轮，带动同轴上的压气机叶轮旋转，将压缩了的空气冲入气缸，增加了气缸中的空气密度；同时，增加了喷入汽缸中的燃油量，以形成更多的可燃混合气，从而提高柴油机的功率。

        废气涡轮增压器的基本原理，如图3-21所示。增压器涡轮壳4的进气口与柴油机排气管1相连接，增压器压气机9的出气口与柴油机进气管10相连接。柴油机排除的具有500~750°高温和一定压力的废气，经涡轮壳4进入喷嘴环2.由于喷嘴环2的通道面积由大到小，使废气的压力和温度下降，而流速却迅速提高。利用这个告诉的废气气流，按一定的方向冲击涡轮3，使涡轮高速旋转。废气的压力和温度越高，涡轮转得越快。而与涡轮3同轴的压气机叶轮8以相同的速度旋转，将经过空气滤清器过滤的空气，吸入压气机。高速旋转的压气机叶轮8把空气甩向叶轮的边缘，速度增加后进入扩压器7.扩压器7的形状是进口小出口大，因此，经扩压器的气流速度下降而压力升高，再通过截面由小到大的环形压气机壳9，使气流压力进一步提高后，经进气管10进入气缸，从而起到了增压的作用。

        由以上可知，废气涡轮就是一个小型的燃气轮机，把柴油机排出废气的部分能量转化为机械能，从而带动同轴的压气机叶轮旋转，压气机将空气压缩后冲入气缸。涡轮增压器与柴油机之间无任何机械联系。

        3.3.2    废气涡轮增压器的分类

        1.按气流方向分

        按废气进入涡轮的气流方向可分为轴流式和径流式两种增压器。其主要参数见表3-16.

        径流式涡轮增压器工作时，柴油机排出的废气进入增压器涡轮壳后，沿着垂直于增压器转子轴线方向流动；轴流式涡轮增压器工作时，其废气进入增压器涡轮壳后沿着平行于增压器转子轴线方向流动。

        径向式涡轮增压器的特点是流量小、效率高、加速性能好、体积小、结构简单。车用柴油机大都采用该种增压器。

        轴流式涡轮增压器的特点是流量大、效率高、压力升高比大，适用于中、大型柴油机。

        2.按压力升高比分

        增压器压气机的出口压力与进口压力之比称为压力升高比。简称压比，用表示。

        按压力升高比可分为低压、中压和高压三种增压器。压比＜1.4为为低增压涡轮增压器，压比=1.4~2.0为中夺压涡轮增压器，压比＞2为高夺压涡轮增压器。高增压涡轮增压器是发展趋势，但目前车用柴油机大都采用低增压和中增压的的涡轮增压器。

        3.按废气能量利用的方式分

        按对柴油机排除废气能量利用的方式可分为恒压式和脉冲式两种增压器。

        恒压式涡轮增压，是将柴油机气缸排除的废气经过稳定箱再送到涡轮。对多缸柴油机来说，是将所有气缸的排气支管接到一个容积足够大的排气总管上，再与增压器涡轮壳进口相连。由于排气总管容积较大，能起到稳压箱的作用，使进入涡轮前的废气压力接近不变，如图3-22a所示。恒压式涡轮增压器常用于大型高增压的柴油机。脉冲式涡轮增压，也称变压式，如图3-22b所示，是把排气管容积做得适当小，并把多缸柴油机的排气支管分成几个分支，再分别与增压涡轮壳的进气口相连接，避免各缸排气的互相干扰，以充分利用废气的脉冲能量，获得较好的增压效果。而且压力高峰后的瞬时真空，有助于气缸扫气。目前，车用柴油机多采用这一种增压器。如六缸柴油机，若工作顺序为1-5-3-6-2-4，一般将1、2、3缸接到一个排气管上，沿着涡轮壳的一条进气道通向半圈喷嘴环；将4、5、6缸接到另一个排气管上，沿着涡轮壳上的另一条进气管通向另半圈喷嘴环，使排气互不干扰，以充分利用废气的脉冲能量驱动涡轮（参见图3-28斯太尔WD615型柴油机废气增压中冷系统）。

        3.3.3    废气涡轮增压器的构造

        目前，汽车用柴油机大都装有径流脉冲式中、高增压废气涡轮增压器。它主要由一个单级废气涡轮机和一个单级离心式压气机组成。其结构如图3-23所示。涡轮机部分由涡轮叶片12、涡轮壳13等零件组成。压气机部分由压气机叶轮1、扩压器3、压气机2等零件组成。涡轮壳13的入口与柴油机排气管相连，出口与排气消音器相连；压气机壳2的进口通过软管与空气滤清器相连，出口通往柴油机气缸。压气机叶轮1装在涡轮叶轮轴12上，并用放松螺母紧固，构成涡轮增压器的转动部分，成为转子。涡轮机由柴油机排除的废气驱动，涡轮机叶轮则驱动同轴上的压气机叶片轮，压气机将压缩了的空气送到柴油机汽缸中。

        涡轮增压器的转子以每分钟几万转到十几万转的转速旋转。在这种情况下，若采用一般机械中的常用轴承，不能满足转子在高速下运转的要求，现代的涡轮增压器普遍采用全浮动轴承。这种轴承与转子轴之间，与壳体之间均有间隙。当转子高速旋转式，具有一定压力的润滑油充满这两个间隙，是浮动轴9个在内外两层油膜中随着转子轴同向旋转，虽然浮动轴承的转速比转子低得多，但由子浮动轴承的转动而减小了转子轴与浮动轴承之间的滑动速度、浮动轴承工作时有双层油膜，可以双层冷却并产生双层阻尼。它具有高速轻载下工作可靠、抗震性好、使用寿命长、拆装方便等特点。浮动轴承的润滑也是由柴油机润滑系统提供的压力润滑，过滤的压力和润滑油经浮动轴承后，通过回油管流道柴油机油底壳。

        早起增压器的涡轮壳是带喷嘴的，半顺半逆18-°对称分开式，后来改为顺向双进口180°分开式。目前多采用无喷嘴、双层螺旋流道360°全周进气涡轮结构，如图3-23所示。这种结构改善了排气脉冲对涡轮效率的影响。当排气脉冲频率较低时，排气的脉冲速度在双层螺旋流道间是多变的，所以工作轮的气流并没有明显的波动；这就能更好地利用脉冲能量，改善脉冲情况下的涡流效率，并扩大其流通能力，从而获得壳体尺寸下、质量少、效率高的涡轮。斯太尔WD615.67型柴油机采用的K-28增压器的结构与此类似。

        改进压气机叶轮结构，尽可能减少叶轮的转动惯性，以提高涡轮的加速性能。压气机叶轮1采用长短叶片，增大流量范围。扩压器3可以是有叶片的，也可以是无叶片的，汽车用涡轮增压器多采用无叶片的。

        涡轮机叶轮多选用镍基耐热合金，以保证在压比超过3.0和进口温度大于700°C以上时能连续工作。涡轮壳多用耐高温、耐腐蚀、抗氧化起皮的奥氏体含镍合金铸铁精密铸造而成。压气机叶轮和壳体多用铝合金精密铸造。

        压气机壳2、涡轮壳13和中间壳14之间的固定多采用V形夹环5箍紧。这样，相对方向可以任意转动，结构简单，体积小，安装方便。

        3.3.4    废气涡轮增压器的使用

        废气涡轮增压器工作在高温和高转速条件下，为了保证其正常工作，使用时需注意以下事项：

        1.新启用或刚修好的增压器

        在使用之前应用手拨转转子，检查有无卡阻现象或异响。

        2.加强空气滤清

        以保证运气机进气洁净无阻、无异物。

        3.保证涡轮增压器可靠地润滑

        压力润滑油要洁净，油压、油温保持正常，以免轴承早期损坏。

        4.柴油机起动后

        先怠速运转3~4分钟，使增压器得到充足的润滑，再加负荷，以免轴承润滑不良而烧毁。

        5.柴油机不宜长时间无负荷运转

        若长时间无负荷低速运转，则易在涡轮端发生漏油，并被吹向排气管头处或排气管口处；若长时间无负荷高速运转，柴油机吸气真空度大，则润滑油被从压气机端吸出，一方面易在进气管接头处渗出油渍，另一方面会被吸入汽缸中燃烧，排气管冒蓝烟。

        6.熄火前应怠速运转

        柴油机较长时间处于75%以上负荷工作的情况下，熄火前应使柴油机怠速运转3~5分钟。以免大负荷工况下马上熄火，使高温部件散热困难，且此时润滑油停供，轴承处升温；同时。增加其转子在惯性的作用下还要继续运转50~70秒，从而导致轴承的烧毁。故各国增压柴油机的使用说明书都特别强调这一点。

        7.按技术规程定期维护

        例如，增压器每工作1000小时之后，一般需对压气机叶轮清洗一次。在清洗过程中决不允许使用对铝有侵蚀作用的清洗液，以免侵蚀零件，破坏其平衡；也不能用钢丝刷等硬物刷洗。

        8.装配应正确

        各连接件装配应正确可靠，检修时不得随意变动各连接件。

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