现代工程机械废气涡轮增压技术

    利用柴油机的废气通过涡轮驱动压气机，来提高进气压力增加充气量，称之为废气涡轮增压。柴油机采用废气涡轮增压后，能使功率明显提高，单位功率的质量减小，外形尺寸缩小，节约原材料，燃油耗率降低。例如6135G型柴油机采用10ZJ-2型径流式涡轮增压器后，功率从88kW提高到137kW，耗油率下降了6%左右，单位功率质量下降32%，油漆在高原地区，一般海拔每升高1000m，功率约下降8%~10%，耗油率约增加3.8%~5.5%，装用废气涡轮增压器，可以恢复功率，减小油耗。

    图3-24为供气涡轮增压器工作原理示意图，将柴油机的排气管连接在增压器的涡轮壳4的入口处，具有500~650°C高温和一定压力的废气，经涡轮壳入口进入喷嘴环2.由于喷嘴环的通道面积是由大逐渐变小，而使废气的压力和温度下降的同时，流速迅速提高。高速的废气流，按着一定的方向冲击着涡轮3，使涡轮高速旋转，并带动压气机8同步旋转，把经空气滤清器滤清的空气吸入压气机内。高速旋转的叶轮将空气甩向叶轮的外缘，使其速度和压力增加后进入扩压器7.扩压器的形状是进口小而出口达，这使气流的速度下降而压力升高。然后气流又经过端面由小到大的环形压气机壳9，使气流压力继续升高。最后，经过增压的空气经进气管10流入气缸。

    图3-2510ZJ-2型涡轮增压器纵剖面图。

    由图3-25可见，涡轮增压器主要由涡轮和压气机两个主要部分以及支承装置，密封装置、冷却系统、润滑系统等组成。涡轮部分包括涡轮叶轮13、喷嘴环14、涡轮壳10等。压气机部分包括单级离心式压气机叶轮21、无叶扩压器22、压气机壳23等。涡轮叶轮和压气机叶轮通过键固装在同一轴上，并用螺母压紧，组成涡轮增压器的转动部分，称为转子。涡轮壳、压气机壳和中间壳等组成涡轮增压器的固定部分，分别与柴油机的进、排气管连接。中间壳内有冷却水腔和润滑转子及轴承的油路，分别与柴油机的冷却系统和润滑系统的管路相连接。转子的支承装置采用浮动轴承结构，布置在中间壳的两端。在涡轮叶轮和压气机叶轮内侧设有弹力气封、油封装置、防止漏油、漏气。此外，从压气机中引出少量空气，经中间壳上的气道至涡轮端气封板，以对废气进一步气封。

    向心径流脉冲式涡轮，系指废气进入涡轮方向是径向向心的，径流式与轴流式相比较，具有结构简单、体积小、效率高等优点，故应用较广泛。所谓脉冲，系指涡轮利用的是柴油机排气管内的脉冲能量，这种增压器也称动压式。如果把各缸排气歧管接到一根排气总管内，废气以某一平均压力沿着单一进气管通向整个喷嘴环，这种增压器称恒压式或静压式，它常用在大型高增压柴油机上。

    图3-26为脉冲式涡轮增压器的进、排气图（P-V图的低压部分）。在点7排气门开启，废气经喷嘴环流进涡轮，压力逐渐降低，直至点12涡轮废气出口的大气压力P1.图中阴影线面积7-12-k-e-a-7为柴油机每工作循环中涡轮工作所必须的能量。从图中还可以看出，排气压力Pb几乎下降到大气压，而进气过程则为增压供气，泵功e-P2-1为正，故柴油机功率增加。

    对于多缸柴油机，为防止各缸排气脉冲相互干涉，使各缸的排气时间间隔错开i，应将排气管制成能使各缸的排气间隔相应错开的结构。图3-27为六缸柴油机脉冲式涡轮增压器的排气系统结构示意图。柴油机的工作次序为1-5-3-6-2-4，将1、2、3缸的排气道连接到一根排气歧管上，沿着涡轮壳上一条进气道通向另半圈喷嘴环。这样，各缸排气互不干涉，可以充分利用废弃的脉冲能量，并能利用压力高峰后的瞬时真空以利扫气，也可防止某缸排气压力波倒流到正在吸气的另一缸中去。因此，连在同一根排气歧管上的各缸着火间隔，要求大于180°曲轴转角。

    增压比（又称压力升高比、压比）是废气涡轮增压器的一个主要性能指标，是压气机的出口压力与压气机进口压力之比值。比值小于1.4为低增压式，大于2.0为高增压式，介于二者之间为中增压式。

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