废气涡轮增压

5．11　废气涡轮增压

废气涡轮增压技术是指采用由柴油机排气驱动的涡轮机同轴驱动压气机，从而提高气压、增加充气量。

提高柴油机功率最有效的措施是增加充气量和供油量。实践表明，柴油机采用废气涡轮增压可将功率提高10%～30%，同功率油耗下降3%～10%。由于涡轮增压发动机燃烧较完全，使排烟浓度降低、废气中有害物质明显减少，有利于减少汽车的排气污染。此外，由于燃烧压力升高率降低，发动机工作较柔和，噪声比较小。

废气涡轮增压技术目前已成为柴油机重要发展趋势之一，正在得到广泛的应用。

5．11．1　废气涡轮增压器

1．结构

涡轮增压器利用发动机排出的废气驱动涡轮高速旋转，带动与涡轮同轴的压气叶轮高速旋转；压气机将空气压缩进入发动机的气缸，增加了发动机的充气量，可供更多的燃油完全燃烧，从而提高了发动机的功率，降低了燃油的消耗。同时，由于燃烧条件的改善，减少了废气中有害物的排放，还可降低噪音。

在高原地区，由于空气稀薄自然吸气的发动机的功率将会下降，而发动机采用涡轮增压器后，可补偿下降的功率。

目前，国内、外使用的一种典型的车用柴油机径流脉冲式废气涡轮增压器的结构如图5－61所示，它由涡轮壳2、中间壳8、压气机壳13、转子体和浮动轴承6等主要零件组成。

涡轮壳2与发动机排气管相连。压气机壳13的进口通过软管接空气滤清器，出口则与发动机气缸相通。压气机壳13与压气机后盖板9之间的间隙构成压气机的扩压器，其尺寸可通过两者的选配来调整。转子体由转子轴12、压气机叶轮11和涡轮4组成。涡轮焊接在转子轴上，压气机叶轮用螺母固定在转子轴上，转子轴则支承在两浮动轴6上高速旋转。转子轴高速旋转时（转速可达100000～120000r／min），将来自柴油机主油道并经精滤器再次滤清的压力为0．25～0．4MPa的润滑油，充满浮动轴承6与转子轴12以及中间壳8之间的间隙，使浮动轴承在内、外两层油膜中随转子轴同时旋转；但其转速比转子轴的转速低得多，从而使轴承对轴承孔和转子轴的相对线速度大大降低。

中间壳中设有密封环3、O形密封圈16、密封套14、密封环10等密封件，以防止压气机端的压缩空气和涡轮端的废气漏入中间壳，同时防止中间壳的润滑油外漏。

2．工作原理

废气涡轮增压器的工作原理示意图如图5－62所示。柴油机排出的具有一定压力的高温废气经排气管1进入涡轮壳4的喷嘴环2，由于喷嘴环的通道面积做成由大到小，因而废气通过的压力和温度下降，而速度却迅速提高。这个高温高速的废气气流，按一定方向冲击涡轮3，使涡轮高速旋转，废气的压力、温度和速度越高，涡轮转速也越高，通过涡轮的废气最后排入大气。这时，与涡轮3固装在同一轴（转子轴5）上的压气机叶轮8也以相同的速度旋转，将经过滤清器的空气吸入压气机壳。高速旋转的压气机叶轮把空气甩向叶轮的外缘，使其速度和压力增加，并进入扩压器7；因扩压器进口小、出口大，所以气流的速度下降、压力升高，再通过断面由小到大的环形压气机壳9使空气压力继续升高。经上述增压过程后，空气压力可达0．14～0．3MPa，最高可达0．5MPa。这些高压空气流经柴油机进气管10进入气缸与更多的柴油混合燃烧，以保证发动机发出更大的功率。

图5－61废气涡轮增压器的结构　

1－推力轴承　2－涡轮壳　3－密封环　4－涡轮

5－隔热板　6－浮动轴承　7－卡环　8－中间壳

9－压气机后盖板　10－密封环　11－压气机叶轮

12－转子轴　13－压气机壳　14－密封套

15－膜片弹簧　16－O形密封圈

图5－62　废气涡轮增压器的工作原理示意图

1－排气管　2－喷嘴环　3－涡轮

4－涡轮壳　5－转子轴　6－轴承

7－扩压器　8－压气机叶轮

9－压气机壳　10－进气管

5．11．2　冒烟限制器

发动机低速运转时的排气流量小，因而压气机转速低，增压作用不大，使得发动机充气量不足，产生冒烟现象。在发动机加速时，也会产生冒烟现象，这是因为柴油机的废气到达涡轮以及涡轮转速的增加都有－定时间的滞后．以至增压器对空气的增压也有一定的滞后。增压器的压比越高，冒烟倾向越严重。为此，增压柴油机通常装有冒烟限制器，如图5－63所示。

5．11．3　增压器的使用与维护

为保证增压器正常工作，必须按下列要求进行安装：检查涡轮增压器型号是否与发动相匹配，用手转动增压器转子，如果叶轮滞转或有摩擦壳体的感觉，应查明原因后再安装增压器；检查空滤器是否清洁，空滤器不干净会引起增压器漏油；检查压气机进气管路和涡轮前发动机排气管道是否有杂物，以防杂物损坏叶轮；检查机油滤清器是否需要更换，更换后滤清器内应注满干净润滑油；检查增压器油管是否干净，进油管不能扭曲、堵塞；如果增压器进油口使用密封垫片，检查垫片是否有腐蚀、变形现象，如有则更换垫片；检查润滑油是否洁净，更换润滑油应在热态下进行，润滑油应使用发动机厂家指定牌号的。

增压器安装到发动机上，暂不接油管；先从增压器进口加入干净的润滑油，并用手转动转子，使增压器轴承系统充满油后再连接进油管。

图5－63　气压控制的冒烟限制器

A－低增压时满负荷位置　B－高增压时满负荷位置　1－喷油泵前端　2－供油拉杆（齿条）　3－弯角摇臂　4－低增压时的限位螺钉　5－高增压时的限位螺钉　6－轴7－膜片弹簧　8－气动膜片　9－进气管　10－导向套筒　11－壳体

安装增压器时，使用干净的润滑油注入进油口进行预润滑增压器。安装到发动机上时，中间壳的润滑油出口应向下，同时应使进油孔朝上、回油孔向下，进、回油孔中心线与垂直方向角度不大于23°。中间壳位置定好后，拧紧涡轮端中间壳的固定螺钉，使压气机壳与涡轮不能相对转动。转动压气机壳使压气机壳出口能与发动机的排气管连接。

更换润滑油、机油滤清器或使用长期停放的发动机时，起动发动机前应将增压器油管拆卸并注入润滑油或盘车数圈，预润滑增压器。起动发动机后，应怠速运转3～5min后再加负荷。运转中，增压器进油压力应保持在196～392kPa。运转中应注意增压器有无异响和明显振动，如有异响和明显振动，应予以排除。运转中应注意增压器的油压、油温、涡轮进口温度及转速等，均不得超过技术规范。

在高速及满负荷运转时，无特殊情况不可立即熄火，应逐步降速、降负荷，熄火前空转5 min，以防因轴承缺油或机件过热而损坏增压器。严禁汽车采用“加速、熄火、空挡滑行”的操作方法，因为发动机在全负荷高温下突然熄火时，机油泵停止工作，润滑油不能带走增压器内零件的热量，导致增压器因过热而损坏。

5．11．4　CA6110Z增压柴油机的结构简介

6110Z增压柴油机是为－汽8t平头载货车、8t长头载货车以及其他变型载货车配套的车用增压柴油机，变型后也可作为客车和其他用途的配套动力。

6110Z柴油机是在6110柴油机的基础上发展而来的，它采用增压技术来提高柴油机动力性和经济性。其技术规格和数据可查阅相关资料。由于增压器柴油机机械负荷和热负荷较非增压柴油机的高，因此有的零件尽管其它装尺寸和非增压柴油机的是一样的，但其采用的材质较非增压柴油机的要好，在维修更换配件时应予以注意。

（1）主轴瓦和连杆轴瓦。采用了三元镀层铜铝合金轴瓦，提高了承载能力。

（2）缸套。采用了高强度合金铸铁，提高了表面硬度。

（3）进排气门。气门密封锥面采用了堆焊钴基合金材料，以提高耐热、耐磨能力。

（4）活塞环。第1道气环材料由球形铸铁改成合金球形铸铁，第2道气环和油环的材料由合金铸铁改成VTi合金铸铁，以提高耐热强度。

（5）活塞。由于活塞头部热负荷较高，采用了如下改进措施：第I道活塞环槽采用了镶圈结构，并多处改进了结构形状；在机体主轴承座上安装了对活塞内腔进行喷油冷却的喷嘴（每缸一个），其结构如图5－64所示。

图5－64　增压柴油机活塞冷却喷嘴结构

（6）活塞销。内孔由φ23缩小至φ19，以提高强度。

（7）进、排气管。由于安装增压器的需要，增压机进气管、排气管等零件为专用件。安装连接空滤器与增压器压气机进口的橡胶管和连接压气机出口与进气接管的橡胶管时，必须保证其密封良好。

（8）传动齿轮。分别加大了各齿轮齿宽，以提高齿轮传递转矩的能力。

（9）后油封座。由于曲轴正时齿轮加宽，故后油封座的尺寸相应减薄。

为了改善增压柴油机的冷却润滑效果，在其结构上还采用了如下措施：减小水泵带轮直径、提高水泵转速以增加水泵流量；将机油冷却器芯子由4片增加至5片；增加机油泵齿轮的宽度以增加机油泵的流量来适应活塞冷却喷嘴的需要。

这里需特别介绍的是增压器的转子工作转速极高（10万转／min左右），因此保证增压器轴承的润滑和润滑油的清洁至关重要。增压器的润滑油从最后一挡机体凸轮轴轴承孔处引出（用于增压柴油机的这一个凸轮轴轴承比非增压柴油机的多一个孔，可引出润滑油），经增压器机油滤清器滤清后从上部进入增压器，润滑后的润滑油从增压器下部回油孔经油管流回机体挺柱室油腔。新机或修理后的柴油机使用前，应对增压器和增压器机油滤清器加注润滑油，以保证在柴油机起动后增压器即得到润滑。

增压柴油机低速、小负荷时的进气量明显下降，因此常装有起负校正作用的增压补偿器，以改善柴油机低速时的性能。但如发现柴油机功率有较大下降，应检查补偿器连接管的情况是否正常。

此外，应定期检查增压器连接空气管路的密封情况，如胶管是否破损、夹箍是否松动，以确保增压器能正常工作。

【实践教学】