現在一些重型汽車的柴油發動機上廣泛應用廢氣渦輪增壓器,其目的是盡可能地利用廢氣的能量在渦輪中增大發動機的進氣密度,提高進氣壓力,并相應的增加噴油量,就可以在基本結構變化不大的情況下,增大柴油發動機的扭矩和功率。從而可以減少排氣污染和降低油耗率。
柴油機排出的高溫和一定壓力的廢氣經渦輪殼進入噴嘴,將廢氣的熱能及壓力能變成動能,并以一定的方向流向渦輪葉輪,從而使渦輪高速旋轉,帶動同軸上的壓氣機葉輪亦高速旋轉,新鮮空氣經過空氣濾清器被吸入高速旋轉的壓氣機葉輪,使氣流速度增加,壓力提高,再經過擴張器與壓氣機殼,使氣流的動能變成壓力能,壓力進一步提高,增大密度的空氣最后進入發動機的進氣管,以實現進氣增壓提高發動機功率的目的。
渦輪增壓器主要由壓氣機和渦輪兩部分組成。壓氣機主要包括單級離心式壓氣機、擴張器和壓氣機殼;渦輪部分主要包括渦輪殼、單級徑流式渦輪。渦輪軸與渦輪是采用摩擦焊接連成一體。壓氣機葉輪以間隙配合裝在渦輪軸上,并用螺帽壓緊。渦輪與軸總成、壓氣機葉輪經過精確的單體動平衡,以保證高速旋轉下正常工作。增壓器的轉子支承是采用內支承型式,全浮動式浮動軸承位于兩葉輪之間的中間體內,轉子的軸向力靠止推軸承端面來承受。在渦輪端和壓氣機端均設有密封環裝置。壓氣機端還有擋油罩以防止潤滑油的泄漏。增壓器采取壓力潤滑。潤滑油從機身上主油道進入進油口,進入潤滑系統,然后通過回油管流回發動機油底殼。
1、廢氣渦輪增壓器滯后現象,由于廢氣渦輪的工作相對于發動氣缸內的工作有一定的遲后,同時,由于渦輪、壓氣機葉輪高速旋轉的慣性,使發動機變工況時,響應遲緩,排煙增加,汽車的加速性較自然吸氣稍差。這就是廢氣渦輪增壓器滯后現象。
2、壓氣機喘振現象,壓氣機工作不穩定,氣流出現強烈振動,并產生很大噪聲,壓氣機出口壓力顯著下降,同時伴有很大的壓力波動,柴油機工作不穩,這就是壓氣機的喘振現象。引起這種現象的主要原因是當流量小于設計值較多時,在增壓器葉道內和工作輪葉片進口產生強烈的氣流分離引起的。
3、渦輪的阻塞現象,氣體流速在渦輪噴嘴出口截面處達到高速時,流量不隨膨脹比增大而增加的現象。
4、超速現象,主要是增壓器流量不夠大,當增壓發動機還未達到額定工況時,增壓器轉速已達極限,繼續增加發動機功率,增壓器將超速運行,這是不允許的,應重新選配合適的增壓器。
2、使發動機的機械效率提高,增壓后發動機的輔助系統消耗的功率增加很少,但發動機的功率增加較多,機械效率提高近8%左右。
4、發動機單位功率質量大大降低,發動機增壓后,功率增加較多,但發動機的結構變化不大,質量增加較少,因而使單位功率質量大大地減少。
1、使發動機的機械負荷增加,增壓以后,進氣壓力提高,壓縮壓力和爆發壓力也增加,機械零件的磨損加大,如果使用,保養不當容易導致部件的損壞。
2、發動機熱負荷增加,增壓以后發動機工作循環溫度大大提高,使零部件的溫度升高,熱負荷增加,材料強度降低。
因此,發動機經過增壓以后,零部件的結構進行了強化,從使用、保養方面講,必須加強發動機的強制保養工作。
3、供油提前角適當減小,增壓后壓縮終了的壓力和溫度增高,使燃料備燃期縮短,適當的減小供油提前角,以防止最大爆發壓力過大,否則會使發動機燃燒惡化,油溫升高。
6、氣門重疊角度較大,氣門間隙大。增壓以后,為增加進氣量,減少熱負荷,氣門的重疊角度加大。由于熱負荷增加,氣門等零件的工作溫度升高,膨脹量加大,氣門間隙也相應的加大。
7、進、排氣系統流通面積有所加大。結構形狀需適應增壓的需要。潤滑系和冷卻系也必須進行強化后的必要改變。
8、排氣旁通閥,為了防止增壓后柴油機在高速高負荷時排氣流量過大,造成增壓器轉速過大和增壓過高,多加設排氣旁通閥控制壓比。
9、噴油泵的調速器上需增設氣壓控制防冒煙限制器,它能根據柴油機增壓后進氣壓力的大小,自動調節供油拉桿最大供油的位置,防止發動機冒煙。
廢氣渦輪增壓常處于高溫下工作,進入廢氣渦輪端的溫度在600℃左右。增壓器轉速以每分鐘80000——100000轉的高速旋轉,為了保證增壓器的正常工作。使用中應注意以下幾點:
1、發動機發動以后,特別是在冬季,發動機點火后,應怠速運轉3——5分鐘,千萬不能猛轟油門,以防止損壞增壓器油封。 2、發動機熄火前,發動機也應怠速運轉3——5分鐘,讓發動機、增壓器轉子的轉速降下來以后再熄火,以防止猛轟油門,增壓器轉速很高,突然熄火,機油泵不工作,增壓器轉子仍在高速慣性運轉干磨損壞軸承。
3、由于經常處于高溫下運轉,到增壓器的潤滑油管線由于受高溫,內部機油容易有部分結焦,這樣會造成增壓器軸承的潤滑不足而損壞,因此,潤滑管線萬千米時最好清洗一次。
5、每天在出車前、收車后、行車中要經常檢查空氣進氣管、中冷器管路等連接情況,防止松動、脫落、破損以造成增壓器失效、損壞和空氣短路進入發動機氣缸。
6、經常在每次二級維護時,注意檢查增壓器的運轉情況。發動機停車后,發動機停車后,用聽針聽,轉子靠慣性應運轉一分鐘以上,拆卸增壓器修理時,應注意不要碰壞葉輪。如果需要更換葉輪,應做動平衡試驗。
1、壓氣機喘振。如果增壓器在工作過程中向氣缸內輸送空氣量不足,空氣壓力產生較大的波動,在壓氣機端發出異響,如氣喘的響聲,這就是喘振。由于喘振,發動機工作不平穩,功率下降,排氣冒黑煙。
產生喘振的原因是時氣系統堵塞,如空氣濾清器濾芯嚴重阻塞,進氣管內油污太多阻隔塞。增壓器的噴嘴環流通道發生變形也會造成喘振。最好是每次二級維護時更換空氣濾芯,車運行十萬公里時,清洗進氣通道。
2、增壓器在運轉中發出雜音,發出金屬的撞擊、摩擦聲,或者產生振動,是增壓器轉子和渦殼之間的間隙發生了變化。應當拆卸轉子檢修、調整。
3、增壓器在運行中出現了強烈的振動。這是由于轉子組不平衡,軸承損壞造成的,應更換軸承及進行轉子組的動平衡校驗。
4、增壓壓力下降。該故障的主要原因是進氣道堵塞,并進入中冷器的進氣道連接軟管松脫、破裂造成。
5、增壓器突然停止運行,發動機功率下降。這是增壓器軸承損壞,轉子組燒死所致。應當更換軸承,如果損壞嚴重應更換增壓器總成。
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