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康明斯動(dòng)力(深圳)有限公司

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簡(jiǎn)述發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器工作原理構(gòu)造圖
發(fā)布時(shí)間:2022-12-13 13:14:50  ▏閱讀:

 

功能說明與康明斯知識(shí)

簡(jiǎn)述發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器工作原理構(gòu)造圖

 

摘要:由于廢氣渦輪增壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,體積小,有較高的效率,所配柴油機(jī)的特性也較好(增壓壓力較高,耗油率較低等),所以廢氣渦輪增壓器在柴油機(jī)上獲得最廣泛的應(yīng)用。用在發(fā)電機(jī)組上的柴油機(jī)裝有廢氣渦輪增壓器,可以增大扭矩,提高牽引性能,因而可增加載重量,改善各種工作條件下的適應(yīng)性;同時(shí)還減小排氣污染。

 

一、增壓系統(tǒng)的類別和優(yōu)勢(shì)

 

利用增壓器將壓縮空氣壓入汽缸以增加柴油機(jī)充氣量的方法稱為增壓。

根據(jù)驅(qū)動(dòng)增壓器所用能量的來源不同,分為三類:

(1)機(jī)械增壓系統(tǒng),它的增壓器直接由柴油機(jī)曲軸驅(qū)動(dòng):

(2)廢氣渦輪增壓系統(tǒng),增壓器由柴油機(jī)排出的廢氣驅(qū)動(dòng);

(3)復(fù)合增壓系統(tǒng),由上述兩種系統(tǒng)組合而成。

柴油機(jī)采用廢氣渦輪增壓是提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率(一般可以增加功率30%~100%,甚至更多),降低油耗率(一般能使耗油率降低3%~10%),減小單位馬力重量,縮小外形尺寸,節(jié)約原材料的一項(xiàng)最有效措施。

采用增壓技術(shù)對(duì)在高原地區(qū)使用的發(fā)動(dòng)機(jī)有重要意義。因?yàn)楦咴貐^(qū)空氣稀薄、氣壓低,導(dǎo)致功率下降(一般海拔高度每升高1000m,功率下降8%~10%)。裝用增壓器后,不僅功率可得到恢復(fù),而經(jīng)濟(jì)效果也尤為顯著。

采用增壓技術(shù)后,可以擴(kuò)大柴油機(jī)的使用范圍,減小柴油機(jī)系列品種。因此,柴油機(jī)增壓得到廣泛的應(yīng)用。

 

二、廢氣渦輪增壓器的工作原理

 

1.增壓

隨著燃油噴射和計(jì)算機(jī)控制燃燒系統(tǒng)使用的增多,渦輪增壓器已經(jīng)成為汽油和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上的常用部件。過去,只有大型的發(fā)動(dòng)機(jī)才采用渦輪增壓器?,F(xiàn)在,隨著計(jì)算機(jī)帶來的精確控制,渦輪增壓器使得小發(fā)動(dòng)機(jī)也更有效率并能實(shí)現(xiàn)更高的功率。要學(xué)習(xí)渦輪增壓器,必須首先對(duì)增壓進(jìn)行定義。

在進(jìn)氣沖程中活塞向下移動(dòng)時(shí),真空就產(chǎn)生了。這個(gè)真空將空氣和燃油吸入發(fā)動(dòng)機(jī)。這種設(shè)計(jì)被稱為自然吸氣。進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量取決于大氣壓力。大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)都是自然吸氣式的。但是,自然吸氣式的發(fā)動(dòng)機(jī)在某些條件下可能會(huì)出現(xiàn)功率不足的情況。

為了克服功率不足的問題,發(fā)動(dòng)機(jī)可以進(jìn)行增壓。發(fā)動(dòng)機(jī)增壓意味著向汽缸提供的空氣比單純活塞吸入的空氣更多。這樣發(fā)動(dòng)機(jī)就不是自然吸氣的,而是增壓的了。當(dāng)更多的空氣被壓入汽缸時(shí),就必然要增加燃油量以保持14.7:1的空燃比。做到這一點(diǎn),功率就會(huì)增大。有時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)增壓能夠增加最高50%的功率。

2.增壓機(jī)工作原理

增壓機(jī)或渦輪增壓器都可用于增壓吸氣,增壓機(jī)是一個(gè)將空氣壓入發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械空氣泵。它是由一組與曲軸相連的齒輪或傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)的。由于它的運(yùn)轉(zhuǎn)需要發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力,也就造成了發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)大的摩擦損失。

廢氣渦輪增壓器主要由渦輪和壓氣發(fā)電機(jī)組成,其工作原理如圖1所示。

 

柴油機(jī)廢氣渦輪增壓器工作原理示意圖.png

圖1 廢氣渦輪增壓器工作原理示意圖

 

 

柴油機(jī)排出的具有500℃~650℃高溫和一定壓力的廢氣經(jīng)排氣管進(jìn)入渦輪殼里的噴嘴環(huán)。由于廢氣通過噴嘴環(huán)的面積是逐漸收縮的,因而廢氣的壓力和溫度下降,速度提高,使其動(dòng)能增加。這股高速的廢氣流,按一定方向沖擊渦輪,使渦輪高速旋轉(zhuǎn)。廢氣的壓力、溫度和速度越高,渦輪轉(zhuǎn)得也越快。通過渦輪的廢氣最后排入大氣。

因?yàn)闇u輪和壓氣機(jī)葉輪是固裝在同一根轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的,所以兩者同速旋轉(zhuǎn),這樣,就將經(jīng)過空氣濾清器濾清過的空氣吸入壓氣機(jī)殼。高速旋轉(zhuǎn)的壓氣機(jī)葉輪的空氣甩向葉輪的外緣,使其速度和壓力增加,并進(jìn)入擴(kuò)壓器。擴(kuò)壓器的形狀做成進(jìn)口小、出口大,因此氣流的速度下降壓力升高。再通過斷面由小到大的環(huán)形壓氣機(jī)殼,使空氣流的壓力繼續(xù)提高。這些壓縮空氣經(jīng)柴油機(jī)進(jìn)氣管進(jìn)入汽缸與柴油混合燃燒從而使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出更大的功率。

3.廢氣渦輪增壓器的構(gòu)造

廢氣渦輪增壓器的構(gòu)造如圖2所示。它由渦輪殼、中間殼、壓氣機(jī)殼、轉(zhuǎn)子體及浮動(dòng)軸承等主要零件組成。渦輪殼與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管連接。壓氣機(jī)殼的進(jìn)口與空氣濾清器的空氣道相連接,而其出口則通往發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸。壓氣機(jī)的擴(kuò)壓器由壓氣機(jī)殼與中間殼之間的間隙構(gòu)成。轉(zhuǎn)子體由轉(zhuǎn)子軸、壓氣機(jī)葉輪和渦輪組成,焊在轉(zhuǎn)子軸上。壓氣機(jī)葉輪為鋁金鑄件,用螺母固定在轉(zhuǎn)子軸上。轉(zhuǎn)子體在裝到增壓器之前應(yīng)進(jìn)行靜平衡和動(dòng)平衡檢驗(yàn),允許其不平衡度在一定范圍內(nèi)。

廢氣渦輪轉(zhuǎn)子高達(dá)數(shù)萬轉(zhuǎn)以上,一般機(jī)械中的常用軸承不能保證轉(zhuǎn)子在高速下工作。在徑流式廢氣渦輪增壓器上普遍采用浮動(dòng)軸承。浮動(dòng)軸承與轉(zhuǎn)子軸和中間殼之間都有間隙,當(dāng)轉(zhuǎn)子軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí),具有一定壓力的潤(rùn)滑油充滿這兩個(gè)間隙,使浮動(dòng)軸承在內(nèi)、外兩層油膜中隨轉(zhuǎn)子軸同向旋轉(zhuǎn),但其轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)子速度低得多,從而使軸承對(duì)軸承孔和轉(zhuǎn)子軸的相對(duì)線速度大大下降。由于有雙層油膜,可以雙層冷卻和產(chǎn)生雙層阻尼。因此,浮動(dòng)軸承具有高速輕載下工作可靠、減少轉(zhuǎn)子體的振動(dòng)、加工拆裝方便等優(yōu)點(diǎn)。

廢氣渦輪增壓器所需要的潤(rùn)滑油來自發(fā)動(dòng)機(jī)的主油道,通過細(xì)濾器再次濾清后,進(jìn)入增壓器的中間殼,經(jīng)下部的出油口流回曲軸箱,形成一條不斷循環(huán)的潤(rùn)滑油路。

為了防止壓氣機(jī)的壓縮空氣和渦輪的廢氣泄漏到中間殼,造成增壓效果下降和渦輪功率下降,以及高溫廢氣對(duì)軸承的影響,在廢氣渦輪增壓器中設(shè)有密封裝置。在壓氣機(jī)葉輪和中間殼之間裝有0形橡膠密封圈和氣封板;在轉(zhuǎn)子軸和中間殼之間裝有密封環(huán)。此外,為了防止?jié)櫥瓦M(jìn)入壓氣機(jī),在壓氣機(jī)端的轉(zhuǎn)子軸上還裝有擋油板。

在中間殼和渦輪殼之間還裝有隔熱板,以減少高溫廢氣對(duì)潤(rùn)滑油的不利影響。廢氣渦輪增壓器的冷卻,一般是采用自然空氣冷卻,也有在中間殼制有夾水層的,如10ZJ廢氣渦輪增壓器。

對(duì)非增壓柴油機(jī)進(jìn)行增壓改革,最簡(jiǎn)單的方法是裝上合適的增壓器,調(diào)換進(jìn)、排氣管,適當(dāng)增加供油量,以及增加潤(rùn)滑增壓器的油路,其他結(jié)構(gòu)可不作改動(dòng)。實(shí)踐表明,可使柴油機(jī)功率增加20%~30%,且排氣煙色轉(zhuǎn)好。

 

柴油機(jī)廢氣渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)圖.png

圖2 柴油機(jī)廢氣渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)圖

 

 

4.增壓器的潤(rùn)滑

通常,廢氣渦輪增壓器必須強(qiáng)制潤(rùn)滑,下面是典型的潤(rùn)滑油路。潤(rùn)滑油從機(jī)油盤由機(jī)油泵泵出,過濾后通過增壓器進(jìn)油管送入增壓器,如圖3所示。

 

柴油機(jī)增壓器潤(rùn)滑油路示意圖.png

圖3 柴油機(jī)增壓器潤(rùn)滑油路示意圖


特別應(yīng)注意:增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在停機(jī)時(shí),應(yīng)當(dāng)先怠速運(yùn)轉(zhuǎn)一小會(huì)兒后再關(guān)閉。這樣做可以讓渦輪增壓器中高速運(yùn)轉(zhuǎn)的渦輪減速。在減速時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)仍然運(yùn)轉(zhuǎn)并向渦輪增壓器軸承輸送潤(rùn)滑油。如果發(fā)動(dòng)機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)立即關(guān)閉,渦輪增壓器軸承上就不會(huì)有機(jī)油壓力,這就會(huì)造成損壞。這個(gè)問題很常見,以至于市場(chǎng)上推出了“附加”加油器,能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉后繼續(xù)讓潤(rùn)滑油循環(huán)。


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