渦輪增壓器Turbo工作原理課件

渦輪增壓器工作原理前言

討論渦輪增壓發(fā)動機(jī)系統(tǒng)之前，先回顧一下內(nèi)燃機(jī)的基本工作原理及其同空氣增壓系統(tǒng)的關(guān)系。

內(nèi)燃機(jī)是一種耗氣機(jī)械，因為燃油需要與空氣混合才能完成燃燒沖程。一旦空燃比達(dá)到某一值后，再增加燃油，除了將黑煙和未燃盡的燃油排到大氣中外，不會產(chǎn)生更多功率。發(fā)動機(jī)供油越多，黑煙就越濃。因此，超過空燃比極限后，增加供油量只會造成燃油消耗量過多、大氣污染、廢氣溫度升高，并使柴油機(jī)壽命縮短。由此可見，增加空氣量的能力對發(fā)動機(jī)來說是多么重要

.廢氣渦輪增壓系統(tǒng)

渦輪增壓器是一種利用發(fā)動機(jī)排氣中的剩余能量來工作的空氣泵。廢氣驅(qū)動渦輪葉輪總成，它與壓氣機(jī)葉輪相連接，如圖1所示。當(dāng)渦輪增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，大量的壓縮空氣被輸送到發(fā)動機(jī)的燃燒室里。由于增加了壓縮空氣的重量，就可以使更多的燃油噴入到發(fā)動機(jī)里去，使發(fā)動機(jī)在尺寸不變的條件下而產(chǎn)生更多的功率。

空氣增壓系統(tǒng)的優(yōu)點

渦輪增壓有許多好處。非增壓發(fā)動機(jī)通過曲軸的運動直接從大氣中吸進(jìn)空氣，而渦輪增壓器向發(fā)動機(jī)提供壓縮空氣。由于進(jìn)入氣缸的空氣增多，所以允許噴入較多的燃油，使發(fā)動機(jī)產(chǎn)生較多的功率并具有較高的燃燒效率。這意味著一臺尺寸和重量相同的發(fā)動機(jī)經(jīng)增壓后可以產(chǎn)生較多的功率，或者說，一臺小排量發(fā)動機(jī)經(jīng)增壓后可產(chǎn)生與較大發(fā)動機(jī)相同的功率。其它還有節(jié)約燃油和降低排放等優(yōu)點。空氣增壓系統(tǒng)的優(yōu)點

由于渦輪增壓器為發(fā)動機(jī)提供了更多的空氣，燃油在發(fā)動機(jī)氣缸里燃燒時會燃燒得更充分、更徹底。發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管的空氣保持正壓力（大于大氣壓的壓力）對發(fā)動機(jī)有幾方面的好處。當(dāng)發(fā)動機(jī)進(jìn)排氣門重疊開啟時，新鮮空氣吹入燃燒室，清除所有殘留在燃燒室里的廢氣，同時冷卻氣缸頭、活塞和氣門。

渦輪增壓器可使非增壓發(fā)動機(jī)在高原上工作時得到氧氣補(bǔ)償（使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)大氣條件）。發(fā)動機(jī)和渦輪增壓器相匹配，使進(jìn)氣管壓力保持海平面大氣壓。而一臺自然吸氣的發(fā)動機(jī)，隨著海拔高度的增加，其功率將下降。

圖2渦輪增壓器結(jié)構(gòu)

渦輪渦輪部分是個向心式的徑流或混流裝置，由鑄造的渦輪葉輪、葉輪隔熱罩及渦輪殼組成，進(jìn)氣口位于渦輪殼的外直徑處。廢氣流進(jìn)渦輪，經(jīng)葉輪葉片，從渦輪殼直徑的中心部位流出。

壓氣機(jī)

壓氣機(jī)部分是個離心式或徑向外流式裝置，由鑄造的壓氣機(jī)葉輪、后蓋板及壓氣機(jī)殼組成，進(jìn)氣口位于壓氣機(jī)殼直徑的中心部位處。空氣在壓氣機(jī)內(nèi)向外流，經(jīng)葉輪叫片，從壓氣機(jī)殼的外直徑處流出。

圖3是潤滑油流動的示意圖

它說明從發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)流出的潤滑油是如何通過油孔和油槽流入兩個主軸承的。潤滑油流過軸承中的油孔去潤滑和冷卻軸承、軸承孔和軸頸。潤滑油也從進(jìn)油孔直接進(jìn)入推力軸承，或者通過在壓氣機(jī)殼后蓋板的油道進(jìn)入推力軸承。潤滑油靠重力從中間殼排出。

密封系統(tǒng)使中間殼同渦輪級和壓氣機(jī)級分開。密封限制潤滑油流進(jìn)壓氣機(jī)和渦輪區(qū)域內(nèi)，并阻止燃?xì)夂涂諝鈴倪@兩個區(qū)域流入中間殼。密封系統(tǒng)由活塞環(huán)密封、石墨和O形圖密封、甩油環(huán)以及迷宮（螺紋狀的）密封組成，以完成密封任務(wù)。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)和殼體內(nèi)氣體壓力建立起來時，密封開始起作用，如圖3所示。

圖3圖3

渦輪增壓器潤滑油路

各種卡環(huán)和螺栓用來防護(hù)轉(zhuǎn)動部件或?qū)⑺鼈兌ㄎ?。止推部件用來保證軸向位置。軸的螺母或車有螺紋的葉輪用來連接壓氣機(jī)葉輪和渦輪葉輪。渦輪殼和壓氣機(jī)殼同中間殼及轉(zhuǎn)子總成靠螺栓、V形卡箍和／或壓板、鎖緊板來連接。

操作步驟／預(yù)防性維護(hù)

多年的經(jīng)驗告訴我們，造成渦輪增壓器事故的主要原因是潤滑問題，例如潤滑油供油滯后、節(jié)流或缺油和在潤滑油里有雜質(zhì)等。占第二位的原因是外來物體進(jìn)入壓氣機(jī)葉輪或渦輪葉輪。

要有良好的維護(hù)保養(yǎng)習(xí)慣，特別是對空氣濾清器、潤滑油品質(zhì)和潤滑油濾清器等的維護(hù)保養(yǎng)。因為渦輪增壓器工作轉(zhuǎn)速很高，所以良好的維護(hù)保養(yǎng)是非常重要的。適當(dāng)?shù)牟僮鞑襟E和預(yù)防性的維護(hù)保養(yǎng)，可以保證渦輪增壓器的使用壽命和良好性能。

以下預(yù)防性措施以確保渦輪增壓器有最長的工作壽命

在發(fā)動機(jī)潤滑油壓力建立以前，必須使發(fā)動機(jī)保持在怠速狀態(tài)

1發(fā)動機(jī)在啟動之后立即加速，會使渦輪增壓器在其軸承還來不及得到充分潤滑的情況下就以最大轉(zhuǎn)速工作。渦輪增壓器在潤滑不充分的情況下工作會損壞它的軸承。重復(fù)地這樣做會導(dǎo)致渦輪增壓器過早地?fù)p壞。

2建議駕駛員起動發(fā)動機(jī)后應(yīng)先怠速運行3-5分鐘。

預(yù)先潤滑渦輪增壓器在更換滑油或做任何維修（包括放出潤滑油）之后，渦輪增壓器需要進(jìn)行預(yù)先潤滑。在發(fā)動機(jī)啟動前要將曲軸盤動幾次。啟動發(fā)動機(jī)后，在進(jìn)入高速運轉(zhuǎn)前，讓它怠速一段時間，以建立起整個潤滑油循環(huán)和壓力

低溫時啟動發(fā)動機(jī)必須謹(jǐn)慎

當(dāng)環(huán)境溫度過低或車輛長時間不用時，會影響發(fā)動機(jī)建立正常的潤滑油壓力和流量。在這種情況下，發(fā)動機(jī)啟動后必須怠速幾分鐘才能進(jìn)入高速工作狀態(tài)。

2。要確保潤滑油進(jìn)口供油管路和出口排油管路清潔并布置適當(dāng)。

a.潤滑油進(jìn)出油管路的布置應(yīng)盡量減少從發(fā)動機(jī)排氣管和其他高溫?zé)嵩磦鱽淼臒崃俊?/p>

b.潤滑油進(jìn)油管被積碳堵塞時，要更換它

c.若使用軟管，要確保管子不硬化、不折疊，它的內(nèi)襯不損壞、不剝落

d.若使用金屬管，要確保管子無節(jié)流或折疊現(xiàn)象

e.一些潤滑油進(jìn)油軟管有可以反復(fù)使用的接頭，這樣允許只調(diào)換軟管而不換接頭。要確認(rèn)接頭安裝正確，軟管的內(nèi)襯碎片不能被遺留在油管總成中。

3。當(dāng)渦輪增壓器潤滑油進(jìn)出口處使用液體成型的密封墊片和密封條時，曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)過這樣的問題：即在擰緊接頭時，這種密封墊片和密封條因受擠壓而被擠入潤滑油的油道中。當(dāng)這種材料進(jìn)入潤滑油進(jìn)口后，流向一個或多個軸承中去的潤滑油將被堵塞或切斷，潤滑油流量和壓力會迫使這種材料進(jìn)入軸承，從而引起軸承的異常磨損。在中間殼潤滑油出口處，由于沉淀物增多，足以在出口處形成潤滑油的節(jié)流現(xiàn)象。

4.對渦輪增壓器進(jìn)行預(yù)潤滑時要注意不可使?jié)櫥徒]增壓器

5.從開口的潤滑油供油管道中清除空氣。把潤滑油排油管從渦輪增壓器上拆卸下來，這時，盤動曲軸而不啟動發(fā)動機(jī)，直到潤滑油從中間殼排油口中流出。若潤滑油連續(xù)不斷地從排油管中流出來，就表明空氣泡已經(jīng)被排出潤滑油系統(tǒng)。用漏斗把潤滑油倒回到排油管中。6.要確保潤滑油清潔并處于正常工作所需要的油量水平上。如果有可能，應(yīng)當(dāng)用清潔的潤滑油灌滿潤滑油濾清器，以減少啟動發(fā)動機(jī)所需的時間。故障診斷

在找出問題的原因之前，不能如通常所做的那樣先輕率地把渦輪增壓器從發(fā)動機(jī)上拆下來，而應(yīng)該先檢查和評估渦輪增壓器的工作情況。現(xiàn)場出現(xiàn)的問題大多數(shù)可以通過系統(tǒng)故障診斷來解決。

如果必須把渦輪增壓器從發(fā)動機(jī)上拆下來，則在把軟管、夾頭和接頭拆下來時，要確定接頭是否是緊的，是否有漏氣。因為一旦把渦輪增壓器拆下來后，就很難證實產(chǎn)生這類問題的真正原因

更換了新的渦輪增壓器的立即出現(xiàn)故障可能與下列因素有關(guān)：

1)沒有完全解決造成需要更換渦輪增壓器的問題；

2)在更換渦輪增壓器時產(chǎn)生的問題；

3)渦輪增壓器本身有缺陷。

一臺已經(jīng)正常運行的渦輪增壓器，在以后的日子里是不大可能再發(fā)現(xiàn)缺陷的。因為在渦輪增壓器工作時，只要觀察它的轉(zhuǎn)速和溫度就可以很快地發(fā)現(xiàn)問題。安裝或發(fā)動機(jī)系統(tǒng)的問題也可以在更換渦輪增壓器時立即暴露出來。

注意：如果渦輪增壓器能自由轉(zhuǎn)動并不擦內(nèi)殼的話，就不要急于判定為渦輪增壓器的問題。

必須強(qiáng)調(diào)的是，渦輪增壓器根本不會改變發(fā)動機(jī)本身的工作特性。渦輪增壓器不是一種能源，它唯一作用是向發(fā)動機(jī)提供更多的壓縮空氣，使發(fā)動機(jī)可以燃燒更多的燃油，從而產(chǎn)生更多的功率。它之所以能夠工作完全是取決于發(fā)動機(jī)廢氣的流量、壓力和溫度。

渦輪增壓器是一個完整的工作系統(tǒng)中的一個主要部件。只是為了方便起見，才把渦輪增壓器用螺栓安裝在發(fā)動機(jī)的外面，但它的作用絕不亞于發(fā)動機(jī)的凸輪軸或活塞。渦輪增壓器不可能糾正或克服諸如發(fā)動機(jī)燃油系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)定時、空氣濾清器堵塞、軸瓦故障等一類的機(jī)械故障或缺陷問題。因此，如果一臺增壓的發(fā)動機(jī)發(fā)生故障，而渦輪增壓器已經(jīng)被檢查并已確定是工作正常的，那么就要象對非增壓的發(fā)動機(jī)一樣進(jìn)行故障檢修。簡單地替換一臺好的渦輪增壓器并不能排除發(fā)動機(jī)本身的機(jī)械故障。

了解渦輪增壓器在整個發(fā)動機(jī)工作系統(tǒng)中的作用，對成功地診斷和排除故障是非常重要的。同樣，更好地了解渦輪增壓器的一些特點會有助于判定渦輪增壓器的損壞或缺陷以及每次都能一次就安裝正確。下面的步驟是對發(fā)動機(jī)工作情況變化的綜合評估。在發(fā)動機(jī)上進(jìn)行故障分析也將有助于揭露任何外部的或與造成渦輪增壓器故障有關(guān)的發(fā)動機(jī)的問題，這些故障必須被排除，以避免新?lián)Q上的渦輪增壓器的損壞

警告：

1)

做增壓器檢查時不能起動發(fā)動機(jī)，且必須要等到發(fā)動機(jī)冷下來后才能開始檢查。

2)

在不裝進(jìn)氣管和不連接空氣濾清器的情況下使渦輪增壓器運轉(zhuǎn)，會造成人員傷害。外來物體進(jìn)入渦輪增壓器內(nèi)可

能會造成機(jī)組損壞。

渦輪增壓器故障診斷流程圖

圖1圖2維修

檢

查

基本步驟如下

1)

目測和儀器檢測

檢查渦輪增壓器的外部和安裝情況。聽一聽是否有不正常的機(jī)械噪聲。目測一下是否有漏氣、堵塞、溫度過高、節(jié)流或葉輪碰殼體的情況。在怠速或低功率時看起來似乎是少量的、不嚴(yán)重的系統(tǒng)漏氣，在額定負(fù)荷時會嚴(yán)重地影響發(fā)動機(jī)的空燃比和渦輪增壓器殼體中的氣體壓力。所以一旦這種漏氣發(fā)生，在額定負(fù)荷時將會產(chǎn)生嚴(yán)重問題。

a.聽一聽是否有不正常的機(jī)械噪聲并看一看振動情況。

b.聽一聽是否有高頻噪聲，這可能表明有空氣或燃?xì)庑孤?/p>

c.

聽一聽周期性噪聲的程度，這可能表明在空氣濾清器和管道中有節(jié)流。

d.檢查螺母、螺栓、壓板和墊片是否有漏裝或松動現(xiàn)象。

e.

檢查發(fā)動機(jī)進(jìn)排氣管及其管道和固定件是否有松動和損壞。

f.檢查潤滑油進(jìn)出管道是否有節(jié)流或損壞現(xiàn)象。

g.檢查渦輪增壓器殼體是否有裂紋或損壞。

h.

檢查外部潤滑油或冷卻介質(zhì)是否有泄漏，檢查渦輪增壓器外表面是否有污物沉淀（表明空氣、潤滑油、排氣或冷卻介質(zhì)泄漏）

i.檢查是否有明顯的熱變色。

j.

檢查空氣濾清器是否有明顯的節(jié)流現(xiàn)象。

k.查廢氣放氣閥是否有自由運動和損壞。必須確保軟管情況良好，接頭是緊的。按照設(shè)備的原始規(guī)范來檢查校準(zhǔn)和控制系統(tǒng)。

l.核實渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)參數(shù)對該用途來說是否是正確的。

記?。哼@些問題被排除的本身往往不會除掉作為故障指示物的殘留物。這些殘留物的存在常常會引起