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涡轮增压器工作原理和维修
一、发动机和空气增压系统的工作原理
在讨论涡轮增压发动机系统之前,先回顾一下内燃机的基本工作原理及其同空气增压系统的关系。内燃机是一种耗气机械,因为燃油需要与空气混合才能完成燃烧冲程。一旦空燃比达到某一值后,再增加燃油,除了将黑烟和未燃尽的燃油排到大气中外,不会产生更多功率。发动机供油越多,黑烟就越浓。因此,超过空燃比极限后,增加供油量只会造成燃油消耗量过多、大气污染、废气温度升高,并使柴油机寿命缩短。由此可见,增加空气量的能力对发动机来说是多么重要。
    涡轮增压器是一种利用发动机排气中的剩余能量来工作的空气泵。废气驱动涡轮叶轮总成,它与压气机叶轮相连接,如图1 所示。当涡轮增压器转子转动时,大量的压缩空气被输送到发动机的燃烧室里。由于增加了压缩空气的重量,就可以使更多的燃油喷入到发动机里去,使发动机在尺寸不变的条件下而产生更多的功率。
图1 废气涡轮增压系统
二、空气增压系统的优点
    涡轮增压有许多好处。非增压发动机通过曲轴的运动直接从大气中吸进空气,而涡轮增压器向发动机提供压缩空气。由于进入气缸的空气增多,所以允许喷入较多的燃油,使发动机产生较多的功率并具有较高的燃烧效率。这意味着一台尺寸和重量相同的发动机经增压后可以产生较多的功率,或者说,一台小排量发动机经增压后可产生与较大发动机相同的功率。其它还有节约燃油和降低排放等优点。
    由于涡轮增压器为发动机提供了更多的空气,燃油在发动机气缸里燃烧时会燃烧得更充分、更彻底。发动机进气管的空气保持正压力(大于大气压的压力)对发动机有几方面的好处。当发动机进排气门重叠开启时,新鲜空气吹入燃烧室,清除所有残留在燃烧室里的废气,同时冷却气缸头、活塞和气门。
    涡轮增压器可使非增压发动机在高原上工作时得到氧气补偿(使其达到标准大气条件)。发动机和涡轮增压器相匹配,使进气管压力保持海平面大气压。而一台自然吸气的发动机,随着海拔高度的增加,其功率将下降。
三、涡轮增压器的零部件
废气涡轮增压器(囹2)是由废气驱动的涡轮和径流式压气机组成的,它们分别被安装在轴的两头并有各自的铸造壳体。轴本身被安装在中间壳中并由中间壳来支撑。中间壳的两侧分别同压气机壳和涡轮壳相连接,典型的涡轮增压器转速可以在100000转/分以上。
图2 涡轮增压器结构
n涡轮
    涡轮部分是个向心式的径流或混流装置,由铸造的涡轮叶轮、叶轮隔热罩及涡轮壳组成,进气口位于涡轮壳的外直径处。废气流进涡轮,经叶轮叶片,从涡轮壳直径的中心部位流出。
n压气机
    压气机部分是个离心式或径向外流式装置,由铸造的压气机叶轮、后盖板及压气机壳组成,进气口位于压气机壳直径的中心部位处。空气在压气机内向外流,经叶轮叫片,从压气机壳的外直径处流出。
n中间壳和转子
    涡轮增压器卸去所连接的压气机壳和涡轮壳后剩下的部分称为中间壳和转子总成。中间壳(又称轴承壳)以一个精心设计的轴承系统来支撑压气机和涡轮的轮轮系统。这一为高速运转而设计的轴承系统不能象曲轴的轴承那样承受重的载荷,而是必须精确地定位两只叶轮的位置,使其尽可能靠近两端壳子的轮廓型线。这种定位的关键是向中间壳油孔、轴承和轴之间的间隙注入润滑油。注入到间隙里的润滑油对提高涡轮增压器的效率和延长使用寿命是极其重要的。