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废气涡轮增压器

在文檔中 第 5 章 柴油机燃料供给系 (頁 49-53)

内燃机的功率与转化燃料热能的多少,与供入气缸内的空气(或混合气)的数量成正比。

在气缸容积和内燃机转速不变条件下,供入气缸内的空气(或混合气)的数量与空气密度成正 比。因此,可对进入气缸前的空气进行预压缩来提高内燃机的功率。凡是能将内燃机进气的空 气密度提高到高于周围环境的空气密度的一切方法,统称为增压。实现增压的装置称为压气机 或增压器。

增压的类型有不同的分类方法,按实现增压所提供的能量,可分机械增压、废气涡轮增 压和气波增压三种基本类型。机械增压利用内燃机的一部分机械功驱动压气机。废气涡轮增压 是利用内燃机的一部分排气能量驱动增压器。废气涡轮增压器与内燃机只有流体联系。气波增 压则是根据压力波的气动原理,利用废气能量直接压缩空气,由内燃机 V 带驱动的增压器转 子只是控制并维持气波增压过程,它与内燃机的传动比是不变的。目前在汽车发动机上广泛使 用的是废气涡轮增压器。

5.9.1 废气涡轮增压器工作原理

废气涡轮增压器工作原理如图 5-57 所示。柴油机排出的具有 800~1000K 高温和一定压 力的废气,经排气管 1 进入涡轮壳 4 里的喷嘴环 2。由于喷嘴环的通过面积是逐渐收缩的,因 而废气的压力和温度下降,速度被提高,使其动能增加。这股高速废气流,按一定的方向冲击 涡轮 3,使其高速旋转。废气的压力、温度和速度越高,涡轮转得就越快,通过涡轮的废气最 后排入大气。

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

因涡轮 3 和离心式压气机叶轮 8 固装在同一转子轴 5,所以两者同步旋转。这样,就将经

1-压气机蜗壳;2-无叶式扩压管;3-压气机叶轮;4-密封套;5-增压器轴;6-进气道;

7-推力轴承;8-挡油板;9-浮动轴承;10-涡轮机叶轮;11-出气道;12-隔热板;

13-涡轮机蜗壳;14-中间体;15-V 型夹环

工后,用氩弧焊、摩擦焊、电子束焊等方法与轴焊接成一体,再最后加工、动平衡。转子的动 平衡精度和轴承的结构是车用小型高速度气涡轮增压器可靠性的关键。

小型增压器转子转速每分钟高达 20 万转,故现代车用涡轮增压器都采用浮动轴承(见图 5-60)。浮动轴承实际上是套在轴上的浮动环。环与轴,以及环与轴承座之间都有间隙,形成 两层油膜。工作时,轴承本身也转动。内、外层油膜不但起减振和阻尼作用,而且可降低轴与 轴承的相对速度,有利于减小油膜的漩涡和油层间的切线速度。

1-转轴;2-浮动轴承;3-轴承座孔 图 5-60 浮动轴承原理图

浮动轴承内、外间隙对轴承工作性能影响很大。一般内间隙为 0.05mm 左右,外间隙为 0.11mm 左右,外间隙约为内间隙的 2 倍。浮动轴承的壁厚约 3~4.5mm。

浮动轴承分整体式和分开式两种。整体式浮动轴承是增压器的转子间只用一个轴承,

其结构简单,零件少,止推轴承大为简化。但工艺要求高,旋转惯性大。分开式浮动轴承 是在转子内侧的两边各放一个轴承,其尺寸小,旋转惯性小,加工简单,在小型增压器上 应用较多。

漏气会降低涡轮增压器效率,而且高温燃气窜入轴承后,使其工作温度上升,引起机油 结胶或烧毁轴承。漏油会堵塞与污染压气机及通往内燃机的进气管和附件。为阻止机油窜入涡 轮和压气机的气体流通部分以及高压空气和高温燃气窜入润滑油道内,在中间体内设有既能封 油,又能封气的密封装置。现代涡轮增压器多采用开口金属密封环密封,密封环分别装在涡轮 和压气机端的密封环槽中,如图 5-61 所示。

(a)压气机端密封结构 (b)涡轮端密封结构

1-压气机叶轮;2-密封结构壳体;3-密封套;4-转轴;5-开口金属密封环;6-涡轮叶轮

增压器轴承的润滑、冷却(见图 5-62)都采用内燃机润滑系内的机油,不再单独设置 润滑系。从发动机机油滤清后的压力机油,分出一路进入涡轮增压器中间体上方的机油进 口处,到主油道,然后并联地进入两个浮动轴承和推力轴承,流入中间体下部,再回到发 动机油底壳。

1-推力轴承;2-润滑油入口;3-润滑油道;4-浮动轴承;5-开口金属密封环;6-转子轴;

7-油腔堵盖;8-O 型橡胶密封圈 图 5-62 增压器的润滑与冷却结构示意图

本章小结

柴油是一种轻质石油制品,为压燃式发动机(柴油机)燃料,是复杂的烃类(碳原子数 约 10~20)混合物,选用的标准是凝点。

柴油机燃料供给系的功用是完成燃料的储存、滤清和输送工作,按柴油机各种不同工况 的要求,定时、定量、定压并以一定的喷油质量喷入燃烧室,使其与空气迅速而良好地混合和 燃烧,最后使废气排入大气。

根据喷油控制方式不同,柴油机燃料供给系分为机械式燃料供给系和电控式燃料供给系。

柴油机机械式燃料供给系由燃油供给、空气供给、混合气形成及废气排出四部分组成。

本章主要讲解柴油机燃烧室、喷油器、喷油泵、调速器及辅助装置。

柴油机燃烧室有统一式(直喷式)燃烧室和分隔式燃烧室。统一式燃烧室是由凹形的活 塞顶与气缸底面围成的单一空腔,容积几乎都在活塞的顶部,室内形成涡流运动,混合器形成

迅速;分隔式燃烧室主要分成两部分:主燃烧室和副燃烧室。它的主要形式有预燃式燃烧室和

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