柴油机涡轮增压器知识整合

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柴油机涡轮增压器知识整合
现代柴油机上越来越多地使用了涡轮增压器，涡轮增压器能提高发柴油机功率和改善经济性能。
柴油机使用了涡轮增压器后发动机具有升功率高，油耗率低，排污较少,指示功率和有效功率都提高了，也就是提高了机械效率，自然可以明显改善高负荷区运行的经济性。涡轮增压器不仅使功率范围增大，而且高负荷的经济运行范围也扩大了。在低负荷区，涡轮增压器对经济性没有明显改善。涡轮增压器这一特点，对于经常满负荷高速运转的重型柴油机汽车十分有利。涡轮增压器由于滞燃期短，压力升高率低，可以使燃烧噪音降低。对于中、轻型载货柴油机汽车及经常处于中等负荷或部分负荷运转的柴油机汽车也是有利的
涡轮增压器按增压方式分为废气涡轮增压器、复合式废气涡轮增压器和组合式涡轮增压器。他们的作用分别如下：
1、 废气涡轮增压器是利用发动机排出的具有一定能量的废气进入涡轮并膨胀作功，废气涡轮的全部功率用于驱动与涡轮机同轴旋转的压气机工作叶轮，在压气机中将新鲜空气压缩后再送入气缸。废气涡轮与压气机通常装成一体，便称为废气涡轮增压器。其结构简单，工作可靠，一般柴油机合理地加装废气涡轮增压系统后，可提高功率 30% ～ 50% ，降低比油耗 5% 左右，有利于改善整机动力性能、经济性能及排放品质，因而得到广泛应用。
2、 复合式废气涡轮增压器。 废气涡轮增压器是将废气动力涡轮与废气涡轮增压器串联起来工作，称为复合式废气涡轮增压器。在某些增压度较高的柴油机上，废气能量除驱动废气涡轮增压器外，尚有多余的能量用于驱动低压废气动力涡轮，该动力涡轮通过齿轮变速器及液力耦合器与发动机输出轴联接。这样，废气涡轮增压器达到增压的目的，而废气动力涡轮将废气能量直接变为功率送给曲轴。复合式废气涡轮增压器可充分利用废气能量，使动力性能、经济性能大为改善，但结构复杂，成本高且技术难度大。
3、 组合式涡轮增压器。组合式涡轮增压器由废气涡轮增压与进气惯性增压组合而成。在该增压系统中，除废气涡轮增压器外，还有由稳压箱、共振管、共振室等构成的进气惯性增压系统，利用压力峰值可进一步提高增压后的进气压力。该系统使柴油机加速性能变好，并对改善柴油机的低速转矩有利。
柴油机废气涡轮增压器故障原因
（1） 柴油机进气压力降低的主要原因：
　　① 压气机的滤清器沾污。 　
　　② 叶轮、叶片扩压器沾污。 　
　　③ 增压器涡轮内存有较多积炭，使旋转阻力增加。 　
　　④ 中冷器沾污，增加了进气阻力。 　
　　⑤ 涡轮排气不畅通，这是由于排气管堵塞、变形等引起转子转速升不高。
　　⑥ 增压器出口压力突然下降，一般是由于轴承损坏所引起。 　 　　（2） 压气机喘振的主要原因： 　
　　① 柴油机紧急熄火或突然卸载（急收油门）。 　
　　② 大气温度变化引起喘振。在夏季对增压器进行了配合试验，在冬季有可能发生喘振，这是因为气温变化使工作点发生变化而引起的。
　　③ 压气机沾污，特别是叶片扩压器沾污。
　　④ 一台发动机装置两台增压器，共用一根进气总管，当一缸不工作时，即可引压气机喘振。
　　（3） 柴油机进气压力过高。一般来说，进气压力过高不是增压器本身的问题，而是由发动机引起的，其主要原因有： 　
　　① 排气阀漏气。
　　② 由于发动机喷油正时不当或其他原因造成补燃期过长，使驱动涡轮的热能增加，转速上升，进气压力提高。
　　（4） 产生连续不正常声音：这种故障多数是由于转子与壳体发生碰撞而产生的。由于转子与壳体装配间隙较小，如果安装调整不当或轴承严重损坏，即可发生碰擦。
　　（5） 润滑油回油温度过高（超过105℃）的主要原因： 　
　　① 涡轮端的油、气密封件损坏，高温燃气进入油腔。 　
　　② 轴承损坏。
　　（6） 漏油：压气机密封装置靠近叶轮边是低压区，容易产生漏油故障。主要原因有：
　　① 润滑油回油不畅。其原因有回油管堵塞，回油管截面积太小，管接头密封垫内孔小于回油管内径；柴油机曲轴箱内的油面高于标准，造成回油困难；柴油机曲轴箱通风阻塞或气缸密封不良，燃气泄入，使曲轴箱内压力升高。
　　② 压气机端O形密封圈损坏或材质老化而失去密封作用。
　　③ 涡轮增压器润滑油进口压力过高。正常压力为0.25~0.4兆帕，若压力高于0.6兆帕时，从排气消声器管口就会发现从增压器涡轮端泄漏机油。
　　④ 密封圈安装不正确或损坏。
涡轮增压器工作原理
涡轮增压器

    发动机是靠燃料在气缸内燃烧作功来产生功率的，输入的燃料量受到吸入气缸内空气量的限制，所产生的功率也会受到限制，如果发动机的运行性能已处于最佳状态，再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入气缸来增加燃料量，提高燃烧作功能力。在目前的技术条件下，涡轮增压器是唯一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。

　　构造

　　涡轮增压器是由涡轮室和增压器组成的机器，涡轮室进气口与排气歧管相连，排气口接在排气管上；增压器进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在进气歧管上。涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴刚性联接。

　　原理

　　涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。

　　技术

　　涡轮增压器安装在发动机的进排气歧管上，处在高温，高压和高速运转的工作状况下，其工作环境非常恶劣，工作要求又比较苛刻，因此对制造的材料和加工技术都要求很高。其中制造难度最高的是支承涡轮轴运转的“浮式轴承”，它工作转速可达10万转/分以上，加上环境温度可达六、七百度以上，决非一般轴承所能承受，由于轴承与机体内壁间有油液做冷却，又称“全浮式轴承”。

　　缺点

　　另外涡轮增压器虽然有协助发动机增力的作用，但也有它的缺点，其中最明显的是，“滞后响应”，即由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓，即使经过改良后的反应时间也要1.7秒，使发动机延迟增加或减少输出功率。这对于要突然加速或超车的汽车而言，瞬间会有点提不上劲的感觉。
涡轮增压器工作原理
改进

　　但是涡轮增压器毕竟是无本生利的事情，它是利用发动机的废气工作的，这些废气的能量如果不加以利用也会白白地浪费掉。因此，自从涡轮增压器面世以来，人们就经常对它进行技术改造，例如提高加工精度，尽量减少涡轮与涡轮室内壁的间隙，以便提高废气能量利用率；采用新型材料陶瓷，利用陶瓷的耐热高，刚度强，重量轻的优点，可以将涡轮增压器做得更加紧凑，体积更少，而且能减少涡轮的“滞后响应”时间。

　　在最近30年时间里，涡轮增压器已经普及到许多类型的汽车上，它弥补了一些自然吸气式发动机的先天不足，会发动机在不改变气缸工作容积的情况下可以提高输出功率10%以上，因此许多汽车制造公司都采用这种增压技术来改进发动机的输出功率，藉以实现轿车的高性能化。

汽车涡轮增压的作用和注意事项

　　发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的，输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制，所产生的功率也会受到限制，如果发动机的运行性能已处于最佳状态，再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入汽缸来增加燃料量，提高燃烧作功能力。在目前的技术条件下，涡轮增压器是惟一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。

　　涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入汽缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。

　　但是涡轮增压器虽然有协助发动机增力的作用，但也有它的缺点，其中最明显的是，“滞后响应”，即由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓，即使经过改良后的反应时间也要1．7秒，使发动机延迟增加或减少输出功率。这对于要突然加速或超车的汽车而言，瞬间会有点提不上劲的感觉。但是随着技术的改进，这一缺点正在被逐步克服。

　　在最近30年时间里，涡轮增压器已经普及到许多类型的汽车上，它弥补了一些自然吸气式发动机的先天不足，使发动机在不改变汽缸工作容积的情况下可以提高输出功率10％以上，因此许多汽车制造公司都采用这种增压技术来改进发动机的输出功率，藉以实现轿车的高性能化。

　　使用注意事项

　　由于涡轮增压器经常处于高速、高温下工作，增压器废气涡轮端的温度在600℃左右，增压器转子以832－1040r／min 的高速旋转，因此为了保证增压器的正常工作，使用中应注意以下几点：

　　1、不能着车就走。发动机发动后，特别是在冬季，应让其怠速运转一段时间，以便在增压器转子高速运转之前让润滑油充分润滑轴承。所以刚启动后千万不能猛轰油门，以防损坏增压器油封。

　　2、不能立即熄火。发动机长时间高速运转后，不能立即熄火。发动机工作时，有一部分机油供给涡轮增压器转子轴承润滑和用于冷却的。正在运行的发动机突然停机后，机油压力迅速下降为零，增压器涡轮部分的高温传到中间，轴承支承壳内的热量不能迅速带走，而同时增压器转子仍在惯性作用下高速旋转，因此，发动机热机状态下如果突然停机，会引起涡轮增压器内滞留的机油过热而损坏轴承和轴。所以发动机大负荷、长时间运行后，在熄火前应怠速运转3－5min，让增压器转子的转速降下来以后再熄火。特别要防止猛轰几脚油门后突然熄火。

　　3、 保持清洁。拆卸增压器时，要保持清洁，各管接头一定要用清洁的布堵塞好，防止杂物掉进增压器内，损坏转子。维修时应注意不要碰撞损坏叶轮，如果需要更换叶轮，应对其做动平衡试验。重新装复完毕后，要取出堵塞物。

　　4、由于增压器经常处于高温下运转，它的润滑油管线因受高温作用，内部机油容易有部分的结焦，这样会造成增压器轴承的润滑不足而损坏。因此，润滑油管线在运行一段时间后要进行清洗。

　　5、经常注意检查增压器的运转情况。在出车前、收车后，应检查气道各管的连接情况，防止松动、脱落而造成增压器失效和空气短路进入气缸。

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合理使用涡轮增压器

（1）柴油机的启动与加速
柴油机启动后，涡轮增压器即开始运转。务必先低速运行3-5min，待机油温度上升、流动性能好转，涡轮增压器得到充分润滑后，再提高转速并带负荷作业，以确保在高转速下增压器涡轮转子轴及轴承的润滑，避免柴油机负荷加大时增压器转子轴及轴承出现无油干磨擦或烧卡现象。
　　停机时间较长的柴油机，应做好预润滑，用机油壶往增压器的进油口注入一定量的机油，并用手转动叶轮，以保证涡轮转子轴与浮动轴承有承载油膜保护，发动机熄火前，要逐渐减少负荷，怠速运转3-5min后再停机，以防止发生结焦和轴承损坏；另外，柴油机不可长时间怠速运转，这样会增加油耗、加剧机件磨损，增压器也会因润滑压力过低而润滑不良，导致早期损坏。为此，怠速运转的时间一般不应超过10min。
　　（2）空负荷运转
　　防止长时间低速空转，怠速运转时间过长，排气侧正压力过低，涡轮端密封环的两侧气压不平衡，机油就会渗漏到涡轮壳。如果泄漏很轻微，会在负荷下烧尽而不致发生故障，但会污染涡轮叶片。因此，不要让涡轮增压柴油机在怠速下运转超过10min。
　　（3）停机
　　高温、高速运转的柴油机不可突然停机，以免润滑油中断，造成增压器转轴与轴套之间“咬死”。一旦停机，通信增压器的润滑油也停止流动。如果此时排气岐管的温度很高，其热量会传到增压器壳体，将停留在那里的润滑油熬成积炭。当这种积炭越积越多时就会阻塞进油口，导致轴套缺油，加速转轴与轴套之间的磨损，甚至会发生“咬死”的严重后果。因此，柴油机停机前一定要先卸荷，使其空转，待机温下降后再熄火。
　　停机后，机油泵不工作，机油压力迅速降至零，然而，增压器只要还在旋转，就需要机油润滑和冷却，一旦断油，残存在增压器内部的机油因高温而炭化，轴颈轴承和止推轴承很快会烧结。
　　柴油机工作时，涡轮直接暴露在高温排气中。若在全速下突然停机，高温的叶轮和涡轮壳体也会向转子轴传热，浮动轴承和密封环的温度将高达200-300℃，若无机油润滑、冷却，足以使转子轴变色发蓝。停机前怠速运转数分钟后，增压器内部零件的温度会大幅度下降。故停机前，应先逐渐拉小油门，怠速运转3-5min后再停机。
　　（4）预防维护
　　使用增压柴油机时，要有良好的维护保养习惯，特别是对空气滤清器、润滑油和机油滤清器等要做到定期更换。
　　A、增压器转子轴及轴承对润滑油的要求很高，必须按照技术规范使用增压型柴油机机油。机油应保持清洁、无污物，如机油中掺入灰尘、泥沙和金属屑粒等杂质，则会加速轴承的磨损，严重时会使增压器的叶片与壳体发生摩擦而使转速下降，造成增压器及柴油机性能急剧恶化，出现功率下降、黑烟过多、噪声增大、严重时转子轴两端和排气管的机油流出等现象。因此，必须严格按照技术规范对柴油机进行强制维护，定期检查、清洁机油滤清器或更换机油及滤芯。
　　B、确保柴油机润滑系统完好，确保所有通道的管路畅通，润滑油有足够的流量和压力。如果润滑油路阻塞，高转速运转的涡轮增压器在很短时间内，就可能造成涡轮转子轴及浮动轴承的严重摩损，使增压器失效。
　　C、确保各管路的紧固和密封牢靠，如空气滤清器到压气机、压气机到柴油机进气管、涡轮增压器与柴油机排气管等管路。涡轮增压器的密封原理与其他低转速机械完全不同，它通过涡轮转子轴两侧的密封活塞环，将两壳体内的气体压力封住，使两侧壳体内气体压力大大高于中间体回油腔内的压力，从而实现密封。当连接增压器的管路出现漏气时，就会造成两侧气体压力不平衡，引起增压器两侧或单侧漏油。
　　D、更换增压器时，应在进油口处注入少许机油，启动后确认有机油流出回油口为止，增压器机油必须采用CD级以上品质的机油；同时更换机油滤清器，且注意更换的增压器必须与原机配套，否则，会使柴油机温度剧增，功率下降，甚至无法工作。
　　E、对柴油机进行状态监测，定期检查，注意涡轮增压器有无异响或振动加剧的现象；检查涡轮增压器的压气叶轮端（冷端）和外壳温度不应烫手，油管和接头均不得有渗漏现象。注意排气烟色、曲轴箱是否窜气、水温油温、机油消耗、机油压力及异常噪声等。
　　F、使用清洁的软水和指定牌号的机油。
　　与涡轮增压器有关的故障现象，主要表现为柴油机排气烟色不良（冒黑烟或蓝烟）、涡轮增压器异响（噪声过大、周期生声响即喘振、啸声）、漏油（从压气叶轮侧或涡轮侧）和过热（发红）等。
（5）随机检查
当涡轮增压器出现故障时，不要立即将增压器总成拆下，而是将空气滤清器与压气机之间的进气管脱开，并进行如下检查：
　　转动灵活性检查：用手指拨动压气机叶轮，转子应当不发涩、无卡滞、并可依靠惯性旋转2-3圈以上，同时废气涡轮与压气机中轮在回转过程中与壳体无碰撞现象。
　　运转间隙检查：利用百分表和塞尺，分别测定转子和轴向窜动量（一般为25-100μm)和转轴在压气叶轮凸缘端受拇指侧推压力后的径向游隙（一般为75-160μm）。
　　2、更换增压器的安装要领
　　涡轮增压器失效后，一般都要更换浮动轴承，涡轮转子、密封环、止推轴承以及其他受损零件。如果修理，从零件成本来讲不合算，而且用户缺乏转子动平衡试验和多项泄漏试验的手段，因此常需更换增压器总成，安装新涡轮增压器时应按以下步骤进行。
　　（1）清洗并换油。涡轮增压器失效后，内部零件严重损坏而产生的大量金属屑会加速机油的劣化。因此，更换新的增压器前，务必将柴油机的旧油放尽，清洗润滑系统，更换滤芯，然后再重新注入机油。
　　（2）检查异物。检查空滤器、进排气管中有无杂物、碎屑，即使细小或柔软的异物都会损坏叶轮。更换新的排气法兰密封垫片。
　　（3）安装就位。将涡轮增压器安装到柴油机上，如果新增压器的壳体或U形卡箍的螺栓、螺母未拧紧，应重新调整两端壳体的相对位置，按规定的扭矩拧紧螺栓，锁紧防松垫片。
　　（4）预先润滑。将机油从增压器的进油孔注入，转动压气机叶轮数次，使转子轴承充油后，再注入适量机油，确认回油孔（大孔）出油后，再连接进、出油管，最后检查曲轴箱油位。
　　（5）连接进气管。用手指拨动压气机叶轮，检查转子是否旋转灵活，如果有磨擦和刮壳的感觉，要检查压气机壳或涡轮壳是否对中。对于盖瑞特T04B型等增压器，磨合之前稍有阻尼亦属于正常。最后安装空气滤清器与压气机进口的连接管。
　　（6）启动试动转。在启动柴油机前，先用起动马达盘车10-15S，直到机油压力表显示油压已建立为止。然后，启动柴油机，在加速前怠速转3-4min。试运转过程中，应检查增压器的机油有无外漏。
如何延长涡轮增压器的使用寿命

涡轮增压器是增压柴油机的重要部件之一，它将来自空气滤清器的空气加压、增加充气量，以提高柴油的功率。由于增压器的工作环境恶劣，使用常出现增压器损环漏油而频繁更换的现象。如我单位一台T200型推土机上的柴油机一年内就更换了5台增压器，使该推土机全年仅增压器的备件费就达15000元，因更换增压器一项的累计故障停机时间就在10h，且严重地影响了推土机的使用效率和经济性。实践表明，增压器的使用寿命除与制造质量有关外，主要与操作不当、安装不规范和润滑不良等因素有关。
  1、涡轮增压器损坏的原因
  （1）润滑不良是增压器损环的主要原因。润滑不良主要表现在润滑部位无润滑油、润滑油不足、润滑油管路泄漏及润滑油变质。前三种现象主要是操作不当直接造成的：如发动机一经启动就加负荷，此时润滑油的压力和温度还不能满足增压器的运行需要，润滑油严重不足，会对增压器造成致命的损坏；若柴油机在运行时突然停机，此时机油泵停止工作，但增压器仍在高温、无油状态下继续运转，因而积蓄在鲅蛊髂诘娜攘康貌坏缴⒎ⅲ 渲岢杏锌赡芤蚬 榷 斐赡ニ鸹蛞 溃环⒍ 舫な奔涞∷僭俗 掀 沽 脱蛊 说目掌 沽 系停ǖ陀谠鲅蛊髂谌蠡 偷难沽Γ 由显鲅蛊髟诘∷僭俗 钡淖 俳系停 斐稍鲅蛊鞲髟硕 倍寄岩孕纬捎湍ぃ 佣 贾挛新侄撕脱蛊 寺┯停蝗粼谖新肿 又嵝 拔锤 渥⒂途褪怪 度朐诵校 率刮新肿 佑妥园沧捌鹁腿蠡 涣肌Ｈ蠡 渲手饕 赣偷卓悄诨 捅渲驶蚴歉呶氯计 蛎芊獠谎希 肓烁《 岢校 斐删植咳蠡 捅渲剩 佣 乖鲅蛊魅蠡 涣肌?br>  （2）杂质的进入加剧了增压器的损坏。杂质以不同路径进入增压器摩擦副后，会加速浮动轴承的磨损，导致增压器泄漏。杂质来源有以下途径：安装增压器时水能更换机油和主油道机油滤芯，使机油中杂质不能及时被清除；空气经过空气滤清器时，滤清效果差，杂质被带入；排气管道中的积炭等杂质，从涡轮端渗入；机油中杂质沿润滑油路进入；进气系统漏气，使灰尘和泥沙被吸入压气机壳，造成叶片磨损。
  （3）涡轮增压器处在高温、高转速下工作，其涡轮和压气机叶片的工作环境恶劣，容易产生疲劳损坏。
  2、延长涡轮增压器使用寿命的主要措施
  （1）严格执行柴油机操作规程。柴油机启动时，先怠速运转3-5min，待浮动轴承达到工作润滑状态后方可加负荷；正常停机前，柴油机应逐渐减小负荷，并经过3-5min的怠速运转，使涡轮温度逐渐降低后才能停机。应尽量减少紧急停机次数，同时避免启动或停机时加大油门及发动机长时间怠速运转。
  （2）严格执行增压器安装规程。安装规程要求：安装前清洗油底壳、换掉主油道机油滤芯、加足规定品牌的机油；用螺堵堵住润滑油进油孔，经润滑油回油孔给涡轮转子轴注油少许，用手伸进增压器废气进气口拨动涡轮转子轴旋转，直至润滑油回油孔有油溢出；取出丝堵、连接、坚固所有连接螺栓及紧固夹箍螺钉。
  （3）严格执行设备维护保养规程。发动机每工作100-150h清洗一次空气滤清器，必要时更换空气滤清器滤芯，同时更换或清洗机油滤清器滤芯；发动机每工作150-200h检查润滑油油质，必要时更换润滑油。
  （4）严格按标准点检设备。作业前、后检查增压器上各连接螺栓、夹箍螺钉有否松动，及时消除漏气、漏油现象；经常清理增压器的油污及尘土，以便及时发现增压器是否漏油、漏气；检查空气滤清器并清洁滤芯；检查润滑油质是否正常，必要是更换。
  （5）严格执行“三过滤”与“三清洁”的润滑油使用基本原则，确保润滑油清洁。
  （6）强化培训、提高驾驶员的操作技能，是延长增压器使用寿命的关键。高温、高速导致增压器的运行环境恶劣，润滑难度大，因而要求驾驶员掌握过硬的操作技能，管好用好增压器。
  总之，通过采取以上措施，第二年该台推土机全年只更换了一台增压器，节约备件费12000元、减少设备故障停机时间8h，延长了增压器的使用寿命，保证了推土机的工作状况良好。

rocking

太多了，一下子吸收不了，我会慢慢 咀嚼！慢慢消化！谢了！

英明叔叔

不错！比我们大学里老师讲的好多了！

sunyd2781

足足看了两个小时。我看，再外行的人，看了之后也得变成专家。哈哈哈。
谢谢，非常的感谢。