技術的來源
發動機是靠燃料在汽缸內燃燒作功來產生功率的,輸入的燃料量受到吸入汽缸內空氣量的限制,所產生的功率也會受到限制,如果發動機的運行性能已處于最佳狀態,再增加輸出功率只能通過壓縮更多的空氣進入汽缸來增加燃料量,提高燃燒作功能力。在目前的技術條件下,渦輪增壓器是惟一能使發動機在工作效率不變的情況下增加輸出功率的機械裝置。
渦輪增壓器實際上是一種空氣壓縮機,通過壓縮空氣來增加進氣量。它是利用發動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內的渦輪,渦輪又帶動同軸的葉輪,葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣,使之增壓進入汽缸。當發動機轉速增快,廢氣排出速度與渦輪轉速也同步增快,葉輪就壓縮更多的空氣進入汽缸,空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料,相應增加燃料量和調整一下發動機的轉速,就可以增加發動機的輸出功率了。


但是事物總有矛盾性,空氣壓力的提高就是空氣密度的提高,空氣密度的提高必然會使空氣溫度也同時增高,這如同給輪胎打氣時泵會發熱一樣。發動機渦輪增壓器的出風口溫度也會隨著壓力增大而升高,溫度提高反過來會限制空氣密度的提高,要進一步提高空氣密度就要降低增壓空氣的溫度。據實驗顯示,在相同的空燃比條件下,增壓空氣溫度每下降10攝氏度,柴油機功率能提高3%~5%,還能降低排放中的氮氧化合物NOx,改善發動機的低速性能。因此,也就產生了中間冷卻技術。


增壓器的特性
渦輪增壓器安裝在發動機的進排氣歧管上,處在高溫、高壓和高速運轉的工作狀況下,其工作環境非常惡劣,工作要求又比較苛刻,因此對制造的材料和加工技術都要求很高。
其中制造難度最高的是支承渦輪軸運轉的“浮式軸承”,它工作轉速可達10萬轉/分以上,加上環境溫度可達六、七百度以上,決非一般軸承所能承受,由于軸承與機體內壁間有油液做冷卻,又稱“全浮式軸承”。這種軸承可以吸收由于軸的輕度失衡在高速工作時產生的振動。軸的軸向負荷由推力軸承承受。軸承殼由機油進行內冷和潤滑,以防止咬粘和其它滑動件出現故障。斷機油4秒、缺機油8秒可致軸承損壞。
渦輪增壓器雖然有協助發動機增力的作用,但也有它的缺點,其中最明顯的是“滯后響應”,即由于葉輪的慣性作用對油門驟時變化反應遲緩,即使經過改良后的反應時間也要1.7秒,使發動機延遲增加或減少輸出功率。這對于要突然加速或超車的汽車而言,瞬間會有點提不上勁的感覺。但是隨著技術的改進,這一缺點正在被逐步克服。
使用注意事項
由于渦輪增壓器經常處于高速、高溫下工作,增壓器廢氣渦輪端的溫度在600℃左右,增壓器轉子高速旋轉,因此為了保證增壓器的正常工作,使用中應注意以下幾點:
不能著車就走。發動機發動后,特別是在冬季,應讓其怠速運轉一段時間,以便在增壓器轉子高速運轉之前讓潤滑油充分潤滑軸承。所以剛啟動后千萬不能猛轟油門,以防損壞增壓器油封。
不能立即熄火。發動機長時間高速運轉后,不能立即熄火。發動機工作時,有一部分機油供給渦輪增壓器轉子軸承潤滑和用于冷卻的。正在運行的發動機突然停機后,機油壓力迅速下降為零,增壓器渦輪部分的高溫傳到中間,軸承支承殼內的熱量不能迅速帶走,而同時增壓器轉子仍在慣性作用下高速旋轉,因此,發動機熱機狀態下如果突然停機,會引起渦輪增壓器內滯留的機油過熱而損壞軸承和軸。所以發動機大負荷、長時間運行后,在熄火前應怠速運轉3~5min,讓增壓器轉子的轉速降下來以后再熄火。特別要防止猛轟幾腳油門后突然熄火。
保持清潔。拆卸增壓器時,要保持清潔,各管接頭一定要用清潔的布堵塞好,防止雜物掉進增壓器內,損壞轉子。維修時應注意不要碰撞損壞葉輪,如果需要更換葉輪,應對其做動平衡試驗。重新裝復完畢后,要取出堵塞物。
車輛行駛中注意機油壓力的情況。不能讓發動機長期在機油壓力低的工況下工作。
經常注意檢查增壓器的運轉情況。在出車前、收車后,應檢查氣道各管的連接情況,防止松動、脫落而造成增壓器失效和空氣短路進入氣缸。
主要故障現象
葉輪損壞
軸向、徑向間隙過大,松動
增壓器漏油
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