渦輪增壓器已經(jīng)普及到許多類型的汽車上,它彌補(bǔ)了一些自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的先天不足,使發(fā)動(dòng)機(jī)在不改變排氣量的情況下可以提高輸出功率30%以上。因此許多汽車制造公司都采用這種增壓技術(shù)來(lái)改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率,藉以實(shí)現(xiàn)轎車的高性能化。對(duì)增壓器和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行理論計(jì)算,選擇合適的增壓器增壓度和發(fā)動(dòng)機(jī)的一些參數(shù),鑒于增壓器的工作特點(diǎn)以及發(fā)動(dòng)機(jī)很好匹配的原則,確定合適的匹配參數(shù)。國(guó)內(nèi)的增壓器廠家也對(duì)增壓器的匹配有過(guò)一些研究,介紹了如何合理選用國(guó)產(chǎn)增壓器代替已損壞的進(jìn)口增壓柴油機(jī)增壓器的方法,并給出了國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的各種渦輪增壓器的技術(shù)參考。多種進(jìn)口機(jī)械的增壓柴油機(jī)進(jìn)行了國(guó)產(chǎn)增壓器的匹配試驗(yàn),,都取得了成功 。振動(dòng)篩式氣液增壓器可輕松將低壓空氣能轉(zhuǎn)換為高壓油能,可替代復(fù)雜的機(jī)械液壓裝置,如液壓泵。保時(shí)捷渦輪增壓器
增壓器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣一側(cè),所以增壓器的工作溫度很高,而且增壓器在工作時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速非常高,可達(dá)到每分鐘十幾萬(wàn)轉(zhuǎn),如此高的轉(zhuǎn)速和溫度使得常見(jiàn)的機(jī)械滾針或滾珠軸承無(wú)法為轉(zhuǎn)子工作,因此渦輪增壓器普遍采用全浮動(dòng)軸承,由機(jī)油來(lái)進(jìn)行潤(rùn)滑,還有冷卻液為增壓器進(jìn)行冷卻。以前,渦輪增壓器大都用在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上,因?yàn)槠秃筒裼偷娜紵绞讲灰粯?,因此發(fā)動(dòng)機(jī)采用渦輪增壓器的形式也有所區(qū)別。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)不同于柴油發(fā)動(dòng)機(jī),它進(jìn)入氣缸的不是空氣,而是汽油與空氣的混合氣,壓力過(guò)大容易爆燃。因此,安裝渦輪增壓器必須要避免爆燃,這里涉及兩個(gè)相關(guān)問(wèn)題,一個(gè)是高溫控制,另一個(gè)是點(diǎn)火時(shí)間控制。上汽依維柯渦輪增壓器增壓壓力值的選取應(yīng)在功率和燃油消耗率兩者之間尋求很好的妥協(xié)方案。
發(fā)動(dòng)機(jī)是靠燃料在汽缸內(nèi)燃燒作功來(lái)產(chǎn)生功率的,由于輸入的燃料量受到吸入汽缸內(nèi)空氣量的限制,因此發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的功率也會(huì)受到限制,如果發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能已處于**佳狀態(tài),再增加輸出功率只能通過(guò)壓縮更多的空氣進(jìn)入汽缸來(lái)增加燃料量,從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)作功能力。渦輪系統(tǒng)是增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中**常見(jiàn)的增壓系統(tǒng)之一。如果在相同的單位時(shí)間里,能夠把更多的空氣及燃油的混合氣強(qiáng)制擠入汽缸(燃燒室)進(jìn)行壓縮燃爆動(dòng)作(小排氣量的引擎能“吸入”和大排氣量相同的空氣,提高容積效率),便能在相同的轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生較自然進(jìn)氣發(fā)動(dòng)機(jī)更大的動(dòng)力輸出。情形就像你拿一臺(tái)電風(fēng)扇向汽缸內(nèi)吹,硬是把風(fēng)往里面灌,使里面的空氣量增多,以得到較大的馬力,只是這個(gè)扇子不是用電動(dòng)馬達(dá),而是用引擎排出的廢氣來(lái)驅(qū)動(dòng)。一般而言,引擎在配合這樣的一個(gè)“強(qiáng)制進(jìn)氣”的動(dòng)作后,起碼都能提升30%-40%的額外動(dòng)力,如此驚人的效果就是渦輪增壓器令人愛(ài)不釋手的原因。況且,獲得完美的燃燒效率以及讓動(dòng)力得以大幅提升,原本就是渦輪增壓系統(tǒng)所能提供給車輛**大的價(jià)值所在。那渦輪增壓器的工作原理到底是怎么樣的呢?首先發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣,推動(dòng)渦輪排氣端的渦輪葉輪(上圖右邊),并使之旋轉(zhuǎn)。
雙螺旋式機(jī)械增壓器:類似于“魯式”機(jī)械增壓器,雙螺旋式機(jī)械增壓器/羅茨風(fēng)機(jī)通過(guò)兩根類似于一組渦輪傳動(dòng)的嚙合凸緣轉(zhuǎn)子吸入空氣,增壓器中的空氣也是通過(guò)轉(zhuǎn)子凸緣集中起來(lái)吸入的。但不同的是,雙螺旋式機(jī)械增壓器還會(huì)壓縮轉(zhuǎn)子殼體內(nèi)的空氣。其原因在于這些轉(zhuǎn)子具有錐度,這意味著隨著空氣從增壓器進(jìn)氣口流向排氣口,氣道會(huì)變小。隨著氣道的收縮,空氣便被壓入到更小的空間,使得空氣的壓縮可以連續(xù)進(jìn)行,提高增壓器的效率,使得增壓器不需要造得十分龐大。不過(guò),因轉(zhuǎn)子凸緣的形制需要,在制造過(guò)程中需要精密的加工,這增加了增壓器的制造成本。有些雙螺旋式機(jī)械增壓器與魯式機(jī)械增壓器一樣,也放在發(fā)動(dòng)機(jī)的上方,當(dāng)然也可以放置在引擎的一側(cè)。因原理與“魯式”增壓器的相似性,從排氣口排出的壓縮空氣和“魯式”增壓器一樣會(huì)呼呼作響,因此必須使用降噪技術(shù)消除這些聲音。渦輪增壓器具有很高的可靠性和良好的匹配特性,高瞬態(tài)響應(yīng)特性。
發(fā)動(dòng)機(jī)排氣經(jīng)蝸殼引導(dǎo)進(jìn)入葉片式噴管。噴管是由相鄰葉片構(gòu)成的漸縮形流道。排氣流過(guò)噴管時(shí)降壓、降溫、增速、膨脹,使排氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能。由噴管流出的高速氣流沖擊葉輪,并在葉片所形成的流道中繼續(xù)膨脹作功,推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)。渦輪機(jī)葉輪經(jīng)常在900℃高溫的排氣沖擊下工作,并承受巨大的離心力作用,所以采用鎳基耐熱合金鋼或陶瓷材料制造。用質(zhì)量輕并且耐熱的陶瓷材料可使渦輪機(jī)葉輪的質(zhì)量大約減小2/3,渦輪增壓加速滯后的問(wèn)題也在很大程度上得到改善。噴管葉片用耐熱和抗腐蝕的合金鋼鑄造或機(jī)械加工成形。蝸殼用耐熱合金鑄鐵鑄造,內(nèi)表面應(yīng)該光潔,以減少氣體流動(dòng)損失。3.轉(zhuǎn)子渦輪機(jī)葉輪、壓氣機(jī)葉輪和密封套等零件安裝在增壓器軸上,構(gòu)成渦輪增壓器轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子以超過(guò)100000r/min,比較高可達(dá)200000r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),因此,轉(zhuǎn)子的平衡是非常重要的。增壓器軸在工作中承受彎曲和扭轉(zhuǎn)交變應(yīng)力,一般用韌性好、強(qiáng)度高的合金鋼40Cr或18CrNiWA制造。4.增壓器軸承增壓器軸承的結(jié)構(gòu)是車用渦輪增壓器可靠性的關(guān)鍵之一?,F(xiàn)代車用渦輪增壓器都采用浮動(dòng)軸承。浮動(dòng)軸承實(shí)際上是套在軸上的圓環(huán)。圓環(huán)與軸以及圓環(huán)與軸承座之間都有間隙,形成雙層油膜。圓環(huán)浮在軸與軸承座之間。要十分注意機(jī)油的質(zhì)量,不宜將渦輪增壓器汽車視同一般汽車進(jìn)行操作。本田思域1.0渦輪增壓器
為了保證增壓器的正常工作,使用中應(yīng)注意不能著車就走。保時(shí)捷渦輪增壓器
增壓器引起喘振的原因的具體分析:柴油機(jī)突降轉(zhuǎn)速或突卸負(fù)載時(shí)或載荷出現(xiàn)較動(dòng),由于增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不能很快地跟隨柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的下降而下降,造成柴油機(jī)過(guò)渡過(guò)程的喘振。增壓器與柴油機(jī)是需匹配工作的,壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速愈高,吸氣量愈大,而柴油機(jī)發(fā)出的功率愈大,所需的空氣量也愈多。當(dāng)柴油機(jī)降轉(zhuǎn)速、卸負(fù)載時(shí),氣缸內(nèi)所需的空氣量也急劇減少,而增壓器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速卻一時(shí)無(wú)法同步下降,使增壓器壓氣機(jī)吸氣量與柴油機(jī)氣缸所需要的相比顯得過(guò)多,反而使部分多余的空氣堵塞在壓氣機(jī)進(jìn)口處而發(fā)生喘振,只有增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降到與柴油機(jī)基本匹配時(shí)才會(huì)趨于正常。在裝車功率下,柴油機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?000r/min下降到430r/min,相當(dāng)于增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速?gòu)?3000r/min左右下降到3000r/min,根據(jù)聯(lián)合調(diào)節(jié)器升、降速特性規(guī)定柴油機(jī)約需18s,增壓器約需30s。因此,兩者本身轉(zhuǎn)速下降的速率即有著很大的差異。保時(shí)捷渦輪增壓器
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