技术的来源
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。
但是事物总有矛盾性,空气压力的提高就是空气密度的提高,空气密度的提高必然会使空气温度也同时增高,这如同给轮胎打气时泵会发热一样。发动机涡轮增压器的出风口温度也会随着压力增大而升高,温度提高反过来会限制空气密度的提高,要进一步提高空气密度就要降低增压空气的温度。据实验显示,在相同的空燃比条件下,增压空气温度每下降10摄氏度,柴油机功率能提高3%~5%,还能降低排放中的氮氧化合物NOx,改善发动机的低速性能。因此,也就产生了中间冷却技术。
增压器的特性
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”。这种轴承可以吸收由于轴的轻度失衡在高速工作时产生的振动。轴的轴向负荷由推力轴承承受。轴承壳由机油进行内冷和润滑,以防止咬粘和其它滑动件出现故障。断机油4秒、缺机油8秒可致轴承损坏。
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。
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:
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。
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。
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。
车辆行驶中注意机油压力的情况。不能让发动机长期在机油压力低的工况下工作。
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。
主要故障现象
叶轮损坏
轴向、径向间隙过大,松动
增压器漏油
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