摘要：由于廢氣渦輪增壓系統結構緊湊，體積小，有較高的效率，所配柴油機的特性也較好（增壓壓力較高，耗油率較低等），所以廢氣渦輪增壓器在柴油機上獲得最廣泛的應用。用在發(fā)電機組上的柴油機裝有廢氣渦輪增壓器，可以增大扭矩，提高牽引性能，因而可增加載重量，改善各種工作條件下的適應性；同時(shí)還減小排氣污染。

一、增壓系統的類(lèi)別和優(yōu)勢

利用增壓器將壓縮空氣壓入汽缸以增加柴油機充氣量的方法稱(chēng)為增壓。

根據驅動(dòng)增壓器所用能量的來(lái)源不同，分為三類(lèi)：

（1）機械增壓系統，它的增壓器直接由柴油機曲軸驅動(dòng)：

（2）廢氣渦輪增壓系統，增壓器由柴油機排出的廢氣驅動(dòng)；

（3）復合增壓系統，由上述兩種系統組合而成。

柴油機采用廢氣渦輪增壓是提高發(fā)動(dòng)機功率（一般可以增加功率30％～100％，甚至更多），降低油耗率（一般能使耗油率降低3％～10％），減小單位馬力重量，縮小外形尺寸，節約原材料的一項最有效措施。

采用增壓技術(shù)對在高原地區使用的發(fā)動(dòng)機有重要意義。因為高原地區空氣稀薄、氣壓低，導致功率下降（一般海拔高度每升高1000m，功率下降8％～10％）。裝用增壓器后，不僅功率可得到恢復，而經(jīng)濟效果也尤為顯著(zhù)。

采用增壓技術(shù)后，可以擴大柴油機的使用范圍，減小柴油機系列品種。因此，柴油機增壓得到廣泛的應用。

二、廢氣渦輪增壓器的工作原理

1．增壓

隨著(zhù)燃油噴射和計算機控制燃燒系統使用的增多，渦輪增壓器已經(jīng)成為汽油和柴油發(fā)動(dòng)機上的常用部件。過(guò)去，只有大型的發(fā)動(dòng)機才采用渦輪增壓器?，F在，隨著(zhù)計算機帶來(lái)的精確控制，渦輪增壓器使得小發(fā)動(dòng)機也更有效率并能實(shí)現更高的功率。要學(xué)習渦輪增壓器，必須首先對增壓進(jìn)行定義。

在進(jìn)氣沖程中活塞向下移動(dòng)時(shí)，真空就產(chǎn)生了。這個(gè)真空將空氣和燃油吸入發(fā)動(dòng)機。這種設計被稱(chēng)為自然吸氣。進(jìn)入發(fā)動(dòng)機的空氣量取決于大氣壓力。大多數發(fā)動(dòng)機都是自然吸氣式的。但是，自然吸氣式的發(fā)動(dòng)機在某些條件下可能會(huì )出現功率不足的情況。

為了克服功率不足的問(wèn)題，發(fā)動(dòng)機可以進(jìn)行增壓。發(fā)動(dòng)機增壓意味著(zhù)向汽缸提供的空氣比單純活塞吸入的空氣更多。這樣發(fā)動(dòng)機就不是自然吸氣的，而是增壓的了。當更多的空氣被壓入汽缸時(shí)，就必然要增加燃油量以保持14.7：1的空燃比。做到這一點(diǎn)，功率就會(huì )增大。有時(shí)，發(fā)動(dòng)機增壓能夠增加最高50％的功率。

2．增壓機工作原理

增壓機或渦輪增壓器都可用于增壓吸氣，增壓機是一個(gè)將空氣壓入發(fā)動(dòng)機的機械空氣泵。它是由一組與曲軸相連的齒輪或傳動(dòng)帶驅動(dòng)的。由于它的運轉需要發(fā)動(dòng)機動(dòng)力，也就造成了發(fā)動(dòng)機相當大的摩擦損失。

廢氣渦輪增壓器主要由渦輪和壓氣發(fā)電機組成，其工作原理如圖1所示。

柴油機排出的具有500℃～650℃高溫和一定壓力的廢氣經(jīng)排氣管進(jìn)入渦輪殼里的噴嘴環(huán)。由于廢氣通過(guò)噴嘴環(huán)的面積是逐漸收縮的，因而廢氣的壓力和溫度下降，速度提高，使其動(dòng)能增加。這股高速的廢氣流，按一定方向沖擊渦輪，使渦輪高速旋轉。廢氣的壓力、溫度和速度越高，渦輪轉得也越快。通過(guò)渦輪的廢氣最后排入大氣。

因為渦輪和壓氣機葉輪是固裝在同一根轉動(dòng)軸上的，所以?xún)烧咄傩D，這樣，就將經(jīng)過(guò)空氣濾清器濾清過(guò)的空氣吸入壓氣機殼。高速旋轉的壓氣機葉輪的空氣甩向葉輪的外緣，使其速度和壓力增加，并進(jìn)入擴壓器。擴壓器的形狀做成進(jìn)口小、出口大，因此氣流的速度下降壓力升高。再通過(guò)斷面由小到大的環(huán)形壓氣機殼，使空氣流的壓力繼續提高。這些壓縮空氣經(jīng)柴油機進(jìn)氣管進(jìn)入汽缸與柴油混合燃燒從而使發(fā)動(dòng)機發(fā)出更大的功率。

3．廢氣渦輪增壓器的構造

廢氣渦輪增壓器的構造如圖2所示。它由渦輪殼、中間殼、壓氣機殼、轉子體及浮動(dòng)軸承等主要零件組成。渦輪殼與發(fā)動(dòng)機排氣管連接。壓氣機殼的進(jìn)口與空氣濾清器的空氣道相連接，而其出口則通往發(fā)動(dòng)機汽缸。壓氣機的擴壓器由壓氣機殼與中間殼之間的間隙構成。轉子體由轉子軸、壓氣機葉輪和渦輪組成，焊在轉子軸上。壓氣機葉輪為鋁金鑄件，用螺母固定在轉子軸上。轉子體在裝到增壓器之前應進(jìn)行靜平衡和動(dòng)平衡檢驗，允許其不平衡度在一定范圍內。

廢氣渦輪轉子高達數萬(wàn)轉以上，一般機械中的常用軸承不能保證轉子在高速下工作。在徑流式廢氣渦輪增壓器上普遍采用浮動(dòng)軸承。浮動(dòng)軸承與轉子軸和中間殼之間都有間隙，當轉子軸高速旋轉時(shí)，具有一定壓力的潤滑油充滿(mǎn)這兩個(gè)間隙，使浮動(dòng)軸承在內、外兩層油膜中隨轉子軸同向旋轉，但其轉速比轉子速度低得多，從而使軸承對軸承孔和轉子軸的相對線(xiàn)速度大大下降。由于有雙層油膜，可以雙層冷卻和產(chǎn)生雙層阻尼。因此，浮動(dòng)軸承具有高速輕載下工作可靠、減少轉子體的振動(dòng)、加工拆裝方便等優(yōu)點(diǎn)。

廢氣渦輪增壓器所需要的潤滑油來(lái)自發(fā)動(dòng)機的主油道，通過(guò)細濾器再次濾清后，進(jìn)入增壓器的中間殼，經(jīng)下部的出油口流回曲軸箱，形成一條不斷循環(huán)的潤滑油路。

為了防止壓氣機的壓縮空氣和渦輪的廢氣泄漏到中間殼，造成增壓效果下降和渦輪功率下降，以及高溫廢氣對軸承的影響，在廢氣渦輪增壓器中設有密封裝置。在壓氣機葉輪和中間殼之間裝有0形橡膠密封圈和氣封板；在轉子軸和中間殼之間裝有密封環(huán)。此外，為了防止潤滑油進(jìn)入壓氣機，在壓氣機端的轉子軸上還裝有擋油板。

在中間殼和渦輪殼之間還裝有隔熱板，以減少高溫廢氣對潤滑油的不利影響。廢氣渦輪增壓器的冷卻，一般是采用自然空氣冷卻，也有在中間殼制有夾水層的，如10ZJ廢氣渦輪增壓器。

對非增壓柴油機進(jìn)行增壓改革，最簡(jiǎn)單的方法是裝上合適的增壓器，調換進(jìn)、排氣管，適當增加供油量，以及增加潤滑增壓器的油路，其他結構可不作改動(dòng)。實(shí)踐表明，可使柴油機功率增加20％～30％，且排氣煙色轉好。

4．增壓器的潤滑

通常，廢氣渦輪增壓器必須強制潤滑，下面是典型的潤滑油路。潤滑油從機油盤(pán)由機油泵泵出，過(guò)濾后通過(guò)增壓器進(jìn)油管送入增壓器，如圖3所示。