涡轮增压器基础知识概论课件

1、涡轮增压器基础知识概论一、各大生产厂商及零件号说明1.主机厂及涡轮增压器专业生产厂1.1 主机厂:研发和生产整套机械设备总成的厂家,如CUMMINS,CATERPILLAR,COMATSU,等. 系列及零件号特点1.2 专业生产厂:专门生产研发和生产增压器的厂家,如HOLSET,GARRETT,IHI,KKK,SCHWITZER,等.几大专业生产厂:Honeywell-Garrett系列: T系列,GT系列零件号特点: XXXXX-XXXX “X” 全部为数字 如: TO4B91系列的 409410-0002 (4N6859)注:465044-5051 与 465044-0051 是互换的HO

2、LSET (CUMMINS)系列:H系列(H1C,WH1C), HC系列(HC5A), HT系列(HT3B), HX系列(HX35,HX35W)零件号特点: XXXXXXX “X” 全部为数字 如: H1C系列的 3522778 (6BT 3802289BorgWarner (包括KKK和 Schwitzer 2个分公司) a Schwitzer系列:classic系列(3LM,4MF 等), S系列(S2A,S2E等), HT系列(HT3B), 零件号特点: XXXXXX “X” 全部为数字 如:3LM系列的 159623 (4N8969)b .KKK系列:K系列(K27,K03) ,B系列

3、,KP系列 零件号特点: XXXX-XXX-XXXX “X” 全部为数字 如: K27系列的 5327-988-6206 (Mercedes OM422)Mitsubishi 系列: TD系列(TDO6,TDO7),TE系列 零件号特点: XXXXX-XXXXX “X” 全部为数字 如: TDO6系列的 49179-02260 (5I7952)IHI 系列: RHC系列(RHC7等),RHB系列,RHE系列 零件号特点: #XXXXXX “#”为字母 “X” 为数字 如: RHC7系列的 NH170048 NH170048 （EX200-1 1-14400-2100）2.零件号的对比说明 通常

4、每台增压器有2个互换号，即主机厂号和专业生产厂号 （CUMMINS除外） 相互换。 通过查Turbocharger catalog .xls下列上 可以清楚 说明:OEM是 Original equipment manufacturer 的缩写。 由于CUMMINS的产品在各国生产所命名的零件号有所差异，导致它同一台机器可能会有2个甚至更多的互换号。二、涡轮增压器的工作原理涡轮增压器最早是用于跑车或方程式赛车上，以使发动机迸发出更大的功率。 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

5、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。 2.1工作机理：大家由图可知，当发动机正常工作时，从发动机排气门排出的废气及排气管进入到涡轮增压器右端，从而吹动涡轮高速旋转。与涡轮同轴的左端叶轮也同时做高速旋转，叶轮左端的箭头代表从空气滤清器过来的新鲜空气，新鲜空气进入到叶轮端后，由于叶轮高速旋转从而压缩了新鲜空气，并且在压气机壳内形成二次压缩后形成增压。增压后的新鲜空气要首先经过中冷器进行冷却。因为叶轮的搅动升高了

6、空气的温度，从而降低了空气的密度，为了保证进气量，因此必须对增压后的高温气体实行冷却。 经过中冷器的空气在经过进气管后再进入气缸开始工作。涡轮增压由于进气压力高，因此在排气过程中能够充分扫清上一循环工作过程中的残余废气，达到了排气干净的目的，并能为下一次燃烧做好准备，也利于下一次燃烧充分，从而减少有害物质的排放。2.2 涡轮增压器在应用中的优缺点：1.优点：a 增大马力：众所周知发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的，由于输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制，因此发动机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，

7、从而提高燃烧作功能力。因此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。b 节省燃油：由于增压系统和中冷器的使用发动机作功行程压缩空气量的增加，使得喷油量相对减少,从而减少了燃油消耗量。c 改善排气质量：由于加入充足的压缩空气使燃油充分燃烧可使排气质量大幅提高，降低汽车排放有害物、减少温室效应气CO2、保护环境等方面起到了重要作用。d 有利于高原作业：发动机高原作业时，由于海拔高，燃油燃点降低，达不到设计时的输出动力，通过增压系统的增压作用后，能显著改善发动机“水不服”这一弊病。2.缺点： 涡轮迟滞：涡轮增压器虽然有协助发动机增力的作用，但也有它的

8、缺点，其中最明显的是，“迟滞响应”，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。 现在越来越多的原装涡轮发动机在得到比自然进气机更大动力的同时，尽量把涡轮迟滞降低。争取让其表现接近自然进气发动机的线性。使涡轮车的亲近性与易驾性更接近非涡轮车。 表现：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。如果是大增压发动机，涡轮迟滞大，预示着其可能突然发力，对于平常驾驶将难以把握，驾驶困难甚至有安全隐患 。影响因素：涡轮迟滞由许多因素影响，包括涡轮的大小、发动机排量、发动机改装程度、涡轮轴的旋转惯性、涡轮的功效、进气损失、

9、排气背压等。一般来说，如果发动机排量不变，涡轮越大涡轮迟滞越大、涡轮轴越重（旋转惯性越大）涡轮迟滞越大3.1 机芯总成结构：包括轴承壳和转子总成及其密封件和紧固件。动平衡：由于涡轮增压器是高速旋转中工作的，所以要求其动平衡非常严格，主要是对转子总成作动平衡。步骤： 单件动平衡，涡轮轴、叶轮； 局部动平衡，将涡轮轴和叶轮装配好，用紧固螺母固 定后，做动平衡； 整体动平衡，将机芯总成装配好后，做整体动平衡。3.2涡轮壳（涡壳）1.涡壳的材料：球墨铸铁2.涡壳流道的种类：单流道，双流道。3.2涡轮轴涡轮轴由2部分组成：涡轮叶轮和轴1.加工方法：a.准备涡轮和轴的毛坯件，将其配合部位加工平整。b.摩擦

10、焊将两个零件焊接到一起。（要求垂直度精确）c.数控加工整个涡轮轴。2.涡轮材料： 由于涡轮是在高温,高冲击条件下工作的，大概在700左右，所以涡轮的的耐热性和强度必须优良，目前普遍添加耐热金属镍，反而铁的含量相对镍少很多，顾而涡轮的价格，尤其是含镍多的比较高。 3.涡轮叶轮的叶片型式 涡轮的形状，是以如何有效地“抱住”废气、并顺畅排出为目的。 可分为“水车式” 叶片（外形是直片设计，让废气冲撞而产生回旋力量，直接与回转运动结合），及“风车式”叶片（外形为弯曲型叶片设计，除了利用冲撞的力量以外，还能有效利用气流进入叶片与叶片之间，获取废气膨胀能量）。涡轮叶轮的轮径及叶片数会影响马力线性，理论上来

11、说，叶片数愈少，低速响应较差，但高速时的爆发力与持续力却不是多叶片可比拟的 4.轴 加工时一定要保证其与涡轮的垂直度精准，直线度要求也很高。 轴的材料：20CrMo 或者40Cr 3.3叶轮叶片是涡轮的动力来源。但压气机叶轮及涡轮叶轮各有不同的功用，因此叶片外形当然也不一样。压气机叶轮基本上是把如何将空气有效率地推挤入压缩信道视为首要任务，然后再加以决定其形状。 一般原厂涡轮的压气机叶轮(Compressor Wheel) 都使用全叶片的设计，即叶片是整片从顶端到末端的设计。而为了增加吸入空气的通路面积，提升高速回转时的效率，目前已出现了许多在全叶片旁穿插安装半块叶片的叶轮（此种设计多出现在改

12、装品上）。 而压气机叶轮设计的另一个目的是让压缩空气的流速均等化。传统的叶轮为“放射型压缩轮”，其两叶片之间的气体流速变化很快：位于叶轮运转方向前方的空气，被叶片挤压，故流速很快。但叶片后方的空气则因为吸入阻力及回压力等因素，流速较慢。当节气门半开时，压气机叶轮转速下降，进入压缩轮的空气速度就会降低。而之前已被压缩的空气量如果此时相对过多，便会出现“真空”的状态，无法输送空气（压气机叶轮转速无法产生大于进气管中气压的压力），相对压力也就无法产生了（压力回馈），这也就是所谓的“气体剥离” (Compressor Surge) 现象。 为了防止“气体剥离”现象，把叶片角度设计成向运转方向缩小（与涡

13、轮轴线方向更接近），以维持流速均一化的“反向”压缩轮渐渐成为改装品的主流，而这也就是改装界所谓的“斜流”叶片。“斜流”叶片通常都在原有的主叶片下，多加半个叶片（一般其角度更接近涡轮轴线方向，即更竖直）。若从进气入口正视压气机叶轮，可看到两个叶片重叠，就代表这是“斜流” 叶轮。3.4 浮动轴承增压器的转子支承是采用内支承型式，全浮动式轴在位于两叶轮之间的中间体内，转子的轴向力靠止推轴承端面来承受。全浮式轴承即轴与轴套之间一定径向间隙全靠一定压力的润滑油将转子浮起。 增压器安装在发动机的排气一侧，所以增压器的工作温度很高，而且增压器在工作时转子的转速非常高，可达到每分钟十几万转，如此高的转速和温度使得常见的机械滚针或滚珠轴承无法为转子工作，因此涡轮增压器普遍采用全浮动轴承，由机油来进行润滑，还有冷却液为增压器进行冷却。 3.5 旁通系统排气旁通阀（Wastegate， 俗称Actuator），是目前涡轮系统中最常见的泄压装置，一般又被称为连动式排气泄压阀。“Actuator”直接配置在涡轮上