渦輪增壓器基礎知識概論

1、渦輪增壓器基礎知識概論渦輪增壓器基礎知識概論一、各大生產(chǎn)廠商及零件號說明n1.主機廠及渦輪增壓器專業(yè)生產(chǎn)廠主機廠及渦輪增壓器專業(yè)生產(chǎn)廠q1.1 主機廠:研發(fā)和生產(chǎn)整套機械設備總成的廠家,如CUMMINS,CATERPILLAR,COMATSU,等. 系列及零件號特點q1.2 專業(yè)生產(chǎn)廠:專門生產(chǎn)研發(fā)和生產(chǎn)增壓器的廠家,如HOLSET,GARRETT,IHI,KKK,SCHWITZER,等.幾大專業(yè)生產(chǎn)廠:Honeywell-Garrett T系列,GT系列 XXXXX-XXXX “X” 全部為數(shù)字 如: TO4B91系列的 409410-0002 (4N6859)注注:465044-5051

2、與 465044-0051 是互換的qHOLSET (CUMMINS):H系列(H1C,WH1C), HC系列(HC5A), HT系列(HT3B), HX系列(HX35,HX35W): XXXXXXX “X” 全部為數(shù)字 如: H1C系列的 3522778 (6BT 3802289qBorgWarner (包括KKK和 Schwitzer 2個分公司) a Schwitzer系列:classic系列(3LM,4MF 等), S系列(S2A,S2E等), HT系列(HT3B), 零件號特點: XXXXXX “X” 全部為數(shù)字 如:3LM系列的 159623 (4N8969)b .KKK:K系列(

3、K27,K03) ,B系列,KP系列 : XXXX-XXX-XXXX “X” 全部為數(shù)字 如: K27系列的 5327-988-6206 (Mercedes OM422)Mitsubishi : TD系列(TDO6,TDO7),TE系列 : XXXXX-XXXXX “X” 全部為數(shù)字 如: TDO6系列的 49179-02260 (5I7952)qIHI : RHC系列(RHC7等),RHB系列,RHE系列 : #XXXXXX “#”為字母 “X” 為數(shù)字 如: RHC7系列的 NH170048 NH170048 （EX200-1 1-14400-2100）n2.零件號的對比說明 通常每臺增壓

4、器有2個互換號，即主機廠號和專業(yè)生產(chǎn)廠號 （CUMMINS除外） 相互換。 通過查Turbocharger catalog .xls下列上 可以清楚 說明:OEM是 Original equipment manufacturer 的縮寫。 由于CUMMINS的產(chǎn)品在各國生產(chǎn)所命名的零件號有所差異，導致它同一臺機器可能會有2個甚至更多的互換號。二、渦輪增壓器的工作原理渦輪增壓器最早是用于跑車或方程式賽車上，以使發(fā)動機迸發(fā)出更大的功率。 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(fā)動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內(nèi)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

5、來的空氣，使之增壓進入汽缸。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速增快，廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)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(diào)整一下發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，就可以增加發(fā)動機的輸出功率了。 ：n大家由圖可知，當發(fā)動機正常工作時，從發(fā)動機排氣門排出的廢氣及排氣管進入到渦輪增壓器右端，從而吹動渦輪高速旋轉(zhuǎn)。與渦輪同軸的左端葉輪也同時做高速旋轉(zhuǎn)，葉輪左端的箭頭代表從空氣濾清器過來的新鮮空氣，新鮮空氣進入到葉輪端后，由于葉輪高速旋轉(zhuǎn)從而壓縮了新鮮空氣，并且在壓氣機殼內(nèi)形成二次壓縮后形成增壓。增壓后的新鮮空氣要首先經(jīng)過中冷器進行冷卻。因為葉輪的攪動升高了空氣的溫度，從而降低

6、了空氣的密度，為了保證進氣量，因此必須對增壓后的高溫氣體實行冷卻。 1經(jīng)過中冷器的空氣在經(jīng)過進氣管后再進入氣缸開始工作。渦輪增壓由于進氣壓力高，因此在排氣過程中能夠充分掃清上一循環(huán)工作過程中的殘余廢氣，達到了排氣干凈的目的，并能為下一次燃燒做好準備，也利于下一次燃燒充分，從而減少有害物質(zhì)的排放。3.我們所接觸到的增壓器的全稱: 徑流式廢氣渦輪增壓器4.工作示意圖：n渦輪增壓器 因渦輪的渦殼與壓氣機殼外形與蝸牛背上的殼或海灘的海螺十分近似而得名。n 渦輪增壓器本體是提高容積效率的核心部件，其基本結構分為：進氣端、排氣端和中間的連接部分。 n其中排氣端包括渦輪殼體（Turbine Housing，

7、 其中包括渦輪進風口（Turbine Inlet）、渦輪出風口（Turbine Discharge）、渦輪葉輪（Turbine Wheel）。n而進氣端包括壓氣機殼體（Compressor Housing），包括壓氣機進風口（Compressor Inlet）、壓氣機出風口（Compressor Discharge）、壓氣機葉輪(Compressor Wheel)。n 在兩個殼體間負責連接兩者的，還有一個軸承殼（Center Housing），安裝有負責連接并承托起壓氣機葉輪、渦輪葉輪，應付上萬轉(zhuǎn)速的渦輪軸（Shaft），以及與之對應的機油入口（Oil Inlet）、機油出口（Oil Outl

8、et）等（甚至包括水入口和出口）。：1.優(yōu)點：a 增大馬力增大馬力：眾所周知發(fā)動機是靠燃料在汽缸內(nèi)燃燒作功來產(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)動機所產(chǎn)生的功率也會受到限制，如果發(fā)動機的運行性能已處于最佳狀態(tài)，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，從而提高燃燒作功能力。因此在目前的技術條件下，渦輪增壓器是惟一能使發(fā)動機在工作效率不變的情況下增加輸出功率的機械裝置。b 節(jié)省燃油：節(jié)省燃油：由于增壓系統(tǒng)和中冷器的使用發(fā)動機作功行程壓縮空氣量的增加，使得噴油量相對減少,從而減少了燃油消耗量。c 改善排氣質(zhì)量改善排氣質(zhì)量：由于加入充足的壓縮空氣使燃油充分燃

9、燒可使排氣質(zhì)量大幅提高，降低汽車排放有害物、減少溫室效應氣CO2、保護環(huán)境等方面起到了重要作用。d 有利于高原作業(yè)：有利于高原作業(yè)：發(fā)動機高原作業(yè)時，由于海拔高，燃油燃點降低，達不到設計時的輸出動力，通過增壓系統(tǒng)的增壓作用后，能顯著改善發(fā)動機“水不服”這一弊病。n2.缺點： 渦輪遲滯：渦輪遲滯：渦輪增壓器雖然有協(xié)助發(fā)動機增力的作用，但也有它的缺點，其中最明顯的是，“遲滯響應”，由于葉輪的慣性作用對油門驟時變化反應遲緩(即使經(jīng)過改良后的反應時間也要1.7秒)使發(fā)動機延遲增加或減少輸出功率。 現(xiàn)在越來越多的原裝渦輪發(fā)動機在得到比自然進氣機更大動力的同時，盡量把渦輪遲滯降低。爭取讓其表現(xiàn)接近自然進氣

10、發(fā)動機的線性。使渦輪車的親近性與易駕性更接近非渦輪車。 表現(xiàn)：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。如果是大增壓發(fā)動機，渦輪遲滯大，預示著其可能突然發(fā)力，對于平常駕駛將難以把握，駕駛困難甚至有安全隱患 。n 影響因素：渦輪遲滯由許多因素影響，包括渦輪的大小、發(fā)動機排量、發(fā)動機改裝程度、渦輪軸的旋轉(zhuǎn)慣性、渦輪的功效、進氣損失、排氣背壓等。一般來說，如果發(fā)動機排量不變，渦輪越大渦輪遲滯越大、渦輪軸越重（旋轉(zhuǎn)慣性越大）渦輪遲滯越大n“高溫”是渦輪增壓器運作時面臨的最大考驗。渦輪運轉(zhuǎn)時，首先接觸的便是由引擎排出的高溫廢氣（第一熱源），其推動渦輪葉輪并帶動了另一側(cè)的壓氣機葉輪同步運

11、轉(zhuǎn)。整個葉片輪軸的轉(zhuǎn)速動輒70000-160000rpm(每分鐘多少轉(zhuǎn))。所以渦輪軸高速轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的熱量非常驚人（第二熱源），再加上空氣經(jīng)壓氣機葉輪壓縮后所提高的溫度（第三熱源），這三者成為渦輪增壓器最最嚴峻的高溫負擔。渦輪增壓器成為一個集高溫原件于一體的獨立工作系統(tǒng)。n所以“散熱”對于渦輪增壓器非常重要。渦輪本體內(nèi)部有專門的機油道（散熱及潤滑），有不少更同時設計有機油道以及水道，通過油冷及水冷雙重散熱，降低增壓器溫度。 其次，由于渦輪端溫度相對更高，常在渦輪輪背處加裝一個金屬隔熱罩，進行局部散熱。三、渦輪增壓器的結構結構：包括軸承殼和轉(zhuǎn)子總成及其密封件和緊固件。動平衡：由于渦輪增壓器是高速旋

12、轉(zhuǎn)中工作的，所以要求其動平衡非常嚴格，主要是對轉(zhuǎn)子總成作動平衡。步驟： 單件動平衡，渦輪軸、葉輪； 局部動平衡，將渦輪軸和葉輪裝配好，用緊固螺母固 定后，做動平衡； 整體動平衡，將機芯總成裝配好后，做整體動平衡。1.渦殼的材料渦殼的材料：球墨鑄鐵2.渦殼流道的種類渦殼流道的種類：單流道，雙流道。3.渦殼流道的線性形狀變化渦殼流道的線性形狀變化為了能夠更加充分地利用發(fā)動機廢氣的沖擊作用，一般利用有限元法將渦殼廢氣的流道設計成蝸牛殼的形狀，即流道截面面積自廢氣入口向內(nèi)部逐漸減小這樣能夠使原本高速流動的廢氣又得到加速，渦輪得以能夠高速旋轉(zhuǎn)。n4. A/Rn“A/R 值”是壓氣機殼體及渦輪殼體的幾何特

13、性數(shù)字n “A/R 值”是壓氣機殼體（Compressor Housing）及渦輪殼體（Turbine Housing）的幾何特性數(shù)字。R（Radius）為渦輪軸承中心到壓氣機出風口（或渦輪進風口）橫截面（渦輪半徑線繞360 度一圓周后）中心點的距離。A（Area）指壓氣機殼體的出風口（或渦輪殼體入風口）對應以上中心點所在的橫截面積。以A 除上R 的所得兩者的比例即為A/R 值。n A/R值分為壓氣A/R值、渦輪A/R值。一般而言壓氣A/R值大，較適合低增壓渦輪使用。而壓氣A/R 值小，較適合高增壓渦輪使用。但相對而言壓氣A/R 值的大小變化對渦輪性能的影響較小。一般都在既定的壓氣A/R 值壓

14、氣機殼體上選用不同的渦輪殼體進行搭配。而對于排氣端的渦輪A/R 值就顯得非常重要了。A/R 值越小，即排廢氣的流速較高，渦輪在低轉(zhuǎn)速區(qū)域的增壓反應越快，渦輪遲滯減低，渦輪也就能在較低的轉(zhuǎn)速區(qū)域取得較高的增壓。但同時A/R 值越小，加大了排氣背壓，高轉(zhuǎn)速廢氣流量不足，使高轉(zhuǎn)馬力輸出有限。n 相對的，A/R 值越大，渦輪在低轉(zhuǎn)速域的增壓反應便越差，但盡管引擎的低轉(zhuǎn)速增壓難以上升，不過在高轉(zhuǎn)速區(qū)域卻可以產(chǎn)生更大的動力，高轉(zhuǎn)高出力的傾向相當明確。總而言之，A/R 值（渦輪A/R 值）小屬于低速扭力型渦輪，而A/R 值大則是高轉(zhuǎn)大出力渦輪。渦輪軸由2部分組成：渦輪葉輪和軸1.加工方法：a.準備渦輪和軸的

15、毛坯件，將其配合部位加工平整。b.摩擦焊將兩個零件焊接到一起。（要求垂直度精確）c.數(shù)控加工整個渦輪軸。2.渦輪材料： 由于渦輪是在高溫,高沖擊條件下工作的，大概在700左右，所以渦輪的的耐熱性和強度必須優(yōu)良，目前普遍添加耐熱金屬鎳，反而鐵的含量相對鎳少很多，顧而渦輪的價格，尤其是含鎳多的比較高。 3.渦輪葉輪的葉片型式 渦輪的形狀，是以如何有效地“抱住”廢氣、并順暢排出為目的。 可分為“水車式” 葉片（外形是直片設計，讓廢氣沖撞而產(chǎn)生回旋力量，直接與回轉(zhuǎn)運動結合），及“風車式”葉片（外形為彎曲型葉片設計，除了利用沖撞的力量以外，還能有效利用氣流進入葉片與葉片之間，獲取廢氣膨脹能量）。渦輪葉輪

16、的輪徑及葉片數(shù)會影響馬力線性，理論上來說，葉片數(shù)愈少，低速響應較差，但高速時的爆發(fā)力與持續(xù)力卻不是多葉片可比擬的 n4.軸 加工時一定要保證其與渦輪的垂直度精準，直線度要求也很高。 軸的材料：20CrMo 或者40Cr n葉片是渦輪的動力來源。但壓氣機葉輪及渦輪葉輪各有不同的功用，因此葉片外形當然也不一樣。壓氣機葉輪基本上是把如何將空氣有效率地推擠入壓縮信道視為首要任務，然后再加以決定其形狀。n 一般原廠渦輪的壓氣機葉輪(Compressor Wheel) 都使用全葉片的設計，即葉片是整片從頂端到末端的設計。而為了增加吸入空氣的通路面積，提升高速回轉(zhuǎn)時的效率，目前已出現(xiàn)了許多在全葉片旁穿插安裝

17、半塊葉片的葉輪（此種設計多出現(xiàn)在改裝品上）。n 而壓氣機葉輪設計的另一個目的是讓壓縮空氣的流速均等化。傳統(tǒng)的葉輪為“放射型壓縮輪”，其兩葉片之間的氣體流速變化很快：位于葉輪運轉(zhuǎn)方向前方的空氣，被葉片擠壓，故流速很快。但葉片后方的空氣則因為吸入阻力及回壓力等因素，流速較慢。當節(jié)氣門半開時，壓氣機葉輪轉(zhuǎn)速下降，進入壓縮輪的空氣速度就會降低。而之前已被壓縮的空氣量如果此時相對過多，便會出現(xiàn)“真空”的狀態(tài)，無法輸送空氣（壓氣機葉輪轉(zhuǎn)速無法產(chǎn)生大于進氣管中氣壓的壓力），相對壓力也就無法產(chǎn)生了（壓力回饋），這也就是所謂的“氣體剝離” (Compressor Surge) 現(xiàn)象。n 為了防止“氣體剝離”現(xiàn)象

18、，把葉片角度設計成向運轉(zhuǎn)方向縮?。ㄅc渦輪軸線方向更接近），以維持流速均一化的“反向”壓縮輪漸漸成為改裝品的主流，而這也就是改裝界所謂的“斜流”葉片?！靶绷鳌比~片通常都在原有的主葉片下，多加半個葉片（一般其角度更接近渦輪軸線方向，即更豎直）。若從進氣入口正視壓氣機葉輪，可看到兩個葉片重疊，就代表這是“斜流” 葉輪。增壓器的轉(zhuǎn)子支承是采用內(nèi)支承型式，全浮動式軸在位于兩葉輪之間的中間體內(nèi)，轉(zhuǎn)子的軸向力靠止推軸承端面來承受。全浮式軸承即軸與軸套之間一定徑向間隙全靠一定壓力的潤滑油將轉(zhuǎn)子浮起。 增壓器安裝在發(fā)動機的排氣一側(cè)，所以增壓器的工作溫度很高，而且增壓器在工作時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速非常高，可達到每分鐘十幾萬轉(zhuǎn)，如此高的轉(zhuǎn)速和溫度使得常見的機械滾針或滾珠軸承無法為轉(zhuǎn)子工作，因此渦輪增壓器普遍采用全浮動軸承，由機油來進行潤滑，還有冷卻液為增壓器進行冷卻。 排氣旁通