渦輪增壓器基礎(chǔ)知識概論課件

1、渦輪增壓器基礎(chǔ)知識概論一、各大生產(chǎn)廠商及零件號說明1.主機(jī)廠及渦輪增壓器專業(yè)生產(chǎn)廠1.1 主機(jī)廠:研發(fā)和生產(chǎn)整套機(jī)械設(shè)備總成的廠家,如CUMMINS,CATERPILLAR,COMATSU,等. 系列及零件號特點(diǎn)1.2 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系列: T系列,GT系列零件號特點(diǎn): XXXXX-XXXX “X” 全部為數(shù)字 如: TO4B91系列的 409410-0002 (4N6859)注:465044-5051 與 465044-0051 是互換的HO

2、LSET (CUMMINS)系列:H系列(H1C,WH1C), HC系列(HC5A), HT系列(HT3B), HX系列(HX35,HX35W)零件號特點(diǎn): XXXXXXX “X” 全部為數(shù)字 如: H1C系列的 3522778 (6BT 3802289BorgWarner (包括KKK和 Schwitzer 2個(gè)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(diǎn): XXXXXX “X” 全部為數(shù)字 如:3LM系列的 159623 (4N8969)b .KKK系列:K系列(K27,K03) ,B系列

3、,KP系列 零件號特點(diǎn): XXXX-XXX-XXXX “X” 全部為數(shù)字 如: K27系列的 5327-988-6206 (Mercedes OM422)Mitsubishi 系列: TD系列(TDO6,TDO7),TE系列 零件號特點(diǎn): XXXXX-XXXXX “X” 全部為數(shù)字 如: TDO6系列的 49179-02260 (5I7952)IHI 系列: RHC系列(RHC7等),RHB系列,RHE系列 零件號特點(diǎn): #XXXXXX “#”為字母 “X” 為數(shù)字 如: RHC7系列的 NH170048 NH170048 （EX200-1 1-14400-2100）2.零件號的對比說明 通常

4、每臺增壓器有2個(gè)互換號，即主機(jī)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(dǎo)致它同一臺機(jī)器可能會有2個(gè)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(dòng)機(jī)迸發(fā)出更大的功率。 渦輪增壓器實(shí)際上是一種空氣壓縮機(jī)，通過壓縮空氣來增加進(jìn)氣量。它是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣慣性沖力來推動(dòng)渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪又帶動(dòng)同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清

5、器管道送來的空氣，使之增壓進(jìn)入汽缸。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)入汽缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應(yīng)增加燃料量和調(diào)整一下發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，就可以增加發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率了。 2.1工作機(jī)理：大家由圖可知，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣門排出的廢氣及排氣管進(jìn)入到渦輪增壓器右端，從而吹動(dòng)渦輪高速旋轉(zhuǎn)。與渦輪同軸的左端葉輪也同時(shí)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(jìn)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(jī)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(jìn)行冷卻。因?yàn)槿~輪的攪動(dòng)升高了

6、空氣的溫度，從而降低了空氣的密度，為了保證進(jìn)氣量，因此必須對增壓后的高溫氣體實(shí)行冷卻。 經(jīng)過中冷器的空氣在經(jīng)過進(jìn)氣管后再進(jìn)入氣缸開始工作。渦輪增壓由于進(jìn)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(dá)到了排氣干凈的目的，并能為下一次燃燒做好準(zhǔn)備，也利于下一次燃燒充分，從而減少有害物質(zhì)的排放。2.2 渦輪增壓器在應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)：1.優(yōu)點(diǎn)：a 增大馬力：眾所周知發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的功率也會受到限制，如果發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)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(jìn)入汽缸來增加燃料量，

7、從而提高燃燒作功能力。因此在目前的技術(shù)條件下，渦輪增壓器是惟一能使發(fā)動(dòng)機(jī)在工作效率不變的情況下增加輸出功率的機(jī)械裝置。b 節(jié)省燃油：由于增壓系統(tǒng)和中冷器的使用發(fā)動(dòng)機(jī)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：由于加入充足的壓縮空氣使燃油充分燃燒可使排氣質(zhì)量大幅提高，降低汽車排放有害物、減少溫室效應(yīng)氣CO2、保護(hù)環(huán)境等方面起到了重要作用。d 有利于高原作業(yè)：發(fā)動(dòng)機(jī)高原作業(yè)時(shí)，由于海拔高，燃油燃點(diǎn)降低，達(dá)不到設(shè)計(jì)時(shí)的輸出動(dòng)力，通過增壓系統(tǒng)的增壓作用后，能顯著改善發(fā)動(dòng)機(jī)“水不服”這一弊病。2.缺點(diǎn)： 渦輪遲滯：渦輪增壓器雖然有協(xié)助發(fā)動(dòng)機(jī)增力的作用，但也有它的

8、缺點(diǎn)，其中最明顯的是，“遲滯響應(yīng)”，由于葉輪的慣性作用對油門驟時(shí)變化反應(yīng)遲緩(即使經(jīng)過改良后的反應(yīng)時(shí)間也要1.7秒)使發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)在得到比自然進(jìn)氣機(jī)更大動(dòng)力的同時(shí)，盡量把渦輪遲滯降低。爭取讓其表現(xiàn)接近自然進(jìn)氣發(fā)動(dòng)機(jī)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(diǎn)提不上勁的感覺。如果是大增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，渦輪遲滯大，預(yù)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 。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(dòng)機(jī)排量、發(fā)動(dòng)機(jī)改裝程度、渦輪軸的旋轉(zhuǎn)慣性、渦輪的功效、進(jìn)氣損失、

9、排氣背壓等。一般來說，如果發(fā)動(dòng)機(jī)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3.1 機(jī)芯總成結(jié)構(gòu)：包括軸承殼和轉(zhuǎn)子總成及其密封件和緊固件。動(dòng)平衡：由于渦輪增壓器是高速旋轉(zhuǎn)中工作的，所以要求其動(dòng)平衡非常嚴(yán)格，主要是對轉(zhuǎn)子總成作動(dòng)平衡。步驟： 單件動(dòng)平衡，渦輪軸、葉輪； 局部動(dòng)平衡，將渦輪軸和葉輪裝配好，用緊固螺母固 定后，做動(dòng)平衡； 整體動(dòng)平衡，將機(jī)芯總成裝配好后，做整體動(dòng)平衡。3.2渦輪殼（渦殼）1.渦殼的材料：球墨鑄鐵2.渦殼流道的種類：單流道，雙流道。3.2渦輪軸渦輪軸由2部分組成：渦輪葉輪和軸1.加工方法：a.準(zhǔn)備渦輪和軸的毛坯件，將其配合部位加工平整。b.摩擦

10、焊將兩個(gè)零件焊接到一起。（要求垂直度精確）c.數(shù)控加工整個(gè)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(qiáng)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(jià)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(shè)計(jì)，讓廢氣沖撞而產(chǎn)生回旋力量，直接與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)結(jié)合），及“風(fēng)車式”葉片（外形為彎曲型葉片設(shè)計(jì)，除了利用沖撞的力量以外，還能有效利用氣流進(jìn)入葉片與葉片之間，獲取廢氣膨脹能量）。渦輪葉輪的輪徑及葉片數(shù)會影響馬力線性，理論上來

11、說，葉片數(shù)愈少，低速響應(yīng)較差，但高速時(shí)的爆發(fā)力與持續(xù)力卻不是多葉片可比擬的 4.軸 加工時(shí)一定要保證其與渦輪的垂直度精準(zhǔn)，直線度要求也很高。 軸的材料：20CrMo 或者40Cr 3.3葉輪葉片是渦輪的動(dòng)力來源。但壓氣機(jī)葉輪及渦輪葉輪各有不同的功用，因此葉片外形當(dāng)然也不一樣。壓氣機(jī)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(wù)，然后再加以決定其形狀。 一般原廠渦輪的壓氣機(jī)葉輪(Compressor Wheel) 都使用全葉片的設(shè)計(jì)，即葉片是整片從頂端到末端的設(shè)計(jì)。而為了增加吸入空氣的通路面積，提升高速回轉(zhuǎn)時(shí)的效率，目前已出現(xiàn)了許多在全葉片旁穿插安裝半塊葉片的葉輪（此種設(shè)計(jì)多出現(xiàn)在改

12、裝品上）。 而壓氣機(jī)葉輪設(shè)計(jì)的另一個(gè)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(yùn)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?yàn)槲胱枇盎貕毫Φ纫蛩?，流速較慢。當(dāng)節(jié)氣門半開時(shí)，壓氣機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速下降，進(jìn)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(shí)相對過多，便會出現(xiàn)“真空”的狀態(tài)，無法輸送空氣（壓氣機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速無法產(chǎn)生大于進(jìn)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。 為了防止“氣體剝離”現(xiàn)象，把葉片角度設(shè)計(jì)成向運(yùn)轉(zhuǎn)方向縮?。ㄅc渦

13、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(gè)葉片（一般其角度更接近渦輪軸線方向，即更豎直）。若從進(jìn)氣入口正視壓氣機(jī)葉輪，可看到兩個(gè)葉片重疊，就代表這是“斜流” 葉輪。3.4 浮動(dòng)軸承增壓器的轉(zhuǎn)子支承是采用內(nèi)支承型式，全浮動(dòng)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(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)到每分鐘十幾萬轉(zhuǎn)，如此高的轉(zhuǎn)速和溫度使得常見的機(jī)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(dòng)軸承，由機(jī)油來進(jìn)行潤滑，還有冷卻液為增壓器進(jìn)行冷卻。 3.5 旁通系統(tǒng)排氣旁通閥（Wastegate， 俗稱Actuator），是目前渦輪系統(tǒng)中最常見的泄壓裝置，一般又被稱為連動(dòng)式排氣泄壓閥。“Actuator”直接配置在渦輪上