摘要：由于廢氣渦輪增壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，有較高的效率，所配柴油機(jī)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(jī)上獲得最廣泛的應(yīng)用。用在發(fā)電機(jī)組上的柴油機(jī)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(yīng)性；同時(shí)還減小排氣污染。

一、增壓系統(tǒng)的類(lèi)別和優(yōu)勢(shì)

利用增壓器將壓縮空氣壓入汽缸以增加柴油機(jī)充氣量的方法稱為增壓。

根據(jù)驅(qū)動(dòng)增壓器所用能量的來(lái)源不同，分為三類(lèi)：

（1）機(jī)械增壓系統(tǒng)，它的增壓器直接由柴油機(jī)曲軸驅(qū)動(dòng)：

（2）廢氣渦輪增壓系統(tǒng)，增壓器由柴油機(jī)排出的廢氣驅(qū)動(dòng)；

（3）復(fù)合增壓系統(tǒng)，由上述兩種系統(tǒng)組合而成。

柴油機(jī)采用廢氣渦輪增壓是提高發(fā)動(dòng)機(jī)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(jié)約原材料的一項(xiàng)最有效措施。

采用增壓技術(shù)對(duì)在高原地區(qū)使用的發(fā)動(dòng)機(jī)有重要意義。因?yàn)楦咴貐^(qū)空氣稀薄、氣壓低，導(dǎo)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(fù)，而經(jīng)濟(jì)效果也尤為顯著。

采用增壓技術(shù)后，可以擴(kuò)大柴油機(jī)的使用范圍，減小柴油機(jī)系列品種。因此，柴油機(jī)增壓得到廣泛的應(yīng)用。

二、廢氣渦輪增壓器的工作原理

1．增壓

隨著燃油噴射和計(jì)算機(jī)控制燃燒系統(tǒng)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(jī)上的常用部件。過(guò)去，只有大型的發(fā)動(dòng)機(jī)才采用渦輪增壓器?，F(xiàn)在，隨著計(jì)算機(jī)帶來(lái)的精確控制，渦輪增壓器使得小發(fā)動(dòng)機(jī)也更有效率并能實(shí)現(xiàn)更高的功率。要學(xué)習(xí)渦輪增壓器，必須首先對(duì)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(jī)。這種設(shè)計(jì)被稱為自然吸氣。進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量取決于大氣壓力。大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)都是自然吸氣式的。但是，自然吸氣式的發(fā)動(dòng)機(jī)在某些條件下可能會(huì)出現(xiàn)功率不足的情況。

為了克服功率不足的問(wèn)題，發(fā)動(dòng)機(jī)可以進(jìn)行增壓。發(fā)動(dòng)機(jī)增壓意味著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(jī)就不是自然吸氣的，而是增壓的了。當(dāng)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(jī)增壓能夠增加最高50％的功率。

2．增壓機(jī)工作原理

增壓機(jī)或渦輪增壓器都可用于增壓吸氣，增壓機(jī)是一個(gè)將空氣壓入發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械空氣泵。它是由一組與曲軸相連的齒輪或傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)的。由于它的運(yùn)轉(zhuǎn)需要發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，也就造成了發(fā)動(dòng)機(jī)相當(dāng)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(jī)組成，其工作原理如圖1所示。

柴油機(jī)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(zhuǎn)。廢氣的壓力、溫度和速度越高，渦輪轉(zhuǎn)得也越快。通過(guò)渦輪的廢氣最后排入大氣。

因?yàn)闇u輪和壓氣機(jī)葉輪是固裝在同一根轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的，所以兩者同速旋轉(zhuǎn)，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(jī)殼。高速旋轉(zhuǎn)的壓氣機(jī)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(kuò)壓器。擴(kuò)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(jī)殼，使空氣流的壓力繼續(xù)提高。這些壓縮空氣經(jīng)柴油機(jī)進(jìn)氣管進(jìn)入汽缸與柴油混合燃燒從而使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出更大的功率。

3．廢氣渦輪增壓器的構(gòu)造

廢氣渦輪增壓器的構(gòu)造如圖2所示。它由渦輪殼、中間殼、壓氣機(jī)殼、轉(zhuǎn)子體及浮動(dòng)軸承等主要零件組成。渦輪殼與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管連接。壓氣機(jī)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(jī)汽缸。壓氣機(jī)的擴(kuò)壓器由壓氣機(jī)殼與中間殼之間的間隙構(gòu)成。轉(zhuǎn)子體由轉(zhuǎn)子軸、壓氣機(jī)葉輪和渦輪組成，焊在轉(zhuǎn)子軸上。壓氣機(jī)葉輪為鋁金鑄件，用螺母固定在轉(zhuǎn)子軸上。轉(zhuǎn)子體在裝到增壓器之前應(yīng)進(jìn)行靜平衡和動(dòng)平衡檢驗(yàn)，允許其不平衡度在一定范圍內(nèi)。

廢氣渦輪轉(zhuǎn)子高達(dá)數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)以上，一般機(jī)械中的常用軸承不能保證轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子軸和中間殼之間都有間隙，當(dāng)轉(zhuǎn)子軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，具有一定壓力的潤(rùn)滑油充滿這兩個(gè)間隙，使浮動(dòng)軸承在內(nèi)、外兩層油膜中隨轉(zhuǎn)子軸同向旋轉(zhuǎn)，但其轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)子速度低得多，從而使軸承對(duì)軸承孔和轉(zhuǎn)子軸的相對(duì)線速度大大下降。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(zhuǎn)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(rùn)滑油來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的主油道，通過(guò)細(xì)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(rùn)滑油路。

為了防止壓氣機(jī)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(duì)軸承的影響，在廢氣渦輪增壓器中設(shè)有密封裝置。在壓氣機(jī)葉輪和中間殼之間裝有0形橡膠密封圈和氣封板；在轉(zhuǎn)子軸和中間殼之間裝有密封環(huán)。此外，為了防止?jié)櫥瓦M(jìn)入壓氣機(jī)，在壓氣機(jī)端的轉(zhuǎn)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(duì)潤(rùn)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(duì)非增壓柴油機(jī)進(jìn)行增壓改革，最簡(jiǎn)單的方法是裝上合適的增壓器，調(diào)換進(jìn)、排氣管，適當(dāng)增加供油量，以及增加潤(rùn)滑增壓器的油路，其他結(jié)構(gòu)可不作改動(dòng)。實(shí)踐表明，可使柴油機(jī)功率增加20％～30％，且排氣煙色轉(zhuǎn)好。

4．增壓器的潤(rùn)滑

通常，廢氣渦輪增壓器必須強(qiáng)制潤(rùn)滑，下面是典型的潤(rùn)滑油路。潤(rùn)滑油從機(jī)油盤(pán)由機(jī)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。