《渦輪增壓器介紹》PPT課件.ppt

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1、渦 輪 增 壓 器 介 紹 主要內容：一、渦輪增壓器的功能二、渦輪增壓器工作原理和結構三、渦輪增壓新技術四、渦輪增壓器的主要供應商介紹五、行業(yè)標準六、失效模式及原因分析 一、渦輪增壓器的功能渦輪增壓器是現有技術下唯一能使發(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。渦輪增壓器一般安裝在發(fā)動機的排氣側 。渦輪增壓技術就是采用專門的壓氣機將氣體在進入氣缸前預先進行壓縮，提高進入氣缸的氣體密度，減小氣體的體積，這樣，在單位體積里，氣體的質量就大大增加了，這樣就可以再有限的汽缸容積內噴入更多的燃油進行燃燒，從而達到提高發(fā)動機功率的目的。 二、渦輪增壓器的工作原理和結構 針對自然進氣（NA

2、）引擎在高轉速區(qū)域會出現進氣效率低落的問題，從最基本的關鍵點著手，也就是想辦法提升進氣歧管內的空氣壓力，以克服氣門干涉阻力，雖然進氣歧管、氣門、凸輪軸的尺寸不變，但由于進氣壓力增加的結果，讓每次氣門開啟時間內能擠入燃燒室的空氣增加了，因此噴油量也能相對增加，讓引擎的工作能量比增壓之前更為強大，這就是增壓（Charge）的基本原理。 增壓器主要有三種:機械增壓器,渦輪增壓器,氣波增壓器。現今運用在汽車的增壓系統有兩大主流：機械增壓（Super Charge）、渦輪增（TurboCharge）。 機械增壓器采用皮帶與引擎曲軸皮帶盤連接，利用引擎轉速來帶動機械增壓器內部葉片，以產生增壓空氣送入引擎進

3、氣歧管內，整體結構相當簡單，工作溫度界于70 -100，不同于渦輪增壓器靠引擎排放的廢氣驅動，必須接觸400 -900的高溫廢氣。由于機械增壓器采用皮帶驅動的特性，因此增壓器內部葉片轉速與引擎轉速是完全同步的。 渦輪增壓的工作原理 渦輪增壓由廢氣推動的渦輪機、壓縮進入汽缸空氣的壓縮機以及中間部分組成。 渦輪增壓器利用發(fā)動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內的渦輪，渦輪又帶動同軸的壓縮機的葉輪，壓縮機葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進入氣缸。當發(fā)動機轉速增快(當加速的時候)，廢氣排出速度與渦輪轉速也同步增快，壓縮機的葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，

4、相應增加燃料量和調整一下發(fā)動機的轉速，這樣就可以增加發(fā)動機的輸出功率了。一般能使發(fā)動機增加輸出功率在10%到40%左右。 壓氣機的結構如下?？諡V后的新鮮空氣從進氣口進入，經過壓氣機葉輪的壓縮后從出氣后排出進入中冷器和進氣歧管。 渦輪機的結構如下。發(fā)動機排出的高壓燃氣從渦輪進氣口進入，推動渦輪旋轉，然后低壓燃氣從渦輪排氣口排出進入整車尾氣處理系統。 旁通閥機構 潤滑系統的作用： 1.冷卻來自渦輪工作的熱量2.向軸承系統提供潤滑油 3.為轉子動平衡提供潤滑油 增壓器轉子動平衡:渦輪與軸總成、壓氣機葉輪應進行單件動平衡 。 動平衡的目的：1.延長軸承的壽命。 2.減少振動。3.減少噪聲。4.減少功率

5、損失。5.減少轉子的負荷。 1、可變增壓渦輪葉片幾何技術當發(fā)動機轉速較低時，由于排氣的流量較小，不容易推動渦輪葉片。這時可變渦輪幾何系統中裝在和渦輪葉片平行位置并且圍繞它的那幾片可變導流板的角度就會變小(如左圖)。這樣可以使氣流通過的空間縮小，加大流速，更容易推動葉片。在轉速高的時候 氣體流量充足，這個時候可變導流板的角度會變大（如右圖），讓渦輪獲得最大增壓值。三. 渦輪增壓新技術： 2、渦輪增壓中冷技術 渦輪增壓可以提高空氣的密度，空氣密度的提高必然會使空氣溫度也同時增高，發(fā)動機渦輪增壓器的出風口溫度也會隨著壓力增大而升高，溫度提高反過來會限制空氣密度的提高，要進一步提高空氣密度就要降低增壓

6、空氣的溫度。中間冷卻技術不是一項簡單的技術，過熱無效果白費工夫，過冷在進氣管中形成冷凝水會弄巧成拙。因此要將中冷器和渦輪增壓器進行精確的匹配，使得壓縮空氣達到要求的冷卻溫度。 中冷將給增壓發(fā)動機帶來以下好處：1.排放物： A 由于燃燒溫度低，減少了NOx的排放。 B由于燃燒完全，降低了CO的排放。2.發(fā)動機： A 較低的熱負荷。 B 較低的氣缸壓力。 C 更大的功率。 D 低的燃油消耗率。 3、雙渦輪增壓技術 在討論雙渦輪增壓技術前，我們先了解一個渦輪增壓遇到的不利現象“遲滯現象”。當駕駛員踩油門踏板，發(fā)動機轉速發(fā)生改變。由于渦輪機和壓縮機有慣性，不能及時跟上這個速度的變化，這個現象稱為“遲滯

7、現象”?！斑t滯現象”使發(fā)動機延遲增加或減少輸出功率。這樣如果你越急加速，就會感覺發(fā)動機越使不上勁。使用雙渦輪增壓，就是采用2個相互獨立的渦輪增壓器的增壓系統。當發(fā)動機在2個渦輪增壓器的共同作用時，進氣效率大幅提升，增壓效果更加顯著，動力性得到很大提升。另一方面，在發(fā)動機轉速較低時，只有一個低速渦輪工作，這時較少的排氣即可驅動這只渦輪高速旋轉以產生足夠的進氣壓力，當發(fā)動機轉速提升以后，高速渦輪工作繼續(xù)進入高增壓值的狀態(tài)，提供一個連貫的強勁動力。這樣雙渦輪增壓技術在提高發(fā)動機動力性的同時，可以改善渦輪增壓的“遲滯現象”。但是，雙渦輪增壓發(fā)動機并不能完全消除“渦輪遲滯”現象，畢竟，渦輪增壓 器葉輪的

8、慣性作用依然存在。在實際使用中，雙渦輪增壓發(fā)動機通常都裝備在直列6缸或V型等排量較大的發(fā)動機上。 兩級增壓技術 4、渦輪增壓 機械增壓技術 由于渦輪增壓系統和機械增壓系統分別擁有各自的優(yōu)勢和劣勢，因此，由渦輪增壓器和機械增壓器共同組成的雙增壓系統發(fā)動機同時具備了渦輪增壓系統和機械增壓系統的雙重技術優(yōu)勢，并且使整合在一起的這兩種不同型式的增壓系統實現了優(yōu)勢互補。 發(fā)動機在較低轉速下運行時，由機械增壓器提供絕大部分的增壓壓力，發(fā)動機輸出功率的增加主要來自于機械增壓系統，此時渦輪增壓器由于“渦輪遲滯”增壓效果并不明顯。待發(fā)動機轉速上升到1 500 r/min左右時，渦輪增壓器的增壓效果開始增強，并與

9、機械增壓器共同為發(fā)動機功率的增加提供所需的增壓壓力。隨著轉速的不斷提高，渦輪增壓器的增壓效果也在不斷增強，與此同時，機械增壓器的增壓效果開始逐漸減弱。當發(fā)動機轉速超過3 000 -4000r/min時，由渦輪增壓器提供全部的增壓壓力，發(fā)動機輸出功率的增加全部來自于渦輪增壓系統，此時機械增壓器已經停止工作，以防止消耗發(fā)動機功率。應該說，雙增壓系統發(fā)動機很好地解決了機械增壓系統燃油經濟性較差和渦輪增壓系統在低轉速時容易產生“渦輪遲滯”現象的問題，但是，由于雙增壓系統結構復雜，不易與發(fā)動機匹配，對于發(fā)動機零部件的制造要求也較高，因此，目前只在個 別車型上實現了應用。 增壓器的試驗項目 a）型式試驗項

10、目： 1）壓氣機性能； 2）200h熱循環(huán)； 3）止推軸承評定； 4）密封性評定； 5）最高轉速、最高溫度； 6）殼體包容性評定。 b）出廠試驗：采用熱吹或自循環(huán)的實驗方式，在規(guī)定轉速和渦輪進口溫度下，檢測增壓器運轉狀態(tài)、密封狀態(tài)及某一工況點的性能指標。 四、渦輪增壓器的主要供應商介紹1.Honeywell 全球總部：新澤西州莫里斯頓，2004年銷售額256億美元。在全球95個國家擁有12萬員工。蓋瑞特增壓器歷史: 1936: Cliff Garrett 最早成立了Garrett (蓋瑞特) 公司 全球總部: 美國加州, Torrance 2004年銷售額: 約24億美元 全球有13個工廠 1

11、5個國家共6500名員工 全球市場份額約50% 一個領導的品牌: Garrett 中國工廠 2. BorgWarner 博格華納的總部位于美國密歇根州的奧本山，為全球主要汽車生產商提供先進的動力系統解決方案，是這個領域中公認的領袖。致力于設計和制造高技術的產品來提高汽車引擎系統、傳動系統和四輪驅動系統的性能。博格華納在全球17個國家建立了62個制造和技術基地為世界各地的客戶提供服務。公司在北京通州工業(yè)區(qū)、上海虹橋開發(fā)區(qū)、寧波鄞州工業(yè)園區(qū)三地設有工廠和辦事處。 寧波天力寧波天力是專業(yè)生產車用渦輪增壓器的企業(yè)，依托北方天力由寧波中策動力機電集團與中國北方發(fā)動機研究所等共同組建而成，公司工200余人

12、，擁有一批從事渦輪增壓技術研究的高級工程師。經過近幾年的發(fā)展現在已經具備年產20萬臺的能力，并且計劃擴產至年產30萬臺。該公司產品已經全面進入國三市場，主要的供應商有東風朝柴、昆明云內、安徽江淮、常柴等。目前寧波天力在VNT上面有所突破，所屬產品JK48供昆明云內的D19柴油機，江淮生產的柴油版瑞鷹就使用該型號產品，現階段寧波天力的增壓器已經批量供江淮2.8L柴油發(fā)動機。 五、標準 QC/T 590 汽車柴油機渦輪增壓器技術條件 QC/T 591 汽車柴油機渦輪增壓器試驗方法 六、失效模式及原因分析一：漏油是一種常見的故障現象,如果及時發(fā)現并排除故障原因,可使渦輪增壓器避免失效,以下情況會導致

13、增壓器漏油:a.發(fā)動機空濾器或進氣管路阻塞，導致進氣負壓過大。b.增壓器回油管撞彎或損壞，導致回油節(jié)流。c.中間體油腔內積碳，導致回油不暢。d.壓氣機殼出氣口到發(fā)動機進氣管之間的連接管路是否漏氣e.渦殼進氣口與排氣管出氣口的連接處是否漏氣。f. 怠速時間過長。g.曲軸箱內壓力或油位過高，曲軸箱通風管堵塞。h.發(fā)動機下竄氣過大。 二：潤滑不良1.使用不潔潤滑油:不潔潤滑油進入增壓器會導致轉軸、軸承、軸承座孔的磨損，并破壞轉子的動平衡，最后造成增壓器損壞。以下情況會導致潤滑油不潔：a.柴油機使用的潤滑油濾清器不符合規(guī)定，或使用偽劣濾芯。b.使用中濾芯被擊穿，或柴油機主油道濾清器被堵塞，潤滑油進入旁

14、通道。c.沒有按規(guī)定更換潤滑油，更換前未清洗柴油機主油道。d.更換增壓器或作預潤滑時，雜質進入潤滑油管路。e. 密封膠或密封墊片碎片流入潤滑油道。2.潤滑油不足:增壓器潤滑油有潤滑和冷卻功能,潤滑油不足,首先影響的是冷卻功能,導致增壓器過熱,燒壞轉軸、軸承等，并破壞轉子動平衡，最后導致增壓器損壞。以下情況會導致供油不足：a.沒有按規(guī)定更換潤滑油,或使用CD級以下的潤滑油,導致潤滑油結焦,喪失功能。b.發(fā)動機在大負荷工作后突然停機，產生回熱，導致轉子和軸承過熱并結焦， 損壞增壓器。c.開機后未怠速運行，馬上加負荷，或更換增壓器前未作預潤滑，導致轉子缺 油，產生干摩擦，損壞增壓器。 d.進油管路或

15、潤滑油濾清器堵塞，潤滑油泵故障，或潤滑油壓力低等。3.機油老化。4.使用劣質或變質的潤滑油。 三：異物進入渦輪增壓器1. 壓氣機端面被異物損壞,這是由于異物從進氣管或空濾器進入壓氣機殼造成的,如: a.進氣管路密封不良,進氣不經濾清直接進入壓氣機葉輪。 b.不按規(guī)定更換空濾或使用偽劣濾芯，導致進氣過濾不良。 c.維護保養(yǎng)時異物進入增壓器前進氣管路。2. 渦輪徑向被異物損壞，這是由于異物從發(fā)動機排氣歧管進入渦殼所造成的,如： a.發(fā)動機氣缸內有零件損壞，隨排氣吹出，進入渦殼。 b.安裝排氣歧管時，不注意將螺栓等掉入排氣道，發(fā)動機運行 后吹入渦殼。 四：異常噪音1.漏氣噪音：發(fā)動機排氣歧管、增壓器

16、渦輪、排氣尾管，可依據廢氣痕跡檢查。發(fā)動機進氣歧管、增壓器壓氣機，可用肥皂水檢查。2.機械噪音： a. 不平衡量過大 b. 動平衡遭到破壞 c. 葉片擦殼 d. 緊固件松動3.喘振：a. 匹配不符b. 進氣受阻 五：溫度過高在工作或停車時，如果溫度升得足夠高，優(yōu)質潤滑油也會分解，并形成沉淀物在中間殼的整個內腔里積累，使?jié)櫥屯ǖ朗艿焦?jié)流，甚至堵塞潤滑油進出油管。另外，沉淀物會隨著潤滑油流到軸承系統中去，磨損工作表面，破壞動平衡，最后造成增壓器的損壞。一般來說，引起工作溫度過高的原因有：a. 排氣溫度過高b. 潤滑油溫度過高c. 重復熱停車d. 空濾器堵塞e. 使用劣質潤滑油。 六：使用和保養(yǎng)不善 駕駛員在使用和例行保養(yǎng)中,未按柴油機廠或汽車廠的規(guī)定操作,未及時排除柴油機故障,最后導致大的停機、停車故障。例如： a.啟動柴油機后，立即加負荷工作。 b.大負荷工作后立即停機。 c.不按規(guī)定保養(yǎng)和更換柴油機的進氣系統、潤滑系統和曲軸箱的透氣孔。 d.不及時排除增壓器的漏油現象，造成增壓器的渦輪結碳，損壞增壓器。