废气涡轮增压器的工作原理

废气涡轮增压器的主要部件由壳体、涡轮、压气轮、转轴、浮动轴承、压力执行器、推杆、管路、进气旁通阀(又叫增压旁通阀)、进气旁通电磁阀(也有将进气旁通阀和进气旁通电磁阀合二为一的情况,在下文中将有说明)、废气旁通阀、废气旁通电磁阀等组成


1-排气管2-喷嘴环3-涡轮4-涡轮壳5-轴6-轴承7-扩压气8-压气机叶轮9-环形压气机壳10-进气管


废气涡轮增压器的工作原理:

柴油机排出的具有800~1000k高温和一定压力的废气经排气管1进入涡轮壳4里的喷嘴环2 。由于喷嘴环通过的面积是逐渐收缩的,因而废气的压力和温度下降,速度提高,使它的动能增加 。这股高速废气流,按定的方向冲击涡轮,使涡轮高速运转 。废气的压力、温度和速度越高,涡轮转的就越快 。通过涡轮的废气最后排入大气 。
因为涡轮3和离心式压气机叶轮8固装在同一根轴5上,所以两者同速旋转 。这样,将经过空气滤清器的空气吸入压气机壳,高速旋转的压气机叶轮8把空气甩向叶轮的外缘,使其速度和压力增加并进入扩压器7 。扩压器的形状做成进口小出口大,因此气流的流速下降,压力升高,再通过断面由小到大的环形压气机壳9使空气流的压力继续提高,压缩的空气经柴油机进气管10进入气缸 。
废气涡轮增压器用的压气机多采用离心式,它的出口气体压力可达140~300kpa,甚至可达到500kpa 。
废气涡轮增压器的一个主要性能指标是压力升高比,简称压比πk 。它是指压气机的出口气体压力(pk)与进口气体压力p1之比值 。
废气涡轮增压器按压比可分为低、中、高三种类型,低增压的压πk≤l.4;中增压的压比πk=1.4~2.0;高增压的压比πk≥2 。现代柴油机多采用高压比增压器 。
汽车用废气涡轮增压器的涡轮多采用径流向心式 。进入涡轮的废气流则多利用脉冲式,以使废气的能量得到充分利用 。为此,进入增压器的排气管做成分置式,如对发火顺序为1-5-3-6-2-4的6缸机而言,一般1、2、3缸共用一根排气管,沿着涡轮壳上的一条进气道通向半圈喷嘴环;4、5、6缸共用另一根排气管,沿着涡轮壳的另一条进气管通向另外半圈喷嘴环 。这样,每根排气管里的排气间隔为240°大于一个冲程,使排气互不干扰,可以充分利用废气的脉冲能量驱动涡轮 。并且压力高峰后的瞬时真空有助于气缸扫气
【废气涡轮增压器的工作原理】


图2steyr-wd615柴油机废气增压系统简图 l-空气滤清器2-防冒烟限位器通气管3-连接管4-进气管5-中间冷却器6-水箱7-风扇8-排气管9-涡轮10-压气机

要使充气密度提高,可以增大压气机的压比 。但当πk>l.8时,空气密度将随压比升高而减小,且空气温度随压比的升高而升高,加大了柴油机零件的热负载和加大了排气污染 。一般采用降低进气温度,来提高充气密度 。
有些增压柴油机安装有中间冷却器 。试验证明,进入气缸的空气温度每下降10k,功率可提高2.5%~3%,中间的冷却器的效果越显著,增压压力越高 。
中间冷却器的结构同散热器 。它安装在散热器前方,使热空气利用柴油机上的气管涡轮压气机风扇进行冷却 。也有的是利用冷却水冷却,其结构外形随机型而异 。

废气涡轮增压器的控制原理

废气涡轮增压器以发动机的排气作为动力,产生高密度的进气,提升发动机的输出功率和扭矩 。发动机控制模块(ecm)在控制涡轮增压器器时,主要的控制对象有两个,一个是进气旁通阀,另一个是废气旁通阀 。

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