8 柴油机进排气与涡轮增压

8柴油机进排气与涡轮增压教学内容预告：一、进排气系统组成与工作原理；二、柴油机增压技术简介；三、废气涡轮增压器与柴油机故障诊断进气排气一、进排气系统组成与工作原理1、吸气形式：自然吸气、增压、增压中冷；2、系统组成：进气管+排气管+空滤器，对增压柴油机还要加上增压器和中冷器；3、进排气管：进气岐管与缸盖进气道相连，进气总管一端与进气岐管相连，另一端与空滤器相连；排气岐管与缸盖上的排气口相连，排气总管一端与岐管相连，另一端与消声器相连。排气管材料多为铸铁。常分别布置于柴油机两侧。4、空气滤器：功用：清除进气中的灰尘和杂质，减少活塞组磨损；要求：高效过滤，通过阻力小，寿命长，维护方便；惯性法空滤器：影视油浴法空滤器：过滤法过滤器二、柴油机增压技术简介1、影响柴油机功率相关因素：缸径+缸数+转速+行程+平均有效压力；2、增加供油量可增加平均有效压力（单位气缸工作容积所发出的有效功率）；3、增加供油量必须增加空气量；4、增加进气压力是增加进气量的有效方法；机械增压：少用（右图）废气涡轮增压：多用5、柴油机典型增压类型机械增压器1进气管2排气管3罗茨泵4驱动装置5发动机6、增压中冷因增压而使进气温度升高，达120度，限制了功率增加；利用柴油机冷却水或机械风将增压后的进气进行中间冷却；空冷可将进气降到约50度，水冷可达约90度。空气冷却器三、废气涡轮增压器与柴油机故障诊断1、提柴油机功率输出的途径：A、加大气缸总排量，改变其结构主参数？B、增加转速；但恶化工作过程；C、提高平均有效压力；公式？2、影响平均有效压力因素：A、进气密度、充量系数、热效率、机械效率等B、其中提高进气密度最有效，根据物理可知：增加进气压力就提高了密度，公式？。3、结论：在一定转速下，提高进气压力，增大气缸空气量，并相应增加喷油量，可在基本结构变动不大的情况下，增大柴油机的扭矩和功率；且由于混合气密度加大，燃烧改善，可减小排气污染和降低油耗率（一般油耗可降低3～10％）；对于在高原地区使用的柴油机安装增压器的意义更为重要---恢复功率，减小油耗；因此，柴油机增压是个发展方向，已为大功率柴油机广泛采用。4、工作原理作用是将空气压入气缸；多用废气涡轮增压器，目的是尽可能地利用排气管废气的能量；排气中带走的能量占燃油所发出能量的？％；废气涡轮增压器一般由涡轮、中间壳和压气机三部分组成。废气经排气管1进入涡轮壳4里的喷嘴环2时，过流面积逐渐收缩，废气压力和温度下降，速度提高，使它的动能增加；高速废气流，按一定的方向冲击涡轮3，使涡轮高速运转。冲击过涡轮的废气最后经消声器排入大气；涡轮3和离心式压气机叶轮8固装在同一转子轴5上，所以两者同速旋转；高速旋转的压气机叶轮8把空气甩向叶轮的外沿，使其速度和压力增加，并进入扩压器7；扩压器进口小出口大，可降速升压力，环形压气机壳9断面由小到大可使空气流的压力继续提高；最后，柴油机进气管10内的空气以140～500kPa的压力进人气缸，从而提高柴油机缸内空气密度。5、结构分析由涡轮壳4、中间壳14、压气机壳9，转子体及浮动轴承16等主要零件组成；压气机叶轮11和涡轮2支承在浮动轴承16上作高速旋转；涡轮用高强度、耐热、耐腐蚀性能好的合金钢精密铸造而成，焊在转子轴上或与轴靠锥面配合用螺母固定在轴上；压气机叶轮为铝合金铸件，靠锥面配合用螺母固定在转子轴上。转子体转速往往在每分钟12万转以上。浮动轴承16与转子轴10和中间壳14之间都有合适间隙，当转子轴高速旋转时，具有250—500kPa压力的润滑油充满这两个间隙，使浮动轴承在内外两层油膜中随转子轴同时旋转，但其转速比转子轴低得多，从而使轴承对轴承孔和转子轴的相对线速度大大下降，从而满足超高速工况下的工作要求。这就是著名的浮动轴承的工作原理，修理的困难性也因此面产生。增压器所需要的润滑油来自发动机主油道，从浮动轴承喷出来的机油回曲轴箱，形成一条不断的循环润滑油路；为防增压器窜气和提高轴承寿命，设“O”形橡胶密封圈6和密封环12和密封环3，共4个；为防止润滑油进入压气机，设挡油密封套8，隔热板1减少高温废气对润滑油的不利影响；冷却多用自然空气冷却，亦有的在中间壳制有夹层，通过管道和发动机的冷却系统相连。6、4类典型故障分析：1、柴油机曲轴箱窜气故障不是其四配套的专利；2、涡轮增压器故障可导致柴油机机油消耗量增加；3、诊断柴油机冷却液中有机油故障时应高度关注水冷涡轮增器；4、柴油机机功率下降且冒黑烟故障与其涡轮增压器相关。案例1某ZL50装载机用柴油机工作时曲轴箱窜气，轻负荷低转速时现象不明显，重负荷高转速时窜气严重，且机温偏高。案例2一台日本小松挖掘机的柴油机只用了一年多时间机油消耗量就迅速增加，且排气管有明显蓝烟冒出，常规检查没有查出原因。案例3现在的涡轮增压器多为风冷，但也有用水冷的，即在中间壳14上制有夹层，通过管道和发动机的冷却系统相连。由于中间壳近邻高温涡轮室，因此其冷却夹层的冷热变形较大，容易开裂，从而造成机油和冷却水相通。此故障的最大特点是水箱中有机油而机油中无水，因为柴油机工作时机油压力较冷却液压力大，机油可借裂缝进入水道，最后在水箱中浮上一层机油，当柴油机不工作时，由于增压器的位置高于水箱或基本等高，因此冷却液无法进入柴油机油底壳，而其它原因引起的类似故障多为机油中有水，水中有机油，或者排气管冒蓝烟或白烟。我们根据这一特点曾很准确、而迅速地判断了几次涡轮增压器故障。案例4柴油机在额定工况下突然功率偏低且冒黑烟但气缸压缩压力正常的故障案例.第一次处理时，总认为是空气滤清器和柴油供给系的故障，免不了先更换空滤器和柴油滤芯，然后分别调校喷油嘴和柴油高压油泵，却解决不了问题。后来在诊断过程中我们发现该柴油机除上述故障外还有机油压力偏低（机油压力在0.15～0.18MPa间）现象，经检查得知机油压力偏低是由于其机油滤清器上的调压阀故障所致，将压力调到0.3MPa并更换不清洁的机油滤芯后故障现象消失。究其原因，我们认为是由于机油压力偏低，导致了涡轮增压器浮动轴承16性能下降，从而使涡增压器增压功能降低，气缸内空气密度比正常工况下低，即空燃比较小，最后导致了上述故障现象的发生。按照上面的推理，在柴油机的其它工况也应该有同样的故障现象发生，在后来的几次故障处理中我们验证了这一结论。即在解决问题之先，我们对其它工况也做了运行实验，由于随着柴油机转速的降低其机油压力也会下低，更加不利于增压器浮动轴承的工作，因此在其它工况下上述故障现象有增无减。需要说明的是，后来的几次类似故障不是突然发生的而是慢慢形成的，因此我们只更换了机油滤芯就解决了问题。由此可见，柴油机机油压力对其涡轮增压器的性能影响较大，可直接影响发动机的性能。7、结论1、因涡轮增压器的正常工作依赖柴油机的润滑系和冷却系（对水冷而言），故在诊断此二系统的故障成因时应考虑涡轮增压器；2、涡轮增压器是柴油机供给系的一个重要零部件，与功率非常相关，因此，在进行有关柴油机功率的故障诊断时，必须考虑之，特别是遇到凝难故障时。3、由于涡轮增压器的修复困难性，我们建议采用排除法进行故障诊断，用换修法进行维修；4、一旦确诊是涡轮增压器故障导致柴油机不能正常工作，必须立即维修，拖延时间必定成倍加大维修工作量，得不偿失，使用中务必坚持科学原则。