渦輪增壓器基礎(chǔ)知識(shí)概論

一、各大生產(chǎn)廠商及零件號(hào)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(hào)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(hào)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是互換的當(dāng)前第1頁\共有27頁\編于星期二\9點(diǎn)HOLSET(CUMMINS)系列:H系列(H1C,WH1C),HC系列(HC5A),HT系列(HT3B),HX系列(HX35,HX35W)零件號(hào)特點(diǎn):XXXXXXX“X”全部為數(shù)字如:H1C系列的3522778(6BT3802289BorgWarner(包括KKK和Schwitzer2個(gè)分公司)

aSchwitzer當(dāng)前第2頁\共有27頁\編于星期二\9點(diǎn)系列:classic系列(3LM,4MF等),S系列(S2A,S2E等),HT系列(HT3B),零件號(hào)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,KP系列

零件號(hào)特點(diǎn):XXXX-XXX-XXXX“X”全部為數(shù)字如:K27系列的5327-988-6206(MercedesOM422)Mitsubishi

系列:TD系列(TDO6,TDO7),TE系列

零件號(hào)特點(diǎn):XXXXX-XXXXX“X”全部為數(shù)字如:TDO6系列的49179-02260(5I7952)當(dāng)前第3頁\共有27頁\編于星期二\9點(diǎn)IHI

系列:RHC系列(RHC7等),RHB系列,RHE系列

零件號(hào)特點(diǎn):##XXXXXX“#”為字母“X”為數(shù)字如:RHC7系列的NH170048NH170048（EX200-11-14400-2100）2.零件號(hào)的對比說明通常每臺(tái)增壓器有2個(gè)互換號(hào)，即主機(jī)廠號(hào)和專業(yè)生產(chǎn)廠號(hào)（CUMMINS除外）相互換。通過查Turbochargercatalog.xls下列上可以清楚說明:OEM是Originalequipmentmanufacturer的縮寫。由于CUMMINS的產(chǎn)品在各國生產(chǎn)所命名的零件號(hào)有所差異，導(dǎo)致它同一臺(tái)機(jī)器可能會(huì)有2個(gè)甚至更多的互換號(hào)。當(dāng)前第4頁\共有27頁\編于星期二\9點(diǎn)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。

當(dāng)前第5頁\共有27頁\編于星期二\9點(diǎn)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。

當(dāng)前第6頁\共有27頁\編于星期二\9點(diǎn)3.我們所接觸到的增壓器的全稱:徑流式廢氣渦輪增壓器4.工作示意圖：當(dāng)前第7頁\共有27頁\編于星期二\9點(diǎn)渦輪增壓器因渦輪的渦殼與壓氣機(jī)殼外形與蝸牛背上的殼或海灘的海螺十分近似而得名。渦輪增壓器本體是提高容積效率的核心部件，其基本結(jié)構(gòu)分為：進(jìn)氣端、排氣端和中間的連接部分。其中排氣端包括渦輪殼體（TurbineHousing，其中包括渦輪進(jìn)風(fēng)口（TurbineInlet）、渦輪出風(fēng)口（TurbineDischarge）、渦輪葉輪（TurbineWheel）。而進(jìn)氣端包括壓氣機(jī)殼體（CompressorHousing），包括壓氣機(jī)進(jìn)風(fēng)口（CompressorInlet）、壓氣機(jī)出風(fēng)口（CompressorDischarge）、壓氣機(jī)葉輪(CompressorWheel)。在兩個(gè)殼體間負(fù)責(zé)連接兩者的，還有一個(gè)軸承殼（CenterHousing），安裝有負(fù)責(zé)連接并承托起壓氣機(jī)葉輪、渦輪葉輪，應(yīng)付上萬轉(zhuǎn)速的渦輪軸（Shaft），以及與之對應(yīng)的機(jī)油入口（OilInlet）、機(jī)油出口（OilOutlet）等（甚至包括水入口和出口）。當(dāng)前第8頁\共有27頁\編于星期二\9點(diǎn)當(dāng)前第9頁\共有27頁\編于星期二\9點(diǎn)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(huì)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，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。當(dāng)前第10頁\共有27頁\編于星期二\9點(diǎn)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(huì)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、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……當(dāng)前第11頁\共有27頁\編于星期二\9點(diǎn)2.3工作環(huán)境及散熱措施“高溫”是渦輪增壓器運(yùn)作時(shí)面臨的最大考驗(yàn)。渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，首先接觸的便是由引擎排出的高溫廢氣（第一熱源），其推動(dòng)渦輪葉輪并帶動(dòng)了另一側(cè)的壓氣機(jī)葉輪同步運(yùn)轉(zhuǎn)。整個(gè)葉片輪軸的轉(zhuǎn)速動(dòng)輒70000-160000rpm(每分鐘多少轉(zhuǎn))。所以渦輪軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的熱量非常驚人（第二熱源），再加上空氣經(jīng)壓氣機(jī)葉輪壓縮后所提高的溫度（第三熱源），這三者成為渦輪增壓器最最嚴(yán)峻的高溫負(fù)擔(dān)。渦輪增壓器成為一個(gè)集高溫原件于一體的獨(dú)立工作系統(tǒng)。所以“散熱”對于渦輪增壓器非常重要。渦輪本體內(nèi)部有專門的機(jī)油道（散熱及潤滑），有不少更同時(shí)設(shè)計(jì)有機(jī)油道以及水道，通過油冷及水冷雙重散熱，降低增壓器溫度。其次，由于渦輪端溫度相對更高，常在渦輪輪背處加裝一個(gè)金屬隔熱罩，進(jìn)行局部散熱。當(dāng)前第12頁\共有27頁\編于星期二\9點(diǎn)三、渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)當(dāng)前第13頁\共有27頁\編于星期二\9點(diǎn)當(dāng)前第14頁\共有27頁\編于星期二\9點(diǎn)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。當(dāng)前第15頁\共有27頁\編于星期二\9點(diǎn)當(dāng)前第16頁\共有27頁\編于星期二\9點(diǎn)當(dāng)前第17頁\共有27頁\編于星期二\9點(diǎn)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。當(dāng)前第18頁\共有27頁\編于星期二\9點(diǎn)3.渦殼流道的線性形狀變化為了能夠更加充分地利用發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的沖擊作用，一般利用有限元法將渦殼廢氣的流道設(shè)計(jì)成蝸牛殼的形狀，即流道截面面積自廢氣入口向內(nèi)部逐漸減小這樣能夠使原本高速流動(dòng)的廢氣又得到加速，渦輪得以能夠高速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)前第19頁\共有27頁\編于星期二\9點(diǎn)4.A/R“A/R值”是壓氣機(jī)殼體及渦輪殼體的幾何特性數(shù)字“A/R值”是壓氣機(jī)殼體（CompressorHousing）及渦輪殼體（TurbineHousing）的幾何特性數(shù)字。R（Radius）為渦輪軸承中心到壓氣機(jī)出風(fēng)口（或渦輪進(jìn)風(fēng)口）橫截面（渦輪半徑線繞360度一圓周后）中心點(diǎn)的距離。A（Area）指壓氣機(jī)殼體的出風(fēng)口（或渦輪殼體入風(fēng)口）對應(yīng)以上中心點(diǎn)所在的橫截面積。以A除上R的所得兩者的比例即為A/R值。

A/R值分為壓氣A/R值、渦輪A/R值。一般而言壓氣A/R值大，較適合低增壓渦輪使用。而壓氣A/R值小，較適合高增壓渦輪使用。但相對而言壓氣A/R值的大小變化對渦輪性能的影響較小。一般都在既定的壓氣A/R值壓氣機(jī)殼體上選用不同的渦輪殼體進(jìn)行搭配。而對于排氣端的渦輪A/R值就顯得非常重要了。A/R值越小，即排廢氣的流速較高，渦輪在低轉(zhuǎn)速區(qū)域的增壓反應(yīng)越快，渦輪遲滯減低，渦輪也就能在較低的轉(zhuǎn)速區(qū)域取得較高的增壓。但同時(shí)A/R值越小，加大了排氣背壓，高轉(zhuǎn)速廢氣流量不足，使高轉(zhuǎn)馬力輸出有限。相對的，A/R值越大，渦輪在低轉(zhuǎn)速域的增壓反應(yīng)便越差，但盡管引擎的低轉(zhuǎn)速增壓難以上升，不過在高轉(zhuǎn)速區(qū)域卻可以產(chǎn)生更大的動(dòng)力，高轉(zhuǎn)高出力的傾向相當(dāng)明確?？偠灾珹/R值（渦輪A/R值）小屬于低速扭力型渦輪，而A/R值大則是高轉(zhuǎn)大出力渦輪。當(dāng)前第20頁\共有27頁\編于星期二\9點(diǎn)當(dāng)前第21頁\共有27頁\編于星期二\9點(diǎn)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。

當(dāng)前第22頁\共有27頁\編于星期二\9點(diǎn)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?？煞譃椤八囀健比~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(huì)影響馬力線性，理論上來說，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當(dāng)前第23頁\共有27頁\編于星期二\9點(diǎn)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

當(dāng)前第24頁\共有27頁\編于星期二\9點(diǎn)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(CompressorWheel)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