增壓器，活塞式航空發(fā)動機(jī)借以增加氣缸進(jìn)氣壓力的裝置。進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸前的空氣先經(jīng)增壓器壓縮以提高空氣的密度，使更多的空氣充填到氣缸里，從而增大發(fā)動機(jī)功率。裝有增壓器的發(fā)動機(jī)除能輸出較大的起飛功率外，還可改善發(fā)動機(jī)的高度特性。
增壓器可增加可燃的燃油量，增進(jìn)引擎動力。原理：引擎進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)，將進(jìn)入的空氣或空氣燃油混合比加以壓力的泵。活塞式航空發(fā)動機(jī)借以增加汽缸進(jìn)氣壓力的裝置。進(jìn)入發(fā)動機(jī)汽缸前的空氣先經(jīng)增壓器壓縮以提高空氣的密度，使更多的空氣充填到汽缸里，從而增大發(fā)動機(jī)功率。裝有增壓器的發(fā)動機(jī)除能輸出較大的起飛功率外，還可改善發(fā)動機(jī)的高度特性。
內(nèi)容簡介
增壓器應(yīng)指發(fā)動機(jī)進(jìn)氣增壓器，包括三種形式：廢氣渦輪增壓器、機(jī)械渦輪增壓器、電輔助渦輪增壓器。通過增壓器壓縮空氣，提高發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣密度，從而可以提高發(fā)動機(jī)的升功率。同時(shí)由于發(fā)動機(jī)的混合燃燒調(diào)節(jié)得到了改善，提高了燃燒效率，還可以起到節(jié)省燃油和降低排放的效果。是現(xiàn)代發(fā)動機(jī)的一項(xiàng)重要的技術(shù)進(jìn)步。現(xiàn)在應(yīng)用最普遍的就是發(fā)動機(jī)廢氣渦輪增壓器，下面我們具體講解發(fā)動機(jī)廢氣渦輪增壓器的一些相關(guān)知識。
原理結(jié)構(gòu)
廢氣渦輪增壓器，利用發(fā)動機(jī)排出的700-900攝氏度的高溫廢氣，驅(qū)動渦輪機(jī)中的渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪軸帶動壓氣機(jī)中的葉輪高速旋轉(zhuǎn)，以離心的方式壓縮空氣，提高發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣密度到2-3個(gè)大氣壓。從而我們可以給發(fā)動機(jī)噴更多的燃油，達(dá)到提高發(fā)動機(jī)自身功率的目的。
廢氣渦輪增壓器由廢氣驅(qū)動的渦輪機(jī)、壓縮新鮮空氣的壓縮機(jī)、中間起軸承支撐作用的中間體以及旁通閥控制機(jī)構(gòu)組成。
發(fā)展歷程
最早的渦輪增壓器專利申請于在1905年，Sulzer Brothers Research and Development 公司的Alfred Buchi博士申請了第一款渦輪增壓器的專利——動力驅(qū)動的軸向增壓器，但鑒于當(dāng)時(shí)的工業(yè)水平，Buchi博士并沒有制造出第一臺有效率的渦輪增壓器產(chǎn)品。1911年在瑞士的Winterthur增壓器廠開工，并在1915年制造出了原型航空器發(fā)動機(jī)增壓器，利用發(fā)動機(jī)廢氣驅(qū)動，主要目的是用來克服高海拔稀薄空氣對動力的負(fù)面影響。第二次世界大戰(zhàn)期間，通用電氣(GE)制造的增壓器將飛行器升到了一萬米高空。
注意事項(xiàng)
由于渦輪增壓器經(jīng)常處于高速、高溫下工作，增壓器廢氣渦輪端的溫度在700-900℃，增壓器定子和轉(zhuǎn)子以幾萬轉(zhuǎn)到二十多萬轉(zhuǎn)的高速旋轉(zhuǎn)，因此為了保證增壓器的正常工作，使用中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
不能著車就走
發(fā)動機(jī)發(fā)動后，特別是在冬季，應(yīng)讓其怠速運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間，以便在增壓器轉(zhuǎn)子高速運(yùn)轉(zhuǎn)之前讓潤滑油充分潤滑軸承。所以剛啟動后千萬不能猛轟油門，以防損壞增壓器油封。
不能立即熄火
發(fā)動機(jī)長時(shí)間高速運(yùn)轉(zhuǎn)后，不能立即熄火。發(fā)動機(jī)工作時(shí)，有一部分機(jī)油供給渦輪增壓器轉(zhuǎn)子軸承潤滑和用于冷卻的。正在運(yùn)行的發(fā)動機(jī)突然停機(jī)后，機(jī)油壓力迅速下降為零，增壓器渦輪部分的高溫傳到中間，軸承支承殼內(nèi)的熱量不能迅速帶走，而同時(shí)增壓器定子和轉(zhuǎn)子仍在慣性作用下高速旋轉(zhuǎn)，因此，發(fā)動機(jī)熱機(jī)狀態(tài)下如果突然停機(jī)，會引起渦輪增壓器內(nèi)滯留的機(jī)油過熱而損壞軸承和軸。特別要防止猛轟幾腳油門后突然熄火。
保持清潔
拆卸增壓器時(shí)，要保持清潔，各管接頭一定要用清潔的布堵塞好，防止雜物掉進(jìn)增壓器內(nèi)，損壞轉(zhuǎn)子。維修時(shí)應(yīng)注意不要碰撞損壞葉輪，如果需要更換葉輪，應(yīng)對其做動平衡試驗(yàn)。重新裝復(fù)完畢后，要取出堵塞物。
經(jīng)常高溫下運(yùn)轉(zhuǎn)
它的潤滑油管線因受高溫作用，內(nèi)部機(jī)油容易有部分的結(jié)焦，這樣會造成增壓器軸承的潤滑不足而損壞。因此，潤滑油管線在運(yùn)行一段時(shí)間后要進(jìn)行清洗。
檢查增壓器
在出車前、收車后，應(yīng)檢查氣道各管的連接情況，防止松動、脫落而造成增壓器失效和空氣短路進(jìn)入氣缸。
由此可見，發(fā)動機(jī)經(jīng)過增壓后，零部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了強(qiáng)化，從使用、保養(yǎng)方面講，必須加強(qiáng)發(fā)動機(jī)的強(qiáng)制保養(yǎng)工作，注意采用正確的操縱方法。
所以發(fā)動機(jī)大負(fù)荷、長時(shí)間運(yùn)行后，在熄火前應(yīng)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)3－5min，讓增壓器定子和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速降下來以后再熄火。特別要防止猛轟幾腳油門后突然熄火
這就是熄火延時(shí)裝置的作用。
主要故障
喘振原因
通常在選配增壓器時(shí)，已根據(jù)采用不同的增壓系統(tǒng)的工作特性將壓氣機(jī)配合工作線選擇在喘振線B右側(cè)的適當(dāng)位置。此時(shí)既可保證柴油機(jī)達(dá)到預(yù)定的增壓指標(biāo)和增壓器在高效率區(qū)工作，又保證在柴油發(fā)動機(jī)全部工作范圍內(nèi)增壓器不發(fā)生喘振。因此在正常情況下一般不會發(fā)生喘振。但是當(dāng)工作條件發(fā)生變化，例如當(dāng)出現(xiàn)增壓系統(tǒng)通道堵塞、負(fù)荷過高或過低、柴油機(jī)負(fù)荷不均以及負(fù)荷突變等情況時(shí)，配合工作線就會部分地或全部地進(jìn)入喘振區(qū)，從而引起喘振。下面介紹一些可能導(dǎo)致增壓器喘振的原因。
增壓系統(tǒng)流道阻塞因素的影響增壓器流道阻塞的直接后果之一就是會增加氣流在系統(tǒng)中的阻力。柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)，增壓系統(tǒng)的氣體流動路線是：壓氣機(jī)進(jìn)口濾器和消音器→壓氣機(jī)葉輪→ 壓氣機(jī)擴(kuò)壓器→空氣冷卻器→ 掃氣箱→ 柴油機(jī)進(jìn)氣口(閥) → 排氣口(閥) → 排氣管→ 廢氣渦輪噴嘴環(huán)→ 廢氣渦輪葉輪→ 煙囪。其中各組成部分的流通面積都是固定的。若上述流動路線中任一環(huán)節(jié)發(fā)生堵塞，如臟污、結(jié)碳、變形等，都會因流阻增大使壓氣機(jī)背壓升高，流量減少，引起喘振。其中容易臟污的部件是壓氣機(jī)進(jìn)口濾器、壓氣機(jī)葉輪和擴(kuò)壓器、空氣冷卻器、柴油機(jī)進(jìn)(掃)氣口和排氣口(閥) 、廢氣渦輪噴嘴環(huán)、廢氣渦輪葉輪。通常情況下，渦輪增壓器氣流通道的阻塞是造成其喘振的主要原因。管理中應(yīng)定期檢查上述部件是否污損，并加以清潔，由此而引起的喘振就會被防止或被排除。
阻塞因素
柴油機(jī)運(yùn)行工況(負(fù)荷、轉(zhuǎn)速)變化柴油機(jī)在低轉(zhuǎn)速高負(fù)荷下運(yùn)行，當(dāng)柴油機(jī)發(fā)生故障或艦船滿載、頂風(fēng)、污底使外負(fù)荷增大時(shí)，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速下降，此時(shí)調(diào)速器自動增加供油量，使柴油機(jī)在低轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷下運(yùn)行。由于供油量增多，廢氣能量增大，必然導(dǎo)致增壓器轉(zhuǎn)速提高，壓氣機(jī)排氣量和排出壓力升高。而此時(shí)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速低，耗氣量少，使增壓器供氣與柴油機(jī)耗氣之間的供需平衡被打破。壓氣機(jī)背壓升高，流量減少，從而引起。
當(dāng)進(jìn)入低溫海域時(shí)，空氣密度因環(huán)境溫度變低而變高，則壓氣機(jī)進(jìn)氣量變大，使渦輪獲得的能量增大，增壓器轉(zhuǎn)速升高使配合運(yùn)行線向低處移動，喘振余量增大；而進(jìn)入高溫海域則相反，即喘振余量減小易發(fā)生喘振。而對于一些艦船在低溫航區(qū)匹配的不帶空冷器的增壓柴油機(jī)航行于高溫海域時(shí)，或在高溫航區(qū)匹配的帶空冷器的增壓柴油機(jī)航行于低溫海域時(shí)，由于兩者的匹配關(guān)系發(fā)生變化，運(yùn)行點(diǎn)容易靠近喘振區(qū)，引起喘振。
噴油故障
當(dāng)噴油系統(tǒng)發(fā)生故障、燃用劣質(zhì)重油，后燃加重、排氣溫度偏高。無論是全負(fù)荷還是部分負(fù)荷，無論后燃有多嚴(yán)重，其配合運(yùn)行點(diǎn)均在正常配合運(yùn)行線上。隨著燃燒終點(diǎn)延后，排氣溫度升高，增壓器轉(zhuǎn)速升高，壓氣機(jī)流量增大，壓比升高，配合運(yùn)行點(diǎn)往該曲線高處移動，喘振余量較少。
冷卻變差
當(dāng)空冷器冷卻能力下降時(shí)，柴油機(jī)排氣溫度升高，壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速升高，配合運(yùn)行點(diǎn)移向高處，喘振余量減小。
總之，非流道阻塞影響因素不會影響通流特性，不會改變增壓器與柴油機(jī)配合運(yùn)行線的位置，僅改變增壓器與柴油機(jī)配合運(yùn)行點(diǎn)在該配合線上的位置，是引起柴油機(jī)增壓器喘振的次要原因。
參考資料 >
渦輪增壓器到底是什么.騰訊新聞.2020-05-16
帶你認(rèn)識增壓發(fā)動機(jī)(三)渦輪增壓器.太平洋汽車網(wǎng).2020-05-16
渦輪增壓技術(shù)的回顧.新浪汽車.2020-05-16