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发动机涡轮增压技术介绍

作者：程力专用汽车股份有限公司 浏览次数：5211 发布时间：2013-03-10 17:13:00

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  增压技术最初是用来强化发动机的工作过程，提升发动机的功率，减少发动机单位功率质量，简单地讲，就是提高发动机进气能力的技术。这对于汽车节能来说具是有积极意义。

 

    增压技术采用专门的压气机将气体在进入气缸前预先进行压缩，提高进入气缸的气体密度，减小气体的体积，在单位体积里，气体的质量大大增加，进气量即可满足燃料的燃烧需要，从而达到提高发动机功率的目的。

 

    发动机增压技术的出现，提高了发动机燃烧效率，降低了汽车排放。

 

涡轮增压技术

 

    涡轮增压技术的出现已经有100多年的历史，它改写了汽车行业“排量大小决定功率”的传统概念。

 

    涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量，与发动机无任何机械联系。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。一般而言，加装废气涡轮增压器后的发动机功率及扭矩要增大20%~30%。

 

    废气涡轮增压分单级涡轮增压和二级涡轮增压两类。单级涡轮增压由一台涡轮机和一台压气机组成，或几台涡轮增压器并联的涡轮增压叫单级涡轮增压，多用于中、小型柴油机。小型柴油机、汽油机一般用径流式涡流式涡轮、离心式压气机；二级涡轮增压是空气经两台串联的涡轮增压器压缩后进入发动机。

 

涡轮增压器的结构

 

    涡轮增压器主要由涡轮和压气机组成。发动机排气经排气管进入涡轮，对涡轮作功，涡轮叶轮与压气机叶轮同轴，从而带动压气机吸入外界空气并压缩后送至发动机进气管。

 

    由于涡轮增压器由发动机排出的废气来驱动涡轮增压器一侧的叶轮，当它越转越快时，另一侧的叶轮也在同步加快，增大了进入燃烧室的进气密度。因此压缩后的空气会变得很热，所以在进入燃烧室前要进行冷却，就是我们常说的中冷，中冷也帮助降低了燃烧室的温度。

 

    压气机。 压气机有轴流式和离心式 两种。离心式压气机结构紧凑、质量轻、在较宽的流量范围内能保持较好的效率，对于小尺寸压气机，效率优于轴流式。(见图1 )   

 

    离心式压气机由进气道1、叶轮2、压气机蜗壳3和扩压器4等部件组成。

 

    压气机叶轮2是压气机中唯一对空气作功的部件，它将涡轮提供的机械能转变为空气的压力能和动能。

 

    压气机叶轮分为导风轮和工作叶轮两部分，中、小型涡轮增压器两者做成一体，大型涡轮增压器则是将两者装配在一起。

 

    导风轮是叶轮入口的轴向部分，叶片入口向旋转方向前倾，直径越小处前倾越多，其作用是使气流以尽量小的撞击进入叶轮。导风轮的结构及通道如图2所示。

 

    根据叶轮轮盘的结构形成，压气机叶轮可分为开式、半开式、闭式、星形等形式。扩压器4的作用是将压气机叶轮出口高速空气的动能转变为压力能。

 

    涡轮。涡轮的工作过程与压气机相反，是把发动机排出的废气的能量转化为机械功来驱动压气机叶轮。涡轮增压器的性能在很大程度上取决于涡轮的性能。

 

涡轮增压器的优缺点

 

    排气涡轮增压主要有以下优点：

 

    增压器与发动机只有气体管路连接而无机械传动，因此增压方式结构简单，不需要消耗功率。

 

    在发动机重量及体积增加很少的情况下，发动机结构无需做重大改动，很容易提高功率20%~40%。

 

    由于废气涡轮增压回收了部分能量，故增压后发动机经济性也有明显提高，再加上相对减小了机械损失和散热损失，提高了发动机的机械效率和热效率，使发动机涡轮增压后燃油溺消耗率可降低5%~10%。

 

    另外，涡轮增压也能够使汽车在冷启动时三元催化更快进入工作。

 

    虽然涡轮增压能够提升发动机的动力，但也有相应的缺点，其中最明显的就是动力输出反应滞后。

 

    此外，发动机在采用废气涡轮增压技术后，工作中产生的最高爆发压力和平均温度将大幅度提高，从而使发动机的机械性能、润滑性能都受到影响。

 

涡轮增压的前景

 

    在国内外的汽车排放法规执行情况，达欧Ⅰ标准，一般采用涡轮增压；达欧Ⅱ标准，一般采用涡轮增压＋中冷；达欧Ⅲ标准，一般采用涡轮增压器＋中冷＋高压共轨+VGT；达欧Ⅳ标准，一般采用涡轮增压器＋中冷＋高压共轨+VGT+EGR，或三效催化。达到欧IV标准后，基本上所有的措施都要用上。随着世界各国制定越来越严格的排放标准，汽车企业需要不断地进行技术改进。这给汽车增压器行业带来了机遇。

 

    随着科技的进步，涡轮增压器的发展方向是：部件更少、体积更小、转速更高，空气压缩比更优。如通用汽车、大众汽车等各大汽车公司都在不断开展发动机增压技术的研究，开发出了更优化的增压设备，如大众汽车的TDI涡轮增压柴油直喷发动机和TSI涡轮增压汽油直喷发动机等，不但改善了燃油经济性，同时还让车辆的动态响应更迅速，也优化了发动机的振动和噪声。
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