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發動機渦輪增壓技術介紹

作者：程力專用汽車股份有限公司 瀏覽次數：6090 發布時間：2013-03-10 17:13:00

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  增壓技術最初是用來強化發動機的工作過程，提升發動機的功率，減少發動機單位功率質量，簡單地講，就是提高發動機進氣能力的技術。這對于汽車節能來說具是有積極意義。

 

    增壓技術采用專門的壓氣機將氣體在進入氣缸前預先進行壓縮，提高進入氣缸的氣體密度，減小氣體的體積，在單位體積里，氣體的質量大大增加，進氣量即可滿足燃料的燃燒需要，從而達到提高發動機功率的目的。

 

    發動機增壓技術的出現，提高了發動機燃燒效率，降低了汽車排放。

 

渦輪增壓技術

 

    渦輪增壓技術的出現已經有100多年的歷史，它改寫了汽車行業“排量大小決定功率”的傳統概念。

 

    渦輪增壓器實際上是一種空氣壓縮機，通過壓縮空氣來增加進氣量，與發動機無任何機械聯系。它是利用發動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進入氣缸。當發動機轉速增快，廢氣排出速度與渦輪轉速也同步增快，葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應增加燃料量就可以增加發動機的輸出功率。一般而言，加裝廢氣渦輪增壓器后的發動機功率及扭矩要增大20%~30%。

 

    廢氣渦輪增壓分單級渦輪增壓和二級渦輪增壓兩類。單級渦輪增壓由一臺渦輪機和一臺壓氣機組成，或幾臺渦輪增壓器并聯的渦輪增壓叫單級渦輪增壓，多用于中、小型柴油機。小型柴油機、汽油機一般用徑流式渦流式渦輪、離心式壓氣機；二級渦輪增壓是空氣經兩臺串聯的渦輪增壓器壓縮后進入發動機。

 

渦輪增壓器的結構

 

    渦輪增壓器主要由渦輪和壓氣機組成。發動機排氣經排氣管進入渦輪，對渦輪作功，渦輪葉輪與壓氣機葉輪同軸，從而帶動壓氣機吸入外界空氣并壓縮后送至發動機進氣管。

 

    由于渦輪增壓器由發動機排出的廢氣來驅動渦輪增壓器一側的葉輪，當它越轉越快時，另一側的葉輪也在同步加快，增大了進入燃燒室的進氣密度。因此壓縮后的空氣會變得很熱，所以在進入燃燒室前要進行冷卻，就是我們常說的中冷，中冷也幫助降低了燃燒室的溫度。

 

    壓氣機。 壓氣機有軸流式和離心式 兩種。離心式壓氣機結構緊湊、質量輕、在較寬的流量范圍內能保持較好的效率，對于小尺寸壓氣機，效率優于軸流式。(見圖1 )   

 

    離心式壓氣機由進氣道1、葉輪2、壓氣機蝸殼3和擴壓器4等部件組成。

 

    壓氣機葉輪2是壓氣機中唯一對空氣作功的部件，它將渦輪提供的機械能轉變為空氣的壓力能和動能。

 

    壓氣機葉輪分為導風輪和工作葉輪兩部分，中、小型渦輪增壓器兩者做成一體，大型渦輪增壓器則是將兩者裝配在一起。

 

    導風輪是葉輪入口的軸向部分，葉片入口向旋轉方向前傾，直徑越小處前傾越多，其作用是使氣流以盡量小的撞擊進入葉輪。導風輪的結構及通道如圖2所示。

 

    根據葉輪輪盤的結構形成，壓氣機葉輪可分為開式、半開式、閉式、星形等形式。擴壓器4的作用是將壓氣機葉輪出口高速空氣的動能轉變為壓力能。

 

    渦輪。渦輪的工作過程與壓氣機相反，是把發動機排出的廢氣的能量轉化為機械功來驅動壓氣機葉輪。渦輪增壓器的性能在很大程度上取決于渦輪的性能。

 

渦輪增壓器的優缺點

 

    排氣渦輪增壓主要有以下優點：

 

    增壓器與發動機只有氣體管路連接而無機械傳動，因此增壓方式結構簡單，不需要消耗功率。

 

    在發動機重量及體積增加很少的情況下，發動機結構無需做重大改動，很容易提高功率20%~40%。

 

    由于廢氣渦輪增壓回收了部分能量，故增壓后發動機經濟性也有明顯提高，再加上相對減小了機械損失和散熱損失，提高了發動機的機械效率和熱效率，使發動機渦輪增壓后燃油溺消耗率可降低5%~10%。

 

    另外，渦輪增壓也能夠使汽車在冷啟動時三元催化更快進入工作。

 

    雖然渦輪增壓能夠提升發動機的動力，但也有相應的缺點，其中最明顯的就是動力輸出反應滯后。

 

    此外，發動機在采用廢氣渦輪增壓技術后，工作中產生的最高爆發壓力和平均溫度將大幅度提高，從而使發動機的機械性能、潤滑性能都受到影響。

 

渦輪增壓的前景

 

    在國內外的汽車排放法規執行情況，達歐Ⅰ標準，一般采用渦輪增壓；達歐Ⅱ標準，一般采用渦輪增壓＋中冷；達歐Ⅲ標準，一般采用渦輪增壓器＋中冷＋高壓共軌+VGT；達歐Ⅳ標準，一般采用渦輪增壓器＋中冷＋高壓共軌+VGT+EGR，或三效催化。達到歐IV標準后，基本上所有的措施都要用上。隨著世界各國制定越來越嚴格的排放標準，汽車企業需要不斷地進行技術改進。這給汽車增壓器行業帶來了機遇。

 

    隨著科技的進步，渦輪增壓器的發展方向是：部件更少、體積更小、轉速更高，空氣壓縮比更優。如通用汽車、大眾汽車等各大汽車公司都在不斷開展發動機增壓技術的研究，開發出了更優化的增壓設備，如大眾汽車的TDI渦輪增壓柴油直噴發動機和TSI渦輪增壓汽油直噴發動機等，不但改善了燃油經濟性，同時還讓車輛的動態響應更迅速，也優化了發動機的振動和噪聲。
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