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發(fā)動機渦輪增壓技術(shù)介紹

作者：程力專用汽車股份有限公司 瀏覽次數(shù)：5840 發(fā)布時間：2013-03-10 17:13:00

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

 

    增壓技術(shù)采用專門的壓氣機將氣體在進(jìn)入氣缸前預(yù)先進(jìn)行壓縮，提高進(jìn)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(zhì)量大大增加，進(jìn)氣量即可滿足燃料的燃燒需要，從而達(dá)到提高發(fā)動機功率的目的。

 

    發(fā)動機增壓技術(shù)的出現(xiàn)，提高了發(fā)動機燃燒效率，降低了汽車排放。

 

渦輪增壓技術(shù)

 

    渦輪增壓技術(shù)的出現(xiàn)已經(jīng)有100多年的歷史，它改寫了汽車行業(yè)“排量大小決定功率”的傳統(tǒng)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(jìn)氣量，與發(fā)動機無任何機械聯(lián)系。它是利用發(fā)動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內(nèi)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(jìn)入氣缸。當(dāng)發(fā)動機轉(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)入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應(yīng)增加燃料量就可以增加發(fā)動機的輸出功率。一般而言，加裝廢氣渦輪增壓器后的發(fā)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(lián)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(jīng)兩臺串聯(lián)的渦輪增壓器壓縮后進(jìn)入發(fā)動機。

 

渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)

 

    渦輪增壓器主要由渦輪和壓氣機組成。發(fā)動機排氣經(jīng)排氣管進(jìn)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(fā)動機進(jìn)氣管。

 

    由于渦輪增壓器由發(fā)動機排出的廢氣來驅(qū)動渦輪增壓器一側(cè)的葉輪，當(dāng)它越轉(zhuǎn)越快時，另一側(cè)的葉輪也在同步加快，增大了進(jìn)入燃燒室的進(jìn)氣密度。因此壓縮后的空氣會變得很熱，所以在進(jìn)入燃燒室前要進(jìn)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(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、在較寬的流量范圍內(nèi)能保持較好的效率，對于小尺寸壓氣機，效率優(yōu)于軸流式。(見圖1 )   

 

    離心式壓氣機由進(jìn)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(zhuǎn)變?yōu)榭諝獾膲毫δ芎蛣幽堋?/SPAN>

 

    壓氣機葉輪分為導(dǎo)風(fēng)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(dǎo)風(fēng)輪是葉輪入口的軸向部分，葉片入口向旋轉(zhuǎn)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(jìn)入葉輪。導(dǎo)風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)及通道如圖2所示。

 

    根據(jù)葉輪輪盤的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ堋?/SPAN>

 

    渦輪。渦輪的工作過程與壓氣機相反，是把發(fā)動機排出的廢氣的能量轉(zhuǎn)化為機械功來驅(qū)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(yōu)缺點

 

    排氣渦輪增壓主要有以下優(yōu)點：

 

    增壓器與發(fā)動機只有氣體管路連接而無機械傳動，因此增壓方式結(jié)構(gòu)簡單，不需要消耗功率。

 

    在發(fā)動機重量及體積增加很少的情況下，發(fā)動機結(jié)構(gòu)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(fā)動機經(jīng)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(fā)動機的機械效率和熱效率，使發(fā)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(jìn)入工作。

 

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

 

    此外，發(fā)動機在采用廢氣渦輪增壓技術(shù)后，工作中產(chǎn)生的最高爆發(fā)壓力和平均溫度將大幅度提高，從而使發(fā)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(nèi)外的汽車排放法規(guī)執(zhí)行情況，達(dá)歐Ⅰ標(biāo)準(zhǔn)，一般采用渦輪增壓；達(dá)歐Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)，一般采用渦輪增壓＋中冷；達(dá)歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)，一般采用渦輪增壓器＋中冷＋高壓共軌+VGT；達(dá)歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)，一般采用渦輪增壓器＋中冷＋高壓共軌+VGT+EGR，或三效催化。達(dá)到歐IV標(biāo)準(zhǔn)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(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，汽車企業(yè)需要不斷地進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。這給汽車增壓器行業(yè)帶來了機遇。

 

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