廢氣渦輪增壓系統應用剖析

[摘 " " " " "要] "汽車燃料供給系統的改進給現代汽車披上了嶄新的色彩，汽油車環保和動力得到近乎完美的體現將引領新一代汽油車市場。了解原理和正確使用成為新課題，通過相位分析理解原理，突出渦輪增壓進氣的作用意義，在使用中不斷改進不但降低使用成本、優化駕駛環境同時也是對環保的一份貢獻。

[關 " 鍵 " "詞] "環保;動力;渦輪增壓;直噴;故障;改進

[中圖分類號] "U464 " " " " [文獻標志碼] "A " "[文章編號] "2096-0603（2015）11-0010-03

在發動機的研究發展的過程中，燃料供給很長一段時間成為發展研究的重要課題。從單腔化油器到雙腔化油器的進步，再到電子噴油器和空氣電子計量的產生與應用，突出了現代汽車發動機的發展環保與動力的追求擺在了發動機研究前端。進氣渦輪增壓在柴油機上率先獲得普及使用，因為進入的是純空氣，氣缸壓縮比大，設計上能承受。現在，汽油機進氣加壓走進了研究領域并成為汽車高端技術應用，渦輪增加及直噴技術的了解使用及改進是很有必要的。

一、渦輪增壓原理

為更好地了解渦輪增壓原理，有必要從進氣角度開始作幾點描述：

（一）配氣相位剖析

配氣相位圖清晰地反映發動機工作時對進排氣、點火的要求。為什么需要提前進氣又要滯后關閉進氣門，目的就是要減少進氣阻力并獲得足夠的進氣量、增加壓縮比，提高發動機的動力輸出。理論上，按進氣滯后角30°體積進氣率1/2（1+cos30°）100%，若此時與大氣壓相等則氣缸滿足進氣率約94%，進氣門關閉滯后角45°進氣率85%左右，進氣門關閉滯后角60°則只有75%左右。研究數據表明，一般發動機的進氣只能滿足60%～70%的進氣率，設計精良的發動機能獲得80%的進氣率，因為實際上有氣門的進氣阻力和流速限制，且一般進氣門關閉滯后角為40°～80°。有資料研究表明一般的發動機每提高1%進氣率，輸出動力可提高3%。

（二）供給系統發展

供給系統較早使用單腔化油器，后來應用雙腔化油器，為解決負載增加而供氣不足和混合氣霧化的問題而普遍換代應用雙腔化油器。四氣門、五氣門進氣系統解決了進氣阻力部分弱點和加速汽油霧化，在高端大排量發動機中得到應用。

電子噴油器和進氣電子計量完全改變了汽車的發展觀念，進氣通道不受喉管因素且壓力噴油霧化優良，但對解決高進氣率，特別在大負荷輸出時不理想，于是有了雙通道進氣歧管技術，改變氣門升程技術等。渦輪增壓系統及直噴技術的研究應用，很好地解決了這個難題，超過100%的進氣率，汽油霧化更好，使發動機滿足了動力的要求，過量的空氣在多噴油下也能使汽油充分燃燒，動力增加。

（三）廢氣渦輪增壓技術

廢氣渦輪增壓系統是利用發動機廢氣排放為動力，當廢氣排放達到一定條件時推動渦輪轉動，渦輪通過同軸剛性連接帶動進氣通道的葉輪，葉輪相當于鼓風機將進入的空氣離心加速加壓送入氣缸的一種裝置。廢氣渦輪殼由寬變細增加廢氣流速，廢氣渦流高速沖擊渦輪轉動，壓縮渦輪殼由窄變寬降低進氣速度利于散熱。

（四）直噴技術

傳統發動機和單點噴射發動機的汽油是在節氣門附近與空氣混合，通過進氣岐管內的氣流作用加強前期霧化后到進氣門;多點噴射的汽油在進氣門附近噴射，流動的空氣沖擊并進入氣缸利用渦流進一步汽化，壓縮點燃。這些都是汽油與空氣在氣缸外就進行混合。

直噴技術是較高壓的汽油在氣缸內當壓縮行程開始后與點火之前通過缸內高壓噴嘴霧噴，利用進氣旋流與空氣混合汽化點火燃燒的技術。直噴最佳技術是壓縮到活塞頂部離上止點曲軸轉角60°～40°時（注：來自汽車之家網）點火前噴射，汽油分層燃燒、稀薄燃燒。

二、廢氣渦輪增壓系統的應用

（一）性能優勢

廢氣渦輪增壓系統最早應用在柴油車上，經過不斷的研究開發，成熟的汽油機增壓系統得到越來越多歐洲車型應用，使用了增壓系統后動力性能在同排量的基礎上得到動力提升。看下面有兩組數據：

這組數據表明采用渦輪增壓的帕薩特1.8T發動機在4000轉/分鐘可獲得210牛*米的最大扭矩，每升汽油扭矩比帕薩特1.8L多出了20牛*米，功率多出了14KW，缸內直噴發動機邁騰1.8TSI在1500轉/分鐘就獲得了最大的扭矩轉速，最大的扭矩可達到250牛*米比帕薩特1.8L多出78牛*米，比帕薩特1.8T多出40牛*米。由此可見，單純的渦輪增壓進氣系統比傳統吸氣優越，缸內直噴技術與渦輪增壓的結合得到更加充分的發揮。

從這組數據看出，小排量發動機要獲得最大功率的轉速明顯比大排量發動機難度要高，產生相同功率的油耗略少但相差不大，而最大扭矩也明顯比大排量發動機相差較大，采用了渦輪增壓和直噴技術的小排量發動機1.4TSI卻能在1750轉/分鐘以上就可得到最大的扭矩轉速，比速騰2.0L的扭矩還要大。采用渦輪增壓技術的發動機升功率（KW/L）明顯地約高出20%以上，結合直噴技術后可明顯地高出30%～40%，環保優勢也盡顯。直噴技術的應用使越來越多的汽車生產商跟上發展的步伐，大眾汽車公司2005年推出首臺2.0TSI發動機以后，到2010年已經有25%的汽車制造商使用渦輪增壓發動機，歐洲有50%的汽車使用了這項技術，小排量發動機進氣增壓和直噴將會是以后一段較長時間民用汽車發展的主流方向，廣本新飛度也使用直噴。

（二）理解原理正確使用

從渦輪增壓器的結構組成及工作原理可以看到，增壓器在高溫高速下運行，冷卻機油的密封也很嚴格，正確使用是增壓器正常運行和延長壽命的關鍵因素，在增壓器運行時和運行后不能立即熄火，要養成良好的行為習慣。

（三）保養

對增壓器經常性的保養內容主要包括有：渦輪增壓器外觀顏色及清潔情況、機油變化情況、空氣濾清器情況及各接管接口情況等，一經發現異常應立即查找原因并給予排除，定期更換潤滑油。

三、改進運用

渦輪增壓器是結構嚴密的整體，是發動機外部的主要優化系統部件之一，這個部件不運轉對發動機正常工作不會構成很大的影響，不用這設備就和一般發動機一樣，所以發生故障后不要立即就更換，必須要經過詳細診斷分析，以免造成不必要的損失。

在使用中主要集中的問題是機油對增壓器的冷卻，由于發動機熄火后機油泵停止工作而引發故障。別克1.8T或2.0T以上的車型很多裝有延時熄火系統，額外消耗燃油。在發動機中植入電動機油泵和單向閥，以電門開關ACC控制電動機油泵工作，即使熄火只要停留在ACC開關也就使增壓器冷卻得以進行，既節能又能減少增壓器故障

率，如在此基礎上利用電延時技術更加能避免誤操作產生的增壓器故障。

四、結語、展望

科技發展日新月異，起動和怠速下燃油燃燒的確仍存在很大的環保問題，在現有的低排量進氣加壓和直噴發動機下汽車加裝微混合動力也完全有可能，彌補怠速運行下渦輪增壓存在的不足而更有發展潛力。直噴技術的應用也有可能使用更環保的混合燃料，如甲醇與汽油及少量的柴油混合燃料等。讓我們期待汽車技術向更新發展邁進，同時在汽車上多點改進，感受汽車帶給人們的樂趣。

參考文獻：

魏偉，李明海.廢氣渦輪增壓系統應用[J].中國高新技術應用，2010（25）.