車用渦輪增壓技術的發(fā)展與應用

龍偵發(fā)

（東風柳州汽車有限公司PV制造部,廣西 柳州 545626）

車用渦輪增壓技術的發(fā)展與應用

龍偵發(fā)

（東風柳州汽車有限公司PV制造部,廣西 柳州 545626）

渦輪增壓技術如今已經(jīng)應用非常廣泛。渦輪增壓技術在國民經(jīng)濟發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)科技發(fā)展起著越來越重要的作用。本文從渦輪增壓技術發(fā)展歷史，渦輪增壓技術的基本原理，渦輪增壓技術優(yōu)缺點，渦輪增壓新技術等幾方面對車用渦輪增壓技術的發(fā)展與應用進行了詳細的論述。

車用渦輪;增壓技術;應用

0 引言

對于汽車行業(yè)而言，國內(nèi)外各大汽車廠商紛紛著手渦輪增壓技術的應用與研究，車用渦輪增壓技術日益增多，這意味著車用渦輪增壓技術的春天即將到來，廣大有志于從事汽車的開發(fā)與研究的大學生和科技工作者，不管將來在汽車行業(yè)從事什么具體的工作，都應當對車用渦輪增壓技術有所了解乃至研究。

1 渦輪增壓技術發(fā)展歷史

渦輪增壓技術這個概念的提出至今已有百年時間了。渦輪增壓技術經(jīng)過不斷的改進,其在航天、航海及陸地機械上得到了廣泛的應用。渦輪機驅(qū)動壓縮機這項專利最早是由瑞士人申請的，同時，用了大概十年的時間研制了第一臺廢氣驅(qū)動源泉的軸流式渦輪增壓器。但是，鑒于壓縮空氣壓力的有限性，這一發(fā)明沒有得到當時社會的認可。

對于渦輪增壓技術，其較為成功的應用發(fā)揮在第一次世界大戰(zhàn)期間，應用的領域為航空發(fā)動機。而后，這一技術得到迅速的發(fā)展和推廣。對于小功率引擎渦輪增壓器，其研究興起于20世紀50年代，研究成果比較突出。在后來，成立了空氣學工業(yè)研發(fā)部，成為后期蓋瑞特引擎公司的前身，主要進行渦輪增壓器的設計和生產(chǎn)，對如今渦輪引擎發(fā)展意義重大。在這一階段，賽車上應用了小型渦輪增壓設備，同時，與這一行業(yè)進行了全面的融合，取得成功，而后迅速應用在大型機器設備和小型汽車之上。

對于渦輪增壓器在小型汽車領域的應用，主要興起于20世紀70年代。最早的應用發(fā)生與1975年，應用在保時捷轎車中。在20年的時間里，諸多汽車廠家將渦輪增壓技術應用在小型轎車中。另外，在卡車領域，主要是應用在農(nóng)業(yè)機械上。隨著渦輪增壓器對于發(fā)動機的作用的深入，促使其應用范圍更加廣泛。

在當前的重型車輛中，主要的動力為柴油機。同時，在西歐國家，大量轎車上也應用了柴油機，比例逐漸增大，甚至達到一半以上的占有率。柴油機是高新技術的一種，其主要優(yōu)勢是污染低、具有較強的節(jié)能性，能夠達到排放的基本標準，這些表現(xiàn)都得益于渦輪增壓技術。

2 渦輪增壓技術的基本原理

2.1 渦輪增壓器的結構

對于汽油機渦輪增壓系統(tǒng)，其主要的構成為渦輪增壓器和中冷器，借助渦輪增壓進行空氣的壓縮，中冷器而后實現(xiàn)對空氣的冷卻功能。渦輪室和增壓器構成了渦輪增壓器。對于渦輪室而言，進氣口與排氣歧管實現(xiàn)了鏈接的效果，將排氣口鏈接在排氣管之上。需要借助濾清器，實現(xiàn)對增壓器進氣口的處理。需要將渦輪安裝在渦輪室，葉輪安裝在增壓器內(nèi)部，保證二者采取的是軸鋼性連接模式。

在整個渦輪增壓系統(tǒng)中，中冷器至關重要。在受到壓縮之后，空氣溫度會急速升高，但是，此時容積率呈現(xiàn)下降的趨勢。因此，對于完成增壓之后的空氣，在達到氣缸之前，需要進行冷卻處理。這樣做的原理主要體現(xiàn)在將散熱器加裝在發(fā)動機與渦輪增壓設備之間，與水箱散熱器異曲同工，實現(xiàn)將高壓空氣進行分散，使其達到細小的管道之內(nèi)，一旦管道外部出現(xiàn)常溫空氣，降溫目的實現(xiàn)。此時，發(fā)動機的功率被提升，發(fā)貨單壓縮點的溫度降低，使得整個發(fā)動機的排氣溫度得到降低。

2.2 渦輪增壓器的工作原理

對于廢氣渦輪增壓器，需要將發(fā)動機的排氣管鏈接在增壓器的渦輪殼上。一旦高溫廢氣被排除，經(jīng)過噴嘴環(huán)，鑒于面積逐漸減小的趨勢，同時，廢氣的壓力和溫度呈現(xiàn)下降的趨勢，流速得到迅速提升。一旦渦輪受到高溫高速廢氣氣流的沖擊，致使渦輪出現(xiàn)較快速度的旋轉(zhuǎn)，促使整體廢氣的溫度、壓力和流速都出現(xiàn)增高的趨勢。借助渦輪，廢氣得到處理。此時，渦輪與壓氣機葉輪的速度相同，有效吸入濾清過的空氣，也在葉輪將其甩向外援，增大壓力和速度，進入擴壓器，降低了氣流的速度，此時壓力增大。當高壓空氣經(jīng)過發(fā)動機進入氣缸之后，鑒于充氣效率的擴大，保證燃油能夠得到更加充分的燃燒，在維持排量不變的前提下，增大發(fā)動機的輸出功率。

3 渦輪增壓技術優(yōu)缺點

對于渦輪增壓技術，優(yōu)點比較突出。在當前的技術水平下，能夠借助渦輪增壓器實現(xiàn)對輸出功率的增大。另外，立足節(jié)能和環(huán)保理念，渦輪增壓技術功能也十分突出。當前，借助渦輪增壓以及中冷技術，能夠?qū)崿F(xiàn)對氣缸內(nèi)充量容積率的提升，空燃比被增大，功率被大幅擴大。一旦 功率能夠維持不變，能夠?qū)崿F(xiàn)對廢氣溫度、煙度等的降低。在內(nèi)燃機的發(fā)展中，渦輪增壓技術不容忽視，能夠切實提供內(nèi)燃機的功率，增強經(jīng)濟學指標，減少對環(huán)境的不良影響，在內(nèi)燃機發(fā)展史上不可替代。

根據(jù)辯證法的道路，任何事物的存在都具有雙面性，借助渦輪增壓，能夠增加動力輸出值，但是，需要進行這一過程中出現(xiàn)的高熱現(xiàn)象，否則，產(chǎn)生的高熱就會影響兩個部分的正常工作。對于作用進行冷卻的，會受到高熱和快速的氧化現(xiàn)象，也就是說，利用渦輪增壓，需要保證機油的高品質(zhì)，優(yōu)勢在耐高溫和抗氧化方面，需要及時進行改進。要對機油更換的時間進行合理掌控，縮短檢查周期，避免氧化物的查收。對于車場而言，借助相應通道，進行加裝機油冷卻器，不要有效避免油溫過高的現(xiàn)象，延長機器使用周期。

對于渦輪增壓技術而言，其不足和問題要比較突出，如動力輸出呈現(xiàn)反應滯后的現(xiàn)象。由于轉(zhuǎn)子自身存在慣性，葉輪反應較為緩慢，尤其是Ian的油門驟變的時候。從油門到葉輪高速轉(zhuǎn)動期間，空氣需要進入發(fā)動機，時間差不打，時間很長。對于一些經(jīng)過改良的渦輪，需要壓力進出的控制，時間通常被控制我2秒左右，對進氣壓力進行降低，這種優(yōu)勢在迅速提速中應用較為廣闊。

4 渦輪增壓新技術

針對常規(guī)渦輪增壓技術中存在的缺陷，一些新的渦輪增壓技術逐漸被開發(fā)出來并且在實際生產(chǎn)中進行運用。

4.1 可變增壓渦輪葉片幾何技術

當發(fā)動機轉(zhuǎn)速不高的時候，排氣流量也較小，渦輪片很難被推動，此時，可變渦輪幾何系統(tǒng)中裝在和渦輪葉片平行位置并且圍繞它的那幾片可變導流板的角度就會變小。這種做法的好處是實現(xiàn)氣流通過空間的有效縮小，促使流速增大，葉片能夠更容易地被推動。在轉(zhuǎn)速較大的時候，流量呈現(xiàn)較為充足的狀態(tài)，直接引發(fā)導流板角度的變化，使得渦輪能夠獲取最大的增壓數(shù)值。借助可變渦輪葉片的幾何原理，使得其能夠在較低轉(zhuǎn)速的情況下，達到較高的渦輪速度。同時，改善了氣缸增壓的狀況，提高功率，扭力增大。

4.2 雙渦輪增壓技術

對于雙渦輪增壓技術，在進行分析之前，需要對其應用中的遲滯現(xiàn)象進行探討。一旦油門踏板被踩踏，發(fā)動機轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。鑒于渦輪機與壓縮機的慣性，很難在速度上及時跟進，遲滯現(xiàn)象發(fā)生。

對于雙渦輪增壓，顧名思義，就是利用兩個渦輪增壓器，二者相互獨立。在兩個增壓器的作用下，使得進氣效率大幅提升，強化增壓效果，動力明顯提升。另外，當轉(zhuǎn)速不高的時候，工作的是低速渦輪，只需要使用較少的排氣就能夠帶動渦輪進行高速旋轉(zhuǎn)，進氣壓力足夠大。在轉(zhuǎn)速提升之后，高速渦輪發(fā)揮作用，使得動力呈現(xiàn)連貫性。也就是說或，對于雙渦輪增壓技術，在提升動力的同時，使得遲滯現(xiàn)象得到緩解。在具體應用中，雙渦輪增壓發(fā)動機通常被裝在排量較大的發(fā)動機之上。

4.3 廢氣旁通增壓技術

對于廢氣旁通增壓系統(tǒng)，其主要立足柴油機低負荷區(qū)域，將其作為設計匹配點。針對很難有效兼顧的高負荷區(qū)域，可以先打開與大氣相連的調(diào)節(jié)閥，達到廢氣的有效釋放。這種裝置的優(yōu)點是能夠?qū)u輪截面的大小進行有效控制，形成低速壓力，對其動力、經(jīng)濟指標以及排放進行有效改善，促使柴油機的進氣壓力發(fā)揮旁通閥的作用，達到最佳的狀態(tài)，有效應對性能惡化的問題。帶廢氣旁通閥的增壓器主要應用在柴油機上，其突出的問題是進行了廢氣的排放，存在能耗浪費的現(xiàn)象。

4.4 他渦輪增壓新技術

除了以上幾種種新技術外，還有電輔助增壓技術、超高增壓技術、諧振復合增壓技術等，各有千秋，滿足了汽車消費者多方面的需求。

[1]楊龑虓,宋蟄存.渦輪增壓系統(tǒng)的現(xiàn)狀和電控趨勢[J].林業(yè)機械與木工設備,2003,32(01)：7-10.

[2]曉青.增壓技術是現(xiàn)代車用發(fā)動機的必然選擇[J].商用汽車, 2003(12)：68-69.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.204

龍偵發(fā)(1985-)，男，廣西臨桂人，研究方向：汽車技術和應用。