汽油機渦輪增壓器的研究

摘 要：渦輪增壓器，一個近十年出現的詞語。人們只知道汽車排量后面帶T的車輛就是帶有渦輪增壓器的發動機，汽車的加速就會快，性能也好。渦輪增壓器會產生更大的扭矩以滿足駕駛樂趣。

關鍵詞：增壓器；渦輪增壓；新技術；裝配

1.渦輪增壓器

渦輪增壓簡稱Turbo，如果在轎車尾部看到Turbo或者T，即表明該車采用的發動機是渦輪增壓發動機。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。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，廢氣排出速度與禍輪轉速也同步增快，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。

2.渦輪增壓器的工作原理

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。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，相應增加燃料量和調整 一下發動機的轉速，就可以增加發動機的輸出功率了。

3.渦輪增壓器的增壓方式分類

3.1 機械增壓系統

這個裝置安裝在發動機上并由皮帶與發動機曲軸相連接，從發動機輸出軸獲得動力來驅動增壓器的轉子旋轉，從而將空氣增壓吹到進氣岐道里。其優點是渦輪轉速和發動機相同，因此沒有滯后現象，動力輸出非常流暢。但是由于裝在發動機轉動軸里面，因此還是消耗了部分動力，增壓出來的效果并不高。

3.2 廢氣渦輪增壓系統

這就是我們平時最常見的渦輪增壓裝置了，增壓器與發動機無任何機械聯系，實際上是一種空氣壓縮機，通過壓縮空氣來增加進氣量。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%。但是廢氣渦輪增壓器技術也有其必須注意的地方，那就是泵輪和渦輪由一根軸相連，也就是轉子，發動機排出的廢氣驅動泵輪，泵輪帶動渦輪旋轉，渦輪轉動后給進氣系統增壓。增壓器安裝在發動機的排氣一側，所以增壓器的工作溫度很高，而且增壓器在工作時轉子的轉速非常高，可達到每分鐘十幾萬轉，如此高的轉速和溫度使得常見的機械滾針或滾珠軸承無法為轉子工作，因此渦輪增壓器普遍采用全浮動軸承，由機油來進行潤滑，還有冷卻液為增壓器進行冷卻。

3.3 復合增壓系統

即廢氣渦輪增壓和機械增壓并用，機械增壓有助于低轉速時的扭力輸出，但是高轉速時功率輸出有限；而廢氣渦輪增壓在高轉速時擁有強大的功率輸出，但低轉速時則力不從心。發動機的設計師們于是就設想把機械增壓和渦輪增壓結合在一起，來解決兩種技術各自的不足，同時解決低速扭矩和高速功率輸出的問題。這種裝置在大功率柴油機上采用比較多，汽油機上采用雙增壓系統（復合增壓系統）的車型還比較少，大眾的1.4 TSI發動機采用了這一系統。其發動機輸出功率大、燃油消耗率低、噪聲小，只是結構太復雜，技術含量高，維修保養不容易，因此很難普及。

4.汽油機渦輪增壓的特點

（1）車用汽油機的速度和功率范圍寬廣，工況變化頻繁，扭矩儲備要大，這些在采用廢氣渦輪增壓后，不采取特殊措施，會限制它的推廣。

（2）汽油機的α比較小，所以工作溫度比柴油機高，增壓后尤為突出。而且汽油機空燃比由于工作循環的性質決定，仍需限制在較濃的狹窄范圍內，又不能用較大的氣門重疊角使較多的掃氣空氣來降低燃燒室零件和排氣的溫度。

（3）對增壓汽油機來說，進入汽缸的混合氣，因受壓氣機壓縮的影響，其溫度一般要比非增壓高30～600℃左右， 這就為加速混合氣的焰前反應創造了有利條件。又由于增壓汽油機的熱負荷高，燃燒室和氣缸的壁面溫度較高，對新鮮充量的熱輻射和熱傳導都將增加，這也會導致焰前反應的增加，促使正常燃燒速度增加，但對未燃混合氣的 壓爆作用也增強。

（4）汽油機增壓易發生爆燃。增壓使壓縮終了混合氣的溫度、壓力趨于升高，致使爆燃的傾向增大。汽油機由于受爆燃限制，壓縮比較低，因而造成膨脹不充分，致使排氣溫度較高，熱效率下降。

（5）汽油機增壓熱負荷大。汽油機混合氣的濃度范圍窄（過量空氣系數a = 0.85-1.1），燃燒時的過量空氣少，造成單位數量混合氣的發熱量大。同時，汽油機又不能通過提 高氣門重疊角加大掃氣來冷卻受熱零件（如氣門、燃燒室等），造成汽油機在增壓后的熱負荷偏高。汽油機增壓后熱負荷大又促使爆燃傾向的

發生。

5.結語

采用發動機增壓技術可以降低發動機的整體尺寸，這對發動機及車輛的小型化、輕量化和降低成本有巨大的吸引力；采用發動機增壓技術可以提高發動機的功率、機械效率和熱效率；可以降低發動機有害氣體和CO的排放量等；發動機增壓技術經過多年來的不斷發展與完善，在實際生產中得到廣泛應用，并且有著極大的發展空間，在將來會有更廣泛的應用。