關于發動機廢氣渦輪增壓技術的研究

洪耀杰

（四川信息職業技術學院，四川 廣元 628017）

關于發動機廢氣渦輪增壓技術的研究

洪耀杰

（四川信息職業技術學院，四川 廣元 628017）

隨著科技的發展，廢氣渦輪增壓技術在汽車發動機上的使用越來越廣泛，汽車發動機采用廢氣渦輪增壓技術后，動力性、經濟性、排放性都比自然進氣式發動機有了明顯改善。文章針對發動機的廢氣渦輪增壓技術的結構、工作原理及現狀與優缺點進行了論述，并且對廢氣渦輪增壓器的新材料以及新技術進行了分析及展望。

發動機；廢氣；增壓

隨著社會的發展，科技的進步，人們的節能意識逐漸增強，環保部門對汽車的排放要求也越來越嚴格，因此汽車的增壓技術得到關注。在所有增壓方式中，由于廢氣渦輪增壓消耗的是無用功，因此被人們廣泛地應用在汽車上。

1 廢氣渦輪增壓技術的概述

發動機增壓是將空氣壓縮并供入氣缸，用以提高充氣密度，增加進氣量的一項措施。發動機增壓就是向氣缸提供的空氣比傳統但靠活塞自然吸入的空氣更多，壓力更高。當更多的空氣被壓入氣缸時，就必須增加燃油量以保持標準的空燃比，使發動機功率增大，適應高速，大功率要求，從而改進發動機的動力性和經濟性。增壓技術已經成為提高發動機動力，降低發動機排放性能的重要方式。與傳統的自然進氣式發動機相比，廢氣渦輪增壓發動機增加了發動機的功率，降低油耗，減少排氣，再利用廢氣能量，不受海拔影響，瞬間超增壓以滿足發動機的性能需求。

2 廢氣渦輪增壓系統的結構及工作原理

廢氣渦輪增壓系的構成主要包括3個組成部分，即泵輪、渦輪、導輪。渦輪增壓發動機作為一種發動機，是運用依靠渦輪增壓器對發動機的氣量進行增加。早期所使用的渦輪增壓器，主要是在跑車應用，在方程式賽車上也會應用，發動機就具有非常大的功率。渦輪增壓器的重要組成部分包括渦輪室和增壓器。渦輪室排氣歧管連接到進氣口上，排氣管上安裝排氣口，渦輪增壓器進氣口連接到空氣濾器管道上，排氣口連接到進氣管上。增壓器是一種發動機，氣缸內的空氣壓縮燃料燃燒作功就會有功率產生，氣缸內空氣量被吸入就可以對輸入的燃料量起到一定的限制作用。所以，輸出的功率要局限在一定的范圍內。增壓器的運行原理是:發動機的動力是排出的廢氣,對渦輪起到推動作用。在排氣道中，渦輪在運行的過程中，就會有動力產生，這些動力就可以對同軸的葉輪起到重要的推動作用。葉輪運行中，空氣濾清器管道送來的新鮮空氣被壓縮之后，空氣就會被傳輸到氣缸中。發動機的運行速度會逐漸加快，對渦輪起到推動作用，使得渦輪的運轉速度以及排出廢氣的速度會有所加快，空氣壓縮程度就會不斷增加。隨著發動機的進氣量持續性地提升，空氣的密度就會增加，空氣的壓力也會增加，這就會使得燃料燃燒的速度增加。于是同等的燃料量就會燃燒得更加充分，也更為徹底，同樣燃料的情況下，發動機的輸出功率就會有所增加。

圖1 發動機廢氣渦輪增壓結構

3 廢氣渦輪增壓的類型及優缺點分析

渦輪增壓從工作方式上可以劃分為以下幾種。

3.1 廢氣渦輪增壓系統

發動機與增壓器之間不存在機械關系，壓氣機的運行是依賴于內燃機的廢氣發揮驅動作用的，而且利用渦輪對動力加持。通常而言，增壓壓力可以達到增設空氣冷卻裝置的作用，使得高溫壓縮空氣逐漸降溫，應用發動機將廢氣排出，就可以達到增加壓力的目的。這種增壓器用于各類小汽車中。

廢氣渦輪增壓系統的優點是，功效要超過機械增壓。廢氣渦輪增壓系統的缺點是，開啟油門，使得發動機動力輸出的速度加快，所以在油門加大后通常需要稍作等待之后，發動機才能夠猛烈發動。

3.2 機械增壓系統

發動機上的曲軸和皮帶之間相互連接，之后連接到機械增壓系統裝置上。當發動機處于運行狀態的時候，增壓器的動力依賴于轉子推動旋轉，空氣增壓直至吹到進氣道中。

廢氣渦輪增壓系統的優點是，發動機和增壓器是同步運行的，轉子運行的速度也是等同的，所以，不會產生超前或者滯后的問題。發動機在動力輸出的過程中更為流暢而穩定。廢氣渦輪增壓系統的缺點是，機械增壓的過程中，由于摩擦比較力大，動力消耗也非常嚴重，增壓效率就不會很高。

3.3 復合增壓系統

在發動機應用廢氣渦輪增壓器的時候，要使用機械驅動式增壓器，就可以獲得良好的效果。

復合增壓系統的優點是：發動機輸出功率大、燃油消耗率比較的低，運行的過程中噪聲比較小。復合增壓系統的缺點是：設計結構復雜，技術含量也相對較高，維修保養也存在一定難度。

4 渦輪增壓系新技術的研究及發展趨勢

現在隨著科學技術的進步，渦輪增壓器的質量有所改變，質量更輕、體積比較小、運轉的速度更快，空氣壓縮效率也更高。歐洲地區的這項技術比較先進，渦輪增壓器的使用率超過了50%，渦輪增壓發動機是提高動力性能的重點，成為該領域的主流方向。具有高科技成分的耐高溫材料出現，新的平衡技術和微量潤滑油軸承系統及全新電子控制被應用，渦輪增壓器的運行質量和運行效率都有所提高。

中國的汽車業不斷發展起來，并逐漸向規模化發展，并逐漸集約化，加之國際石油價格呈現出逐漸上漲的趨勢，世界各個國家的環境保護意識增強，對于動力機械的動力性就會提出更高的要求，還要達到經濟性方面的平衡以及環境保護方面的平衡。渦輪壓力增加的發展范圍是非常大的，隨著國家總體的排放量進行法制化管理，而且隨著技術的不斷完善，機械制造技術水平就會有所提高。發動機運行采用渦輪增壓技術，使其性能逐漸提升，而且應用越來越廣泛。發動機廢氣中的剩余能量也可以充分利用起來，只要渦輪增壓器質量良好，就可以對廢棄物合理利用，由此體現了時代發展的主流方向，不僅節約了能源，還具有環境保護價值。所以，從長遠的角度出發，中國正在向柴油機方向發展，原有的汽油機將被取締，特別是要達到歐Ⅱ標準，渦輪的壓力增加，作為一項關鍵技術為渦輪增壓技術提供了更好的發展空間。所以，總體上而言，渦輪增壓技術作為一項很有應用意義的技術，對于未來中國汽車業的發展，對機械行業的現代化建設都起到了促進作用，將有廣闊的應用前景。

5 結語

發動機廢氣渦輪增壓技術，已成為改善發動機動力性和經濟性以及減少排放的重要方式而廣泛使用。渦輪增壓技術在發動機上的應用越來越普遍。為了充分認識到發動機其渦輪增壓的效果，對安裝增壓器和沒有安裝增壓器的發動機兩者之間進行比較，可以明確同等時間燃燒，可以節約近一半能源。隨著輸出功率的提高，一臺小排量發動機的壓力提升之后，使得尾氣排放降低，同時燃油的使用量也會有所降低，由此就使得大排量發動機在運行中功率相同。隨著各種新材料投入到應用領域中，新技術廣泛使用，今后渦輪增壓會得到更多的改善與使用，越來越受到青睞。

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Research on turbocharged supercharging technology of engine’s exhaust gas

Hong Yaojie
（Sichuan Vocational College of Information Technology, Guangyuan 628017, China）

With the progress of science and technology, exhaust gas turbine technology has been applied more and more in vehicle engine, after applying the exhaust gas turbine technology, power, economy, emissions of car engine are signi fi cantly improved than natural intake engine.The structure, working principle, status quo, advantages and disadvantage of engine exhaust turbocharger technology are discussed in this paper, the new materials and new technology of exhaust gas turbocharger are analyzed and predicted.

engine; waste gas; supercharging

洪耀杰（1988— ），男，甘肅天水，教師；研究方向：汽車檢測與維修專業教學。