關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓技術(shù)的研究

洪耀杰

（四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 廣元 628017）

關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓技術(shù)的研究

洪耀杰

（四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 廣元 628017）

隨著科技的發(fā)展，廢氣渦輪增壓技術(shù)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的使用越來越廣泛，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)采用廢氣渦輪增壓技術(shù)后，動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放性都比自然進(jìn)氣式發(fā)動(dòng)機(jī)有了明顯改善。文章針對發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣渦輪增壓技術(shù)的結(jié)構(gòu)、工作原理及現(xiàn)狀與優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了論述，并且對廢氣渦輪增壓器的新材料以及新技術(shù)進(jìn)行了分析及展望。

發(fā)動(dòng)機(jī)；廢氣；增壓

隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，人們的節(jié)能意識(shí)逐漸增強(qiáng)，環(huán)保部門對汽車的排放要求也越來越嚴(yán)格，因此汽車的增壓技術(shù)得到關(guān)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(yīng)用在汽車上。

1 廢氣渦輪增壓技術(shù)的概述

發(fā)動(dòng)機(jī)增壓是將空氣壓縮并供入氣缸，用以提高充氣密度，增加進(jìn)氣量的一項(xiàng)措施。發(fā)動(dòng)機(jī)增壓就是向氣缸提供的空氣比傳統(tǒng)但靠活塞自然吸入的空氣更多，壓力更高。當(dāng)更多的空氣被壓入氣缸時(shí)，就必須增加燃油量以保持標(biāo)準(zhǔn)的空燃比，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率增大，適應(yīng)高速，大功率要求，從而改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。增壓技術(shù)已經(jīng)成為提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，降低發(fā)動(dòng)機(jī)排放性能的重要方式。與傳統(tǒng)的自然進(jìn)氣式發(fā)動(dòng)機(jī)相比，廢氣渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)增加了發(fā)動(dòng)機(jī)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(fā)動(dòng)機(jī)的性能需求。

2 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理

廢氣渦輪增壓系的構(gòu)成主要包括3個(gè)組成部分，即泵輪、渦輪、導(dǎo)輪。渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)作為一種發(fā)動(dòng)機(jī)，是運(yùn)用依靠渦輪增壓器對發(fā)動(dòng)機(jī)的氣量進(jìn)行增加。早期所使用的渦輪增壓器，主要是在跑車應(yīng)用，在方程式賽車上也會(huì)應(yīng)用，發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)氣口上，排氣管上安裝排氣口，渦輪增壓器進(jìn)氣口連接到空氣濾器管道上，排氣口連接到進(jìn)氣管上。增壓器是一種發(fā)動(dòng)機(jī)，氣缸內(nèi)的空氣壓縮燃料燃燒作功就會(huì)有功率產(chǎn)生，氣缸內(nèi)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(nèi)。增壓器的運(yùn)行原理是:發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力是排出的廢氣,對渦輪起到推動(dòng)作用。在排氣道中，渦輪在運(yùn)行的過程中，就會(huì)有動(dòng)力產(chǎn)生，這些動(dòng)力就可以對同軸的葉輪起到重要的推動(dòng)作用。葉輪運(yùn)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(huì)被傳輸?shù)綒飧字小０l(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度會(huì)逐漸加快，對渦輪起到推動(dòng)作用，使得渦輪的運(yùn)轉(zhuǎn)速度以及排出廢氣的速度會(huì)有所加快，空氣壓縮程度就會(huì)不斷增加。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量持續(xù)性地提升，空氣的密度就會(huì)增加，空氣的壓力也會(huì)增加，這就會(huì)使得燃料燃燒的速度增加。于是同等的燃料量就會(huì)燃燒得更加充分，也更為徹底，同樣燃料的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率就會(huì)有所增加。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓結(jié)構(gòu)

3 廢氣渦輪增壓的類型及優(yōu)缺點(diǎn)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(tǒng)

發(fā)動(dòng)機(jī)與增壓器之間不存在機(jī)械關(guān)系，壓氣機(jī)的運(yùn)行是依賴于內(nèi)燃機(jī)的廢氣發(fā)揮驅(qū)動(dòng)作用的，而且利用渦輪對動(dòng)力加持。通常而言，增壓壓力可以達(dá)到增設(shè)空氣冷卻裝置的作用，使得高溫壓縮空氣逐漸降溫，應(yīng)用發(fā)動(dòng)機(jī)將廢氣排出，就可以達(dá)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(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，功效要超過機(jī)械增壓。廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的缺點(diǎn)是，開啟油門，使得發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)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(fā)動(dòng)機(jī)才能夠猛烈發(fā)動(dòng)。

3.2 機(jī)械增壓系統(tǒng)

發(fā)動(dòng)機(jī)上的曲軸和皮帶之間相互連接，之后連接到機(jī)械增壓系統(tǒng)裝置上。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，增壓器的動(dòng)力依賴于轉(zhuǎn)子推動(dòng)旋轉(zhuǎn)，空氣增壓直至吹到進(jìn)氣道中。

廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，發(fā)動(dòng)機(jī)和增壓器是同步運(yùn)行的，轉(zhuǎn)子運(yùn)行的速度也是等同的，所以，不會(huì)產(chǎn)生超前或者滯后的問題。發(fā)動(dòng)機(jī)在動(dòng)力輸出的過程中更為流暢而穩(wěn)定。廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的缺點(diǎn)是，機(jī)械增壓的過程中，由于摩擦比較力大，動(dòng)力消耗也非常嚴(yán)重，增壓效率就不會(huì)很高。

3.3 復(fù)合增壓系統(tǒng)

在發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用廢氣渦輪增壓器的時(shí)候，要使用機(jī)械驅(qū)動(dòng)式增壓器，就可以獲得良好的效果。

復(fù)合增壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率大、燃油消耗率比較的低，運(yùn)行的過程中噪聲比較小。復(fù)合增壓系統(tǒng)的缺點(diǎn)是：設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)含量也相對較高，維修保養(yǎng)也存在一定難度。

4 渦輪增壓系新技術(shù)的研究及發(fā)展趨勢

現(xiàn)在隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，渦輪增壓器的質(zhì)量有所改變，質(zhì)量更輕、體積比較小、運(yùn)轉(zhuǎn)的速度更快，空氣壓縮效率也更高。歐洲地區(qū)的這項(xiàng)技術(shù)比較先進(jìn)，渦輪增壓器的使用率超過了50%，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)是提高動(dòng)力性能的重點(diǎn)，成為該領(lǐng)域的主流方向。具有高科技成分的耐高溫材料出現(xiàn)，新的平衡技術(shù)和微量潤滑油軸承系統(tǒng)及全新電子控制被應(yīng)用，渦輪增壓器的運(yùn)行質(zhì)量和運(yùn)行效率都有所提高。

中國的汽車業(yè)不斷發(fā)展起來，并逐漸向規(guī)模化發(fā)展，并逐漸集約化，加之國際石油價(jià)格呈現(xiàn)出逐漸上漲的趨勢，世界各個(gè)國家的環(huán)境保護(hù)意識(shí)增強(qiáng)，對于動(dòng)力機(jī)械的動(dòng)力性就會(huì)提出更高的要求，還要達(dá)到經(jīng)濟(jì)性方面的平衡以及環(huán)境保護(hù)方面的平衡。渦輪壓力增加的發(fā)展范圍是非常大的，隨著國家總體的排放量進(jìn)行法制化管理，而且隨著技術(shù)的不斷完善，機(jī)械制造技術(shù)水平就會(huì)有所提高。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行采用渦輪增壓技術(shù)，使其性能逐漸提升，而且應(yīng)用越來越廣泛。發(fā)動(dòng)機(jī)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(zhì)量良好，就可以對廢棄物合理利用，由此體現(xiàn)了時(shí)代發(fā)展的主流方向，不僅節(jié)約了能源，還具有環(huán)境保護(hù)價(jià)值。所以，從長遠(yuǎn)的角度出發(fā)，中國正在向柴油機(jī)方向發(fā)展，原有的汽油機(jī)將被取締，特別是要達(dá)到歐Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)，渦輪的壓力增加，作為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)為渦輪增壓技術(shù)提供了更好的發(fā)展空間。所以，總體上而言，渦輪增壓技術(shù)作為一項(xiàng)很有應(yīng)用意義的技術(shù)，對于未來中國汽車業(yè)的發(fā)展，對機(jī)械行業(yè)的現(xiàn)代化建設(shè)都起到了促進(jìn)作用，將有廣闊的應(yīng)用前景。

5 結(jié)語

發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓技術(shù)，已成為改善發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性以及減少排放的重要方式而廣泛使用。渦輪增壓技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用越來越普遍。為了充分認(rèn)識(shí)到發(fā)動(dòng)機(jī)其渦輪增壓的效果，對安裝增壓器和沒有安裝增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)兩者之間進(jìn)行比較，可以明確同等時(shí)間燃燒，可以節(jié)約近一半能源。隨著輸出功率的提高，一臺(tái)小排量發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力提升之后，使得尾氣排放降低，同時(shí)燃油的使用量也會(huì)有所降低，由此就使得大排量發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中功率相同。隨著各種新材料投入到應(yīng)用領(lǐng)域中，新技術(shù)廣泛使用，今后渦輪增壓會(huì)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(yè)教學(xué)。