渦輪增壓技術(shù)在汽油發(fā)動機上的應(yīng)用

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1、渦輪增壓技術(shù)在汽油發(fā)動機上的應(yīng)用摘要：現(xiàn)代汽車不僅要滿足越來越高的環(huán)保和節(jié)能要求，同時又要滿足客戶對汽車動力性能的需求，更要保證足夠的駕駛樂趣。渦輪增壓技術(shù)在這些方面有不可替代的作用。文章主要介紹了渦輪增壓技術(shù)在汽油機上的應(yīng)用。引言一般的汽油機采用“自然吸氣”的工作方式，這種方式是利用活塞下行時汽缸內(nèi)部產(chǎn)生的真空，再借助于外界的大氣壓力，將混合氣壓入汽缸。然而，受各種因素影響汽缸的進氣量很難達到100%。依實測數(shù)據(jù)，一般汽油機的容積率約在60%～70%。即使設(shè)計精良的發(fā)動機也只能達到80%左右。而容積率每提高1%，發(fā)動機的輸出功率約

2、能提高3%。所以最初只應(yīng)用在航空發(fā)動機、柴油機及賽車用汽油機上的渦輪增壓技術(shù)越來越多地出現(xiàn)在普通轎車的汽油機上。1　渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)汽油機渦輪增壓系統(tǒng)是由渦輪增壓器和中冷器兩部分組成，通過渦輪增壓器(一種空氣壓縮機)壓縮空氣，由中冷器對壓縮后的空氣進行冷卻。渦輪增壓器由渦輪室和增壓器組成。渦輪室的進氣口與排氣歧管相連，排氣口接在排氣管上；增壓器的進氣口與空氣濾清器管道相連，排氣口接在通往進氣歧管的進氣管路上。渦輪和葉輪分別裝在渦輪室和增壓器內(nèi)，二者同軸鋼性聯(lián)接。中冷器是渦輪增壓系統(tǒng)的一部分?？諝獗桓弑壤龎嚎s后溫度會升高，容積率反而降

3、低。所以，增壓后的空氣在進入汽缸前要對其進行冷卻。原理是在發(fā)動機和渦輪增壓器之間加裝一個散熱器(稱作中央冷卻器，簡稱中冷器)，結(jié)構(gòu)類似于水箱散熱器，將高溫高壓空氣分散到許多細小的管道里，管道外有常溫空氣高速流過(有的采用循環(huán)水冷或冷卻風扇)，達到降溫的目的(可以將壓縮空氣的溫度從150℃降到50℃左右)，在提高發(fā)動機功率輸出的同時，降低了發(fā)動機壓縮始點的溫度和整個循環(huán)的平均溫度，從而降低了發(fā)動機的排氣溫度、熱負荷和NOx排放。2　渦輪增壓器的工作原理廢氣渦輪增壓器的工作原理如圖1所示。發(fā)動機排氣管1接在渦輪增壓器的渦輪殼4上(渦輪室

4、進氣口)。當發(fā)動機排出的具有一定壓力的高溫廢氣經(jīng)渦輪殼4進入噴嘴環(huán)3時，由于此處面積由大到小，因而廢氣的壓力和溫度下降，流速迅速提高。高溫高速的廢氣氣流沖擊渦輪2，使渦輪高速旋轉(zhuǎn)，廢氣的壓力、溫度、流速越高，渦輪轉(zhuǎn)速也越高。通過渦輪的廢氣最后排入大氣。這時與渦輪2同裝在一根轉(zhuǎn)子軸5上的壓氣機葉輪9也以相同的速度，將經(jīng)空氣濾清器濾清過的空氣吸入壓氣機殼10。高速旋轉(zhuǎn)的壓氣機葉輪9把空氣甩向葉輪的外緣，使其速度和壓力增加，并進入形狀做成進口小出口大的擴壓器8，使氣流的速度下降，壓力升高。再通過斷面由小到大的環(huán)形壓氣機殼10，使空氣壓力繼

5、續(xù)升高。最后，高壓空氣流經(jīng)中冷器11和發(fā)動機進氣管6進入汽缸。由于增大了充氣效率，使燃油燃燒更加充分，在排量不變的情況下使發(fā)動機輸出更大的功率。3　渦輪增壓對汽油機性能的改善評價渦輪增壓的作用，可稱之為“少吃饃饃多干活”。當1臺汽油機裝上渦輪增壓器后，其輸出的最大功率與未裝增壓器的相比，可增加大約30%；渦輪增壓汽油機燃燒完全，廢氣中CO、HC和NOx含量明顯減少，CO2的排放與相同功率的自然吸氣發(fā)動機相比減少10%～20%；在高海拔地區(qū)能保證充足的空氣供給；在冷啟動時，能使三元催化器更快地進行工作。例如，上海大眾的帕薩特1.8T發(fā)

6、動機是在1.8L發(fā)動機的基礎(chǔ)上加裝了渦輪增壓器，其性能對比見表1：表1發(fā)動機帕薩特1.8帕薩特1.8T邁騰1.8TSI排量（L）1.81.81.8工作方式自然吸氣渦輪增壓渦輪增壓最大功率（kw）85110118升功率（kw/L）47.2261.1165.56最大功率轉(zhuǎn)速（rpm）650060005000～6200最大扭矩（N·m）172210250升扭矩（N·m/L）95.56116.67138.89最大扭矩轉(zhuǎn)速（rpm）450040001500～4200燃油：汽油汽油汽油燃油標號93號93號93號供油方式多點電噴多點電噴直噴上海大

7、眾帕薩特1.8T發(fā)動機比1.8發(fā)動機最大功率和扭矩分別增加了25kW和38N·m，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速均降低了500rpm；升功率和升扭矩分別增加了13.89kW和21.11N·m，而燃油消耗率變化不大。如今汽油機最先進的燃油技術(shù)組合為“：進氣渦輪增壓+汽油缸內(nèi)直噴”。汽油缸內(nèi)直噴式發(fā)動機的一個好處是隔絕了已燃混合氣向氣缸壁和氣缸蓋的散熱，從而降低了發(fā)動機的熱損耗?！斑M氣渦輪增壓+汽油缸內(nèi)直噴”式油機的典型代表是德國大眾汽車公司的TSI發(fā)動機。汽油機在渦輪增壓基礎(chǔ)上加上缸內(nèi)直噴技術(shù)后，就會同時具有傳統(tǒng)汽油機高速大功率和柴油機低速大扭矩的特性。

8、由表1可以看出一汽大眾的邁騰1.8TSI的動力輸出可與普通2.4L汽油發(fā)動機相媲美，即使與帕薩特1.8T相比其升功率和升扭矩分別增加了4.45kW和22.22N·m；最大功率和最大扭矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)速進一步大幅度降低，且在較寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)能夠