叶轮机械在车用动力的应用与发展趋势

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1、...叶轮机械在车用动力的应用及发展趋势吴亦昕（清华大学，北京100084）摘要：叶轮机械作为一种重要的机械广泛应用于各行业，包括汽车业。由于其重要性，本文主要讨论叶轮机械在车用动力中的应用与前沿技术，分为竞赛类与非竞赛类两大部分,对其进行归纳与总结，并对叶轮机械在车用动力中应用的未来进行展望。关键词：叶轮机械；增压；涡轮；应用；发展趋势TheApplicationsandtheOutlookoftheImpellerMachineryinVehicleDynamicsWuyixinTsinghuaUniversity(100084

2、)Abstract:Theimpellermachinery,asanimportantmachinery,iswidelyusedinallkindsofindustries,includingthevehicleindustry.Becauseofitsimportance,inthispaperwewilldiscusstheapplicationsandtheadvancedtechniquesoftheimpellermachineryinvehicledynamics,summarizethemincivilusesan

3、dinmatchuses,andgiveanoutlookofitinvehicledynamics.Keywords:impellermachinery,charging,turbo,application,outlook1.叶轮机械在车用动力的应用叶轮机械是一种以连续旋转叶片为本体，实现流体工质与轴动力之间的能量转换的动力机械，比如喷气式发动机就是叶轮机械的一种。其使用非常广泛，在电力、航空、轮船等方面，叶轮机械都做出了很大的贡献。而在车用动力上，叶轮机械也有其一席之地，而且可以说在汽车完全步入电动汽车时代之前，都将有相当大的用

4、武之地。在这一部分内，我们主要谈叶轮机械在车用动力中的应用。1.1作为车用动力单元辅助的叶轮机械车用动力单元的核心部件是发动机，而当今汽车发动机的主流是往复式活塞发动机，叶轮式引擎因为其技术含量较高，工作效率较低，且汽车并不需要叶轮式引擎如此强大的动力性，以致其在车用动力单元中似乎并无可建树之处。然而，事实并非如此。作为叶轮机械的增压器就是车用动力单元的强大辅助。瑞士的AlfredJ.Buchi博士在1905年发明了涡轮机驱动压缩机，并申请了专利，世界上第一台废气驱动的轴流式涡轮增压器也由他在1909至1912年间开发，又在1915

5、年第一作者简介：吴亦昕（1992－），男，上海人，大三学生，本科在读，Email:wuyixin921203@126.com......次将涡轮增压器与柴油动力机共同使用。1954年，增压技术开始在民用车辆上使用，1970年时已成大规模应用趋势。1975年，相当经典的保时捷911轿车面世，搭载了带盖瑞特废气门的KKK涡轮增压器。1977年萨博-99的动力性可以与搭载无涡轮增压的3.0L发动机的同类车相媲美，但实际上使用的是一个带涡轮增压器的2.1L汽油发动机。于是，涡轮增压技术被大众认识，并得到了大部分人的接受【1】。现在，增压技术

6、可谓是引擎的好助手，不仅仅增加了引擎的动力性，还能节能减排，符合当下流行的趋势。由于增压技术压缩了进入引擎的空气，使得喷油量可以相应增多的同时，燃料燃烧也更完全，排放特性得以优化。这两个特性决定了增压技术在车用动力中的地位，因此，接下来的文字将以介绍车用动力增压技术为主。1.1.1非竞赛类汽车增压技术使用情况增压技术，由于柴油机的工作特性，首先在这一领域得到发展，目前，在工业发达国家，大中功率柴油机已全部采用增压技术，80%的中小型车用柴油机也采用了增压技术。而汽油机增压技术的起步不如柴油机增压技术早，因此技术水平也落后于柴油机。2

7、0世纪70年代末国外汽油机开始逐渐采用增压技术，在有柴油机增压技术的基础上，发展相当迅速。1990年美国生产的汽油机已有大约25%为增压汽油机，目前国外汽油机的增压技术正处于完善和推广应用阶段【2】。现今，增压技术已经不仅仅局限于最普通的废气涡轮增压。由于由一个压气机和一个废气涡轮组成的涡轮增压器存在不少问题，比如迟滞现象、起步动力性差，等等。但由于废气涡轮增压能利用废气中的能量，是相当经济的一种措施，因此工程师们做出了相当多的努力，来改善这些存在的问题。1.1.1.1复合增压技术复合增压，是在发动机上既使用机械增压技术，又使用废气

8、涡轮增压技术。德国大众于2005年推出TSI引擎，第一次将此技术使用在发动机上【3】。机械增压分为三类：离心式机械增压、鲁兹式机械增压和螺旋式机械增压。离心式机械增压器与发动机飞轮之间有皮带连接，也即由发动机飞轮带动，从某种程度上讲和