涡轮增压技术在汽油发动机上的应用

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1、涡轮增压技术在汽油发动机上的应用摘要：现代汽车不仅要满足越来越高的环保和节能要求，同时又要满足客户对汽车动力性能的需求，更要保证足够的驾驶乐趣。涡轮增压技术在这些方面有不可替代的作用。文章主要介绍了涡轮增压技术在汽油机上的应用。引言一般的汽油机采用“自然吸气”的工作方式，这种方式是利用活塞下行时汽缸内部产生的真空，再借助于外界的大气压力，将混合气压入汽缸。然而，受各种因素影响汽缸的进气量很难达到100%。依实测数据，一般汽油机的容积率约在60%～70%。即使设计精良的发动机也只能达到80%左右。而容积率每提高1%，发动机的输出功率约

2、能提高3%。所以最初只应用在航空发动机、柴油机及赛车用汽油机上的涡轮增压技术越来越多地出现在普通轿车的汽油机上。1　涡轮增压器的结构汽油机涡轮增压系统是由涡轮增压器和中冷器两部分组成，通过涡轮增压器(一种空气压缩机)压缩空气，由中冷器对压缩后的空气进行冷却。涡轮增压器由涡轮室和增压器组成。涡轮室的进气口与排气歧管相连，排气口接在排气管上；增压器的进气口与空气滤清器管道相连，排气口接在通往进气歧管的进气管路上。涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压器内，二者同轴钢性联接。中冷器是涡轮增压系统的一部分。空气被高比例压缩后温度会升高，容积率反而降

3、低。所以，增压后的空气在进入汽缸前要对其进行冷却。原理是在发动机和涡轮增压器之间加装一个散热器(称作中央冷却器，简称中冷器)，结构类似于水箱散热器，将高温高压空气分散到许多细小的管道里，管道外有常温空气高速流过(有的采用循环水冷或冷却风扇)，达到降温的目的(可以将压缩空气的温度从150℃降到50℃左右)，在提高发动机功率输出的同时，降低了发动机压缩始点的温度和整个循环的平均温度，从而降低了发动机的排气温度、热负荷和NOx排放。2　涡轮增压器的工作原理废气涡轮增压器的工作原理如图1所示。发动机排气管1接在涡轮增压器的涡轮壳4上(涡轮室

4、进气口)。当发动机排出的具有一定压力的高温废气经涡轮壳4进入喷嘴环3时，由于此处面积由大到小，因而废气的压力和温度下降，流速迅速提高。高温高速的废气气流冲击涡轮2，使涡轮高速旋转，废气的压力、温度、流速越高，涡轮转速也越高。通过涡轮的废气最后排入大气。这时与涡轮2同装在一根转子轴5上的压气机叶轮9也以相同的速度，将经空气滤清器滤清过的空气吸入压气机壳10。高速旋转的压气机叶轮9把空气甩向叶轮的外缘，使其速度和压力增加，并进入形状做成进口小出口大的扩压器8，使气流的速度下降，压力升高。再通过断面由小到大的环形压气机壳10，使空气压力继

5、续升高。最后，高压空气流经中冷器11和发动机进气管6进入汽缸。由于增大了充气效率，使燃油燃烧更加充分，在排量不变的情况下使发动机输出更大的功率。3　涡轮增压对汽油机性能的改善评价涡轮增压的作用，可称之为“少吃馍馍多干活”。当1台汽油机装上涡轮增压器后，其输出的最大功率与未装增压器的相比，可增加大约30%；涡轮增压汽油机燃烧完全，废气中CO、HC和NOx含量明显减少，CO2的排放与相同功率的自然吸气发动机相比减少10%～20%；在高海拔地区能保证充足的空气供给；在冷启动时，能使三元催化器更快地进行工作。例如，上海大众的帕萨特1.8T发

6、动机是在1.8L发动机的基础上加装了涡轮增压器，其性能对比见表1：表1发动机帕萨特1.8帕萨特1.8T迈腾1.8TSI排量（L）1.81.81.8工作方式自然吸气涡轮增压涡轮增压最大功率（kw）85110118升功率（kw/L）47.2261.1165.56最大功率转速（rpm）650060005000～6200最大扭矩（N·m）172210250升扭矩（N·m/L）95.56116.67138.89最大扭矩转速（rpm）450040001500～4200燃油：汽油汽油汽油燃油标号93号93号93号供油方式多点电喷多点电喷直喷上海大

7、众帕萨特1.8T发动机比1.8发动机最大功率和扭矩分别增加了25kW和38N·m，对应的转速均降低了500rpm；升功率和升扭矩分别增加了13.89kW和21.11N·m，而燃油消耗率变化不大。如今汽油机最先进的燃油技术组合为“：进气涡轮增压+汽油缸内直喷”。汽油缸内直喷式发动机的一个好处是隔绝了已燃混合气向气缸壁和气缸盖的散热，从而降低了发动机的热损耗。“进气涡轮增压+汽油缸内直喷”式油机的典型代表是德国大众汽车公司的TSI发动机。汽油机在涡轮增压基础上加上缸内直喷技术后，就会同时具有传统汽油机高速大功率和柴油机低速大扭矩的特性。

8、由表1可以看出一汽大众的迈腾1.8TSI的动力输出可与普通2.4L汽油发动机相媲美，即使与帕萨特1.8T相比其升功率和升扭矩分别增加了4.45kW和22.22N·m；最大功率和最大扭矩对应的转速进一步大幅度降低，且在较宽转速范围内能够