汽车涡轮增压器构造和原理-2012

汽车涡轮增压器构造与原理主讲：张虹2012，11车用涡轮增压技术概述

车用涡轮增压器增压的原理车用涡轮增压的目的和作用车用涡轮增压发展概况汽车用涡轮增压器应用实例

汽车技术发展：节能，提高燃油经济性降低排放新能源、新材料的应用－纯电动、燃料电池、混合动力汽车、替代燃料汽车等系列化、模块化、轻量化、小型化、电子化汽车增压技术发展背景发动机技术发展：汽车发动机面临—低污染、低碳化、高品质的挑战汽油机：采用提高压缩比、多气门和可变配气系统、增压技术、空燃比传感器/氧传感器、直接喷射、稀混合气分层燃烧、EGR等技术，配合三元催化剂等排气后处理技术柴油机：采用轻质材料、超高压喷油、高增压、智能EGR、多气门甲醇、乙醇、CNG、LPG、H2等代用燃料在内燃机上的开发应用会进一步发展汽车增压技术发展背景涡轮增压技术的发展：提高发动机功率、减轻单位功率质量、减小外形尺寸、降低燃油消耗和强化现有非增压柴油机的最有效的措施之一。涡轮增压中冷技术既是减少柴油机排放的有效措施。促进轿车发动机发展的主要因素是排放、功率密度、性能、噪声和燃油经济性，因此在轿车柴油机和汽油机上也越来越多地采用涡轮增压技术。汽车增压技术发展背景发动机增压的原理发动机工作原理回顾基本工作原理及其同空气增压系统的关系：发动机是一种耗气机械，因为燃油需要与空气混合才能完成燃烧冲程。一旦空燃比达到某一值后，再增加燃油，除了将黑烟和未燃尽的燃油排到大气中外，不会产生更多功率，发动机供油越多，黑烟就越浓。超过空燃比极限后，单纯增加供油量只会造成燃油消耗量过多、大气污染、废气温度升高，并使发动机寿命缩短。增加空气量的能力对发动机来说是多么重要。所谓增压，就是借助于装在发动机上的专用增压装置，预先压缩进入气缸的空气，以提高进入气缸中的充气密度。增压的作用十分明显，在气缸容积一定的情况下，充气密度大，新鲜空气的绝对量大，就可以喷入较多的燃料进行燃烧，发动机就能发出更大的功率。发动机增压原理发动机增压的原理发动机增压方式：机械增压：利用机械传动的增压器进行增压发动机加速性好，发动机泵气损失小，发动机油耗高，多用于二冲程发动机。废气涡轮增压：利用发动机排气管排出的废气，经过涡轮增压器的涡轮膨胀产生能量带动轴系旋转，并通过压气机将动能转换成压力能，重新将压缩的气体进入到发动机气缸的过程。气波增压：利用气体的压缩波和膨胀波来传递能量的一种新型能量交换器。

复合增压：同时采用两种形式的增压方式废气涡轮增压原理涡轮增压器是一种利用发动机排气中的剩余能量来工作的空气泵。废气驱动涡轮叶轮总成，它与压气机叶轮相连接，当涡轮增压器转子转动时，大量的压缩空气被输送到发动机的燃烧室里。由于增加了压缩空气的数量，就可以使更多的燃油喷入到发动机里去，使发动机在尺寸不变的条件下而产生更多的功率。

废气涡轮增压原理图废气涡轮增压器原理图废气涡轮增压器结构图涡轮系统压气机系统中间体（轴承体）转子轴承系统润滑与冷却系统密封与隔热系统其他紧固小零件涡轮增压器总体结构

涡轮增压器转子轴承系统第一讲：涡轮增压器概述

涡轮增压器增压的原理

车用涡轮增压的目的和作用涡轮增压发展概况汽车用涡轮增压器应用实例

强化发动机，提高发动机的平均有效压力Pe发动机升功率Nl：发动机进气密度增加，进入气缸的空气增多，所以允许喷入较多的燃油，使发动机产生较多的功率并具有较高的燃烧效率。增压后的功率可比原机提高60％~80%甚至更多，发动机的平均有效压力可达到3Mpa改善发动机的经济性经济性：增压后增加热效率，发动机功率上升，使发动机燃油经济性大幅度增加。

车用涡轮增压目的降低发动机的排气污染及噪音采用涡轮增压可使燃烧更充分，CO，HC及PM的排放降低，采用中冷可降低NOx排放。发动机体积小，发射噪声的表面积小，涡轮的消声作用。高原或高温地带恢复发动机的功率自然吸气的发动机，随着海拔高度的增加，其功率将下降。涡轮增压器可使非增压发动机在高原上工作时得到氧气补偿，在高原地区工作时比不增压发动机功率下降要少得多。涡轮增压器的自我补偿功能，对海拔高度变化有较高的适应能力车用涡轮增压目的提高柴油机功率、减轻单位功率质量、减小外形尺寸、降低燃油消耗和强化现有非增压柴油机的最有效的措施之一。涡轮增压中冷技术既是减少柴油机排放的有效措施。促进轿车柴油机发展的主要因素是排放、功率密度、性能、噪声和燃油经济性，因此在轿车柴油机和汽油机上也越来越多地采用涡轮增压技术。热负荷与机械负荷都有所提高，应采取相应措施。

车用增压特点第一讲：涡轮增压器概述

涡轮增压器增压的原理车用涡轮增压的目的和作用

涡轮增压发展概况汽车用涡轮增压器应用实例

涡轮增压的发展历史1885年戴母勒提出增压概念1905年波希申请并获得专利，在台架上实现增压，首先用于航空和船舶40年代出现小型径流涡轮增压器----开始用于车辆70年代浮动轴承的出现和汽油机增压的突破----大量应用于汽车80年代出现可变几何截面涡轮增压器90年代后期可调二级增压

增压技术发展概况涡轮增压的发展现状转速一般为十几万转/分，最高可达三十万转/分压气机单级压比达3.5–4,最高达5,绝热效率达0.78—0.80涡轮绝热效率可达80%以上整机效率可达60%以上汽油机增压技术在国外普遍应用可变几何截面涡轮增压器的应用混流涡轮技术在国内外应用滚动轴承技术在国内外应用大、中功率柴油机在发达国家（我国）几乎全部实现增压

增压技术发展概况涡轮增压的发展方向增压器向更高压比、高效率、高可靠性、使用流量范围宽广的方向发展；结构简单、体积小、重量轻并且造价低廉；更好地适应各种车用动力在不同工况下的性能要求。新技术包括：轿车汽油机增压技术、可变喷嘴涡轮VNT、铁铝合金、滚动轴承、可擦涂层、混流式涡轮、电子控制执行器总成、电控涡轮复合式发动机等。

增压技术发展概况大众汽车公司推出的3升路波TDI轿车柴油机，采用了涡轮增压、进气中冷、直接喷射、泵喷嘴、可变喷嘴涡轮等先进技术，燃油经济性可以达到100km燃油消耗2.99L；该车还采用了初级催化、主催化和废气再循环等技术，其排放指标可以达到欧洲Ⅳ标准；

可变涡轮增压器（VNT）电子控制执行器总成混流涡轮五轴加工压气机叶轮涡轮增压的国内企业：国有企业：湖南天雁机械厂（衡阳）、沈阳黎明公司增压器厂合资企业：无锡英国Holset、上海日本三菱、宁波天力、山东富源独资企业：美国Honeywell（上海）、德国Borgwarner私营企业：山东寿光为代表无锡“板块”和凤城“板块”国内厂家自主研发产品少，大多为引进或仿制品

增压技术国内现状涡轮增压的科研单位：北京理工大学，山东大学，上海交通大学、哈工程、同济大学等，还有吉林大学、天津大学七零研究所，上海内燃机研究所等北京理工大学涡轮增压实验室50年代起自行研制军用涡轮增压器开始最早掌握并应用高性能涡轮增压器的设计技术研制混流涡轮和可变几何截面涡轮等专利产品，涡轮增压器实验台，叶轮模具设计与制造等。研究方向：设计、计算、气动、强度、匹配、试验

增压技术发展概况第一讲：涡轮增压器概述

涡轮增压器增压的原理车用涡轮增压的目的和作用涡轮增压发展概况

汽车用涡轮增压器应用实例

车用涡轮增压器应用实例装备在大众GolfGT上的1.4升双增压发动机：随着新技术的不断发展增压技术也在不断进步传统的涡轮增压和机械增压都存在着不如人意的地方，把两种技术结合在一起不失为一种解决方法

车用涡轮增压器应用实例机械增压器（Supercharger）

：由发动机皮带驱动，像发动机的附件转向助力泵一样安装在发动机上，将压缩空气输送到进气歧管。机械增压器结构简单，工作