汽油机的涡轮增压
涡轮增压技术在汽油发动机上的应用
０ 引言
一
般 的汽油机 采用 “ 自然 吸气 ”的工作 方式 ， 这种 方式 是
利界 的大 气
压 力 ， 混合气压入汽 缸。然而 ， 将 受各种 因素影响汽缸 的进 气 量很难 达到 １ ０ ０ ％。依 实测 数据 ， 一般汽 油机 的容积 率约 在 ６ ％ ～ ７ ％。 即使 设计精 良的 发动 机也 只 能达到 ８ ％ 左 ０ Ｏ ０
图 １废 气涡 轮 增 压 器 原 理 图
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
１ 排 气管 ；一涡轮 ；一喷嘴环 ；一涡轮 壳 ；一 一 ２ ３ ４ ５ 转子轴 ；一 ６ 进 气管 ：一轴承 ：一扩压 器：一压 气机 叶轮 ： 一压 气机 壳 ； ７ ８ ９ １ ０
右 。而容 积率每 提高 １ ， ％ 发动机 的输 出功 率 约能提高 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
最 后 排入 大气 。这 时与涡 轮 ２同 装在 一根 转子轴 ５上 的压 联接 。 气 机叶轮 ９ 以相 同的速度 ， 也 将经 空气滤清器 滤清过 的空气 中冷器是涡轮增压 系统 的一部 分。空气被 高比例压缩后 吸入压 气机 壳 １ 。 高速旋 转的压 气机 叶轮 ９把空气 甩 向叶 ０ 温度 会升高 ， 容积率反 而降低。所 以， 增压后 的空气在进入汽 轮的外缘 ， 使其速度和压 力增加 ， 入形状做 成进 口小 出 口 并进 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 ． 大的扩压器 ８ 使 气流 的速度 下降 ， 力升 高。 再通过断面 由 ， 压 装 一个散 热器 （ 称作 中央 冷却器 ， 简称 中冷器 ）结 构 类似于 ， 小到 大的环 形压气 机壳 １ ， ０ 使空气 压 力继续升 高。最后 ， 高 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 压 空气流 经 中冷器 １ 和 发动机 进气管 ６进入 汽缸。 由于增 １ 外 有常温空 气高速流 过 （ 有的采用 循环水 冷或冷却 风扇 ） ， 达 大 了充气效率 ， 使燃油燃烧 更加 充分 ， 排量不变 的情况 下使 在
汽车涡轮增压器的工作参数
汽车涡轮增压器的工作参数1.引言1.1 概述自从汽车涡轮增压器的出现，它已成为内燃机技术中不可或缺的一部分。
涡轮增压器的引入为汽车引擎注入了新的活力，并在性能和燃油经济性方面取得了显著提升。
通过提高发动机进气压力，涡轮增压器能够增加燃烧室的氧气供应量，从而提高燃烧效率，增加发动机的输出功率。
涡轮增压器的工作原理基于涡轮机和压气机的相互作用。
涡轮机利用废气流动的动能驱动涡轮转子旋转，而压气机则将空气压缩并送入汽缸。
这种压缩空气的供应方式为汽油或柴油燃料提供了更多的氧气，从而实现更加充分和高效的燃烧。
涡轮增压器的工作参数主要包括压比、增压效率和响应时间等。
压比是指进气边与出气边的绝对压力比，它决定了涡轮增压器提供给发动机的进气压力增幅大小。
较高的压比意味着更高的进气压力和更大的氧气供应量，从而提供更强的动力输出。
增压效率是衡量涡轮增压器性能的重要指标，它反映了压气机转子转动时对气体的增压能力。
增压效率的提高可以减少废气能量的损失，提高系统的能量利用率。
一般而言，增压器的增压效率越高，发动机的功率输出也会相应增加。
响应时间是指涡轮增压器从负载变化时恢复到稳定工作状态所需的时间。
较短的响应时间可以更快地满足发动机对动力输出的需求，提高车辆的加速性能和操控性。
综上所述，汽车涡轮增压器的工作参数直接影响着发动机的性能表现。
压比、增压效率和响应时间等参数的合理设置能够实现更高的动力输出和燃油经济性，为汽车行业带来更加卓越的驾驶体验和可持续发展。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：本文主要围绕汽车涡轮增压器的工作参数展开研究，文章分为以下几个部分：第一部分是引言部分，通过概述来介绍汽车涡轮增压器的作用和重要性，以及该文章的主要目的和意义。
同时，指出文章的结构安排，以引导读者了解整篇文章的布局和思路。
第二部分是正文部分，主要分为两个小节。
第一小节是对汽车涡轮增压器的工作原理进行介绍。
通过对其结构和工作过程的详细描述，揭示涡轮增压器在汽车发动机中的作用。
汽车涡轮增压工作原理
汽车涡轮增压工作原理
汽车涡轮增压是一种利用废气能量来提高发动机进气密度和增加功率输出的技术。
在涡轮增压系统中，主要包括涡轮增压器、废气涡轮和增压空气冷却器。
工作原理如下：
1. 发动机排气进入涡轮增压器：废气通过排气管流入涡轮增压器的涡轮轮胎，在喷嘴的作用下将涡轮轮胎推动转动。
2. 涡轮增压器压缩空气：涡轮轮胎转动带动增压器的压气轮通过压缩空气进而提高进气密度。
3. 压缩空气进入发动机：增压的空气通过冷却器冷却后进入发动机气缸内，与燃料混合后进行燃烧，从而产生更大的动力输出。
4. 控制系统调节压力：涡轮增压器的增压程度由控制系统根据发动机转速、负荷和需要的功率输出调节，确保引擎正常运行。
5. 提高燃烧效率和动力输出：通过增加进气密度，涡轮增压系统能够提高燃烧效率，并使发动机在相同体积下输出更大的功率，从而提高汽车的加速性能和行驶性能。
总之，涡轮增压通过利用废气能量来提高进气密度，进而提高发动机的燃烧效率和功率输出，使汽车在保持轻便结构的同时获得更高的性能表现。
汽油机涡轮增压器喘振的原因及处理方法
汽油机涡轮增压器喘振的原因及处理方法摘要：介绍了涡轮增压器压气机特性曲线的概念，根据压气机特性曲线分析了增压器喘振的机理，并提出了相应的解决措施，从而避免增压器喘振损坏汽油机，确保汽油机正常运行。
关键词：汽油机，增压器，喘振。
汽油机增压方式有机械增压、压力波增压和废气涡轮增压，其中废气涡轮增压应用得最为广泛。
汽油机增压的优点是提高汽油机动力性能、降低燃油耗、降低排放和实现高原补偿。
喘振是增压器常见故障之一，对增压器及汽油机工作危害极大，应予以避免。
1增压器喘振的机理图1示范性地给出了压气机特性曲线图，以及汽油机典型的全负荷运行曲线。
压气机特性曲线图表示出了压气机压比（出口压力与进口压力之比）与空气质量流量的相互关系。
整个特性曲线场被3条极限边界所限制：左侧为喘振边界，右侧为堵塞边界，上方为最大容许转速线。
从压气机特性曲线图可以看出，汽油机出现喘振风险最大的工况在低速大负荷区。
图1 压气机特性曲线图压气机在小流量、高压比范围内的左侧区域是无法稳定运行的，此时会出现气流与压气机叶片分离，这将导致涡流并最终导致压力降低，因出现这样的压力状况而发生短暂的回流，直至最终在压气机后面又建立起压力，这种重复的过程被称为“压气机喘振”，这会导致增压压力出现明显的大幅度波动[1]。
一般来说，叶片扩压器流道内气体分离的扩大是压气机喘振的主要原因，而工作轮进口处气流分离的扩大会使喘振进一步加剧[2]。
简单来说，当汽油机进气需求量大于供应量（供气不足），汽油机“喘不上气”，增压器就会出现喘振。
2喘振的危害当压气机在喘振边界左侧运行时，压气机的工作因喘振而不稳定，出口压力显著下降，并伴随着很大的波动，严重时还会造成压气机叶片损坏、轴承失效（断轴）等。
喘振发生时往往伴随着巨大的噪声，根据压气机前后管路几何参数的不同，喘振效率在5~10Hz范围内。
增压器喘振会导致汽油机工作不稳定，缸内燃烧粗暴，汽油机剧烈抖动，甚至导致汽油机零部件损坏。
汽车发动机类型汽油柴油和涡轮增压的比较
汽车发动机类型汽油柴油和涡轮增压的比较汽车发动机类型：汽油、柴油和涡轮增压的比较在现代汽车领域，发动机技术的不断进步使得汽车市场上涌现了各种类型的发动机。
其中，汽油发动机、柴油发动机以及涡轮增压发动机都拥有各自的优势和特点。
本文将对这三种发动机类型进行详细比较。
一、汽油发动机汽油发动机是目前汽车市场上最常见的发动机类型之一。
其工作原理是通过喷射与汽油混合的空气来发生燃烧，并在活塞运动的过程中产生动力。
以下是汽油发动机的特点和优势：1. 燃料效率：相较于柴油发动机，汽油发动机在燃烧过程中产生的能量损失相对较高，因此燃料效率较低。
2. 动力输出：汽油发动机通常具有较高的最大功率输出，适用于追求高速性能的轿车和跑车。
3. 噪音和振动：相对于柴油发动机，汽油发动机在运行时产生的噪音和振动较小，提供了更加平稳和安静的驾驶体验。
4. 启动性能：汽油发动机采用的是火花点火系统，启动性能较好。
二、柴油发动机柴油发动机与汽油发动机相比，使用的燃料不同。
柴油发动机通过高压喷射将燃料喷入燃烧室，然后发生自燃并产生动力。
以下是柴油发动机的特点和优势：1. 燃料效率：柴油发动机在燃料效率方面优于汽油发动机，其能够以更高的效率转化燃料为动力，因此在相同条件下比汽油发动机行驶更远。
2. 扭矩输出：柴油发动机的扭矩输出较大，适用于需要承载重物或拥有良好爬坡能力的车辆，如卡车和SUV。
3. 经济性：柴油燃料相对汽油燃料价格更低，因此柴油发动机车型在经济性方面更具优势。
4. 燃烧效率：柴油燃料在燃烧过程中比汽油燃料产生更多的能量，并降低了能量损失，从而提高了燃烧效率。
三、涡轮增压发动机涡轮增压发动机是一种将涡轮增压器与发动机结合使用的设计。
涡轮增压器能够压缩进气空气并送入发动机燃烧室，从而增加了燃料燃烧的效率和动力输出。
以下是涡轮增压发动机的特点和优势：1. 动力输出：涡轮增压发动机通过增压技术将更多的空气送入燃烧室，从而提高了发动机的动力输出。
发动机废气涡轮增压
增压的概念
• 增压是将空气压缩并供入气缸，用以提高 充气密度、增加进气量的一项措施。
• 增压的目的在于提高功率，伴随着空气量 增加，相应地增加循环供油量，即可增加 功率
发动机增压的特点
1)可以减少缸数或气缸直径，减少整机外形 尺寸和单位功率的重量，这对提高车辆使 用经济性很有意义。 2)提高了热效率，降低了发动机的油耗率。 3)减少了排气污染及噪声。 4)降低了单位功率的造价。 5)对补偿高原功率损失十分有利。 6)零部件的机械负荷和热负荷增加
第三节 废气能量的利用
• 自然吸气的活塞式内燃机，间断燃烧而 能做到从高温吸热，热效率高，但不能 做到完全膨胀。 • 涡轮式机械能完全膨胀，适应的转速高， 单位功率的体积与重量比较小。但工作 温度不可能太高。 • 两者合理结合，有利于能量的充分利用
四冲程涡轮增压发动机理论示功图
恒压增压系统与脉冲增压系统
经济性改善
影响经济性改善的因素
• 负荷率：增压使功率范围扩大，高负荷的经 济运行范围扩大了；而在低负荷区，增压器 的能量转换不好，进、排气阻力及换气损失 增加，对低负荷经济性没有明显作用。 • 转速：保持原有功率和较高扭矩的情况下， 适当降低发动机转速 • 与车辆参数合理配合 • 增压中冷 • 压气机效率
废气涡轮增压器的基本结构和工作原理
1—压气机蜗壳 4—推力轴承 7—卡环
2—压气机叶轮 5—挡油板 8—涡轮机叶轮
3—密封套 6—隔热板 9—涡轮机蜗壳
离心式压气机的工作原理
•
压气机中气流参数的变化
括压器的工作
压气机的绝热效率
• 空气的压缩过程
空气的压缩功
• 耗功最小的是可逆绝热过程，所需的绝 热压缩功：
影响经济性改善的因素——负荷率
探析汽油发动机如何巧用废气涡轮增压器
滞后 ” 现象 。 由于 汽 油发 动 机 转 速 范 围宽 ， 空气 流 量 变 化
大 ， 因 此 涡 轮 增 压 器 的 压 缩 叶 轮 外 形 是 复 杂 的 三 元 曲 面 超薄 壁 叶轮 片 ，一般 有 １ ２～３ ０片 叶 ，呈 放 射 线 状 曲 线 排
状 态 下 其转 速 可 达每 分 钟 １ ２到 １ ６万 转 。 所 以 涡 轮轴 高 速 转 动 所 产 生 的热 量 非 常 惊 人 ，再 加 上 空 气 经 压 气 机 叶 轮
压 缩 后 所 提 高 的 温 度 ， 这 三 者 成 为 涡 轮 增 压 器 最 严 峻 的
工 艺 与 装 备
３ １
探 析 汽 油 发 动机 如 何 巧 用废 气 涡 轮增 压器
李 思 愚
（ 甘 肃 交 通 职 业技 术 学 院 ， 兰州 ７ ３ ０ ０ ７ ０）
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 。 本 文介 绍 了废 气涡轮 增 压 器如 何 克服 其 不足 ， 通过 不 断 的 改进 ， 使 废 气 涡轮 增压 器在 汽 油 车 中也 能尽 显 其优 势 。
汽 油 机 使 用 涡 轮 增 压 器 出 现 的 一 系 列 问 题 ， 通 过 有 针 对
氧量 ， 因此要 装 置 降 低进 气温 度 的设 备 ， 这 就 是 中 间冷 却
器 。它安 装 在 涡轮 增压 器 出 口与 进 气管 之 间 ， 对 进 入 气缸 的 空气 进行 冷 却 。 中间冷 却 器就 像 散热 器 ， 就是 运 用 横 向
压效 率 因高温 空 气膨 胀 而 降低 。这样 不 仅影 响充 气效 率 ，
汽油提量增效措施
汽油提量增效措施1. 背景介绍随着全球能源短缺和环境污染问题的日益突出，汽车行业对汽油燃烧效率的要求越来越高。
为了提高汽油的能量利用率、减少二氧化碳排放和燃油消耗，汽车制造商和燃油研究机构不断探索和开发新的汽油提量增效措施。
本文将介绍几种常见的汽油提量增效措施，并探讨它们的工作原理和效果。
2. 增压系统增压系统是一种常见的汽油提量增效措施，通过增加进气道的压力，提高了汽油燃烧过程中的空燃比，从而增加了氧气供应并提高了燃烧效率。
常见的增压系统包括涡轮增压和机械增压。
涡轮增压是利用废气能量驱动涡轮来压缩进气，提高进气道的空气密度。
这种增压系统可以提供较大的增压比和较高的效率，适用于高功率的汽车发动机。
机械增压则是通过传动机械装置来增加进气道的压力，它相对简单且响应速度快，适用于低功率发动机。
3. 直喷技术直喷技术是一种将燃油直接喷射到汽缸内部的燃油喷射系统，取代了传统的多点喷射系统。
直喷技术可以更准确地控制燃油的供应量和喷射时间，提高了燃油的混合效果和燃烧效率。
与传统的多点喷射系统相比，直喷技术可以使引擎更加高效地利用燃油的能量，同时减少了污染物的排放。
4. 可变气门正时系统可变气门正时系统可以根据实际工况调整气门的开启和关闭时间，以提高汽油的燃烧效率。
通过调整进气和排气气门的正时，可变气门正时系统可以使汽缸内的进气和废气更好地进出，改善了燃烧过程的充满度和排气效果。
这种技术可以提高汽车的动力性能和燃油经济性，并减少废气排放。
5. 高压点火系统高压点火系统可以提供更强的火花能量，从而更好地点燃汽油混合物。
传统的点火系统通常使用分电器和点火线圈来产生火花，但这种系统在点火能量和点火稳定性方面存在局限性。
而高压点火系统使用电子点火系统和可变火花能量控制，可以提供更高的点火能量和更精确的点火时间，从而更好地点燃汽油，提高燃烧效率和能量利用率。
6. 动态燃油供应系统传统的燃油供应系统通常采用恒定压力供油，难以满足不同工况下的燃油需求。
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汽油机，涡轮增压
以前涡轮增压器大都用在柴油发动机上，现在一些汽油发动机也采用涡轮增压器。
因为汽油和柴油的燃烧方式不一样，因此发动机采用涡轮增压器的形式也有所区别。
“涡轮增压器之二”一文已经略提过，这里再阐述一下汽油机涡轮增压器。
汽油发动机不同于柴油发动机，它进入气缸的不是空气，而是汽油与空气的混合气，压力过大容易爆燃。
因此，安装涡轮增压器必须要解决爆燃问题，这里涉及两个相关问题，一个是高温控制，另一个是点火时间控制。
因为强制增压后，汽油机压缩和燃烧时的温度和压力都会增加，使爆燃倾向增大；另外，汽油机排气温度比柴油机高，而且不宜采用增大气门重叠角（进、气排门同时开启的时间）的方式来加强排气的降温，降低压缩比又会造成燃烧不充分；还有汽油机的转速比柴油机高，空气流量变化大，很容易造成涡轮增压器反应滞后。
因此，针对汽油机使用涡轮增压器可能出现的一系列问题要一一做改进，才能使汽油机也用上废气涡轮增压器。
中冷器的作用
涡轮增压器吸进的空气经压缩温度会增高，空气在流动过程中与进气管壁摩擦还会进一步升温，这样不仅影响充气效率，还容易产生爆燃。
因此要装置降低进气温度的设备，这就是中间冷却器。
它安装在涡轮增压器出口
与进气管之间，对进入气
缸的空气进行冷却。
中间
冷却器就象散热器，用风
冷却或者水冷却，空气的
热量通过它而逸散到大气
中去。
据测试，性能良好
的中间冷却器不但可以使
发动机压缩比能保持一定
比值而不会产生爆燃，同
时降低了温度也可提高进
气压力，进一步提高发动
机的有效功率。
（1）电磁阀、（2）气缸燃烧室、（3）
中冷器、（4）空气滤清器、（5）叶
轮、（6）涡轮、（7）排气旁通阀
叶轮的作用
由于汽油发动机转速范围宽，空气流量变化大，因此涡轮增压器的压缩叶轮外形是复杂的三元曲面超薄壁叶轮片，一般有12～30片叶，呈放射线状曲线排列，叶片厚度只有0.5毫米以下，采用铝材用特殊铸造法制作。
叶片形状的优劣直接影响到到涡轮
增压发动机的性能。
因为叶轮形状角度越合理，质量越轻，叶轮的启动就越灵敏，涡轮增压器的天生缺陷“反应滞后”也就越小。
爆燃传感器的作用
除了降低温度来减少爆燃的可能外，还要采用爆燃传感器，它的作用就是在产生爆燃之时，传感器感到不正常的振动会立即将信息反馈至发动机ECU（电子控制单元）控制系统，将点火定时稍推迟一点，如果不产生爆燃再恢复正常点火定时。
总的来说，由于轿车汽油机的转速比柴油机高，空气流速快而且变化范围大，因此它的涡轮增压器有更高的要求。
现代轿车发动机已普遍采用电子喷射系统，在电子控制技术及新材料的配合下，涡轮增压器在汽油机上的应用也会日益普遍。