关于发动机涡轮增压技术的分析 (1)

学生毕业论文及过程资料专业：____汽车运用技术_____
班级：______082102_________
学号：_________03__________
姓名：____陈广集_____
汽车学院
2011年6月
浙江交通职业技术学院
学生毕业设计（论文）选题汇总表
系（分院）：汽车学院专业：汽车运用技术班级：082102指导教师：吕凤军
序
学号姓名选题名称备注（自选/指定）号
1 08210203 陈广集关于发动机涡轮增压技术的分析自选
毕业设计（论文）任务书
陈广集同学：
经系（分院）毕业设计（论文）工作小组研究，现确定你的毕业（设计/论文）题目为：关于发动机涡轮增压技术的分析。

其主要研究内容：涡轮增压的历史、发展及其市场前景。

对于涡轮增压的各种形式、优点和缺点的分析，涡轮增压发动机的保养与维护。

需要查阅的参考文献
[1]徐立汉，朱建江.废气涡轮增压器的正确使用[J].柴油机，2002，（06）
[2]李良、雷钧等.增压器金属密封件结构性能分析[J].北方交通大学学报，2001，（04）
[3] 陆家祥.柴油机涡轮增压技术[M].北京：机械工业出版社，1999.09
进度要求及工作内容：
资料查阅阶段：2010年3月15日～2010年3月25日，结合工作岗位，收集、查阅与论文题目有关的资料；
开题报告阶段：2010年3月26日～2010年4月15日，搜集资料，完成并提交开题报告；
初稿阶段：2010年4月16日～2010年4月30日，形成毕业论文初稿；
修改定稿阶段：2010年5月26日～2010年5月30日，在指导教师的审核下，完成终稿。

请你按《毕业设计（论文）教学工作规范》的要求，做好各项工作，确保任务的圆满完成。

指导教师(签名)：
年月日
毕业设计（论文）开题报告
题目：关于发动机涡轮增压技术的分析
系（分院）：汽车学院专业：汽车运用技术
指导教师：吕凤军（讲师）
报告人：陈广集
2011年4月15日
本课题研究的意义
涡轮增压发动机是依靠涡轮增压器来加大发动机进气量的一种发动机，涡轮增压器(Tubro)实际上就是一个空气压缩机。

涡轮增压提高发动机进气量，从而提高发动机的功率和扭矩，让车子更有劲。

一台发动机装上涡轮增压器后，其最大功率与未装增压器的时候相比可以增加40%甚至更高。

这样也就意味着同样一台的发动机在经过增压之后能够产生更大的功率。

由于涡轮的增压效果，意味着汽缸内可以有更多的空气，使燃油更充分的燃烧。

对于资源的利用更加合理，而且能使尾气中的碳氢化合物减少，减少对空气的污染。

本课题的基本内容、重点和难点，拟采用的研究手段（途径）
基本内容:
涡轮增压的历史、发展及其市场前景。

对于涡轮增压的各种形式、优点和缺点的分析，涡轮增压发动机的保养与维护。

重点: 涡轮增压的原理
难点: 涡轮增压的常见故障
研究手段：
（1）收集和查阅相关资料；
（2）查看实习单位的手册；
（3）咨询指导教师；
（4）上网查找相关文献；
（5）根据实习报告中具体的工作内容形成的体会。

课题进度计划
本课题计划按以下几个阶段完成：
（1）2010年12月6日～2011年3月15日，根据我实习期间具体的工作岗位和指导老师下达的任务书，确定论文题目；
（2）2011年3月16日～2011年4月15日，搜集资料，完成并提交开题报告；
（3）2011年4月16日～2011年4月30日，形成毕业论文初稿；
（4）2011年5月1日～2011年5月25日，根据指导教师的修改意见和实习期间的心得，完成毕业论文的第二稿；
（5）2011年5月26日～2011年5月30日，在指导教师的审核下，完成终稿。

参考文献资料
[1] 徐立汉，朱建江.废气涡轮增压器的正确使用[J].柴油机，2002，06
[2] 李良、雷钧等.增压器金属密封件结构性能分析[J].北方交通大学学报， 2001.04
[3] 顾宏中，MIXPC涡轮增压系统研究与优化设计[M].上海交通大学出版社，2006.05
[4] 陆家祥.柴油机涡轮增压技术[M].北京：机械工业出版社，1999.09
[5] 于世元.涡轮增压器原理、结构和使用[M].北京：国防工业出版社，1995
[6] 张松青.王世震.汽车概论[M].高等教育出版社，2008
[7] 李清明.汽车故障诊断与技术检测[M].机械工业出版社，2001
[8] 闫大健.汽车发动机原理与汽车理论.[M],国防工业出版社，2008
指导教师意见（对本课题的深度、广度及工作量的意见）
指导教师（签名）：
年月日
系（分院）毕业设计（论文）工作小组意见
组长（签章）
年月日
毕业设计（论文）
题目：关于发动机涡轮增压技术的分析
系（分院）：汽车学院专业：汽车运用技术
姓名：陈广集
指导教师：吕凤军（讲师）
2011年5月30日
关于发动机涡轮增压技术的分析
摘要
一般来说，汽车引擎的排量和功率是成正比的，要提高发动机的输出功率，最直接的方法就是提高发动机的排量。

但是排量提高的同时，发动机制造的精密程度、重量、能耗也被无限量增大，其缺点也是显而易见的。

于是便出现了涡轮增压技术，它在不改变发动机排量的同时，增大了发动机输出的功率，改写了“排量决定功率大小”的传统概念。

关键词：涡轮增压；节能；减排
目录
引言 (1)
1涡轮增压的发展历史 (1)
1.1涡轮增压的起源和发展 (1)
1.2涡轮增压的未来前景 (2)
2涡轮增压的结构原理与性能 (3)
2.1涡轮增压的优点与缺点 (3)
2.2涡轮增压的维护 (5)
3涡轮增压的常见故障 (6)
3.1涡轮增压器漏油 (6)
3.2有金属摩擦声 (7)
3.3增压器轴承损坏 (7)
4 结束语 (8)
参考文献 (8)
致谢 (9)
1．涡轮增压的发展历史错误!未定义书签。

1.1涡轮增压的起源和发展错误!未定义书签。

1.2涡轮增压的未来前景错误!未定义书签。

2．涡轮增压的结构原理与性能错误!未定义书签。

2.1涡轮增压的优点与缺点错误!未定义书签。

2.2涡轮增压的维护错误!未定义书签。

3．涡轮增压的常见故障错误!未定义书签。

3.1涡轮增压器漏油错误!未定义书签。

3.2有金属摩擦声错误!未定义书签。

3.3增压器轴承损坏错误!未定义书签。

4．结束语错误!未定义书签。

参考文献错误!未定义书签。

致谢错误!未定义书签。

关于发动机涡轮增压技术的分析
引言
一般来说，汽车引擎的排量和功率是成正比的，要提高发动机的输出功率，最直接的方法就是提高发动机的排量。

但是排量提高的同时，发动机制造的精密程度、重量、能耗也被无限量增大，起缺点也是显而易见的。

于是便出现了涡轮增压技术，它在不改变发动机排量的同时，增大了发动机输出的功率，改写了“排量决定功率大小”的传统概念。

1涡轮增压的发展历史
1.1涡轮增压的起源和发展
1905年，苏尔寿（Sulzer）兄弟研发公司的总工程师阿尔佛雷德•J•波西（Alfred J Buchi）博士在瑞士温特图尔首次提出了涡轮增压的概念，并于当年的11月16日，被德国专利局授予了第204630号专利“内燃机辅助增压器技术”，这标志着涡轮增压技术正式诞生。

波西也被公认为涡轮增压技术的创始人。

1912年，世界上第一台废气驱动的增压器正式问世。

不过，这项技术最初并未用于汽车行业，而是应用于船舶、航空领域。

1923年，德国交通部建造了两艘轮船，采用了涡轮增压技术，该技术使轮船的10缸发动机的最大功率输出由1750马力增大到2500马力。

涡轮增压器的规模化生产出现在二战时期，由美国首先将其运用在军用飞机上。

1961年，小轿车开始尝试性地安装增压器，但因为瞬间产生的巨大压力和热量，使安装后效果并不理想。

瑞典萨博汽车公司是第一家把涡轮增压器成功批量应用到汽车产品上的汽车制造商。

配装涡轮增压发动机的萨博99车型，在1969～1984年间销售量高达近59万辆，足以显示市场对该技术的肯定。

业内人士普遍认为，萨博公司使汽车发动机在应用涡轮增压技术上，真正走向成熟，宣告了汽车产业一个新时代的诞生。

在上世纪涡轮增压技术发展的历史中，宝马的Turbo200、保时捷的911Turbo 都是消费者追捧的热门车型。

在中国，大众公司率先引入了轿车涡轮增压技术。

目前，运用于多款车型的2.0TSI（涡轮增压缸内直喷式发动机）发动机，曾连续数届（2005、2006、2007年）在约30个国家近60位顶级汽车专业记者组成的评
审团的“年度发动机”大奖评审中，获得1.8～2.0L排量级别“年度发动机大奖”，该评审团认为该款发动机“在技术、性能、节能、环保方面取得了平衡”。

1.2涡轮增压的未来前景
我国在强调GDP增长的同时也非常注重环境保护。

汽车作为一大产业，对环境的影响是不可忽视的。

为了满足越来越严格的排放标准，汽车企业需要不断地进行技术改进。

涡轮增压器是为柴油、汽油动力装置配套的环保、节能型高科技产品，它能够很好地改善发动机的工作状况，从而满足高标准的排放要求。

增压是发动机满足更高排放标准而必然采取的技术，排放标准的要求、市场与技术的国际化以及汽车市场的飞速发展将成为涡轮增压器行业的发展带来无尽潜力。

在汽车产业链上，涡轮增压器主要面向2大市场：一是主机配套市场，这个市场取决于国内发动机主机的生产量与发动机的增压比率，而在发动机进口情况影响不大的情况下，发动机主机生产量又主要取决于国内汽车的生产量；二是售后市场，主要取决于国内社会汽车保有量和涡轮增压器的使用寿命。

（1）主机配套市场
首先分析一下主机配套市场。

图1和图2示出我国1991—2003年每年的汽车生产量和发动机生产量。

可以看出，除了少许波动外，我国的发动机年生产量和汽车年生产量基本保持1：1的关系。

只要发动机上一年的存量与当年发动机进口贸易影响不大，发动机产量和汽车生产量将基本保持这个比例关系，所以我们可以简单地通过汽车产量来推算发动机数量。

从图1可以看出，10多年来我国汽车生产量持续稳定增长，为涡轮增压器的发展提供了稳定而有潜力的市场空间。

如果以2002年的300万辆汽车生产量为基础，按照10%的增长速度，到2010年将达到600万辆的水平。

再按5%的速度增长，到2020年，将达到1000万辆的水平，这还是一个比较保守的数字。

实际上2003年汽车生产量444.4万辆，同比增长35.2%；2004年1—8月，汽车累计产量340.57万辆，与2003年的同期相比增长21.18%。

所以，2010年600万辆的水平将提前实现。

届时发动机的增压比率也将大大提高。

从这些推测可以看出，在主机配套市场上增压器的市场空间之大。

同时，汽车发动机又分为汽油机和柴油机两种类型。

从现实情况来看，两种发动机的增压比率是不一样的。

柴油机大都使用增压器，增压比率非常高；由于技术原因和对环保要求不高，汽油机使用增压器的比率比较低；因此，在考虑增
压比率对涡轮增压器的需求影响时，必须考虑2种不同的机型。

图3示出汽油机和柴油机近几年的发展趋势。

一方面，汽油机产量在稳步上升，随着国际化进程的加快，通过技术自我研发和发达国家技术扩散，汽油机增压技术将获得发展，从而使得汽油机大面积装配增压器成为可能；另一方面，由图3可以看出，从2001年开始，柴油机增长幅度大大超过以往的增长幅度。

（2）售后市场
售后市场的容量主要取决于汽车保有量和涡轮增压器的使用寿命。

主要不发生大的技术革新，涡轮增压器的使用寿命相对是比较稳定的；所以，在一定时间段内，售后市场的容量主要取决于汽车保有量。

随着我过道路状况与汽车技术的飞速发展，我国的汽车保有量也将持续增长。

如图4所示，截止到2003年，我国汽车保有量已突破2000万辆大关。

庞大的汽车保有量意味着庞大的汽车售后维修市场。

中国独具的魅力就在于平稳、持续的经济发展速度。

由于中国汽车市场一直处于在较快的发展中、国家对道路和基础设施的建设都很重视，因此，中国的售后市场是一个利益很丰厚的长期稳定的市场。

2涡轮增压的结构原理与性能
2.1涡轮增压的优点与缺点
涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。

它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。

当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。

众所周知，发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的,由于输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制,因此发动机所产生的功率也会受到限制,如果发动机的运行性能已处于最佳状态,再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入
汽缸来增加燃料量,从而提高燃烧作功能力。

因此在目前的技术条件下,涡轮增压器是惟一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。

我们平常所说的涡轮增压装置其实就是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加发动机的进气量，一般来说，涡轮增压都是利用发动机排出的废气惯性冲力来
推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸。

当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入汽缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整一下发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。

轮增压的主要作用就是提高发动机进气量,从而提高发动机的功率和扭矩,让车子更有劲。

一台发动机装上涡轮增压器后,其最大功率与未装增压器的时候相比可以增加30%甚至更高。

这样也就意味着同样一台的发动机在经过增压之后能够产生更大的功率。

经过增压之后的车子，能进入气缸的空气量更多了，可以更加充分的燃烧燃料，在另外一个层面上来说就是提高燃油经济性和降低尾气排放。

(1)机械增压系统（supercharger）：装置在发动机上并由皮带与发动机曲轴相连接，从发动机输出轴获得动力来驱动增压器的转子旋转，从而将空气增压吹到进气岐道里。

优点：转子的速度与发动机转速是相对应的，所以没有滞后或超前，动力输出更为流畅；
缺点：由于它要消耗部分引擎动力，会导致增压效率不高。

(2)废气涡轮增压系统：是目前应用最为广泛的发动机增压装置。

它是利用发动机排出的废气达到增压目的。

增压器与发动机无任何机械联系，压气机由内燃机废气驱动的涡轮来带动。

一般增压压力可达180-200kPa，或300kPa左右，需要增设空气中间冷却器来给高温压缩空气进行冷却。

优点：增加效率高于机械增压；
缺点：发动机动力输出略滞后于油门的开启，加大油门后一般需要等片刻，稍后发动机会有惊人的动力爆发。

(3)复合增压系统：即废气涡轮增压和机械增压并用，大功率柴油机上用的较多。

复合增压系统发动机输出功率大、燃油消耗率低、噪声小，但结构过于复杂。

(4)气波增压系统：利用高压废气的脉冲气波迫使空气压缩。

这种系统低速增压性能好、加速性好、工况范围大；但尺寸大、笨重和噪声大是最大的缺点，不太适合安装在体积较小的轿车里面。

不过凡事均有多面性，靠涡轮增压增加动力输出虽然轻而易举，但伴随着增压所产生的高热必须妥善处理。

高热会影响两部分，一个是负责直接冷却和润滑的机油，它会因为受到高热而快速氧化。

因此涡轮增压引擎必须选用耐高温、抗氧化好的优质机油，而且机油更换周期会相应缩短，才不容易产生氧化物。

通常各个汽车开发厂家的对应之道，是通过加装机油冷却器来避免油温过高、提早结束机油的使用寿命，这就是为什么改装一些的涡轮增压车，除了机油压力表外还会有一个机油温度表。

好让驾驶者随时注意机油的情况。

另外一个受高温影响的是冷却系统，在进气部分。

为了增加进气的含氧量，涡轮增压车大多会增加进气冷却器(Inter-Cooler)的方式，来降低压缩空气的温度，冷却水箱、接温器也会适当加大、提高散热效率，所以近年来已经很少听说涡轮增压引擎有散热不良的情况了。

2.2涡轮增压的维护
涡轮增压器是一种非常精密的装置，但其工作原理并不复杂，简单来说它就是通过发动机所排放出来的废气推动涡轮运转，然后通过涡轮驱动与它连在同一个连接轴上的涡扇，不断向发动机气缸内压入新鲜空气，这样气缸在单位时间内进入的空气就越多，它的工作效率也就越高。

涡轮增压器属于高温部件，需要特别高效稳定的润滑条件。

因此对于它的维护我们就应该根据这些特点从以下几个方面入手。

机油一定要用好。

建议涡轮增压发动机应该选择耐高温、抗氧化好的优质机油，并且还要注意适当缩短机油的更换周期。

注意保持涡轮的清洁。

如果使用的机油不干净或者由于机油滤清器不干净导致有杂质进入，那样就会造成涡轮增压器的过度磨损。

另外，如果吸入的空气中含有大量杂质，这些灰尘颗粒一旦进入高速运转的增压器叶轮，就会使灰尘颗粒撞击增压器叶轮，从而造成涡轮运转不稳、轴套和密封件磨损，因此使用涡轮的车型要特别注意及时更换机油滤清器和空气滤清器，保持涡轮的清洁。

冷车启动要慢行、热车也要怠速一会再熄火。

在开车的头几分钟应先怠速运转几分钟，等机油进入最佳状态后，再踩油门让发动机高转速运转。

由于涡轮工作起来的温度非常高，所以停车以后最好先原地怠速一会儿再灭车，此时发动机的机油系和冷却系还都在工作，这就可以让涡轮的温度一点点降低下来。

定期检查很关键。

首先，应该经常检查涡轮增压器的外观，看各个密封环是否有损坏、机油进油管和回油管接头是否有松动和渗油的迹象、增压器废气排出口是否残留有机油、压缩机进气直管壁内是否有机油、以及涡轮增压器是否有异响或者不正常的震动。

3涡轮增压的常见故障
3.1涡轮增压器漏油
现象一：机油消耗量大，但排气烟色正常，动力不降低。

原因：这种情况一般是由于机油渗漏造成的。

处理方法：
（1）首先应检查发动机润滑系外部油管（包括增压器进、回油管）是否漏油；
（2）检查增压器废气排出口是否有机油。

如有机油，可判定涡轮一端密封环损坏，应更换此密封环。

现象二：机油消耗量大，排气冒蓝烟，但动力不下降。

原因：由于增压器压器端漏油，机油通过发动机进气管进入燃烧室被烧掉所造成的，有以下几种可能：
（1）增压器回油管不畅通，机油在转子总成的中间支承处积留过多，沿转子轴流入压气叶轮。

（2）靠近压气叶轮一端的密封环或甩油环损坏后，机油由此进入叶轮室，然后随室内增压后的空气一同经进所管进入燃烧室。

处理方法：
（1）打开压气机的出气口或发动机进气直管（橡胶软管），看管口、管壁是否粘附机油。

如有，请检查增压器回油管是否畅通。

如不畅通则是由于中间支承处积油过多引起，应将回油管疏通后装复。

（2）如畅通，则是由于叶轮一端密封环或甩油环损坏所造成，应解体增压器进行修复。

现象三：机油消耗量大，排气冒蓝烟或黑烟，且动力下降。

原因：
（1）活塞与汽缸之间的间隙磨损过大，机油窜入燃烧室而被烧掉。

（2）空气在被增压器吸入的过程中，空气流遇较大阻力。

（如空滤芯堵塞，进气胶管被吸变形或压扁等），压气机进气口处的压力较低，造成机油渗漏进入压气机内，随压缩空气一起进入燃烧室内烧掉。

处理方法：
（1）检查进气直软管壁内有无机油、是否被压扁，使气流受阻或空滤芯有堵塞现象。

（2）如管口和管壁有机油，应清洗或更换空气滤芯。

3.2有金属摩擦声
现象：排气冒黑烟，功率下降，且增压器有异响。

原因：
（1）如有金属摩擦声，是增压器转子轴承或止推轴承磨损过多，叶轮与增压器壳摩擦而产生。

（2）如不是金属摩擦声，而是气流声，则是由于增压器转子高速旋转，产生的旋转声音，或是进、排气接口处由于连接不好产生的漏气现象。

处理方法：
（1）前者应视磨损情况更换损坏的备件进行修复。

（2）后者应认真区分，有针对性的解决。

3.3增压器轴承损坏
现象：增压器轴承损坏，发动机功率下降，机油消耗高，冒黑烟，严重时增压器不能工作。

原因：
（1）润滑油压力和流量不足。

a. 增压器轴颈和止推轴承的润滑油供应不足；
b. 使转子轴颈和轴承间保持浮动的润滑油不足；
c. 增压器已高速运转，而润滑油未及时供给。

（2）杂物或泥沙进入润滑系统。

（3）机油氧化变质。

a. 柴机油过热，从活塞与缸壁间窜过的燃气过多；
b. 冷却水漏入机油中；
c. 机油选用不当，以及没有按规定定期更换机油。

处理方法：
（1）检查润滑油压力是否正常，机油量是否符合要求。

（2）按规定要求，定期更换润滑油，并保证润滑油清洁。

（3）严格按规定要求，使用润滑油，不得混用。

（4）应避免发动机在高温情况下工作，保持发动机的正常工作温度。

4 结束语
对于未来，随着汽车对动力性的需求量逐渐增大，涡轮增压的使用也会越来月频繁，不仅是在货车领域，在小汽车领域的的发展也将成为主流，而正确认识和使用涡轮增压器也将是我们每个人都应该象英语与开车一样被我们所接受。

参考文献
[1] 徐立汉，朱建江.废气涡轮增压器的正确使用[J].柴油机，2002，06
[2] 李良、雷钧等.增压器金属密封件结构性能分析[J].北方交通大学学报， 2001.04
[3] 顾宏中，MIXPC涡轮增压系统研究与优化设计[M].上海交通大学出版社，2006.05
[4] 陆家祥.柴油机涡轮增压技术[M].北京：机械工业出版社，1999.09
[5] 于世元.涡轮增压器原理、结构和使用[M].北京：国防工业出版社，1995
[6] 张松青.王世震.汽车概论[M].北京：高等教育出版社，2008
[7] 李清明.汽车故障诊断与技术检测[M].北京：机械工业出版社，2001
[8] 闫大健.汽车发动机原理与汽车理论[M].北京：国防工业出版社，2008
致谢
本文是在知道老师吕凤军老师的悉心指导下完成的。

在六个多月的毕业顶岗实习期间，汽车学院各位领导、老师的言传身教，丰富的技术经验、渊博的专业知识和严谨的工作态度，给了我很大的启迪和帮助。

在此，谨向他们表示衷心的感谢！
在毕业实习及论文的研究过程中，得到了实习单位白陈周的大力帮助，也得到了同学王晓萍、董敏、蒋贤素及朋友陈上进、陈天专的帮助，在此也向他们表示感谢！
同时，感激三年来，一直支持、鼓励和教育我的老师和养育我长大且仍在为我辛苦操劳的父母。

他们为我能完成学业付出了许多汗水，更饱含着深情的期待，这将使我终身难忘，也必将继续影响着我的未来。

最后，由于本人水平有限，加之时间仓促，文中难免有欠妥和错误之处，恳请各位老师，各位同学多多批判指正，本人将不胜感激！
陈广集
2011年5月30日。