增压技术在发动机上的应用浅析

[摘 要]本文以发动机增压技术为讨论对象。简短介绍了增压技术的产生及其意义，分装置介绍了增压系统的工作原理，并结合工作实际经验提出了使用中相应的注意事项。

[关键词]发动机 废气 涡轮增压 中冷

中图分类号：TP52 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）23-0367-01

发动机按照进气方式，可以分为自然吸气和增压吸气两种方式。自然吸气，顾名思义，就是发动机的进气不经过任何外力的辅助，完全通过活塞下行使气缸产生真空度而吸入空气;增压吸气，目前又分为机械增压和废气涡轮增压两种方式。本文我们只讨论废气涡轮增压。

无论怎样设计发动机，都要围绕着空气和燃油这两个要素做文章。想要提高发动机的功率和扭力，无非是提高发动机的供油量和进气量。增加供油量相对容易一些，无非是增加单位时间燃油供入量及适当延长喷油时间;但是对于另一要素增加进气量就相对困难一些。因为，空气有特定的物理特性，仅仅靠发动机自然吸气的能力是有限的，往往不能满足大供油量的空气需求，于是发动机在设计中就似乎出现了功率难以提升的“瓶颈”。为此，设计者考虑增加了空气增压供给系统来解决这一“瓶颈”问题。

在1905年，Sulzer Brothers Research and Development 公司的Alfred Buchi博士申请了第一款涡轮增压器的专利――动力驱动的轴向增压器，1911年在瑞士的Winterthur增压器厂开工，在1915年制造出了原型航空器发动机增压器，利用发动机废气驱动，主要目的是用来克服高海拔稀薄空气对动力的负面影响。

那么，废气涡轮增压是如何工作的呢？发动机工作中排出的废气是高温高压的，通常会通过三元催化、消音器、排气管白白排出车外，废气涡轮增压发动机正是利用了废气，通过一个位于排气管的涡轮。废气的压力可以推动该涡轮高速旋转，而该涡轮通过一个联动装置，可以驱动另一个位于进气位置的涡轮也高速旋转（最高转速可达上万转/分钟），增大了进入燃烧室的进气量。

涡轮增压技术改写了“排量大小决定功率”的传统概念。除此之外，涡轮增压器还能够提供更好的燃油经济性，因为增压会给燃烧室提供更多的空气，使燃烧更彻底，排放更干净。对于汽油机，CO2的排放与相同功率的自然吸气发动机相比要少10～20%;还有一个更具说服力的好处：在高海拔空气稀薄地区和严寒地区也能满足发动机空气供给的需求。

既然涡轮增压器能很大幅度的提高发动机动力，那为什么不是所有的车都装备了它呢？这里面当然是有原因的。涡轮是具有一定质量的运动部件，那么要把他从静止状态加速到10万转/分钟以上的转速是需要花一点时间的。大家都知道，发动机在怠速或低转速工况下工作时，需要的进气量小，涡轮转速低。但如果此时急加速，那么就突然需要很大的进气量来提供发动机的动力输出。而此时涡轮叶片需要一定的时间才能提高其转速，增大进气，虽然这个时间不算长，但操作起来会有明显的滞后感。这种现象我们叫做“涡轮迟滞”。所以在起步和低速状态下急加速时，操作者会明显感到有些力不从心，但发动机转速上升以后，就会感到一股汹涌澎湃的动力突然涌现。人们常说涡轮增压发动机“急加速后滞而后劲足”就是这个道理。

很多的新驾驶员在驾驶涡轮增压车辆时不知道在涡轮增压器的使用注意事项，下面简单的说明下：

1、涡轮增压装置的是靠发动机机油泵工作后产生的压力通过特制的油管来实现的，如果在冷启动后急于移动车辆，会造成涡轮泵转速、负荷迅速加大，而机油压力又偏低，就出现涡轮增压泵卡死的故障。因此，冷车启动或发动机处于冷状态时要求驾驶员在发动机启动怠速运行至少30秒后才可以移动车辆，尽量避免由于发动机冷启动后油压力不足时涡轮泵转速过高，发生卡死的现象。

2、停车熄火或者在车辆跑完高速以后，发动机不应该马上熄火，因为涡轮增压泵在惯性的作用下，仍在高速旋转，此时涡轮轴的是靠发动机机油泵的工作完成的，如果此时发动机熄火，将立即停止所有，而高速旋转的涡轮轴因缺少会发生卡死的故障。所以，正确的操作方法是，在跑完高速，停车以后先怠速一会儿，大概90秒左右，降低增压泵转速而后再将发动机熄灭。

凡事有利就有弊，涡轮增压也不例外。发动机在采用废气涡轮增压技术后，工作中产生的最高爆发压力和平均温度将大幅度提高，从而使发动机的机械性能、性能都会受到影响。为了保证增压发动机在较高的机械负荷和热负荷条件下，能可靠耐久地工作，必须在发动机主要热力参数的选取、结构设计、材料、工艺等方面作必要的改变，而不是简单地在发动机上装一个增压器就行了。由于这个改变过程在实行中难度颇大，而且还要考虑增压器与发动机的匹配问题，因此在一定程度上也限制了废气涡轮增压技术在发动机上的应用。

相对来说，废气涡轮增压器与柴油机配合运行时，涡轮机允许工作的范围较广，高效率范围也较宽，在配合运行中产生的问题较少，所以废气涡轮增压技术在柴油机应用的比较多。而对于汽油机在增压后，提高了缸内混合气压缩和燃烧气体的温度和压力，提高了燃烧室受热零件的热负荷，很容易产生“爆震”。这也就是至今为止，增压技术在汽油机上得不到广泛应用的主要原因。

今天在欧洲，涡轮增压器已经占到了50%，在亚洲、美国也都在增长。现代涡轮增压器也改变了人们对柴油机的看法，涡轮增压器已经成为提高动力性能的主流方向。随着新的耐高温材料、新的平衡技术和微量油轴承系统及全新电子控制的使用，涡轮增压器对于21世纪的汽车还同样起着重要的作用。

参考文献

[1] 刘仍贵.柴油发动机废气涡轮增压技术浅析[J].汽车运用，2009（4）.

[2] 李仕存.废气涡轮增压器的基本原理及改进措施 [J].汽车实用技术，2015（8）.