柴油发动机涡轮增压相关技术分析

汪 阳

（西安爱生技术集团公司， 陕西 西安 710000）

1 柴油机涡轮增压技术的发展

涡轮增压技术明显地改善了柴油发动机的动力性能和柴油的经济性，从而能够达到节约能源的作用，优良发动机功率较大，如果想要达到，燃油消耗率较低的目的，需采用一台工作可靠、内燃型的柴油机系统。

涡轮增压技术符合国家绿色环保的能源消耗方针，为柴油和汽油动力装置的配套提供了环保和节能型高科技产品的技术，能够在减少能耗的情况之下，满足柴油发动机高标准的排放要求。

柴油机的涡轮增压技术能够有效改善柴油和汽车动力装置的环保节能效果。为了提升新产品综合性价比，完成高标准的排放改进工作，研究者们经过很多次尝试。在市场经济与技术经济国际化快速发展的今天，柴油机涡轮增压技术给柴油机的发展带来了无限的潜力。在各种汽车产业链更新换代的基础上，政府对于柴油机保有量和涡轮增压器使用寿命提出了改进意见，并且对很多规章制度进行了深化改进[1]。

2 柴油机涡轮增压技术的环保技术

性能优良和良好的发动机，由于燃油消耗的能量比较低，因此具有排放污染小、工作可靠的特点，使绿色环保操作得到了帮助。内燃发动机的预算一般是在加大大缸径的尺寸的情况下进行的，以满足庞大复杂的内燃机系统的要求，另外，为了避免加工过程中维修的不便，也可以通过提升二冲程低置换器质量影响热效率的程度。

涡轮增压器可以增加发动机的功率，降低燃油的能耗，对环境污染起到改善作用，同时，柴油涡轮增压器根据废气不同流通方向的分流过程，可以分为径流式涡轮和轴流式涡轮两种。

3 柴油发动机涡轮增压结构及其工作原理

3.1 径流式涡轮增压器结构

柴油经流式涡轮增压器是由压力机、涡轮和支撑装置组合而成，在组合的过程中还必须要有密封装置、冷却系统、润滑系统。利用增压器的工作原理，借助发动机产生较高的废气，在一定的空气压力作用之下，使用涡轮旋转进入到空气之中，用压力机和涡轮共同安装的转子轴承的方式，采用相同的速率来转动。为了提高筛选废气的方法，在积极增压的作用之下，通过观察空气流动速度和压力，在空气流动速度相应减少、空气压力增大的情况之下，使得压力机的机壳不断振动，空气压力持续增高。在这种情况下，涡轮增压器的空气通过发动机系统可以进入到达气缸之中，以便最终达到改善近期密度数值的均衡程度作用[2]。

3.2 涡轮增压器工作原理

涡轮增压器实际上就是一种空气压缩机，通过压缩空气的形式来增加进气量，然后再利用发动机排出废气，用惯性冲力来推动涡轮密封空间里的涡轮，最后由涡轮带动同轴的叶轮，使得空气滤清器可以压送空气，气缸增压发动机转速增快，空气的压力和密度增大之后，可以燃烧更多的燃料，增加了发动机的输出功率。发动机是靠燃料在汽缸内燃烧来产生功率，输入的燃料含量受到了吸入气缸内的空气量的限制，因此发动机所产生的功率受到了相应的限制和影响。

4 涡轮增压器的几种重要模式

4.1 机械增压装置

机械增压的装置原理是由发动机皮带和发动机曲轴相互连接，从发动机输出轴来获取动力的方式驱动增压器的转子来进行旋转，空气增压吹到气道管里。这种方式转子的速度和发动机的转速是相互对应的，因此在动力输出方面表现得更为流畅，但是由于其消耗的部分引擎动力，就会使得整个增压的效率不高。

4.2 废气涡轮增压系统

这种发动机增压系统原理是利用发动机所排出的废气达到增氧的目的，涡轮增压器与发动机本身没有机械性的联系，增压器和压气机内部的人料废气驱动的涡轮带动了增压系统，增压的过程中需要冷却。这种重要系统的优点是其效率远远高于机械增压的效率，但是发动机动力输出肯定要稍微慢于油门开启的速度，如果在涡轮加速的时候，油门也开启，那么可能发动机动力输出要滞后片刻，如果开启的太快发动机在初始阶段就有可能会跟不上速度，但是通过观测，一般发动机在稍后就会有动力性的爆发。

4.3 复合式的增压系统装置

废气涡轮增压和机械增压并用的形式使得大功率柴油机使用较为顺手，复合增压装置的发动机输出功率较大，更重要的是其燃油消耗能耗比较低，而且噪音也比较小，但其制作工艺比较复杂，成本较高。

4.4 气波增压系统

采用高压废气的方式，通过高压废气的脉冲气波，使空气压缩的速度大大提升，系统而低速的增压性能更好，气波增压系统加速非常快，但是尺寸比较大、笨重，噪声也比较大，所以只能安装在体积较大的大型车辆中[3]。

5 使用柴油发动机涡轮增压系统的特性

1）如果要使涡轮增压系统正常安全的工作，就必须要有专门的冷却系统，在保证机油循环量压力达到300 kPa的情况，输出的压力才能够达到正常匹配的循环要求。当涡轮外壳和排气管相互连接的时候，保证各个结构之间的间隙都应该保持在合理的范围之内，否则就很有可能出现安全事故。涡轮增压器在使用的过程中持续高温负荷、高速运转，如果工作紧急需要停车，一定要增设中冷器的设置，避免对于涡轮增压器产生致命的影响。

2）一般情况下，高速运转的涡轮增压器在降温之后温度不应该超过150℃，即使是在涡轮密封的部位综合温度也不应该超过220℃。涡轮增压器在高速运转时温度上升，因此，在涡轮轴承的上端采用油冷的方式，在密封环周围专门设置油道来满足降温的基本需求。

3）做好涡轮发动机的隔热工作，可以将涡轮的端头热量控制良好，通过减少连接零件的热变形，防止涡轮增压器外壳的零件产生裂纹的情况，从而杜绝安全事故的发生。为了做好涡轮发动机的隔热一般是采用类似于哑铃式的布置方案，温度的梯度差产生之后，热辐射就会相应减少，或者也可以将轴承底座固定在压气机的一端，加大热的阻力，也可以进行良好的隔热效果。另外把止推面设置在压气机的一端，这种隔热的原理是通过减少涡轮增压器的转轴止推面直接传热的机率，使得直接传输热量给轴承的可能性尽量减少。在涡轮叶轮和转轴焊接处，采用摩擦焊接的方式做成中空的结构，也可以减少自涡轮叶轮向转轴的传热过程。

6 涡轮增压器的日常维护工作

涡轮增压器的装置设置非常精密，虽然装置运行机理并不复杂，但是如果想要发动机所排出来的废气推动涡轮能够达到所需要的运转速度，就需要通过涡轮转动来连接同一个连接轴上的涡轮扇。工作效率取决于涡轮增压器的高温以及涡轮压缩机的降低热量和散热的过程。同时，不能忽视运转下的工作器件的工作压力，高温器件在气缸单位时间内进入空气越多，工作效率越高，温度产生也越快[4]。

保证涡轮增压器所使用的进汽缸汽油较好，相对耐高温和抗氧化性比较好的优质机油就可以缩短机油的更换周期。使用机油滤清器来磨蚀干净，机油之内不能含有杂质，而涡轮吸入空气中的杂质和粉尘应及时清理，避免因为长期累积造成涡轮运转不稳的情况。

涡轮转速非常高，并且需要一定的周期，因此停车之后，涡轮发动机的机油和冷却系统需要一定的周期才能真正进入高速运转的工作阶段。

另外，定期检查润滑口外部的油管是否漏油，检查增压器的废气排出口是否有机油，防止涡轮增压器的异响或者不正常的振动。

7 结语

随着未来高性能、低能耗汽车对于动力性的需求的逐渐增大，涡轮增压的使用将会越来越频繁，货车和小汽车领域已经成为主流。因此，需要从涡轮增压技术的结构和原理入手，采用优良的设计和使用方法，发挥出涡轮增压技术这一项高效减排、低投入高效率的优良技术所能发挥出的最大效用。

[1] SilvioRisse，刘志坚.新一代发动机涡轮增压器解决方案[J].国外铁道机车与动车，2017（3）：38-48.

[2] 邢宏祥.小排量汽油机涡轮增压匹配研究[D].秦皇岛：燕山大学，2016.

[3] 姚波善.二冲程活塞发动机复合增压方案及增压特性的仿真分析[D].北京：北京交通大学，2016.

[4] 邹艳.柴油机两级涡轮增压系统的匹配优化及控制策略研究[D].株洲：中南林业科技大学，2015.