【正文】 tion status of the engine turbocharger technology, working principles, technical characteristics and development prospects. Describes the role of technology and the supercharged engine and the supercharger way classification purposes. Describes the engine exhaust turbocharger technology research and development status of significance. 1912年，世界上第一臺(tái)廢氣驅(qū)動(dòng)的增壓器正式問(wèn)世，1961年，小轎車開(kāi)始嘗試性地安裝增壓器，但因?yàn)樗查g產(chǎn)生的巨大壓力和熱量，使安裝后效果并不理想。而且汽油機(jī)空燃比由于工作循環(huán)的性質(zhì)決定，仍需限制在較濃的狹窄范圍內(nèi)，又不能用較大的氣門重疊角使較多的掃氣空氣來(lái)降低燃燒室零件和排氣的溫度。提高轉(zhuǎn)速時(shí)升功率提高的幅度不大，因?yàn)槠涫艿饺紵龕夯?、容積和機(jī)械效率的急劇降低、使用可靠性下降、發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)和噪聲加大以及工作壽命縮短等原因的限制。增壓后發(fā)動(dòng)機(jī)功率的增長(zhǎng)程度常以增壓度表示， （13） 式中增壓后的充氣密度 增壓前的充氣密度 由公式可以看出，增壓度的大小取決于充氣密度的提高程度，而，故充氣密度的提高，除了提高進(jìn)氣壓力以外，還可以降低進(jìn)氣溫度。早期較多采用離心式壓氣機(jī)，近年來(lái)發(fā)展了各種轉(zhuǎn)子式、葉片式增壓器。機(jī)械增壓的特點(diǎn)是能有效地提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率，與渦輪增壓相比，其低速增壓效果更好。 （3）渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)海拔高度的變化有較高的適應(yīng)力，在高原地區(qū)工作時(shí)比非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降要少的多，故渦輪增壓除了用來(lái)提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率，外還可用作高原發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)功率。經(jīng)過(guò)80多年的不斷發(fā)展，特別是20世紀(jì)90年代以來(lái)，由于CAD/CAM，電控、材料和制造技術(shù)等科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，許多相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的成果被大景用于增壓技術(shù)領(lǐng)域，從而出現(xiàn)多種增壓方式。裝在柴油機(jī)上不存在什么大難題所以普及很廣，在重型柴油機(jī)上已經(jīng)達(dá)到了100%，而且目前已向小型柴油機(jī)迅速發(fā)展。這種動(dòng)力的突然“陡增”不但損害了動(dòng)力輸出的平順性，讓開(kāi)車和坐車的人感覺(jué)很不舒服，同時(shí)還會(huì)使車輛難以控制，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候產(chǎn)生的扭力的增加是非常大而且非常突然的，在路面濕滑的情況下甚至?xí)霈F(xiàn)車輪打滑，對(duì)于駕駛員的操作是很大的考驗(yàn)。制造渦輪的材料主要分為不銹鋼和陶瓷兩種（其中陶瓷的性能更高）。之后出現(xiàn)了電子控制的卸壓系統(tǒng)，通過(guò)它可以自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)節(jié)渦輪增壓器的工作壓力。小直徑的渦輪增壓器擁有更輕的重量和更小的慣性，因此能有效的減小渦輪遲滯。這種渦輪增壓器通過(guò)小而輕的渦輪，可以改善發(fā)動(dòng)機(jī)的響應(yīng)性。因?yàn)槭褂昧说驮鰤褐档男⌒蜏u輪。高增壓時(shí)，功率提高甚至可大于100%。而柴油機(jī)的過(guò)量空氣系數(shù)本來(lái)就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)1，增壓使柴油機(jī)的過(guò)量空氣系數(shù)進(jìn)一步提高，對(duì)排放產(chǎn)生了明顯的影響。此外，還有超高增壓系統(tǒng)掃氣旁通系統(tǒng)及諧振復(fù)合增壓系統(tǒng)等，這些在中、小功率車用柴油機(jī)上應(yīng)用不多。當(dāng)空氣進(jìn)入工作輪上葉片組成的流道后，受離心力壓縮被甩向工作輪外緣，空氣從回轉(zhuǎn)的工作輪上獲得了能量，使壓力、溫度、特別是氣流速度均有較大增長(zhǎng)。 蝸殼的作用為收集從擴(kuò)壓器流出的空氣，并繼續(xù)進(jìn)行空氣動(dòng)能向壓力能轉(zhuǎn)變的過(guò)程，并將這部分空氣輸向柴油機(jī)進(jìn)氣管?？墒钱?dāng)流量進(jìn)一步減少到某一值后，壓氣機(jī)工作開(kāi)始不穩(wěn)定，氣流發(fā)生強(qiáng)烈地脈動(dòng)，甚至引起整臺(tái)壓氣機(jī)劇烈振動(dòng)并發(fā)出粗暴的喘息聲，這種不穩(wěn)定的工況稱為喘振。根據(jù)增壓系統(tǒng)的要求，蝸殼可以有一個(gè)、兩個(gè)甚至更多的進(jìn)氣口。 現(xiàn)在廢氣渦輪增壓器的渦輪效率為= . 在渦輪機(jī)作變工況運(yùn)行時(shí)，燃?xì)庠跍u輪機(jī)中流動(dòng)，隨著膨脹比增大，流量跟著增加，當(dāng)膨脹比增加到某一臨界值時(shí)，流量達(dá)到最大值，不在增加了，這就是渦輪機(jī)的阻塞現(xiàn)象。（2）汽油機(jī)的比較小，所以工作溫度比柴油機(jī)高，增壓后尤為突出。汽油機(jī)混合氣的濃度范圍窄(過(guò)量空氣系數(shù)a=)，燃燒時(shí)的過(guò)量空氣少，造成單位數(shù)量混合氣的發(fā)熱量大。但是在提高汽油機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性的同時(shí)，車用汽油機(jī)廢氣渦輪增壓技術(shù)存在不少問(wèn)題和障礙，這些問(wèn)題和障礙限制了廢氣渦輪增壓技術(shù)在汽油機(jī)上的應(yīng)用。但是過(guò)晚的點(diǎn)火將使后燃加劇，不僅影響功率，還將增加排氣溫度，實(shí)驗(yàn)表明點(diǎn)火提前角推遲1度，排氣溫度將升高3 5C，這對(duì)渦輪來(lái)說(shuō)十分不利。這種匹配情況，不僅容易發(fā)生高速爆震，而且扭矩特性也不符合車用發(fā)動(dòng)機(jī)的要求。渦輪增壓系統(tǒng)在汽油機(jī)工況突變時(shí)，不能隨工況變化供應(yīng)的增壓空氣流量和增壓壓力，而要滯后一段時(shí)間才能適應(yīng)，滯后時(shí)間越長(zhǎng)，汽油機(jī)的加速性也越差。排氣管應(yīng)該短，管子直徑應(yīng)該小，也就是排氣管的容積較小，并且應(yīng)能很好地將各缸的壓力脈沖不相干擾地引入渦輪。圖41 用排氣壓力調(diào)節(jié)的自動(dòng)噴水控制器示意圖 Schematic diagram of autowaterjet controller using exhaust gas pressure ②排氣噴水 將水噴入高溫的排氣中，水迅速蒸發(fā)汽化，吸收大量的熱來(lái)降低排氣溫度是顯而易見(jiàn)的。由于受爆震的影響和熱負(fù)荷的限制，增壓度都不高，性能也不夠完善，實(shí)際應(yīng)用很少。2. 0 L FN被評(píng)為“2005年最有影響力的發(fā)動(dòng)機(jī)”。后彎葉片的壓氣機(jī)流量范圍比較寬廣，流量范圍隨著后彎角的增大而增大，且后彎葉片壓氣機(jī)的效率高。這無(wú)論對(duì)汽油機(jī)性能、防止爆震、降低汽油機(jī)的機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷，還是提高增壓系統(tǒng)的可靠性都是有利的。⑦改善增壓器的“反應(yīng)滯后”現(xiàn)象。這些導(dǎo)流葉片可在低轉(zhuǎn)速、低排氣量的工況下關(guān)閉，從而增大發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣壓力。分配泵和噴嘴之間是高壓鋼油管。所付出的代價(jià)是把燃油泵中的柱塞加粗1毫米。渦輪增壓技術(shù)的發(fā)展與增壓柴油機(jī)未來(lái)發(fā)展的要求密相切相關(guān)，其主要服從于未來(lái)的排放法規(guī)要求和進(jìn)一步降低燃油消耗，渦輪增壓系統(tǒng)應(yīng)有更高的熱效率；渦輪增壓系統(tǒng)應(yīng)有更高的熱效率；壓系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配上有可能采用電子控制系統(tǒng)，使增壓系統(tǒng)與燃油系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)全工況內(nèi)實(shí)現(xiàn)最佳匹配。本人在此深表感謝。（2） 發(fā)動(dòng)機(jī)增壓技術(shù)目前的發(fā)展?fàn)顩r以及特點(diǎn)； （3）闡述了廢氣渦輪增壓的原理；（4）闡述了汽油機(jī)增壓特點(diǎn)、存在障礙及解決方法；（5）闡述了渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。近年也開(kāi)始進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)計(jì)算、三元流場(chǎng)分析、葉輪及葉型設(shè)計(jì)、強(qiáng)度分析及性能預(yù)測(cè)等等。5個(gè)噴口直徑極小。可變截面渦輪增壓是燃?xì)馔ㄟ^(guò)渦輪噴嘴葉片時(shí)，根據(jù)渦輪增壓柴油機(jī)外界負(fù)荷的變化來(lái)改變噴嘴環(huán)葉片的角度，使進(jìn)入渦輪葉片的氣流參數(shù)產(chǎn)生變化通過(guò)渦輪燴降的變化實(shí)現(xiàn)渦輪功的變化，讓壓氣機(jī)出口的增壓壓力發(fā)生變化，從而達(dá)到渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)在各工況下的良好匹配。反應(yīng)時(shí)間短有利于增壓器的加速，從而影響汽車的加速性能。采用先進(jìn)的工藝技術(shù)，減少零件數(shù)量，盡量采用通用性結(jié)構(gòu)，增大生產(chǎn)批量等，生產(chǎn)成本將會(huì)降低。 ②采用增壓器和汽油機(jī)在中速范圍內(nèi)獲得最佳匹配的方法，使低速也具有一定的增壓比，以改善中、低速的扭矩特性，而在高速時(shí)用排氣放氣閥旁通一部分燃?xì)鈦?lái)控制增壓壓力，是目前最常用的方法。車用汽油機(jī)的速度范圍比較寬，因此汽油機(jī)的進(jìn)氣質(zhì)量流量的范圍也比較寬，就需要有相應(yīng)增壓器來(lái)適應(yīng)車用汽油機(jī)的要求。中科院工程熱物理所、清華大學(xué)、燃?xì)鉁u輪研究所通過(guò)可變噴嘴渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配試驗(yàn)測(cè)得增壓壓力和排氣壓力值，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)，計(jì)算了發(fā)動(dòng)機(jī)的流通特性，建立了可變噴嘴增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)的聯(lián)合工作曲線。汽油機(jī)增壓的發(fā)展相對(duì)較晚，技術(shù)水平也落后于柴油機(jī)。例如解放CAlOB的增壓實(shí)驗(yàn)表明，在外特性運(yùn)行時(shí)，大于2000r/min后，就會(huì)出現(xiàn)爆震，當(dāng)利用喉管壓力和增壓壓力之間的壓差，將水噴入喉管，爆震很快就消除了。 ②縮小渦輪增壓器的尺寸。當(dāng)小負(fù)荷低轉(zhuǎn)速時(shí)，希望有較大的扭矩，此時(shí)，正值流量小，所以節(jié)流效果弱，增壓壓力沒(méi)受多大的影響。（3）對(duì)增壓空氣進(jìn)行中冷安裝中冷器對(duì)空氣進(jìn)行中冷是十分有效的，不僅與柴油機(jī)有相同效果，對(duì)功率增加、熱負(fù)荷降低都是十分有利的，而且對(duì)防止爆震也是非常有效的。但汽油機(jī)的壓縮比本來(lái)就比較小，處于對(duì)經(jīng)濟(jì)性很敏感的區(qū)域，的下降必然引起熱效率較多的下降，因此，不希望僅用此一個(gè)措施來(lái)解決防止爆振問(wèn)題，在燃油等級(jí)不變下汽油機(jī)改為渦輪增壓時(shí)的壓縮比可按下列經(jīng)驗(yàn)公式確定:= （41） 式中：非增壓汽油機(jī)的壓縮比。與柴油機(jī)相比，汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍寬，從低速到高速混合氣質(zhì)量流量變化大。（4）汽油機(jī)增壓易發(fā)生爆燃。20世紀(jì)70年代末國(guó)外汽油機(jī)開(kāi)始逐漸采用增壓技術(shù)，并得到了迅速的發(fā)展和完善，1990年美國(guó)生產(chǎn)的汽油機(jī)已有1/4采用了增壓技術(shù)，1992年國(guó)際市場(chǎng)上出售的汽油機(jī)有巧%采用增壓技術(shù)，目前國(guó)外的汽油機(jī)增壓正處于完善和推廣應(yīng)用階段。工作輪或氣體的絕對(duì)速度