废气涡轮增压国内外研究现状

早在1905年瑞士工程师阿尔弗雷德·波希(Alfred Buchi)就首次提出了废气涡轮增压的概念,从那时起涡轮增压的技术就开始逐渐应用于机械动力行业。


1、国内外的发展现状

早在1905年瑞士工程师阿尔弗雷德·波希(Alfred Buchi)就首次提出了废气涡轮增压的概念,从那时起涡轮增压的技术就开始逐渐应用于机械动力行业,并得到迅猛地发展。[1]早期由于都是大型机械的生产和使用,涡轮增压主要运用在船用和陆用大型发动机上以增加其动力性能。但是涡轮增压器用在车辆发动机上则较其他方面领域要晚得多,这主要是由于涡轮增压器运用在车用发动机上遇到了一些技术性难题。

车用发动机负荷和转速的变化范围比较大,然而车辆发动机的尺寸、重量和成本又有着诸多严格的限制。因此,不仅要求涡轮增压器效率高,流量范围宽,能满足车辆发动机对变工况的需求,而且还应该做到体积小,结构简单,重量轻,造价低。因此,在20世纪40年代的是够车用发动机涡轮增压的研制和生产活动才开始,而且发展的比较不理想。直到60年代外国涡轮增压技术相对成熟开始用于车用发动机上,之后70年代末汽油涡轮增压技术方面又加强了研究,车辆发动机涡轮增压技术才得以突飞猛进的发展。90年代后期,由于我们对环境的重视程度越来越高,环境污染的问题也日益严重,加上涡轮增压器能很好的解决废气污染的问题,又能节约资源来增加车辆的动力性,这样的双重效果让人们加紧了对涡轮增压的研究。因此,涡轮增压技术因其在经济性、动力性等方面的良好表现得以广泛的运用。

进入21世纪以来,我国国内一些如清华大学、吉林大学等十几家高校也进行了对汽油机涡轮增压器的研究。近十几年来,我国汽车行业的不断发展,自主化车型的不断涌现使得我国汽车技术飞速的发展。国内的一些厂家如吉利、一汽、上汽等都拥有着完全知识产权的涡轮增压产品来适应自主化车型。

2、未来发展方向

发动机增压是通过增压系统来增加进入汽缸的进气量同时提高进气压力。根据进气压力提高时转换方式和能量的传递,发动机增压形式主要四种,分别是废气涡轮增压、复合增压、机械增压和气波增压。

其中,本文介绍的是废气涡轮增压。废气涡轮增压的主要工作原理就是利用排气管的废气来推动增压器运转增加进气管的进气压力。因此,发动机的排气管是与增压器的压气机相连接的,压气机将废气压缩推动叶片增加进气管的进气压力,达到增加发动机动力性的目的。发动机和涡轮叶片之间不是机械性的连接并没有直接接触,并不影响发动机内部机械结构的运转,而是将排放出的废气加以利用作为动力源,因此涡轮增压在提高发动机功率的同时,也将燃油经济性大大提高,不会增加燃油的使用,因此,起到了节约能源的作用。

涡轮增压技术的目的是为了提高发动机的动力性能,废气涡轮增压不仅提高了动力性还提高了燃油经济性,充分利用废气的能量,减少了废气的排放。这样一举两得效果是发展废气涡轮增压器技术的前提。关键即使是涡轮和压气机的效率,更好更稳定的提高发动机的动力性。

发展涡轮增压技术主要有两个方面问题要深入研究、解决:

1、高压比、可靠好、工作范围宽广、使用寿命长的涡轮增压器。

2、不受发动机进排气的影响,而且将增压器系统和发动机系统的匹配要有良好地配合。

废气涡轮增压器的工作特点主要有两个方面,一是工作环境的温度较高,二是涡轮运行时的转速较高。这样恶劣的环境就对轴承的材料和增压器的结构提出了较高的要求。因此,叶轮叶片的材料和结构以及轴承的材料也是重要的研究方向。