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研究与探索Research and Exploration ·探讨与创新
中国设备工程 2019.01 (下)
传统汽油机的工作方式为自然吸气，这一工作方式是通过活塞下行过程中气缸内部形成的真空，在利用外界的大气压力，将混合气压入气缸之中。但是由于受到内外界的影响，气缸的进气率无法达到100%。涡轮增压技术则能够弥补自然吸气技术的缺陷，大大增强发动机的功率，提升汽车的行驶性能。 1 涡轮增压技术及其在汽车发动机中的应用原理
涡轮增压技术一种能够强化汽车发动机进气能力的技术。1905年Alfred Buchi 博士申请了全球首款涡轮增加器的专利——动力驱动轴向增压器，但这一技术运用到汽车生产商已经是1977年。1977年北欧瑞典的Saab 萨博公司首次将涡轮增加器应用到汽车生产中，使涡轮增压汽车发动机技术得以发展。通常来说，在汽车尾部看到Turbo 或T 就代表车辆使用了涡轮增压技术。在涡轮增压技术出现的30余年内该技术已经普及到各类汽车中，使得汽车发动机在保持原有气缸工作容积的基础上能够实现输出功率10%的提升。基于涡轮增压技术强化动力的优势，很多汽车的制作上都采用了涡轮增压技术来提升汽车的发动机性能。沃尔沃最近展出了一款全新的Drive-E2.0T 发动机，装备3个涡轮增压器，马力至少也有450匹，这一指标几 乎已经赶上普通汽车的6.0排量发动机。可以看出，运用了涡轮增压技术的汽车发动机，能够实现远超同排量汽车所产生的功率。涡轮增压技术的出现和运用转变了以排量大小决定功率大小的情况。涡轮增压技术有机械增压技术、汽波增压技术、废气涡轮增加技术、复合增压技术等。其中，由于废气涡轮增压技术的能效比突出，得到较为广泛的运用。
废气涡轮增压技术的原理核心可以通俗的描述为：一个气泵，气泵需要利用发动机排出的废气惯性冲力来进行正常的运转。当汽车发动机转速加快，相应的废气的排出速度与涡轮旋转速度也相应增加，叶轮将会压缩更多的空气进入气缸，伴随着空气的压力与密度的增加
涡轮增压技术在汽车发动机中的应用研究
梁琰，秦颖
（河南省工业科技学校，河南 新乡 453000）
摘要：当代汽车发动机中涡轮增压技术的应用已经十分普及，涡轮增压技术是一种能够强化发动机性能的技术，与自然排气技术相比有着无法比拟的优势。在涡轮增压发动机的日常使用过程中注意使用事项，如出现故障需要及时进行排查处理，以保证涡轮增压器正常稳定工作，从而保证车辆的行驶安全。本文研究了涡轮增压技术在汽车发动机中的应用。
关键词：涡轮增压技术；汽车发动机；涡轮增压器
中图分类号：U464.135 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2019）01（下）-0226-02
能够燃烧更多的燃料，适当增加燃料数量，对发动机转速进行一定调整就能够增加发动机的输出功率。虽然原理过程较为容易，但是实际过程却较为复杂，不仅需要其中内部零件的无缝紧密配合，同时还需要与发动机相匹配，否则会降低发动机的功率，甚至毁坏发动机。其中，在上述原理中的“气泵”被称为涡轮增压器，涡轮增压器是由涡轮室以及增压器两个部分构成。涡轮室进气口与排气歧管链接，排气口与排气管相连接；增压器进气口与空气滤清器管道链接，排气口在进气歧管上。涡轮与叶轮分别安装在涡轮室与增压器中，两种同轴刚性连接。发动机排出废气后会驱动涡轮增压器一旁的叶轮，当叶轮的旋转速度越快，另一侧的叶轮也会一同快速旋转，从而提升进入燃烧室的进气量。涡轮增压技术的核心在于，能够在恶劣的环境中持续工作。涡轮增压器安装在发动机的进排气歧管上，长时间处于高温、高压、高转速的工作状态，周围环境十分恶劣，工作量大、工作要求高。然而涡轮增压器虽然能协助发动机增加功率，但是缺陷也十分明显，其中影响最显著的为“滞后响应”。即为由于叶轮存在惯性作用，对油门瞬时变化的反应相对迟缓，即时进行改良处理后，反应时间也需要2s 左右，让发动机延迟增加或降低输出功率，这对于突发情况下要超车或加速的汽车来说，往往会有瞬间无法到位的感觉。但是涡轮增压技术自身就是利用废气进行增压，排出的废气如果不加以利用也是被白白排出。值得注意的是，涡轮增压技术应用在发动机后，发动机的功率与扭矩均要实现20%~30%的提升，其中泵轮与涡轮之间是由
轴承链接在一起，即为转子。发动机排出的排气驱动泵轮工作，泵轮带动涡轮旋转运转，涡轮转动后为进气系统进行增压。增压器安装在发动机排气的另外一旁，所以增压器的工作温度较高，增压器处于工作状态时，转子的转速也很高，达到每分钟十几万转。高转速与高温度会使得机械滚针与滚珠轴承难以为转子进行工作，所以涡轮增压器使用了全浮动轴承，使用机油来进行润滑，同时配有冷却液给增压器进行温度冷却。
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中国设备
工程
Engineer ing hina C P l ant
中国设备工程 2019.01 （下）2 涡轮增压技术在汽车发动机中的应用
2.1 涡轮增压发动机的日常使用与维护
涡轮增压技术是利用发动机排出的废气来驱动涡轮工作，涡轮增压器长时间处于高温环境下工作，因此为了保证涡轮增压器的使用寿命，需要在日常使用中进行保养维护，主要可以从以下3个方面入手：
（1）发动机启动后不可在短时间内急加速，需要先怠速3~5min，给予充分的时间让机油温度与机油压力得以提升，使机油的流动性更佳，让涡轮增压器能够被充分润滑，从而提升发动机转速，然后开始起步行驶。
（2）发动机在长时间工作后不能马上熄火。这是由于发动机处于工作状态时，有部分机油是用于涡轮增压器转子轴承的润滑与冷却。如正在运行的发动机骤然停止工作，机油压力则会快速下降，机油润滑则停止，涡轮增压器内部的热量也无法被机油冷却，高温会被传递至中间，轴承支撑壳的热量无法被快速消除，但涡轮增压器却被惯性作用影响，始终处于高速旋转状态，从而导致涡轮增压器转轴与轴套之间出现“咬合”状态，从而毁坏轴承。因此在发动机长时间工作后，需要怠速运转3min 后再进行熄火，让涡轮增压器的转子速度逐渐减慢。但需要注意涡轮增压发动机不宜长时间处于怠速中，需要在10min 内熄火。
（3）定期检查涡轮增压器的密封状态。如果汽车涡轮增压器的密封状态不佳，则废气会通过密封环进入发动机的润滑系统，导致机油遭受污染，并导致曲轴箱的压力快速升高。另外，涡轮增压发动机处于低速运转过程中，机油也会通过密封环从排气管排出或进入燃烧室进行燃烧，从而使得车辆的机油过度消耗，即为常见的发动机故障“烧机油”。因此，涡轮增压器要定期检查是否存在异响或不正常的震动，润滑油管与接头处是否出现渗漏。同时，要定期检查涡轮增压器的工作情况。在车辆驾驶前、车辆停止工作后，需要对发动机进气管路的连接部分进行检查，避免松动等情况导致涡轮增压器失效。同时，对
涡轮增压器是否存在漏油、漏气的现象进行检查；查看涡轮增压器的外壳是否出现过热、变、裂纹等异常情况，如果存在上述情况，需要详细查明原因并进行更换。如果涡轮增压器出现异响，则需要排查原因并进行更换维修。
2.2 涡轮增压发动机的常见故障与处理
（1）涡轮增压器出现漏油故障。出现这一故障的现象不一，主要有以下几方面：一是车辆出现机油消耗量大，排气烟正常，动力正常。这种情况通常是由于机油出现渗漏所致。首先，需要对车辆发动机润滑系的外部油管进行检查，核实其是否出现漏油现象；其次，检查涡轮增压器废气排出口是否有机油，如有机油则可判断为涡轮密封环已破损，需更换密封环。二是机油消耗量大，排气管排出蓝烟，动力正常。这种情况可能是
涡轮增压器回油管堵塞，机油在转子总成中间支撑处累积过多，沿转子轴流入压气叶轮或车辆近压气叶轮处的密封环损毁，机油进入叶轮式，然后伴随着空气进入燃烧室。为处理这一现象，需要对压气机的出口或发动机的进气直管进行检查，查看管口处是否有机油，如有机油，需要检察涡轮增压器的回油管是否顺畅；如回油管堵塞，则可能是由于支撑处留存机油过多，需要将回油管疏通后修复；如回油管畅通，则可能是由于叶轮密封环损毁所致，需要对涡轮增压器进行修复。
（2）涡轮增压器轴承损坏。出现这一故障会导致涡轮增压发动机功率下降，机油消耗过高，排出黑烟，
严重时涡轮增压器则无法工作。导致这一故障的原因，可能是润滑油压力不足或流量不足，润滑油无法及时供给；或是杂质、泥沙等进入涡轮增压器的润滑系统；或机油出现氧化变化，无法正常工作。处理故障时需要检查润滑油压力是否处于正常状态，机油总量是否满足要求；根据涡轮增压器的使用要求，定期更换润滑油，并保证润滑油的清洁；避免涡轮增压发动机在异常高温环境下工作，保持发动机的正常温度。
3 结语
伴随着科技的发展与进步，涡轮增压技术在汽车发动机中的应用更加成熟。设备零部件更少、体积更小、空气压缩比更合理。涡轮增压技术已经普遍应用到汽车生产市场，涡轮增压技术成为了强化汽车发动机性能的主流技术，相信涡轮增压技术将会不断成熟、不断完善，持续改善汽车的工作性能。参考文献：
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