汽车气波增压的工作原理

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对于2.0T的汽车而言，大家都知道2.0代表排气量，T代表涡轮增压，若是再详细问排气量是什么？涡轮增压原理是什么？相信很多人又说不上来，前期文章我们讲解了排量的含义，这篇文章主要讲解一下涡轮增压器的分类、工作原理和结构，供大家参考！

废气涡轮增压两种基本方式：

等压增压

柴油机所有气缸的排气管都连接于一根粗大的排气总管，排气总管再与废气涡轮连接。这样，排气总管实际上还起了稳压箱的作用，尽管各气缸轮流排气，但进入涡轮时气体压力的波动不大。

脉冲增压

将涡轮增压器尽量靠近气缸，并把柴油机各缸的排气支管做得短而细，总之使排气管容积尽可能小些。每根排气支管只与部分喷咀环接通，即所谓“部分进气”。这种系统工作时，排气管中形成脉冲压力波，进入涡轮的废气压力和速度都是变化的，所以称为脉冲涡轮增压。

脉冲涡轮由于间歇进气、部分进气，其叶轮叶片容易发生较强的共振，在叶片根部产生较大的附加应力。等压涡轮叶片振动则小得多。为了有效地利用废气的脉冲动能，脉冲增压对排气系统的布置、构造和加工等都有较严格的要求。如要求排气管尽量短而细、光滑且弯头少。因此脉冲增压对气口、管道的清洁程度较敏感。脉冲增压的涡轮离排气阀很近，燃气中的燃烧产物较容易污损涡轮，所以其维护管理工作量较大。

 

为了解决上述矛盾，脉冲增压技术发展中出现了其它几种增压方式，如下面介绍的脉冲转换增压、多脉冲增压以及模件式脉冲转换增压等。

脉冲转换增压

A和B为细的排气支管，每根排气支管连接两个排气期不相重叠的气缸。A、B分别通过收缩管与混合管相连接——构成了引射喷咀，然后再与涡轮的一个进口连接。当连接排气支管A的某缸排气阀开启时，排气支管内压力迅速升高，形成一个压力波，减少了排气阀处的节流损失。排气压力波很快到达收缩管。气体流经收缩管时加速进入混合管，部分压力能转换为动能。此时接于B管的某缸正处于排气末期和扫气时期，在收缩管处的气流已经减弱，所以排气支管A来的高速气流加速了B管来的气流，使B管的收缩管口压力下降——产生一个膨胀波，使B管压力下降。即A管对B管产生引射（抽吸）作用。这有助于B管扫气缸的扫气，改善了扫气效果；减少了排气末期活塞的推出功。两股气流在混合管混合后，便较稳定连续地进入涡轮，减少了涡轮由于间歇进气引起的损失。

多脉冲增压

多脉冲增压的原理和脉冲转换增压相似。它将排气不重叠的气缸连接到一根细的排气支管上，每一根排气支管通入一个收缩管，各收缩管合成一束，形成一个花瓣形多孔渐缩锥形管与带喉口的混合管相连接，各收缩管相互起引射作用，最后进入涡轮增压器，实现全周进气，提高了涡轮效率。它适用于高、中速机，气缸数不受限制。

模件式单排气总管增压

 模件式单排气总管增压包括模件式脉冲转换（MPC）增压、单管排气系统（SPES）等，它们工作原理类似，近年来发展迅速。其外表有些象等压增压，只是排气总管为组合式而且细得多，性能比多脉冲增压方式更好。MPC增压方式每个缸的排气出口均装有一个模件式脉冲转换器。排气出了排气阀，很快充满短小的排气支管，减少了超临界阶段阀出口处的节流损失。而且支管与总管之间由于相互引射，起了良好的动力隔离作用。

废气涡轮增压器工作原理

废气涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲击力来推动涡轮室的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤器管道送来的空气，使之增压进入气缸。进入气缸的空气压力和密度增大，可以燃烧更多的燃料，相应增压燃料量和调整发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率。

所以这要分两部分讲解，一是废气端的轴流式涡轮的工作原理，二是压气端的离心式压气机的工作原理。

轴流式涡轮的工作原理

 轴流式涡轮的主要工作元件是固定的喷咀环和旋转的叶轮，它们组成涡轮的一个级。废气涡轮增压器一般均用单级涡轮。喷咀环的通道呈收缩形状，叶轮叶片间的通道也是收缩形的。当废气流过喷咀环时，其压力和温度下降为，而速度从增加。在喷咀中，废气的部分内能变成动能。由于叶轮在高速气流作用下旋转并作机械功，故气流的绝对速度下降。气流在弯曲而渐缩的叶轮叶片间通道中转弯（冲动作用）和膨胀相对速度提高（反动作用），使叶片凹面上压力提高，凸面上压力降低。作用在叶片表面上压力的合力形成了带动叶轮旋转作功的力矩。

离心式压气机工作原理

利用高速旋转的叶片给空气作功以提高空气压力的部件。压气机叶轮叶片的前端部分呈弯曲状称为导轮，起作用是将气体无冲击的导入工作叶轮，减小气流冲击损失。小型增压器的压气机叶轮一般将导轮与工作叶轮制成一体。压气机的叶轮出口有扩压器，使气体在叶轮中获得的动能尽可能多地转化为压力。扩压器分为叶片式和缝隙式两种。压气机的外壳有气流的进口和出口。进口一般呈轴向布置，流道略呈渐缩，以减小进气阻力。出口一般设计成流道沿圆周渐扩的蜗壳状，使高速气流在那里继续扩压，提高增压器的总效率。

废气涡轮增压器结构

废气涡轮增压器结构型式很多，但它们之间存在一些共同点，一般由径流式涡轮、离心式压气机及带有支承装置、密封装置、润滑和冷却装置的中间壳等组成。

下图为ABB公司VTR454型废气涡轮增压器。从图上可看出，涡轮增压器是由右边的轴流式涡轮和左边的离心式压气机组成。压气机叶轮与涡轮叶轮装在一根轴上，构成涡轮增压器的转子，它由两端的滚动轴承16和23支承。柴油机废气首先进入涡轮进气壳18，流经喷咀环19、叶轮叶片20后由排气壳7的出口排出。新鲜空气则经消音滤清器1吸入，流经进气壳2、压气机叶轮22以及扩压器5后汇集到出气蜗壳4，再由出气蜗壳出口排出。