汽車渦輪增壓器構造和原理第一頁，共四十二頁，2022年，8月28日車用渦輪增壓技術概述

車用渦輪增壓器增壓的原理車用渦輪增壓的目的和作用車用渦輪增壓發展概況汽車用渦輪增壓器應用實例

第二頁，共四十二頁，2022年，8月28日汽車技術發展：節能，提高燃油經濟性降低排放新能源、新材料的應用－純電動、燃料電池、混合動力汽車、替代燃料汽車等系列化、模塊化、輕量化、小型化、電子化汽車增壓技術發展背景第三頁，共四十二頁，2022年，8月28日發動機技術發展：汽車發動機面臨—低污染、低碳化、高品質的挑戰汽油機：采用提高壓縮比、多氣門和可變配氣系統、增壓技術、空燃比傳感器/氧傳感器、直接噴射、稀混合氣分層燃燒、EGR等技術，配合三元催化劑等排氣后處理技術柴油機：采用輕質材料、超高壓噴油、高增壓、智能EGR、多氣門甲醇、乙醇、CNG、LPG、H2等代用燃料在內燃機上的開發應用會進一步發展汽車增壓技術發展背景第四頁，共四十二頁，2022年，8月28日渦輪增壓技術的發展：提高發動機功率、減輕單位功率質量、減小外形尺寸、降低燃油消耗和強化現有非增壓柴油機的最有效的措施之一。渦輪增壓中冷技術既是減少柴油機排放的有效措施。促進轎車發動機發展的主要因素是排放、功率密度、性能、噪聲和燃油經濟性，因此在轎車柴油機和汽油機上也越來越多地采用渦輪增壓技術。汽車增壓技術發展背景第五頁，共四十二頁，2022年，8月28日發動機增壓的原理發動機工作原理回顧基本工作原理及其同空氣增壓系統的關系：發動機是一種耗氣機械，因為燃油需要與空氣混合才能完成燃燒沖程。一旦空燃比達到某一值后，再增加燃油，除了將黑煙和未燃盡的燃油排到大氣中外，不會產生更多功率，發動機供油越多，黑煙就越濃。超過空燃比極限后，單純增加供油量只會造成燃油消耗量過多、大氣污染、廢氣溫度升高，并使發動機壽命縮短。增加空氣量的能力對發動機來說是多么重要。第六頁，共四十二頁，2022年，8月28日所謂增壓，就是借助于裝在發動機上的專用增壓裝置，預先壓縮進入氣缸的空氣，以提高進入氣缸中的充氣密度。增壓的作用十分明顯，在氣缸容積一定的情況下，充氣密度大，新鮮空氣的絕對量大，就可以噴入較多的燃料進行燃燒，發動機就能發出更大的功率。發動機增壓原理第七頁，共四十二頁，2022年，8月28日發動機增壓的原理發動機增壓方式：機械增壓：利用機械傳動的增壓器進行增壓發動機加速性好，發動機泵氣損失小，發動機油耗高，多用于二沖程發動機。廢氣渦輪增壓：利用發動機排氣管排出的廢氣，經過渦輪增壓器的渦輪膨脹產生能量帶動軸系旋轉，并通過壓氣機將動能轉換成壓力能，重新將壓縮的氣體進入到發動機氣缸的過程。氣波增壓：利用氣體的壓縮波和膨脹波來傳遞能量的一種新型能量交換器。

復合增壓：同時采用兩種形式的增壓方式第八頁，共四十二頁，2022年，8月28日第九頁，共四十二頁，2022年，8月28日廢氣渦輪增壓原理渦輪增壓器是一種利用發動機排氣中的剩余能量來工作的空氣泵。廢氣驅動渦輪葉輪總成，它與壓氣機葉輪相連接，當渦輪增壓器轉子轉動時，大量的壓縮空氣被輸送到發動機的燃燒室里。由于增加了壓縮空氣的數量，就可以使更多的燃油噴入到發動機里去，使發動機在尺寸不變的條件下而產生更多的功率。第十頁，共四十二頁，2022年，8月28日

廢氣渦輪增壓原理圖第十一頁，共四十二頁，2022年，8月28日廢氣渦輪增壓器原理圖第十二頁，共四十二頁，2022年，8月28日廢氣渦輪增壓器結構圖第十三頁，共四十二頁，2022年，8月28日渦輪系統壓氣機系統中間體（軸承體）轉子軸承系統潤滑與冷卻系統密封與隔熱系統其他緊固小零件渦輪增壓器總體結構第十四頁，共四十二頁，2022年，8月28日

渦輪增壓器轉子軸承系統第十五頁，共四十二頁，2022年，8月28日第一講：渦輪增壓器概述

渦輪增壓器增壓的原理

車用渦輪增壓的目的和作用渦輪增壓發展概況汽車用渦輪增壓器應用實例

第十六頁，共四十二頁，2022年，8月28日強化發動機，提高發動機的平均有效壓力Pe發動機升功率Nl：發動機進氣密度增加，進入氣缸的空氣增多，所以允許噴入較多的燃油，使發動機產生較多的功率并具有較高的燃燒效率。增壓后的功率可比原機提高60％~80%甚至更多，發動機的平均有效壓力可達到3Mpa改善發動機的經濟性經濟性：增壓后增加熱效率，發動機功率上升，使發動機燃油經濟性大幅度增加。

車用渦輪增壓目的第十七頁，共四十二頁，2022年，8月28日降低發動機的排氣污染及噪音采用渦輪增壓可使燃燒更充分，CO，HC及PM的排放降低，采用中冷可降低NOx排放。發動機體積小，發射噪聲的表面積小，渦輪的消聲作用。高原或高溫地帶恢復發動機的功率自然吸氣的發動機，隨著海拔高度的增加，其功率將下降。渦輪增壓器可使非增壓發動機在高原上工作時得到氧氣補償，在高原地區工作時比不增壓發動機功率下降要少得多。渦輪增壓器的自我補償功能，對海拔高度變化有較高的適應能力車用渦輪增壓目的第十八頁，共四十二頁，2022年，8月28日第十九頁，共四十二頁，2022年，8月28日提高柴油機功率、減輕單位功率質量、減小外形尺寸、降低燃油消耗和強化現有非增壓柴油機的最有效的措施之一。渦輪增壓中冷技術既是減少柴油機排放的有效措施。促進轎車柴油機發展的主要因素是排放、功率密度、性能、噪聲和燃油經濟性，因此在轎車柴油機和汽油機上也越來越多地采用渦輪增壓技術。熱負荷與機械負荷都有所提高，應采取相應措施。

車用增壓特點第二十頁，共四十二頁，2022年，8月28日第二十一頁，共四十二頁，2022年，8月28日第一講：渦輪增壓器概述

渦輪增壓器增壓的原理車用渦輪增壓的目的和作用

渦輪增壓發展概況汽車用渦輪增壓器應用實例

第二十二頁，共四十二頁，2022年，8月28日渦輪增壓的發展歷史1885年戴母勒提出增壓概念1905年波希申請并獲得專利，在臺架上實現增壓，首先用于航空和船舶40年代出現小型徑流渦輪增壓器----開始用于車輛70年代浮動軸承的出現和汽油機增壓的突破----大量應用于汽車80年代出現可變幾何截面渦輪增壓器90年代后期可調二級增壓

增壓技術發展概況第二十三頁，共四十二頁，2022年，8月28日渦輪增壓的發展現狀轉速一般為十幾萬轉/分，最高可達三十萬轉/分壓氣機單級壓比達3.5–4,最高達5,絕熱效率達0.78—0.80渦輪絕熱效率可達80%以上整機效率可達60%以上汽油機增壓技術在國外普遍應用可變幾何截面渦輪增壓器的應用混流渦輪技術在國內外應用滾動軸承技術在國內外應用大、中功率柴油機在發達國家（我國）幾乎全部實現增壓

增壓技術發展概況第二十四頁，共四十二頁，2022年，8月28日渦輪增壓的發展方向增壓器向更高壓比、高效率、高可靠性、使用流量范圍寬廣的方向發展；結構簡單、體積小、重量輕并且造價低廉；更好地適應各種車用動力在不同工況下的性能要求。新技術包括：轎車汽油機增壓技術、可變噴嘴渦輪VNT、鐵鋁合金、滾動軸承、可擦涂層、混流式渦輪、電子控制執行器總成、電控渦輪復合式發動機等。

增壓技術發展概況第二十五頁，共四十二頁，2022年，8月28日大眾汽車公司推出的3升路波TDI轎車柴油機，采用了渦輪增壓、進氣中冷、直接噴射、泵噴嘴、可變噴嘴渦輪等先進技術，燃油經濟性可以達到100km燃油消耗2.99L；該車還采用了初級催化、主催化和廢氣再循環等技術，其排放指標可以達到歐洲Ⅳ標準；

第二十六頁，共四十二頁，2022年，8月28日可變渦輪增壓器（VNT）電子控制執行器總成第二十七頁，共四十二頁，2022年，8月28日混流渦輪五軸加工壓氣機葉輪第二十八頁，共四十二頁，2022年，8月28日渦輪增壓的國內企業：國有企業：湖南天雁機械廠（衡陽）、沈陽黎明公司增壓器廠合資企業：無錫英國Holset、上海日本三菱、寧波天力、山東富源獨資企業：美國Honeywell（上海）、德國Borgwarner私營企業：山東壽光為代表無錫“板塊”和鳳城“板塊”國內廠家自主研發產品少，大多為引進或仿制品

增壓技術國內現狀第二十九頁，共四十二頁，2022年，8月28日渦輪增壓的科研單位：北京理工大學，山東大學，上海交通大學、哈工程、同濟大學等，還有吉林大學、天津大學七零研究所，上海內燃機研究所等北京理工大學渦輪增壓實驗室50年代起自行研制軍用渦輪增壓器開始最早掌握并應用高性能渦輪增壓器的設計技術研制混流渦輪和可變幾何截面渦輪等專利產品，渦輪增壓器實驗臺，葉輪模具設計與制造等。研究方向：設計、計算、氣動、強度、匹配、試驗

增壓技術發展概況第三十頁，共四十二頁，2022年，8月28日第一講：渦輪增壓器概述

渦輪增壓器增壓的原理車用渦輪增壓的目的和作用渦輪增壓發展概況

汽車用渦輪增壓器應用實例

第三十一頁，共四十二頁，2022年，8月28日車用渦輪增壓器應用實例裝備在大眾GolfGT上的1.4升雙增壓發動機：隨著新技術的不斷發展增壓技術也在不斷進步傳統的渦輪增壓和機械增壓都存在著不如人意的地方，把兩種技術結合在一起不失為一種解決方法

第三十二頁，共四十二頁，2022年，8月28日車用渦輪增壓器應用實例機械增壓器（Supercharger）

：由發動機皮帶驅動，像發動機的附件轉向助力泵一樣安裝在發動機上，將壓縮空氣輸送到進氣歧管。機械增壓器結構簡單，工作溫度介于70度-100度，不需特殊冷卻系統，機件維護簡單。不過增壓值會隨發動機轉速的提高而降低，當達到某一界限時，由于本身的阻力增壓器反而會成為發動機的負擔，嚴重影響發動機轉速的提升。因此，目前歐洲生產的機械增壓系統多半采取低增壓。優點是轉子的速度與發動機轉速是相對應的，沒有滯后，動力輸出流暢，成本低。缺點是要消耗發動機動力，機械增壓容易產生噪音。第三十三頁，共四十二頁，2022年，8月28日機械增壓器結構圖

第三十四頁，共四十二頁，2022年，8月28日車用渦輪增壓器應用實例渦輪增壓（Turbocharger）利用發動機排出的廢氣驅動增壓器，利用空氣中間冷卻器來給高溫壓縮空氣進行冷卻。優點是增壓效率高于機械增壓，缺點是受發動機轉速影響，低轉速時效果不明顯，待發動機提升到一定轉速時才會有出色表現。渦輪遲滯也是渦輪增壓發動機面臨的最大難題。在低轉速時，渦輪增壓器沒有介入，同時廢氣仍然要驅動渦輪旋轉，排氣沒有自然吸氣發動機順暢，此時的發動機扭力輸出要比同等排量的自然吸氣式發動機還要弱。隨著發動機的轉速升高.例如突破3000轉以后，渦輪增壓器突然介入，這個時候產生的動力將陡增。這種動力的突然增加影響了動力輸出的平順性。盡管渦輪增壓能給發動機帶來更強的動力輸出，但是作為一臺民用汽車，流暢的動力輸出是非常重要的，而渦輪遲滯會給駕駛舒適性帶來一定影響。第三十五頁，共四十二頁，2022年，8月28日廢氣渦輪增壓器結構圖第三十六頁，共四十二頁，2022年，8月28日車用渦輪增壓器應用實例雙增壓技術（Twincharger）機械增壓有助于低轉速時的扭力輸出，但是高轉速時功率輸出有限；而廢氣渦輪增壓在高轉速時擁有強大的功率輸出，但低轉速時則力不從心。發動機的設計師們于是就設想把機械增壓和渦輪增壓結合在一起，來解決兩種技術各自的不足，同時解決低速扭矩和高速功率輸出的問題。第三十七頁，共四十二頁，2022年，8月28日機械增壓與渦輪增壓相組合的進氣系統第三十八頁，共四十二頁，2022年，8月28日車用渦輪增壓器應用實例2005年，大眾開始將這套技術裝配到量產的民用車型高爾夫1.4TSI(Turbocharging,Supercharging,Injection)低轉速時，由機械增壓提供大部分的增壓壓力，在1500rpm時，兩個增壓器同時提供增壓壓力，其總增壓值達到2.5bar(如果渦輪增壓器單獨工作，只能產生1.3bar的增壓壓力)。隨著轉速的提高，渦輪增壓器能使發動機獲得更大的功率，與此同時，機械增壓器的增壓壓力逐漸降低。機械增壓通過電磁離合器控制，它與水泵集合在一起。在轉速超過3500rpm時，由渦輪增壓器提供所有的增壓壓力，此時機械增壓器在電磁離合器的作用下完全與發動機分離，防止消耗發動機功率。第三十九頁，共四十二頁，2022年，8月28日1.4升雙增壓發動機外觀圖片

第四十頁，共四十二頁，2022年，