2013年渦輪增壓器新產品研究發趨勢

    據國內外的汽車排放法規執行情況，達歐Ⅰ標準，一般采用渦輪增壓，達歐Ⅱ標準，一般采用渦輪增壓＋中冷，達歐Ⅲ標準，一般采用渦輪增壓器＋中冷＋高壓共軌+VGT，達歐Ⅳ標準，一般采用渦輪增壓器＋中冷＋高壓共軌+VGT+EGR，或三效催化或ＰＭ鋪集，達歐Ⅲ標準，一般全部用上。

    為此，發展內燃機渦輪增壓器要深入研究、解決的有兩大問題：一是要有高效率、高壓比、流量范圍寬廣、可靠性好、壽命長的渦輪增壓器；二是要有能充分利用發動機排氣能量，避免進排氣干擾和與渦輪增壓器有良好配合的增壓器系統。為此，隨著增壓器技術的不斷提高，渦輪增壓器設計的目趨成熟，新型車用渦輪增壓器將會朝著提高增壓比，增加增壓器效率，減少零件數，拓寬流量范圍，朝著小型化的方面發展。

    1、加快混流渦輪的研究。

    隨著渦輪增壓器向高速、大容量變化，徑流渦輪的比轉速已達到極限，混流渦輪卻能在徑流渦輪同樣輪徑的情況下，流通能力可增加40%左右。由于混流渦輪葉輪進口傾斜，使氣流在葉輪通道內的拐彎損失也大大減少，使混流渦輪在高比轉速下仍能保持較高的效率，混流渦輪的效率比徑流渦輪平均要高5%~8%左右。現在世界各國增壓器公司在最新車用增壓器產品上，已采用大容量混流渦輪和寬流量范圍的前傾后彎壓氣機來獲得高效率的增壓器性能。

    2、加強可變截面、可調截面噴嘴的徑流渦輪研究開發。

    目前，在中型載車重車用柴油機上使用旁通放氣的較多，而在輕型、高速發動機上越來越多采用可調截面噴嘴增壓器，既能滿足發動機低速大扭矩和加速性的要求，又能在發動機高轉速時，將增壓壓力控制在所需范圍內。可調噴嘴截面增壓器進一步與電子控制技術相結合，可實現全工況范圍內發動機與增壓器的最佳匹配，滿足發動機性能的全面優化。

    3、加快渦輪增壓器軸承的研究。

    從統計數字來看，渦輪增壓器出毛病的幾乎多數是軸承故障，可以這樣說，軸承的壽命就是渦輪增壓器的壽命。當前車用發動機的渦輪增壓器的使用期限一般可達10－15萬km，即約3000－5000小時，當然也有超過50萬km的。對增壓器結構的改進提高，主要從減少效率損失和結構可靠性方面開展工作，采用微型高速滾動軸承以減少機械效率損失是最好的方法之一。根據國外研究介紹，如以浮動軸承效率為100%計算，滾動軸承則為110%。為改善渦輪增壓器軸承的工作條件，提高增壓器的可靠性，據有關資料介紹，最新浮動軸承材料采用無磨擦力碳，其磨擦系數0.001，是現今磨擦系數最小的二硫化鉬的1/20左右。近幾年小型增壓器的中間體軸承部位采用水冷結構的設計也逐漸增多，轎車用的小增壓器幾乎全部采用水冷結構。此外在中間體內軸承殼體采用鋁合金制成，表面內孔采用發動機潤滑油路的機油進行噴射冷卻，切向供給潤滑油可使浮動襯套的轉速降低約20%，即機械損失減小20%左右。這種結構特點使發動機的緊急停車無水冷卻時軸承殼體的溫升也比較小，減少了結焦的隱患。

    4、減少機械損失，提高增壓器的總效率。

    有關增壓器公司在軸徑尺寸、密封方式及配合間隙等方面開展了大量的研究工作，得出軸徑尺寸和密封方式對增壓壓力的影響，并提出應合理掌握渦輪葉輪及壓氣機葉輪與輪蓋的間隙，這對提高渦輪和壓氣機性能也是不可忽視的因素。

   5、加強陶瓷渦輪的研究開發。

    隨著小型渦增壓器在車用發動機上的廣泛應用，車用發動機特別是汽油機排溫高，要求加速性能好，而陶瓷材料其重量輕、耐熱性好，且比重輕，用它來制造的渦輪能耐高溫轉動慣量小，易于加速，可借以提高發動機的加速性。但陶瓷渦輪存在脆性缺點，加工困難，在設計與制造上要把三元流動優化設計與加工方法很好結合起來。目前根據汽車用增壓器的使用環境和條件，從使用的各種陶瓷材料中選擇的結果，特別是使用1000℃以下的溫度范圍，從強度、耐熱沖擊性分析其氮化硅陶瓷的性能最好。

    6、加快可變幾何尺寸的渦論增壓器的研究開發。

    可通過改變渦輪噴嘴角度，以改變有效截面和效率曲線，達到調節排氣量，適應發動機工況的目的。也可以采取放氣閥和壓氣機進口節流裝置來調節與發動機工況的配合。