柴油机涡轮增压系统研究现状与进展分析

柴油机涡轮增压系统研究现状与进展分析

刘帅

大连中车柴油机有限公司 辽宁大连 116022

摘要:涡轮增压系统是柴油机重要组成部分，需要对其进行具体研究，以探析在柴油机当中，涡轮增压系统的应用与发展趋势。对此，本文将着重阐释柴油机涡轮增压系统的基本构成与工作原理，并就其发展趋势进行详细探究。从高工况放气涡轮增压系统、低工况进排气旁通系统、电动放气涡轮增压系统、可变几何截面涡轮增压系统、等几个方面，探究涡轮增压系统的发展大致趋势，并具体讨论涡轮增压在柴油机当中的应用形式。

关键词:柴油机；涡轮；增压系统；研究；现状；进展；

引言

在20世纪初期，内燃机技术发生了极大改革，涡轮增压被发明，并应用于内燃机当中，提高内燃机动力引擎性能，使得柴油机的发动机性能得到了极大提高，为技术革命与工业发展奠定基础。以涡轮增压系统为基础，对于帮助柴油机提高能源利用率具有极其重要的意义，而且在经济投入方面也大大降低了资金使用，因此，针对柴油机涡轮增压系统的研究也较为频繁，希望能够以此继续推动柴油机的工作效率。

1. 柴油机涡轮增压系统构成

1.1 结构特点及工作原理

涡轮的运转主要是通过对柴油机运转时所产生的废气进行再利用，从而使涡轮处于高速旋转过程中。在柴油机运转过程当中所产生的废气，能够经由排气歧管到达喷嘴环，在此环节对废气进行加速，并且向特定方向进行喷射，从而带动涡轮运作。因此，废气自身质量与涡轮旋转速度具有强相关关系，废气的压力、温度、速度影响涡轮的旋转速度。当废气在涡轮中心部位释放时，需要通过排气管和消声器将其排放出柴油机。在涡轮运转过程当中，压气叶轮也会随之同步运行，涡轮在利用废气进行工作的过程当中，压气叶轮抽入新鲜空气，使之进去到压气机，新鲜空气在经过叶轮高速旋转与加压后会进入到扩压室。在此期间，空气流速下降，压力增强，此时空气气流的压力值能够达到180kPa~200kPa。随后，经过加压的空气从进气歧管涌入气缸。在柴油机当中安装涡轮增压系统，能够大大提升气缸的喷油量，从而使柴油机的压力输出更强。

1.2 主要优缺点

带有涡轮增压系统的柴油机会比普通的柴油机输出功率更高，且转矩更高。小排放量的柴油机安装涡轮增压系统后，能够大大提高柴油机的输出功率，从而能够与大排量柴油机的输出性能相抗衡。且小排量柴油机自身质量较轻，因而柴油的消耗量也要比大排放量的柴油机要少，柴油在柴油机内部运转过程当中，能够燃烧的更充分，进而使得所排放的废气中污染气体较少，既能够降低柴油的经济投入，同时又具备节能减排的环保效益。除此之外，涡轮增压系统是对柴油机工作所产生的废气进行再利用，因此不会影响柴油机功率消耗问题。但与此同时，涡轮增压系统依靠柴油机排放废气进行驱动运转，当柴油机保持低转速时，涡轮增压系统无法发挥其作用，此时涡轮增压柴油机的工作性能，不如同等型号的普通柴油机。

2. 柴油机涡轮增压系统发展趋势

2.1 高工况放气涡轮增压系统

在柴油机高速运转过程当中，高工况放气涡轮增压系统能够解决柴油机运转问题。通过增压器的安装与最大扭距点处放气点的设置，并提前将橡胶木片压紧在螺旋弹簧之上，设置增压压力定值，使涡轮的压力值超出弹簧限度时，能够通过自动放气的方式，将维持涡轮运转的废气引入到排气系统。该种方式是以电子控制系统为基础，控制螺旋弹簧的压力设定值，从而维持柴油机涡轮增压系统的稳定运行。螺旋弹簧可以根据增压空气的温度与燃油特性，进行负荷值的设置，并且在机器加速运转时能够进行暂时超高增压。

2.2 低工况进排气旁通系统

柴油机在低速作业与高速作业时会有所不同，涡轮增压过程中，空气会直接进入涡轮排气管，扩大气体流量，增加压力。利用此种方式，能够最大程度减少喘振情况的出现，进而优化柴油机在低速作业时的整体性能。除此之外，可以将废气的余热用以加热旁通空气，会使柴油机的效果达到更好。但该种系统的应用与操作方式，同高工况放气涡轮增压系统相比不便捷，因此使用率较低。

2.3 电动放气涡轮增压系统

涡轮在使用过程当中会有迟滞现象的发生，因而电动放气涡轮增压系统可以有效改善该种问题。该种系统将电机与带旁通阀增压器的转子部分相连接，如若废气动能不足，则可以通过电机代替废气推动涡轮旋转。如若涡轮增压器能够自身满足涡轮旋转动能，则电机保持不工作状态。当柴油机处于高速工作时，用以涡轮增压的剩余废气可以反向输送给电路的重要部位。柴油机处于低速工作时，能够优化柴油机的整体特性，并避免涡轮滞后现象的发生，减少油耗。

2.4 可变几何截面涡轮增压系统

通过对涡轮的叶片角度、涡轮的有效面积以及转子的燃气进口角度的改变，来实现对涡轮进气可用量的控制，这就是可变几何截面涡轮增压系统的工作原理。在柴油机低速运转过程中，该系统能够提高废气的应用率。当柴油机在加速运转时，该系统能够在短时间内提供足量的废气用以涡轮加速。

3. 涡轮增压系统的试验与应用

将标准柴油机同涡轮增压系统柴油机的工作情况进行对比。标准柴油机在高速工作时，在平均爆发力、限制功率、烟度值等方面均与涡轮增压系统的柴油机运转情况存在差距。涡轮增压系统柴油机能够保证各种功率的运行状态处于高质量状态，且运行效果和运行性能都保持优质态势。

4. 结束语

综上所述。对柴油机的整体性能进行探析，涡轮增压技术已经较为成熟，能够全面应用于柴油机当中。通过对柴油机废气排放的废气进行再利用，将废气作为动力源，进而达到节能环保的目的。既能够降低油耗，提高经济利润，同时又能够最大限度的优化柴油机运转性能，使得柴油机在整体运行过程当中，借助涡轮增压系统能够保持高功率的工作状态。

参考文献:

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