2013年涡轮增压器新产品研究发趋势

    据国内外的汽车排放法规执行情况，达欧Ⅰ标准，一般采用涡轮增压，达欧Ⅱ标准，一般采用涡轮增压＋中冷，达欧Ⅲ标准，一般采用涡轮增压器＋中冷＋高压共轨+VGT，达欧Ⅳ标准，一般采用涡轮增压器＋中冷＋高压共轨+VGT+EGR，或三效催化或ＰＭ铺集，达欧Ⅲ标准，一般全部用上。

    为此，发展内燃机涡轮增压器要深入研究、解决的有两大问题：一是要有高效率、高压比、流量范围宽广、可靠性好、寿命长的涡轮增压器；二是要有能充分利用发动机排气能量，避免进排气干扰和与涡轮增压器有良好配合的增压器系统。为此，随着增压器技术的不断提高，涡轮增压器设计的目趋成熟，新型车用涡轮增压器将会朝着提高增压比，增加增压器效率，减少零件数，拓宽流量范围，朝着小型化的方面发展。

    1、加快混流涡轮的研究。

    随着涡轮增压器向高速、大容量变化，径流涡轮的比转速已达到极限，混流涡轮却能在径流涡轮同样轮径的情况下，流通能力可增加40%左右。由于混流涡轮叶轮进口倾斜，使气流在叶轮通道内的拐弯损失也大大减少，使混流涡轮在高比转速下仍能保持较高的效率，混流涡轮的效率比径流涡轮平均要高5%~8%左右。现在世界各国增压器公司在最新车用增压器产品上，已采用大容量混流涡轮和宽流量范围的前倾后弯压气机来获得高效率的增压器性能。

    2、加强可变截面、可调截面喷嘴的径流涡轮研究开发。

    目前，在中型载车重车用柴油机上使用旁通放气的较多，而在轻型、高速发动机上越来越多采用可调截面喷嘴增压器，既能满足发动机低速大扭矩和加速性的要求，又能在发动机高转速时，将增压压力控制在所需范围内。可调喷嘴截面增压器进一步与电子控制技术相结合，可实现全工况范围内发动机与增压器的最佳匹配，满足发动机性能的全面优化。

    3、加快涡轮增压器轴承的研究。

    从统计数字来看，涡轮增压器出毛病的几乎多数是轴承故障，可以这样说，轴承的寿命就是涡轮增压器的寿命。当前车用发动机的涡轮增压器的使用期限一般可达10－15万km，即约3000－5000小时，当然也有超过50万km的。对增压器结构的改进提高，主要从减少效率损失和结构可靠性方面开展工作，采用微型高速滚动轴承以减少机械效率损失是最好的方法之一。根据国外研究介绍，如以浮动轴承效率为100%计算，滚动轴承则为110%。为改善涡轮增压器轴承的工作条件，提高增压器的可靠性，据有关资料介绍，最新浮动轴承材料采用无磨擦力碳，其磨擦系数0.001，是现今磨擦系数最小的二硫化钼的1/20左右。近几年小型增压器的中间体轴承部位采用水冷结构的设计也逐渐增多，轿车用的小增压器几乎全部采用水冷结构。此外在中间体内轴承壳体采用铝合金制成，表面内孔采用发动机润滑油路的机油进行喷射冷却，切向供给润滑油可使浮动衬套的转速降低约20%，即机械损失减小20%左右。这种结构特点使发动机的紧急停车无水冷却时轴承壳体的温升也比较小，减少了结焦的隐患。

    4、减少机械损失，提高增压器的总效率。

    有关增压器公司在轴径尺寸、密封方式及配合间隙等方面开展了大量的研究工作，得出轴径尺寸和密封方式对增压压力的影响，并提出应合理掌握涡轮叶轮及压气机叶轮与轮盖的间隙，这对提高涡轮和压气机性能也是不可忽视的因素。

   5、加强陶瓷涡轮的研究开发。

    随着小型涡增压器在车用发动机上的广泛应用，车用发动机特别是汽油机排温高，要求加速性能好，而陶瓷材料其重量轻、耐热性好，且比重轻，用它来制造的涡轮能耐高温转动惯量小，易于加速，可借以提高发动机的加速性。但陶瓷涡轮存在脆性缺点，加工困难，在设计与制造上要把三元流动优化设计与加工方法很好结合起来。目前根据汽车用增压器的使用环境和条件，从使用的各种陶瓷材料中选择的结果，特别是使用1000℃以下的温度范围，从强度、耐热冲击性分析其氮化硅陶瓷的性能最好。

    6、加快可变几何尺寸的涡论增压器的研究开发。

    可通过改变涡轮喷嘴角度，以改变有效截面和效率曲线，达到调节排气量，适应发动机工况的目的。也可以采取放气阀和压气机进口节流装置来调节与发动机工况的配合。