孟兆凯

【摘要】涡轮增压技术能够有效改善发动机的动力特性和燃油经济性，在国内外得到了非常广泛的应用。本文主要介绍了涡轮增加技术的原理和优势，给出了发动机功率大小的影响因素，对采用涡轮增压技术后各个参数的变化情况进行了介绍，得到了增压后发动机功率变化的趋势，并且通过实验验证了发动机功率大小的变化情况。

【关键词】涡轮增压；发动机；功率大小

涡轮增压技术是目前常用的一种提高发动机功率的措施，能够起到提高发动机功率，降低其运行经济成本和减少其废气排放量的作用。据统计我国绝大多数的发动机都采用了先进的涡轮增压技术，使原有发动机的功率提高了40%-60%左右，发动机内的有效压力能够达到3MPa以上，极大的提高了发动机的燃油经济性。涡轮增压器具有较广的转速范围，目前其转速能够达到250000转每分钟，但是要想实现发动机功率的最优，必须加强发动机和涡轮增压器之间的参数匹配。随着对发动机性能的不断增加，涡轮增压技术是未来发动机发展的主要方向，也是提高发动机功率因素的必然途径。

1、涡轮增压的原理和优势

涡轮增压技术在使用过程中利用发动机中产生的废气推动其内部涡轮的旋转，进而带动叶轮的旋转，达到对空滤器中空气增压的目的。进入到气缸中的增压空气具有较大的密度，从而提高发动机气功中空气的燃烧比，实现发动机输出功率的提高。随着发动机转速的加快，气缸中废气的排出速度和涡轮增压器中的涡轮旋转速度越快，叶轮就能够将更多的压缩空气带入气缸，提高发动机运行过程燃料的消耗量，进而增加发动机的输出功率。一个完整的涡轮增压系统需要包含空气压缩机、涡轮机和中冷器等部件，以完成对空气进行压缩的目的。

涡轮增压技术能够有效提高发动机的输出功率，具有较好的经济性，与此同时它还有以下几个方面的优势：（1）体积小，涡轮增压器的尺寸和质量较小，能够在不增加发动机质量的前提下实现其功率的提高，特别是在大型发动机中具有较高的优势。（2）发动机中产生的废气压力能够在涡轮中得到进一步的降低，降低了废气噪声对发动机性能的影响。（3）增压后发动机气缸中的空气系数提高，燃料能够得到充分的燃烧，排放出的有害气体HC、CO以及微粒的數量得到了降低，实现了对环境的有效保护。（4）能够适用于高原地区中发动机功率性能的恢复，通过空气压缩使发动机能够达到跟平原环境下相同的性能，具有较好的推广可行性。

但是采用涡轮增压技术后气缸中空气的压力和温度得到了明显的提高，发动机的所要承受的负荷量较大，对发动机的质量有了更高的要求。另外该技术不适用于发动机在低速条件下运行。

2、涡轮增压技术对矿用发动机功率的影响

发动机功率大小的计算公式如下：

由此我们可以看出在发动机的转速n和空气过量系数φa不变的情况下，如果采用涡轮增压技术，进入到发动机的空气热效率ηit会上升。机械效率ηm也会随着压力的增加而增加。经过压缩后的空气密度ρs较大，特别是压缩空气经过中冷装置后，其密度会进一步增加。涡轮增压过程中随着扫气工作的进行，加快了气缸中废气的排除速度，减少了对进入空气的加热作用，充量系数 得到了有效提高。由于发动机的功率大小跟这些参数成正比关系，所以增压后发动机的功率会得到明显的提高。

为了验证涡轮增压技术对发动机功率的影响大小，我们对不同转速下发动机增压前后的功率大小进行了实验，实验结果如下图1所示。

通过对图1中所示数据，我们可以看出采用增压技术后，由于输入到发动机中空气压力的增加，发动机输出功率的大小得到了明显的提高。特别是在4500转每分钟时，发动机功率跟非增压相比提高了53.1%，达到了最大。在5000转每分钟时，发动机的输出功率有所降低，主要是由于发动机的增压压力较小造成的。

3、发动机与涡轮增压器的匹配

为了能够保证发动机和增压器之间的有效配合，需要对二者的参数大小进行设置，以实现发动机功率的最优。通过对其工作原理的分析，我们知道涡轮增压器和发动机之间通过空气联系在一起，没有直接的机械部件联系，因此在进行二者参数匹配时，主要对其气体流动参数进行设定。

对于发动机来说其转速和负荷大小是影响其排气量大小和温度的主要因素，采用增压技术后，气体排放参数的大小会反过来影响进入气缸中空气参数的大小，进而影响发动机工作过程中的性能的排气状态。为此在进行匹配过程中需要保证以下几个方面的参数：（1）涡轮机和压气机安装在同一主轴上，保证工作过程中二者具有相同的转速。（2）涡轮机的实际输出功率和压气机所需要消耗的功率大小相等。（3）通过增压装置的气体流量等于发动机进口处的空气流量和发动机燃油流量的综合。

因此必须适当降低发动机中压缩比的大小，增加发动机每个循环中的供油量大小。即适当增加发动机柱塞直径和喷孔直径的大小，提高供油功率和喷油压力，保证发动机工作过程中油料有足够的贯穿距离。另外还可以通过适当的减小喷油提前角和加大气门叠开角等措施来实现增压系统和发动机系统之间动力的匹配。

结论

随着时代的发展，对发动机性能的要求越来越高，实验证明改变其转速不能够达到功率提升的目的。涡轮增压技术通过改变进入发动机气功中空气的密度，实现了对发动机功率大小的调节。增压技术具有体积小和质量轻的优点，能够在不改变原有发动机质量的前提下，提高其进气压力，降低进气温度。通过本文的分析，增压技术通过调节影响发动机功率各个参数的大小，达到提高发动机功率的目的。

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