欧洲市场乘用车废气涡轮增压器发展及其对产品质量的重要作用

增压在发动机技术上占有重要地位。在过去几年，使用废气涡轮增压器是柴油机进一步发展的原因。目前几乎每一台柴油机都采用废气涡轮增压器，而增压点燃式发动机所占的份额较小。从内燃机发展几十年就成为动力装置的统治者这一事实出发，内燃机增压将继续保持或提升这种地位。可以观察到的明显趋势是由于柴油机份额的增加以及增压点燃式发动机份额的增加，增压发动机的份额还要长期地继继增加。为实现燃油消耗低、排放少、功率高的要求，将在不同层面继续努力开发新技术，而增压在这方面起着重要作用。在多缸内燃机上使用各种废气涡轮增压器。其原因是废气涡轮增压系统比其他增压系统有较好的效率、较高的增压度和较低的结构费用。为在功率不变时减小发动机尺寸、降低燃油消耗，即“Downsizing”（这是由于减小摩擦、改善混合气形成和发动机工作区移向低燃油消耗范围），废气涡轮增压器就是这方面的技术保证。内燃机与废气涡轮增压器具有相似的压缩和膨胀的热力过程，但实现的技术在本质上是完全不一样的，前者是往复式的，后者是旋转式的。废气涡轮增压器结构型式和能量转换在原理上与燃气轮机是一样的。废气涡轮增压器工作范围受温度（废气）、转速（工作轮、轴承）、流动性能（如压气机）、动态性能（涡轮空洞）和效率（压气机、涡轮、轴承）的限制。

从原理上说，内燃机增压提供给内燃机更多的燃烧空气，以在一定的过量空气系统下供给更多的燃油而达到功率增加的目的。这个设想与内燃机的设想一样地早，而且被戴姆勒和狄塞尔试验过。像在废气涡轮增压器上那样，开始利用废气源于1905年瑞典人Alfred Büchi的专利。在将这技术移植到飞机上时成为双舱（Doppeldeck）飞机最高飞行高度记录的第一个里程碑。该飞机由采用废气涡轮增压器增压的内燃机驱动。增压内燃机不只应用在道路和轨道车辆、飞机、船舶领域的多种场合，而且应用在工业上。在商用车和乘用车的地面动力领域，在第二次世界大战后不断使用废气涡轮增压器，也个别地应用其他增压系统，特别是按容积原理工作的压气机（如机械驱动罗茨式增压器）。决定性的变化是柴油机采用燃油直接喷射技术，因为直喷柴油机的工作过程和燃烧过程特别适合于废气涡轮增压器增压。柴油机增压也是由于下面的事实而凸显出来。20世纪80年代以来，以专利形式出现的发明显著增加。在过去几年开发了市场成熟的废气涡轮增压器控制方面有重要意义的一些方案，如可变喷嘴环或两级可调增压。目前在进一步改进增压技术的研发能力方面有很多投资。多增压系统的组合，如两个废气涡轮增压器的组合，即一个废气涡轮与一个压气机，一个废气涡轮与一个电动机提供了多种增压方案。就废气涡轮增压器本身，也有进一步发展的潜力，如材料优化、拓宽调节范围。过去曾指出过，不是所有看起来有意义的思考都会取得成功，常常是改进投入的费用与取得的成功不对等。

图5.3-1 欧洲市场上乘用车废气涡轮增压器的发展

除改进增压功能外，改进产品质量起着重要作用。废气涡轮增压器在用户对产品的不满中位居前列。废气涡轮增压器的缺陷可分为加工缺陷、功能限制、寿命问题和不断增多的声学问题。究其原因，一方面是增压器市场增长过快（在西欧，市场份额从1995年的20%增加到2005年的50%，图5.3-1）。从而可以确认，也是由于发动机比功率的增加，在这期间几乎所有的废气涡轮增压器的部件和组件已达到它们的负荷极限。在100kW的柴油机上可以将柴油机和废气涡轮增压器的有用功率（发动机：曲轴上的功率，增压器：压气机功率）与它们的质量相互比较，得到废气涡轮增压器比功率（与质量之比）要比柴油机比功率高3倍（表5.3-1，为1.75kW/kg比0.59kW/kg）。(www.xing528.com)

表5.3-1 100kW柴油机的柴油机功率和废气涡轮增压器有用功率比较实例

在可接受的废气涡轮增压器成本和改进质量下，废气涡轮增压器对改进发动机工作过程的贡献程度决定废气涡轮增压器未来的走向。

不断改进现有技术和创新，如空气轴承废气涡轮增压器，将推动增压器和增压技术的发展。