未来的涡轮增压器

发动机制造商所承受的要求降低发动机单位功率价格、提高整机总效率的压力自然而然地影响了涡轮增压器制造商。为降低成本，发动机制造商正在提高发动机的平均有效压力和活塞平均速度，因而促使涡轮增压器压比和效率也需提高。功－热联合循环装置（以下简称ＣＨＰ装置）给发动机和增压器制造商提出了一个更进一步的问题，那就是发动机／增压器系统效率的提高导致废气温度降低，因此废热利用度得更加困难。本文论述了涡轮增压器制造商     

计算流体动力学在涡轮增压器设计中的应用：—以NAPIER297型增压器为研究实例（上）

不断提高涡轮增压器的性能是历史性的要求，今天的发动机制造商需要压比为5或大于5而且总效率大于70％的涡轮增压器，本文探讨了如何使用计算流体动力学开发新型涡轮增压器NAPIER297，描述了影响增压器性能的各个方面及各方面典型的效率损失，同时不明了各咱不同的计算流体动力学（CFD）软件包如何用来分析增压器设计中的一些重要的空气动力学元件（包括压气机叶轮、轴流涡轮叶栅和涡轮壳）。文中说明了NAPIER297型增压器如何设计才能满足发动机制造商的不同要求，具体是，是固定式发动机、怎样实现高压器在高压比时具有最高效率，对具有螺旋浆特性的发动机，怎样实现增压器在低压比时具有最高效率。     

俄罗斯地铁车辆制造公司提供PA2型内燃动车

瑞士ABB涡轮增压器公司宣布，目前它正在向开发新一代柴油机和气体燃料发动机的制造商提供其全新的A100涡轮增压器。A100涡轮增压器的设计目标是，能为开发首要目标放在发动机减排上以满足最新的环保法规要求的单级、高效、高压涡轮增压作出重大贡献。     

满足现代柴油机和气体燃料发动机的要求：TPL．．-C新一代涡轮增压器

今天,现代四冲程柴油机和气体燃料发动机的发展动力主要来自环境方面和增加输出功率的目标。发动机制造商和终端用户的要求成为开发TPL..-C新一代涡轮增压器的动力。以经过充分验证的TPL..-A和TPL..-B系列涡轮增压器为基础,进一步发展了TPL涡轮增压器的概念以便满足明天的中速四冲程柴油机和气体燃料发动机的要求。市场和排放法规要求在很大程度上影响了TPL..-C新一代涡轮增压器的开发。现代涡轮增压系统和苛刻的排放法规要求更高的效率、更高的压比和增加体积流量。此外,各种保证高水平的机械可靠性和良好的维修方便性的措施在设计一种新涡轮增压器时同样必须被考虑到。因此,最近的部件开发被引入新的涡轮增压器系列中。采用新的TPL..-C压气机级和涡轮级,用户可以得益于增大的涡轮增压器单位尺寸体积流量、宽广范围的体积流量、增加的增压压力和改善的效率。于是,TPL..-C涡轮增压器部件的特性将不仅有助于达到发动机的环境相容性要求,而且新的涡轮增压器系列亦将可以满足更高发动机功率输出和功率密度的需要。本文着重描述了发动机制造商及终端用户的要求对TPL..-C涡轮增压器设计的影响。除了性能特点外,主要的关键之点还有诸如耐久性、可靠性、就单位尺寸热力学潜力而言的紧凑性以及维修方便性。机械问题的的讨论包括涡轮增压器的高自然频率和封闭安全性。TPL..-C涡轮增压器已经过全面试验,但在其成功地投放市场之前仍必须经历一个苛刻和综合性的内部鉴定过程。     

乘用车用小型涡轮增压器的开发

发动机要实现小型化与高功率化，需要采用涡轮增压器等有效装置。近年来，汽油机在应用直接喷射技术的同时，也开始重视涡轮增压器的应用，而柴油机配装可变截面涡轮增压器的实例则更多。日本IHI公司正在开发乘用车用的小型涡轮增压器，并将涡轮增压器的小型化，以及改进结构部件的质量和外形尺寸列为开发目标。通过应用一系列新技术和新工艺，开发出的涡轮增压器相比其他机型，可减轻质量22％，同时，发动机起动15S后的催化器入口温度上升了40℃。     

乘用车柴油机用可变两级涡轮增压器的开发

为了满足以欧洲为首的逐年收紧的排放法规要求,配装可变截面涡轮增压器以替代传统涡轮增压器的车辆越来越多。最近,为了提高乘用车柴油机的低速扭矩,并同时加大输出功率,提高发动机瞬态响应性能的要求也越来越高。介绍一种三菱重工公司独立开发的可变两级涡轮增压器,其性能和耐久性优异,已开始被用于乘用车柴油机。     

KBB公司HPR系列径流式涡轮增压器的发展

KBB公司于2001／2002年开始推出用于功率范围为500-3000kW的中速四冲程柴油机和气体燃料发动机的HPR系列径流式涡轮增压器。本文介绍该系列涡轮增压器成功应用的范例。目前共有100多种不同型号的HPR系列涡轮增压器装用于30多种型号的发动机。为了进一步改进涡轮增压器的运用可靠性，KBB公司在最近几年中作了大量的开发工作。开发了一种专门的径向涡轮喷嘴环涂层，优化了涡轮清洁的冲洗方法，这两项措施都是为了延长发动机烧重油运行时涡轮增压器的寿命。为了适应在更高的排气和机油温度下运用，亦对轴承系统进行了改进。这尤其是在气体燃料发动机应用情况下大大加强了耐久性。 现代柴油机的涡轮增压尤其对压气机提出了高的要求。第一代HPR压气机（A系列）被设计成在100％发动机负荷工况压比为4．2。在随后的几年中，与发动机相关的涉及增压空气压力和涡轮增压器效率的要求迅速提高。 为了满足发动机制造商的这些要求，对压气机作了进一步的全面开发。这导致推出了B系列和C系列压气机，从而拓宽了HPR压气机产品范围。在100％发动机负荷工况下，B系列和C系列压气机的压比分别达到4．5和4．8。在有效转速范围内，其效率超过80％，最高达84％。 自2000年以来，由于全球运输和能量需求的增长，KBB公司一直能够不断地扩展其涡轮增压器业务，并不断地赢得新的客户。这不仅要求在压气机设计过程中，而且同样要求在发动机制造过程中有高效的工具。     

高流量高压比新系列涡轮增压器

ABB公司开发了一种新的TPS．.—F33系列涡轮增压器，可以满足目前和未来功率范围为500—3500kW的小型中速柴油机和大型高速柴油机及气体燃料发动机的要求。其开发的目标是：提高高效率工况下的压比和流量，提高可靠性、寿命及可维修性。TPS.．—F33系列涡轮增压器与TPS．．D／E系列涡轮增压器的外形尺寸相同，包括4种涡轮增压器型号。这些增压器具有较高的功率密度，因而可以大大提高发动机的功率。本报告曾在200l年国际内燃机会议(CIMAC)上获奖。文中介绍了新系列涡轮增压器的结构、性能，新压气机叶轮开发的过程，新系列涡轮增压器的试验结果以及与柴油机和气体燃料发动机的匹配情况。     

应对高排气温度的小型高性能涡轮增压器的研制

世界各国的排放法规和燃油耗法规促使轿车发动机的外形尺寸设计得越来越小，单位排量的输出功率越来越大。涡轮增压器是发动机实现小型化和高功率化的有效装置，需求量日益增加，技术要求也越来越高。特别是汽油机，由于燃烧效率的提高，排气温度有上升的趋势。研制能应对高排气温度的涡轮增压器已成为当务之急。三菱重工研制了适用于全球最高排气温度1050℃的小型高性能涡轮增压器，并开始交付配套用户。     

涡轮增压系统优化与发动机开发的整合

车辆动力系统在提高功率、降低燃油耗和排放方面提出了越来越高的要求，使得整机在优化过程中外协件的集成化程度也越来越高。因此，废气涡轮增压器在未来动力系统方案中对降低二氧化碳排放起着重要的作用。原因是，一者能量转换机技术复杂；二者涡轮增压器对提高行驶性能和降低燃油耗具有巨大的影响力，而后者特别能迎合发动机缩缸强化的发展趋势。FEV公司与亚琛工业大学内燃机研究所进行了合作研究，介绍了一种在动力系统研发过程中通过不同工具和方法组合来研发和优化涡轮增压器的方法。     

ABB公司推出Power2涡轮增压技术

ABB Turbocharging公司推出了它的新型Pow-er2二级涡轮增压器和阀控管理技术,以帮助发动机制造商达到NOx排放要求。Power 2二级涡轮增压系统由两台不同调整尺寸的增压器组成,它们的压气机端通过一台中冷器串联在一起(图1)。冷却来自第一台增压器的压     

涡轮增压柴油机米勒循环分析及优化

米勒循环是降低柴油机NOx排放的有效措施.现建立涡轮增压柴油机米勒循环热力学分析模型.研究了几何压缩比、有效压缩比、空燃比、涡轮增压器效率等对发动机性能的影响规律.考虑到实际发动机的爆发压力和NOx排放限制,对发动机的性能进行了优化设计.研究结果表明,只有进行参数优化匹配且涡轮增压器效率较高时,采用米勒循环才能提高热效...     

TPL—一种新的可满足现代柴油机需要的涡轮增压器系列

ＡＢＢ涡轮增压器系统有限公司开发出一种可满足当前和今后几代功率在１０００ｋＷ以上的低、中、高速发动机需要的ＴＰＬ新型涡轮增压器系列。该系列涡轮增压器的压比、效率、通泫能力上均得到提高，且这种结构紧凑的新型涡轮增压器优先考虑了用户对可靠性好、寿命长、大修期长和检修方便的要求，已有３００台ＴＰＬ系列涡轮增压器装机使用，发动机的运用经验证实了在试验室内获得的热力学性能测量结果。     

新一代大型涡轮增压器

提高效率和能力始终是用于柴油机的大型涡轮增压器所追求的目标。涡轮增压器的高效率可以降低发动机的热负荷和提高热效率。同样地,涡轮增压器能力的增大可以使涡轮增压器的尺寸达到最小化,而这对于降低发动机的成本和节省空间是有利的。另一方面,涡轮增压器的设计者有时又不情愿改变设计,因为新的设计很可能就是产生技术问题的原因,而传统设计的可靠性已经被许多运用经验所证明。然而,三菱重工业有限公司还是作出决定,对其MET型涡轮增压器进行必要的设计修改,即改变涡轮叶片、涡轮进气壳与出气壳以提高涡轮增压器效率和涡轮能力。对已被理想的运用经验所证明的目前的设计的机械强度进行了核实并与新设计进行了对比。上述新部件的计算分析和试验结果表明,它们的性能要比目前的设计高得多。另外,为了降低进气消声器处的噪声水平和压力降,根据分析结果亦对消声器的设计进行了修改。新设计的优点已由涡轮增压器台架试验所证实。尽管上述设计修改不是很大,但对于改进性能却是有效的,并且对设计相容性或者对已得到证明的涡轮增压器的可靠性只有最小程度的影响。整篇文章勾划出下一代三菱涡轮增压器的概貌。     

Perkins推出全新涡轮增压器阵容

正11涡轮增压器是发动机的重要组成部分,对于Perkins制造的发动机来说,也不例外。Perkins供应的原厂涡轮增压器都是按照严格工业规定并经过精准的工程设计而制成,典型的涡轮增压器的加工精密度要求公差小至一百万分之一英寸。有些涡轮增压器要长时间在峰值载荷条件下工作,运行速度最高可达每分钟180 000转,并须连续运行数以小时计。它们的设计都须配合发动机的使用寿命,更须经过严苛的测试程序,确保在所有严苛的操作状况下都能够     

内燃机车采用混流式涡轮增压器的优越性

阐述了混流式涡轮增压器的特征，并从国外混流式涡轮增压器流式涡轮增压器的对比试验结果，进一步说明了混流式涡轮增压器的先进动力性能和经济性能。建议我国铁路内燃机车采用混流式涡轮增压器。     

减排——对涡轮增压的新挑战

在今天的发动机开发中人们关注的主要焦点是如何满足未来排放法规的要求。这在很大程度上取代了传统的发动机开发的推动因素,诸如功率密度、效率和成本,所有这些因素在整个上世纪90年代已取得重大改进。这个新的焦点自然也对涡轮增压器制造商的开发工作有很大的影响。因为有效压比的积极作用被进气门关闭提前所消化,所以在过去10年中的开发工作已经导致功率密度的提高稍有停滞。在已实施严格的低NOx排放法规的地区,众所周知的发动机效率和低排放之间的折衷,常常需要喷射定时的延迟,这样就会导致发动机效率的损失。预计在不久的将来还将存在进一步降低排放的压力。一个很重要的问题是:这将会阻碍功率密度的进一步提高或针对高增压比水平而开展的开发工作将会充当发动机新一轮发展浪潮的推动力吗?非常高的增压比水平打开了降低循环温度之门,在诸多降低缸内温度的方法中,有一种特别令人感兴趣的方法是采用Miller定时。较低的循环温度不仅可以减少发动机的NOx排放量,而且还可以改善发动机效率和功率密度。对增压空气进行明智的管理也是保证在每种发动机负荷下提供适量空气的需要,并有助于对烟度和颗粒物排放量实行有效控制。ABB涡轮增压器公司在该领域通过与发动机制造商、大学及其他研究机构进行合作,积极开展了各项课题研究。研究结果表明,伴随着Miller方法、废气再循环、共轨或可变喷射压力、长行程等诸多发动机新技术的应用,高压比涡轮增压(单级或多级)的潜力仍然是巨大的。通常,单靠涡轮增压不可能解决所有问题。因此,本文客观地介绍未来实现高压比的多种方案,以满足各种型式和用途发动机的需要。然而,用来评判某个解决方法的适用性的标准在每种情况下都是一样的:低的排放(NOx和颗粒物),增强的工作能力,负荷响应和可靠性。所有这些都会为环境、发动机制造商、终端用户以及涡轮增压器制造商本身带来巨大益处。     

MAN B＆W公司TCR新系列涡轮增压器的开发和初步试验结果

MAN B＆W公司在成功地将它不久前开发的用于2100kW以上大功率四冲程和二冲程柴油机的TCA系列涡轮增压器投放市场之后，最近又开发出一种全新的、用于较小功率发动机的TCR系列涡轮增压器。该系列涡轮增压器可满足目前和未来柴油机和气体燃料发动机的市场需要。新系列涡轮增压器包括6种不同的尺寸规格，适合脉冲或定压增压，覆盖的发动机功率范围为390kW-5000kW。预定的应用范围包括船舶推进，发电机组、固定式和铁路牵引发动机。它的主要开发目的是高效率、高压比、高比质量流量、低重量、小外形尺寸、长寿命，易维修、运行安全、低产品成本和低寿命期成本。为了实现所有这些目的，MANB＆W公司必须完成一个广泛的开发和试验计划，以确保产品满足市场需要和具有高的运用可靠性。除了已经将一些模拟工具，诸如用于对所有相关的涡轮增压器部件进行空气动力学分析的3D—CFD（计算流体动力学程序）或用于静态和动态负荷计算以及转子动态模拟的FE（有限元）法，作为一种标准而加以利用外还在开发阶段初期首次进行了密封安全性计算。为了掌握顾客的特殊需要，在经过了复杂的QFD（质量功能开发）分析之后，提供了用户要求的技术务件。此外，涡轮增压器样机亦在燃烧器试验台上进行了广泛的试验以验证预期的按照一典型的柴油机特性曲线的工作特性。本文描述TCR系列涡轮增压器的开发过程和由它所提供的新的机会。另外，还介绍了通过台架试验和发动机试验所获得的初步结果，这些初步试验结果进一步证实了用户可从该系列涡轮增压器获得的主要好处。     

康明斯涡轮增压技术有限公司推出一款配小型发动机的新型增压器

康明斯涡轮增压技术有限公司是一家著名的涡轮增压器制造商。2010年9月，在德国汉诺威IAA车展上推出了一款配2～5L柴油机的新系列增压器。康明斯涡轮增乐技术有限公司隶属康明斯集团，     

Napier 7系列涡轮增压器的持续开发

为适应市场需求,Napier公司在上个世纪90年代末研制了NA297和NA357型涡轮增压器产品。这些产品在海运和发电应用领域确立了稳固的地位。开发工作的一个基本组成部分是一个受控的验证程序,Wrtsil柴油机公司对此给予了特别支持。该程序包括,在交付现场试验之前,先在Napier试验台上对涡轮增压器进行全面试验,然后在试验室内进行与发动机的配机试验。验证程序特别规定要在苛刻条件下(诸如:超负荷和负荷循环)测试涡轮增压器的性能和适应能力。进一步的现场验证还使公司能对更长期的效果(例如烧重油)作出评价。指定用于验证的样机仍处于监测之中,其验证结果被用于产品改进和强化新的开发工作。NA297和NA357型增压器的成功经验和通过验证程序的执行而产生的自信促进了Wrtsil公司和Napier公司之间在新的7系列产品方面的交流。新的NA397和NA307型增压器就是这种合作的结果。这些增压器的开发建立在早先产品的成功基础上,同时也吸收了在验证过程中得到的经验。NA397型涡轮增压器采用新的空气动力学叶轮和涡轮结构,并有许多其它新的或改进的结构特点。分析能力的提高有助于优化设计,最大限度地减小了叶轮的应力。采用了新的涡轮端密封系统,从而允许使用更高的油压,并且对因烧重油时润滑油污染造成的磨损加速问题更具适应能力。这种封密已被装置试验、试验台试验和现场运用所认可,从而确认其可信度。亦对增压器的涡轮出气壳进行了结构改进,采用新的转速传感器、模件式隔热装置并改变加工工艺以改进质量和控制成本。NA397型涡轮增压器在顺利通过第一阶段——试验室试验和装机试验后,于2003年夏季开始进行现场试验验证。在此期间,增压器以超负荷长时间运行并完成了500次快速全负荷循环。增压器还经受了热停机考验而未发生轴承损坏,并进行了全面的振动考查。NA307型涡轮增压器正处于设计阶段,它采用NA397型增压器中所用的新的Napier“PM”涡轮,并正在签订配套工具合同。首台样机将于2004年春季制成,届时,它将按NA397型增压器的程序完成初期鉴定。通过早期提供理论上的振动分析数据,将进一步加强合作,以保证安装特性得到优化。这一理论随后将由实际试验结果进行验证。这些新的涡轮增压器显示了制造商与用户之间的技术合作是有益的。双方共同开发涡轮增压器能更好地满足发动机的要求,并能保证提交给现场使用的产品首先经过全面验证。这种合作将继续,以研制出可靠的产品设备。