0、渦輪增壓器簡介

　　渦輪增壓器實(shí)際上是一種空氣壓縮機(jī)，通過壓縮空氣來增加進(jìn)氣量。它是利用發(fā)動機(jī)排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進(jìn)入氣缸。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速增大，廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速也同步增加，葉輪就壓縮更多的空氣進(jìn)入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應(yīng)增加燃料量和調(diào)整發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，就可以增加發(fā)動機(jī)的輸出功率了。

　　渦輪增壓器原理

　　首先說說渦輪增壓器的大概結(jié)構(gòu)原理，廢氣渦輪增壓器主要由泵輪和渦輪組成，當(dāng)然還有其他一些控制元件。泵輪和渦輪由一根軸相連，也就是轉(zhuǎn)子，發(fā)動機(jī)排出的廢氣驅(qū)動泵輪，泵輪帶動渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪轉(zhuǎn)動后給進(jìn)氣系統(tǒng)增壓。增壓器安裝在發(fā)動機(jī)的排氣一側(cè)，所以增壓器的工作溫度很高，而且增壓器在工作時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速非常高，可達(dá)到每分鐘十幾萬轉(zhuǎn)，如此高的轉(zhuǎn)速和溫度使得常見的機(jī)械滾針或滾珠軸承無法為轉(zhuǎn)子工作，因此渦輪增壓器普遍采用全浮動軸承，由機(jī)油來進(jìn)行潤滑，還有冷卻液為增壓器進(jìn)行冷卻。以前，渦輪增壓器大都用在柴油發(fā)動機(jī)上，因?yàn)槠秃筒裼偷娜紵绞讲灰粯?，因此發(fā)動機(jī)采用渦輪增壓器的形式也有所區(qū)別。汽油發(fā)動機(jī)不同于柴油發(fā)動機(jī)，它進(jìn)入氣缸的不是空氣，而是汽油與空氣的混合氣，壓力過大容易爆燃。因此，安裝渦輪增壓器必須要避免爆燃，這里涉及兩個相關(guān)問題，一個是高溫控制，另一個是點(diǎn)火時間控制。

　　強(qiáng)制性增壓后，汽油機(jī)壓縮和燃燒時的溫度和壓力都會增加，爆燃傾向增加。另外，汽油機(jī)排氣溫度比柴油機(jī)高，而且不宜采用增大氣門重疊角（進(jìn)、氣排門同時開啟的時間）方式來加強(qiáng)排氣的降溫，降低壓縮比又會造成燃燒不充分。還有，汽油機(jī)的轉(zhuǎn)速比柴油機(jī)高，空氣流量變化大，很容易造成渦輪增壓器反應(yīng)滯后。針對汽油機(jī)使用渦輪增壓器出現(xiàn)的一系列問題，工程師有針對性地一一做了改進(jìn)，使汽油機(jī)也能用上廢氣渦輪增壓器。

　　1、葉片建模與有限元分析

　　1.1葉片建模

　　由于葉片曲面輪廓較復(fù)雜，故采用精度較高的三維坐標(biāo)儀測量曲面輪廓，利用三維CAD軟件建模，得出渦輪葉片和葉輪葉片的物理模型。實(shí)際葉片模型見圖1。

　　1.2葉片有限元振動方程

　　葉片振動方程為：

　　若上式右端為零，則其表達(dá)的是葉片的自由振動方程。解此自由振動方程，可得葉片的振動模態(tài)。

　　1.3葉片的有限元分析