单级涡轮增压器设计规范

单级涡轮增压器设计规范

单级涡轮增压器是涡轮转子的一部分，在转子端装有一个小叶片，通过改变轴转速将扭矩输出到各个不同的转速区，由涡轮来驱动转子转动。叶轮直接与轴连接而不与转子相连，是一种结构简单、性能可靠、效率高的增压器。单级涡轮增压器能提供强大的动力驱动，其输出扭矩远大于两级叶轮；而且由于结构简单、重量轻和易于实现电动控制等优点，在小排量发动机中得到了广泛应用。

1.控制发动机输出功率的结构

单级增压器的叶轮安装在壳体上，采用直接与轴连接的方式实现旋转的控制，其结构简单，便于实现电动控制。为使叶轮转子在整个动力过程中始终处于稳定状态，叶轮必须能承受足够的负载；由于结构简单，因此减重效果明显。但由于涡轮叶片尺寸比较大，需要增加叶片厚度来减重。

2.采用低噪声发动机部件

为了改善柴油机工作时的噪声水平，单级涡轮增压器可以采用低噪声发动机部件。比如低噪声涡轮增压器转子的轴颈、外壳和阀体。转子的结构应该具有较低的空燃比和较高的效率，而且其噪声也会随着转速的变化，因此在设计时，必须根据工况合理地选择空燃比和发动机噪音的最佳组合。

3.提高进气效率

由于单级涡轮增压器的进气压力较高，而且在进排气过程中存在着较大的热量损失，因此很难做到设计的最大进气效率。在设计时，可采用高流量进气方式，并采用“轻量化”的进气管路方案以及合理的进气量分配等措施来提高进气效率。例如采用无间隙排气系统；采用空气流过导流盘将空气排入发动机气缸，使空气在活塞顶部与发动机进气歧管中被充分混合；采用空气开关增加压力并对进气口进行强制通风等都可以提高进气量。此外还可采用排气阀门提高排气效率。

4.采用高强度轴承和高质量的空气组件

高强度轴承是实现增压器轻量化最重要的因素之一。对于采用高速轴承的单级涡轮增压器，其最大滚道的刚度可达到普通轴承的两倍以上，而且轴承所承受压力达到与轴承内径相等的轴承力。在增压器设计中要尽量减少空气组件长度、高转速下的尺寸变化。空气组件是增压器必不可少、非常重要的组成部分，空气组件质量不合格导致发动机起动时所产生污染并严重影响发动机效率和排放。

5.合理选择发动机工作时的气流方向

单级涡轮增压器的转速是可变的，而进排气口的气流方向对压气机的功率和效率有重要影响。当进排气口气流的两个转速区不同步时，压气机功率和效率就会降低，并将造成排气不畅。因此，必须在设计时充分考虑发动机转速和进气管所处的转速区变化带来的气流不均匀性，尽量采用两个转速区相对平直的气流方向，当发动机排量与进气管排量相等时，进气阻力最小。