废气动力涡轮双驱式发电机工作装置结构设计
废气动力涡轮双驱式发电机工作装置结构设计[20191208103513]
摘 要
本文阐述了废气涡轮增压器结构及工作原理，在此基础上提出了一种将废气动力涡轮与废气涡轮增压器串联起来，成为复合式增压系统的创新机构；该机构由涡轮增压器、动力涡轮、电磁离合器、皮带轮、V带和发电机等组成；其特征是，废气动力涡轮动力输出端经电磁离合器通过带传动驱动由电磁离合器控制的发电机工作,诸如在高速、大负荷等工况切换电磁离合器，则原由发动机带轮驱动的发电机，经电磁离合器的互锁联动转换成废气动力涡轮驱动,进而带动发电机工作；文中对电磁离合器的结构特点、工作原理及互锁联动控制等进行了描述。
关键字:废气涡轮增压器动力涡轮电磁离合器切换
目 录
前言 1
第一章 废气动力涡轮双驱式发电机工作装置的概述 2
1.1 废气动力涡轮双驱式发电机工作装置的研究背景及意义 2
1.2 废气动力涡轮双驱式发电机工作装置的研究现状及趋势分析 3
第二章 废气动力涡轮双驱式发电机工作装置结构及工作原理 5
2.1 主要结构 5
2.2 工作原理及工作过程 5
第三章 废气涡轮增压器 7
3.1 废气涡轮增压概述 7
3.2 废气涡轮增压器的基本结构及工作原理 8
3.2.1 废气涡轮增压器的构造 8
3.2.2 废气涡轮增压器工作原理 9
3.3 废气涡轮增压器与发动机匹配 12
3.3.1 增压比的选择 12
3.3.2 增压比与发动机的匹配 13
第四章 电磁离合器 16
4.1 电磁离合器的结构及工作原理 16
4.2电磁离合器的设计及相关计算 17
4.2.1电磁离合器的磁通回路 17
4.2.2.电磁离合器的吸引力的计算 17
4.2.3电磁离合器传递扭矩的计算 18
4.2.4在进行零部件结构设计时的几个注意事项 18
第五章 经济性分析 21
总结 23
参考文献 24
致谢 25
前言
汽车节能问题已然成为了一个重要话题，已被列入国家“十二五”内燃机发展规划中的重要部分。业内人士都知道，在发动机燃烧产生的总热量中，仅有 转变为有效功，其余 的热量都损失掉了。损失的热量中，大部分由废气带走，再然后就是传给冷却液。在如此巨大的浪费之下，许多汽车及发动攻击研究者一直把如何提高热能的利用率或利用废气的能量作为自己不懈追求的目标。在发动机废气可用能的利用中，废气涡轮增压技术是成功的典范。目前国外发动机余热利用发展趋势为由单纯的废热取暖向复合增压，朗肯循环废热发电、做功方向发展，国外复合增压技术已经成熟，朗肯循环废热回收利用成为热门研究方向；而国内发动机余热利用主要以车用暖风系统为主，很多大客车都装有发动机废气加热水暖系统。该技术可利用一部分废气热量，但非常有限,国内外技术差距较大。本课题的研究思路主要为：利用废气涡轮增压器将发动机中的能量转换成轴的旋转动能，然后通过与之串联在一起的废气动力涡轮将动力输出。而废气动力涡轮动力输出端又经电磁离合器通过V带传动驱动由另一个电磁离合器控制的发电机工作当发动机在高速、大负荷等工况时，及时切换电磁离合器，则原由发动机带轮驱动的发电机，经电磁离合器的互锁联动转换成废气动力涡轮驱动,进而带动发电机工作。
第一章 废气动力涡轮双驱式发电机工作装置的概述
1.1 废气动力涡轮双驱式发电机工作装置的研究背景及意义
随着社会经济的快速发展，能源消耗量的日渐增加，同时可利用能源却在日渐减少，长此以往能源的供需矛盾将日渐尖锐。汽车保有量的不断增加，使得仅汽车这单一方面的能源消耗也日益增长。对于汽车能源消耗而言，发动机燃料燃烧所产生的能量，仅有 的热量转变为有效功，其余 都被耗损掉了，造成了能源的极大浪费。因此，汽车的节能问题受到了广泛的关注，并且已经成为当今世界汽车工业发展的重中之重。如何提高热能的利用率或利用废气的能量，一直是汽车及发动机研究者追求的目标。
废气动力涡轮双驱式发电机工作装置主要是通过涡轮增压器和涡轮串联组成的复合式增压系统，将汽车废气的动能通过冲击推动涡轮旋转的方式并将之传递给输出轴来并以此来驱动发电机。要实现这一装置的功能必须依赖涡轮增压技术和实现发电机驱动动力切换的电磁离合器。
涡轮增压技术已有 多年的发展试了，随着发动机电子控制技术的发展，废气涡轮增压技术的应用越来越广泛。自1905年起， 博士就已经申请了动力驱动的轴向增压器的专利，这意味着世界上首款涡轮增压器的诞生。到了1961年，许多小轿车也开始试探性地安装增压器，但由于技术上的不纯熟，使得增压器在瞬间会产生的高压和高热，严重影响了最终的效果。世界上第一家将涡轮增压器应运用到汽车上的汽车生产商是北欧瑞典的Saab公司，他们公司1977年生产出来的 汽车是涡轮增压技术一个里程碑，它预示着涡轮增压技术的运用正在真正走向成熟，汽车产业的新时代即将来临。
复合式增压系统主要结构是在一个普通增压器后面串联一个废气动力涡轮来：即并用废气涡轮增压和机械增压。从以往的学习过程中不难了解这两种增压方式对发动机性能的影响作用截然相反：机械增压仅仅利于低转速下扭矩输出，但是转速较高时功率输出较少；而反之，废气涡轮增压在转速较高时能输出强大的功率，但低转速时就十分勉强了。于是，具有丰富想象力的设计师们就大胆设想，尝试将机械增压和涡轮增压结合在一起，以彼此弥补方式来解决各自的不足，这样就能同时增大低速扭矩和增加高速旋转时发动机的输出功率了。这种装置通常运用于在大功率柴油机上，汽在油机上采用双增压系统（复合增压系统）的车型还比较少。
本装置中所用到的电磁离合器是类似于汽车空调里的电磁离合器的一个动力传递装置，通过给离合器的线圈通断电来实现动力的传递与中断。成对使用电磁离合器可实现互锁联动，可根据不同的发动机工况来切换发电机的驱动方式。
从一般程度上来看，涡轮增压器的使用已然为汽车节能做出了很大的贡献，而废气动力涡轮双驱式发电机工作装置的诞生将使汽车节能更上一个阶梯。在高速、大负荷等工况下，复合式增压系统的废气动力涡轮动力输出端输出的动力经电磁离合器通过带传动驱动由发电机工作。这样就节约了发动机的输出动力，提高了了发动机效率，同时将发动机废气中的部分能量转换成动能，节约了能源。
1.2 废气动力涡轮双驱式发电机工作装置的研究现状及趋势分析
目前国外发动机余热利用发展趋势为由单纯的废热取暖向复合增压，朗肯循环废热发电、做功方向发展，国外复合增压技术已经成熟，朗肯循环废热回收利用成为热门研究方向；而国内发动机余热利用主要以车用暖风系统为主，很多大客车都装有发动机废气加热水暖系统。该技术可利用一部分废气热量，但非常有限,且国内外技术差距较大。
当前，汽车的发展趋势是向高速和重载方向发展，对发动机的动力性能和经济性能提出了越来越高的要求；另一方面人们正极力探寻有效减少大气污染的解决措施，来减缓尾气排放污染。种种因素，促使汽车发动机废气利用项目获得迅速发展，日本、美国、德国等发达国家对废气的利用和利用都处于世界领先位置。在这些废气项目中最值得一提的便是增压技术，发动机增压方法很多，以废气涡轮增压为主要类型最为成熟，并具有很多突出的优点。
近些年以来，我国对于增压器的研究方向主要朝着三元流场分析；空气动力学计算；叶轮及叶型设计、强度分析及性能预测等等。要在这些方面取得一些突破主要依赖于理论上的突破和计算机技术的发展。，相比于一些发达的国家，我国在增压器方面的技术还远远落后，但是我们也不必灰心，因为近年来年我国在高新技术材料应用研究领域的进展较迅速，这为增压器的产品结构的发展创造了有利条件。随着汽车对发动机的要求也越来越高，因此与之匹配涡轮增压器方面也不可怠慢。要提高增压器的水平，靠之前简单的结构是很难做到的，这就代表我们需要在这方面注入许多新的发明创造，如在涡轮增压器轴承结构方面，运用滑动轴承或者是全浮动轴承来替代早先的。空气轴承作为一种近些年才制造成型的轴承零件，不需要润滑油系统且效率更高，正吸引着人们进行深入的研究。
汽油机废气涡轮增压虽然起步较晚，但距离现在也有相当长的发展历史。它作为一种改善发动机机的燃料经济性以及减少尾气污染的措施，近几十年来颇受重视，发展相当迅速。作为一个文明的国家，我国在强调GDP增长的同时也非常注重环境保护,汽车作为一个颇受关注产业，对环境的影响是不可忽视的。随着汽车尾气的排放标准越来越严格，涡轮增压技术凭借着其在节约能源和保护环境方面的双重优越性将为其以后的发展大大加分。
第二章 废气动力涡轮双驱式发电机工作装置结构及工作原理
2.1 主要结构
废气动力涡轮双驱式发电机工作装置由涡轮增压器、动力涡轮、电磁离合器（成对使用）、皮带轮及V带这几部分组成。其中废气动力涡轮与废气涡轮增压器串联在一起，成为复合式增压系统（如图2-1）。废气动力涡轮动力的输出轴上装有电磁离合器，输出轴上的动力经电磁离合器上的带轮通过v带带动发电机驱动轴上的带轮，以此来驱动由另一个电磁离合器控制的发电机工作。当发动机处于高速运转或大负荷工况下，通过及时切换电磁离合器，将原来由发动机带轮驱动的发电机，经电磁离合器的互锁联动转换成废气动力涡轮的输出轴来驱动,进而带动发电机工作。当然，原先由发动机曲轴来驱动发电机的那条传动路线就随之断开。
图2-1 复合式增压系统
1—气缸 2—中冷器 3—进气支管 4—输出轴 5—液力耦合器 6—齿轮系
7—动力涡轮 8—涡轮 9—压气机
2.2 工作原理及工作过程
如图2-2，废气动力涡轮双驱式发电机工作装置是利用增压器与一个废气动力涡轮串联，以此来实现将废气的动能传递给涡轮并通过涡轮轴输出以此来驱动发电机。在此装置中用到两个电磁离合器，一个安装在废气动力涡轮输出轴上（以下简称离合器1），另一个安装于发电机轴上（简称离合器2），这两个离合器的相互作用是切换发电机驱动方式的关键。
图2-2 废气动力涡轮双驱式发电机工作装置示意图
1—增压器组件 2—带轮 3—发电机组件 4—涡轮输出轴 5—废气动力涡轮 6—V带
7—电磁离合器
发动机刚启动时，由于转速较低，负荷较小，发动机废气的能量过低不足以驱动发电机工作，故此时发电机与一般情况相同由发动机曲轴来驱动：随着发动机转速的增加，废气所蕴含的能量不断增加，废气在增压器中完成给空气增压后仍然还有很大的动能来驱动废气动力涡轮快速转动，涡轮轴上的转速传感器将感应到的速度信号传递给汽车ECU，当涡轮轴的速度达到一定时，ECU发出指令时离合器1的线圈通电，产生吸引力使离合器1接合，将涡轮输出轴的力通过V带传给发电机，带动发电机工作，与此同时，断开离合器2线圈的电源，使离合器2断开，这样发电机便只有废气动力涡轮装置单独驱动了。
第三章 废气涡轮增压器
3.1 废气涡轮增压概述
增压技术自其产生至今已有了很大的发展。相比于汽油机而言，增压技术在柴油机上的运用更加默契，在工业化的国家里几乎上的柴油机都已采用增压技术。而汽油机上的增压技术的发展开始于20世纪70年代末，到了20世纪90年代初已经开始成熟了，在美国， 年就已有 的汽油机采用增压技术来提高发动机的功率了，到了 年国际市场上出售所有汽油机中采用增压技术已经不下与 %，尽管有众多汽油机增压的先例，但汽油机增压技术仍然远远不及柴油机方面发展，汽油机增压技术至多还处在完善和推广应用阶段。但是相对于柴油机而言，汽油机（尤其是轿车发动机）更加适合朝小排量增压方面发展，所以汽油机增压技术的研究之于节约能源及提高汽车性能方面还是起着不容小觑的作用的。
所谓增压，就是将发动机在燃烧过程中所需的新鲜空气又或者是可燃混合气送入增压器进行压缩后，然后在送入发动机以供燃烧的过程。增压的目的是增大每个循环进入气缸的新鲜充量的密度，从而在一定程度上提高发动机功率、改善燃油经济性。 增压的基本类型分为机械增压、废气涡轮增压、气波增压三种。实现进气增压的装置称为增压器。对应的增压器有机械增压器、废气涡轮增压器、气波增压器。由于机械增压是通过与发动机的机械联系来完成增压功能，因此仍然消耗发动机小部分功率；对于气波增压，因为是概念型增压，离实际应用尚有许多技术问题需要解决；废气涡轮增压器是利用压气机与涡轮同轴相连，工作状态下，发动机排气管中排出的具有一定动能废气推动涡轮旋转，引起同轴的压气机工作实现进气增压。因此，废气涡轮增压装置作为目前运用最广泛的增压装置的最大原因是没有利用任何有效功。
从能量转换角度看，增压器涡轮是一个是将发动机排放出的废气中的动量转化为轴旋转动量矩的装置。它的主要组成结构有蜗壳、喷管、叶轮以及出气道。蜗壳引导发动机废气进入喷管，气体过经喷管时发生如下变化：降压、降温、膨胀、增速，这样，排气的部分压力转换为动能，大大提升了气体流速。在气体冲击叶轮时力将增大使得叶轮迅速旋转。因为推动叶轮旋转的排气的温度会高达700摄氏度左右，叶轮在工作时还要承受巨大的离心作用，故若叶轮的质量比较大会加深涡轮增压后的“反应滞后”现象，因此要求叶轮使用耐热、质量轻的材料制造。在这方面，镍基耐热合金钢和质量比较轻的陶瓷材料是不错的选择。当然，陶瓷材料虽然可以减轻质量但是耐热冲击性能差。
20世纪90年代以来，由于电控、材料、CAD/ CAM和制造技术等方面的迅速发展，越来越多相关领域的科技成果被拓展增压技术的工程师引用进来，许多种不同的增压技术也就应运而生了。各类增压方式各有千秋，利弊均有，涡轮增压器凭借着基本结构简单但性能效果良好这一大优势而被广泛使用。当一台发动机装上涡轮增压器后，其最大输出功率与之前相比可增加40%。也就是说，一台装有涡轮增压器的小排量的发动机所产生的功率效果与一台大排量发动机无异。大量的试验证明，安装涡轮增压的发动机的燃烧过程更彻底，烟度下降，废气中 和 含量明显减少， 含量也大为改观，所以安装增压器对降低排气污染很有利。此外，增压器的安装还会降低发动机燃烧过程中压力升高率，这样发动机的工作过程就会相对平缓柔和，也不会发生很大的噪声。
废气涡轮增压技术的应用，使汽油机和柴油机在提高升功率和改善燃油经济性、降低尾气排放等方面向前迈进了一大步，因此普及运用废气涡轮增压技术是现代车用高速柴油机、汽油机的一个极其重要的发展方向。
中国汽车市场是一个蕴含巨大能量市场，综合科技的不断进步，废气涡轮增压技术将引领汽车行业蓬勃发展。在节约能源，保护环境这样的重压之下，汽车电子技术和涡轮增压技术互相促进，共同进步，这必然会带动涡轮增压器这个新兴行业的迅速发展。现如今的涡轮增压器行业已然是一个集技术密集和资金密集于一身的高效益产业，它的年产值高达几十亿美元，这样的一个行业必将给我们的社会生活不断带来冲击。
摘 要
本文阐述了废气涡轮增压器结构及工作原理，在此基础上提出了一种将废气动力涡轮与废气涡轮增压器串联起来，成为复合式增压系统的创新机构；该机构由涡轮增压器、动力涡轮、电磁离合器、皮带轮、V带和发电机等组成；其特征是，废气动力涡轮动力输出端经电磁离合器通过带传动驱动由电磁离合器控制的发电机工作,诸如在高速、大负荷等工况切换电磁离合器，则原由发动机带轮驱动的发电机，经电磁离合器的互锁联动转换成废气动力涡轮驱动,进而带动发电机工作；文中对电磁离合器的结构特点、工作原理及互锁联动控制等进行了描述。
关键字:废气涡轮增压器动力涡轮电磁离合器切换
目 录
前言 1
第一章 废气动力涡轮双驱式发电机工作装置的概述 2
1.1 废气动力涡轮双驱式发电机工作装置的研究背景及意义 2
1.2 废气动力涡轮双驱式发电机工作装置的研究现状及趋势分析 3
第二章 废气动力涡轮双驱式发电机工作装置结构及工作原理 5
2.1 主要结构 5
2.2 工作原理及工作过程 5
第三章 废气涡轮增压器 7
3.1 废气涡轮增压概述 7
3.2 废气涡轮增压器的基本结构及工作原理 8
3.2.1 废气涡轮增压器的构造 8
3.2.2 废气涡轮增压器工作原理 9
3.3 废气涡轮增压器与发动机匹配 12
3.3.1 增压比的选择 12
3.3.2 增压比与发动机的匹配 13
第四章 电磁离合器 16
4.1 电磁离合器的结构及工作原理 16
4.2电磁离合器的设计及相关计算 17
4.2.1电磁离合器的磁通回路 17
4.2.2.电磁离合器的吸引力的计算 17
4.2.3电磁离合器传递扭矩的计算 18
4.2.4在进行零部件结构设计时的几个注意事项 18
第五章 经济性分析 21
总结 23
参考文献 24
致谢 25
前言
汽车节能问题已然成为了一个重要话题，已被列入国家“十二五”内燃机发展规划中的重要部分。业内人士都知道，在发动机燃烧产生的总热量中，仅有 转变为有效功，其余 的热量都损失掉了。损失的热量中，大部分由废气带走，再然后就是传给冷却液。在如此巨大的浪费之下，许多汽车及发动攻击研究者一直把如何提高热能的利用率或利用废气的能量作为自己不懈追求的目标。在发动机废气可用能的利用中，废气涡轮增压技术是成功的典范。目前国外发动机余热利用发展趋势为由单纯的废热取暖向复合增压，朗肯循环废热发电、做功方向发展，国外复合增压技术已经成熟，朗肯循环废热回收利用成为热门研究方向；而国内发动机余热利用主要以车用暖风系统为主，很多大客车都装有发动机废气加热水暖系统。该技术可利用一部分废气热量，但非常有限,国内外技术差距较大。本课题的研究思路主要为：利用废气涡轮增压器将发动机中的能量转换成轴的旋转动能，然后通过与之串联在一起的废气动力涡轮将动力输出。而废气动力涡轮动力输出端又经电磁离合器通过V带传动驱动由另一个电磁离合器控制的发电机工作当发动机在高速、大负荷等工况时，及时切换电磁离合器，则原由发动机带轮驱动的发电机，经电磁离合器的互锁联动转换成废气动力涡轮驱动,进而带动发电机工作。
第一章 废气动力涡轮双驱式发电机工作装置的概述
1.1 废气动力涡轮双驱式发电机工作装置的研究背景及意义
随着社会经济的快速发展，能源消耗量的日渐增加，同时可利用能源却在日渐减少，长此以往能源的供需矛盾将日渐尖锐。汽车保有量的不断增加，使得仅汽车这单一方面的能源消耗也日益增长。对于汽车能源消耗而言，发动机燃料燃烧所产生的能量，仅有 的热量转变为有效功，其余 都被耗损掉了，造成了能源的极大浪费。因此，汽车的节能问题受到了广泛的关注，并且已经成为当今世界汽车工业发展的重中之重。如何提高热能的利用率或利用废气的能量，一直是汽车及发动机研究者追求的目标。
废气动力涡轮双驱式发电机工作装置主要是通过涡轮增压器和涡轮串联组成的复合式增压系统，将汽车废气的动能通过冲击推动涡轮旋转的方式并将之传递给输出轴来并以此来驱动发电机。要实现这一装置的功能必须依赖涡轮增压技术和实现发电机驱动动力切换的电磁离合器。
涡轮增压技术已有 多年的发展试了，随着发动机电子控制技术的发展，废气涡轮增压技术的应用越来越广泛。自1905年起， 博士就已经申请了动力驱动的轴向增压器的专利，这意味着世界上首款涡轮增压器的诞生。到了1961年，许多小轿车也开始试探性地安装增压器，但由于技术上的不纯熟，使得增压器在瞬间会产生的高压和高热，严重影响了最终的效果。世界上第一家将涡轮增压器应运用到汽车上的汽车生产商是北欧瑞典的Saab公司，他们公司1977年生产出来的 汽车是涡轮增压技术一个里程碑，它预示着涡轮增压技术的运用正在真正走向成熟，汽车产业的新时代即将来临。
复合式增压系统主要结构是在一个普通增压器后面串联一个废气动力涡轮来：即并用废气涡轮增压和机械增压。从以往的学习过程中不难了解这两种增压方式对发动机性能的影响作用截然相反：机械增压仅仅利于低转速下扭矩输出，但是转速较高时功率输出较少；而反之，废气涡轮增压在转速较高时能输出强大的功率，但低转速时就十分勉强了。于是，具有丰富想象力的设计师们就大胆设想，尝试将机械增压和涡轮增压结合在一起，以彼此弥补方式来解决各自的不足，这样就能同时增大低速扭矩和增加高速旋转时发动机的输出功率了。这种装置通常运用于在大功率柴油机上，汽在油机上采用双增压系统（复合增压系统）的车型还比较少。
本装置中所用到的电磁离合器是类似于汽车空调里的电磁离合器的一个动力传递装置，通过给离合器的线圈通断电来实现动力的传递与中断。成对使用电磁离合器可实现互锁联动，可根据不同的发动机工况来切换发电机的驱动方式。
从一般程度上来看，涡轮增压器的使用已然为汽车节能做出了很大的贡献，而废气动力涡轮双驱式发电机工作装置的诞生将使汽车节能更上一个阶梯。在高速、大负荷等工况下，复合式增压系统的废气动力涡轮动力输出端输出的动力经电磁离合器通过带传动驱动由发电机工作。这样就节约了发动机的输出动力，提高了了发动机效率，同时将发动机废气中的部分能量转换成动能，节约了能源。
1.2 废气动力涡轮双驱式发电机工作装置的研究现状及趋势分析
目前国外发动机余热利用发展趋势为由单纯的废热取暖向复合增压，朗肯循环废热发电、做功方向发展，国外复合增压技术已经成熟，朗肯循环废热回收利用成为热门研究方向；而国内发动机余热利用主要以车用暖风系统为主，很多大客车都装有发动机废气加热水暖系统。该技术可利用一部分废气热量，但非常有限,且国内外技术差距较大。
当前，汽车的发展趋势是向高速和重载方向发展，对发动机的动力性能和经济性能提出了越来越高的要求；另一方面人们正极力探寻有效减少大气污染的解决措施，来减缓尾气排放污染。种种因素，促使汽车发动机废气利用项目获得迅速发展，日本、美国、德国等发达国家对废气的利用和利用都处于世界领先位置。在这些废气项目中最值得一提的便是增压技术，发动机增压方法很多，以废气涡轮增压为主要类型最为成熟，并具有很多突出的优点。
近些年以来，我国对于增压器的研究方向主要朝着三元流场分析；空气动力学计算；叶轮及叶型设计、强度分析及性能预测等等。要在这些方面取得一些突破主要依赖于理论上的突破和计算机技术的发展。，相比于一些发达的国家，我国在增压器方面的技术还远远落后，但是我们也不必灰心，因为近年来年我国在高新技术材料应用研究领域的进展较迅速，这为增压器的产品结构的发展创造了有利条件。随着汽车对发动机的要求也越来越高，因此与之匹配涡轮增压器方面也不可怠慢。要提高增压器的水平，靠之前简单的结构是很难做到的，这就代表我们需要在这方面注入许多新的发明创造，如在涡轮增压器轴承结构方面，运用滑动轴承或者是全浮动轴承来替代早先的。空气轴承作为一种近些年才制造成型的轴承零件，不需要润滑油系统且效率更高，正吸引着人们进行深入的研究。
汽油机废气涡轮增压虽然起步较晚，但距离现在也有相当长的发展历史。它作为一种改善发动机机的燃料经济性以及减少尾气污染的措施，近几十年来颇受重视，发展相当迅速。作为一个文明的国家，我国在强调GDP增长的同时也非常注重环境保护,汽车作为一个颇受关注产业，对环境的影响是不可忽视的。随着汽车尾气的排放标准越来越严格，涡轮增压技术凭借着其在节约能源和保护环境方面的双重优越性将为其以后的发展大大加分。
第二章 废气动力涡轮双驱式发电机工作装置结构及工作原理
2.1 主要结构
废气动力涡轮双驱式发电机工作装置由涡轮增压器、动力涡轮、电磁离合器（成对使用）、皮带轮及V带这几部分组成。其中废气动力涡轮与废气涡轮增压器串联在一起，成为复合式增压系统（如图2-1）。废气动力涡轮动力的输出轴上装有电磁离合器，输出轴上的动力经电磁离合器上的带轮通过v带带动发电机驱动轴上的带轮，以此来驱动由另一个电磁离合器控制的发电机工作。当发动机处于高速运转或大负荷工况下，通过及时切换电磁离合器，将原来由发动机带轮驱动的发电机，经电磁离合器的互锁联动转换成废气动力涡轮的输出轴来驱动,进而带动发电机工作。当然，原先由发动机曲轴来驱动发电机的那条传动路线就随之断开。
图2-1 复合式增压系统
1—气缸 2—中冷器 3—进气支管 4—输出轴 5—液力耦合器 6—齿轮系
7—动力涡轮 8—涡轮 9—压气机
2.2 工作原理及工作过程
如图2-2，废气动力涡轮双驱式发电机工作装置是利用增压器与一个废气动力涡轮串联，以此来实现将废气的动能传递给涡轮并通过涡轮轴输出以此来驱动发电机。在此装置中用到两个电磁离合器，一个安装在废气动力涡轮输出轴上（以下简称离合器1），另一个安装于发电机轴上（简称离合器2），这两个离合器的相互作用是切换发电机驱动方式的关键。
图2-2 废气动力涡轮双驱式发电机工作装置示意图
1—增压器组件 2—带轮 3—发电机组件 4—涡轮输出轴 5—废气动力涡轮 6—V带
7—电磁离合器
发动机刚启动时，由于转速较低，负荷较小，发动机废气的能量过低不足以驱动发电机工作，故此时发电机与一般情况相同由发动机曲轴来驱动：随着发动机转速的增加，废气所蕴含的能量不断增加，废气在增压器中完成给空气增压后仍然还有很大的动能来驱动废气动力涡轮快速转动，涡轮轴上的转速传感器将感应到的速度信号传递给汽车ECU，当涡轮轴的速度达到一定时，ECU发出指令时离合器1的线圈通电，产生吸引力使离合器1接合，将涡轮输出轴的力通过V带传给发电机，带动发电机工作，与此同时，断开离合器2线圈的电源，使离合器2断开，这样发电机便只有废气动力涡轮装置单独驱动了。
第三章 废气涡轮增压器
3.1 废气涡轮增压概述
增压技术自其产生至今已有了很大的发展。相比于汽油机而言，增压技术在柴油机上的运用更加默契，在工业化的国家里几乎上的柴油机都已采用增压技术。而汽油机上的增压技术的发展开始于20世纪70年代末，到了20世纪90年代初已经开始成熟了，在美国， 年就已有 的汽油机采用增压技术来提高发动机的功率了，到了 年国际市场上出售所有汽油机中采用增压技术已经不下与 %，尽管有众多汽油机增压的先例，但汽油机增压技术仍然远远不及柴油机方面发展，汽油机增压技术至多还处在完善和推广应用阶段。但是相对于柴油机而言，汽油机（尤其是轿车发动机）更加适合朝小排量增压方面发展，所以汽油机增压技术的研究之于节约能源及提高汽车性能方面还是起着不容小觑的作用的。
所谓增压，就是将发动机在燃烧过程中所需的新鲜空气又或者是可燃混合气送入增压器进行压缩后，然后在送入发动机以供燃烧的过程。增压的目的是增大每个循环进入气缸的新鲜充量的密度，从而在一定程度上提高发动机功率、改善燃油经济性。 增压的基本类型分为机械增压、废气涡轮增压、气波增压三种。实现进气增压的装置称为增压器。对应的增压器有机械增压器、废气涡轮增压器、气波增压器。由于机械增压是通过与发动机的机械联系来完成增压功能，因此仍然消耗发动机小部分功率；对于气波增压，因为是概念型增压，离实际应用尚有许多技术问题需要解决；废气涡轮增压器是利用压气机与涡轮同轴相连，工作状态下，发动机排气管中排出的具有一定动能废气推动涡轮旋转，引起同轴的压气机工作实现进气增压。因此，废气涡轮增压装置作为目前运用最广泛的增压装置的最大原因是没有利用任何有效功。
从能量转换角度看，增压器涡轮是一个是将发动机排放出的废气中的动量转化为轴旋转动量矩的装置。它的主要组成结构有蜗壳、喷管、叶轮以及出气道。蜗壳引导发动机废气进入喷管，气体过经喷管时发生如下变化：降压、降温、膨胀、增速，这样，排气的部分压力转换为动能，大大提升了气体流速。在气体冲击叶轮时力将增大使得叶轮迅速旋转。因为推动叶轮旋转的排气的温度会高达700摄氏度左右，叶轮在工作时还要承受巨大的离心作用，故若叶轮的质量比较大会加深涡轮增压后的“反应滞后”现象，因此要求叶轮使用耐热、质量轻的材料制造。在这方面，镍基耐热合金钢和质量比较轻的陶瓷材料是不错的选择。当然，陶瓷材料虽然可以减轻质量但是耐热冲击性能差。
20世纪90年代以来，由于电控、材料、CAD/ CAM和制造技术等方面的迅速发展，越来越多相关领域的科技成果被拓展增压技术的工程师引用进来，许多种不同的增压技术也就应运而生了。各类增压方式各有千秋，利弊均有，涡轮增压器凭借着基本结构简单但性能效果良好这一大优势而被广泛使用。当一台发动机装上涡轮增压器后，其最大输出功率与之前相比可增加40%。也就是说，一台装有涡轮增压器的小排量的发动机所产生的功率效果与一台大排量发动机无异。大量的试验证明，安装涡轮增压的发动机的燃烧过程更彻底，烟度下降，废气中 和 含量明显减少， 含量也大为改观，所以安装增压器对降低排气污染很有利。此外，增压器的安装还会降低发动机燃烧过程中压力升高率，这样发动机的工作过程就会相对平缓柔和，也不会发生很大的噪声。
废气涡轮增压技术的应用，使汽油机和柴油机在提高升功率和改善燃油经济性、降低尾气排放等方面向前迈进了一大步，因此普及运用废气涡轮增压技术是现代车用高速柴油机、汽油机的一个极其重要的发展方向。
中国汽车市场是一个蕴含巨大能量市场，综合科技的不断进步，废气涡轮增压技术将引领汽车行业蓬勃发展。在节约能源，保护环境这样的重压之下，汽车电子技术和涡轮增压技术互相促进，共同进步，这必然会带动涡轮增压器这个新兴行业的迅速发展。现如今的涡轮增压器行业已然是一个集技术密集和资金密集于一身的高效益产业，它的年产值高达几十亿美元，这样的一个行业必将给我们的社会生活不断带来冲击。
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