涡轮增压器的设计和功能：涡轮

自Alfred Büchi发明涡轮增压技术以来，涡轮增压器的工作原理迄今为止尚未发生重大改变。涡轮增压器压端和涡端通过同一根轴连接。发动机排出的废气驱动涡轮，进而带动压气机一起工作。

设计和功能

涡轮增压器的涡轮包括涡轮和涡壳，将发动机废气转化为机械能来驱动压气机。通过涡轮机的流动截面区域的废气在入口和出口之间的压力和温度下降。这个压降被转换成动能，以驱动涡轮转动。

有两种主要的涡轮机类型：轴向和径向。在轴向涡轮机中，废气仅在轴向方向上流动。在径向涡轮机中，气体流入是向心的，即在径向方向上从外向内，并在轴向方向上流出。

涡轮直径160毫米以下时，只能使用径向涡轮机。这对应于涡轮增压器的发动机的功率约为1000千瓦。超过300毫米时，只有轴向涡轮机可以使用。这两个值之间，轴向和径向都可以。

由于径向涡轮机应用最为广泛，下面的描述仅限于这种涡轮机的设计和功能。在这种径向或向心涡轮机中，废气压力转换成动能，并在涡轮周围以恒定的速度被引导到涡轮。动能通过涡轮转化为驱动轴的能量，这种设计能使几乎所有动能都在废气到达出口的时候得以转。

随着入口和出口之间的压差逐渐增大，涡轮的性能也在提升，即当发动机转速提高时，更多的废气到达涡轮，或由于较高的废气能量使得废气升温。

涡轮机的运行特性是由特定的气流横截面决定。横截面的喉部在蜗壳入口通道的过渡区。通过减少这喉截面，更多的废气被限制在涡轮的上游，由此产生较高的压比以提升涡轮机的性能。更小的气流横截面可以产生更高的增压压力。涡轮机的流动截面面积可以很容易地通过改变涡轮机壳体进行调整。

除了涡壳气流横截面,涡轮入口处的出口区域也影响涡轮的流量。对于涡轮铸件轮廓的机加可调整横截面大小从而调节增压压力。轮廓放大会导致涡轮机的流截面积增大。

VTG可变截面涡轮增压系统可以改变涡壳流道和涡轮入口之间的气流横截面。变导叶片或者覆盖部分横截面的可变滑动环可调整涡轮的出口区域

在实践中，涡轮增压器涡轮的操作特性通过绘制流量参数与相关的涡轮压力比的曲线图来描述。涡轮的曲线图显示了不同转速下的流量曲线和涡轮效率。为了简化曲线图,流量曲线以及涡轮效率可以采用平均曲线。

对于一个高效率的涡轮增压器,协调压气机和涡轮直径是至关重要的。压端Map图上操作点的位置决定了涡轮的转速。涡轮直径应该是这样的:在这个工作范围内，涡轮效率可以达到最大化。

涡轮是很少受到静态废气压力的影响。在商用车发动机用涡轮增压器中，双流道涡轮机可以优化排气脉动。因为一个高的涡轮压力比会在很短的时间内到达，通过增加压力比，在更多流量的废气通过涡轮时，效率得到提高。因而，特别在发动机低速时，可以提高废气能量利用率、发动机的进气压力特征和扭矩。

为了防止在一个交换周期内不同气缸互相干扰,三缸连接成一个排气歧管。双通道涡轮机让废气流通过涡轮分流。

双流道涡轮增压器

船用带有水冷涡壳技术的涡轮增压器

在涡轮增压器设计当中必须考虑安全性。比如，在船用发动机中，必须控制表面温度以避免火灾，这时候就可以使用水冷涡壳技术或者在涡壳上涂绝缘材料。