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1、密级：GK项目编号：涡轮增压器行业分析报告目录1涡轮增压技术11.1涡轮增压技术简介11.1.1涡轮增压器的分类11.1.2涡轮增压器主要结构与工作原理31.1.3涡轮增压技术分类31.1.4应用领域41.2涡轮增压优缺点并存51.3涡轮增压省油？62涡轮增压发展利好62.1中国提供了涡轮增压最好的市场土壤62.2政策倒逼汽车涡轮增压技术快速普及72.2.1供给方面92.2.2需求方面92.2.3成本比较112.2.4国际比较112.2.5市场调研验证123我国涡轮增压器市场大，盈利强143.1行业盈利能力强154行业竞争格局164.1国际增压器市场格局164.2国内涡轮增压器市场格局174.
2、3国内上市公司标的191 涡轮增压技术涡轮增压是一项有很长历史的技术，原理简单，并且已经较成熟，早期的涡轮迟滞问题得到了一定的改良。相对于同马力的自然吸气发动机，涡轮增压发动机有重量轻和体积小等优点，但平顺性较差。根据美国 EPA标准，涡轮增压仅仅显示出微小的燃油经济性，而根据欧洲标准，燃油经济性却很明显。1.1 涡轮增压技术简介一般来说发动机功率大小取决于气缸容积，容积越大，功率越大，主要通过增加气缸数量与单缸容积来实现，如 3 缸、4 缸、6 缸、8 缸发动机。但容积越大带来的负面影响是制造成本的上升，发动机自身体积和重量的上升。涡轮增压的原理并不复杂，在排气通道内安装一个涡轮，从气缸排出
3、的废气具有一定压力，从而带动涡轮转动，在进气管道内安装一个与排气涡轮同轴的压缩涡轮，从而压缩进入气缸内的空气，增加发动机的进气量，使更多的空气和燃料混合燃烧，来获得更大的功率。发动机转速越快，废气越多，从而涡轮转速越快，进气量就越多。涡轮增压是一种历史悠久的技术，一般公认发明者是瑞士工程师比希，于 1905 年申报了此项专利，当时主要用于飞机发动机，由于高空中空气稀薄，需要对空气压缩以获得更大的进气量，在坦克发动机上也有应用。1961 年通用汽车试探性的在汽车发动机上安装了涡轮。70 年代装配涡轮增压的保时捷 911 问世。瑞典的萨博公司 1977 年推出萨博 99，真正让涡轮增压获得了更广泛
4、应用。但即使萨博公司开启了涡轮增压更广泛推广的大门，涡轮增压机型的比例一直是可以忽略的，主要存在于一些追求动力的性能车型。直到最近的 2007 年左右，才在以大众为代表的欧洲车厂推动下有普及的趋势，经过技术的进一步提升，目前涡轮增压已经相当成熟。注意上面所说的是指汽油车，在柴油车领域，涡轮增压较早就获得了广泛应用，我们后文的讨论也集中于汽油车。1.1.1 涡轮增压器的发展历史1.1.2 涡轮增压器的分类按照工作原理分，增压器分为机械增压器、废气涡轮增压器、复合涡轮增压器及气波增压器。1）机械增压器：通过机械增压技术，空气/燃料混合气体由一台直接受发动机驱动的压气机进行压缩，但受寄生损失效应影响
5、，增加的输出功率在发动机驱动压气机时，会损失一部分。用于驱动压气机的功率占发动机总输出功率的 15左右。因此，与自然进气发动机相比，在输出功率相同的情况下，机械增压发动机的油耗较高。2）废气涡轮增压器：普通发动机产生的废气被直接排放到大气中，而涡轮增压发动机却利用废气的热量驱动涡轮。压叶轮与涡轮装配在同一根轴上，吸入并压缩新鲜空气，并将压缩后的气体送入发动机。涡轮增压器和发动机之前不存在机械耦合。3）复合涡轮增压器指废气涡轮增压和机械增压并用,这种装置在大功率柴油机上采用比较多,其发动机输出功率大、燃油消耗率低、噪声小，但是结构太复杂，技术含量高，维修保养不容易,因此很难普及。4）气波增压器利
6、用高压废气的脉冲气波迫使空气压缩。气波增压也称脉冲增压,采用脉冲增压的目的就是要尽可能多地利用脉冲能。这种形式和机械增压形式的增压器多用于船舶柴油机上。涡轮增压与机械增压器技术与性能对比项目 涡轮增压器机械增压器能量来源利用发动机排出的废气中的热能及动能，由叶轮机械发动机排气能量转变为机械功，再由机械功转化为气体的压力能消耗发动机的有效功率，由发动机曲轴通过传动带或传动链驱动空气压缩装置技术压比 单级增压器最高压比可达 4.5压比不超过 2.2增压器转速 增压器转速最高可达 30 万转/分钟增压器转速低于 3 万转/分钟空气流量 径流、混流增压器流量可达 2kg/s发动机领域因受空间制约，应用
7、流量小于 0.8kg/s增压器效率 压气机最高效率可达 82%，增压器最高总效率可大于 60%压气机最高效率小于 65%性能优点1.利用发动机废气能量，不消耗发动机额外功率，可以有效提高发动机升功率；2.通过回收发动机废气能量进行增压，可以有效改善燃烧效率，增压后油耗率可降低 10%左右；3.通过废气涡轮增压技术，可有效改善缸内燃烧，降低废气中颗粒含量，同时降低碳氢、一氧化碳等有害物质的含量；4.具有高原补偿功能，减缓高原功率下降1.利用传动装置，可在发动机低速工况下产生较高的增压效果，解决增压迟滞问题；2.发动机排气阻力较小，泵气损失小，具有较高的充气效率；3.机械增压器旋转部件温度低，对材
8、料及制造工艺要求较低缺点1.采用废气推动增压器工作，在发动机低速工况下及加速工况下，存在增压迟滞问题；2.直接利用发动机排出的高温废气，所以整个装置的热负荷问题较为严重，需要采用耐高温材料和精密的制造工艺保证；3.对大气温度及排气背压比较敏感，需经过复杂的匹配和试验过程以保证发动机性能；4.对发动机系统的冷却、润滑及清洁要求较高，需要定时维修保养1.直接消耗发动机功率，在高速工况下，消耗发动机功率较大，需要找一个平衡点进行匹配，发动机高速无法匹配机械增压器，必须脱开，所以在高速工况下无法起到增压效果；2.体积较大，同时需要复杂的传动机构将发动机的转速进行放大；3.存在大量的配合间隙，容易损坏和
9、产生噪音；4.成本较高，市场保有量较低应用领域占据市场的绝对主导地位，已普遍应用在乘用车、商用车等车用内燃机市场以及农机、船舶、矿山机械、工程机械、军用动力、发电机组等非车用内燃机领主要应用高端乘用车内燃机和航空发动机，大部分作为二级增压的低速匹配部分与涡轮增压器共同存在占增压器比重国内增压器市场基本全部为涡轮增压由于机械增压技术在国内起步较晚且技术应用领域主要为高端乘用车和航空发动机，在国内的市场实际应用尚未广泛推广发展方向1.向满足小排量内燃机的高速微型车用内燃机增压器发展；2.向满足快速响应、耐更高排温的汽油内燃机增压器方向发展；3.向满足更高升功率内燃机的高增压和超高增压方向发展（包括
10、二级增压系统）；4.向满足更高 可靠性、更高排温和更强密封性能的高可靠性涡轮增压方向发展；5.向满足内燃机更高排放水平；具有更高只能控制水平的可变截面涡轮增压器方向发展向机械增压器与涡轮增压器联合运行的二级增压系统方向发展，主要应用于高端乘用车市根据性价比比较，中短期来看。在汽车上将更多的会采用废气涡轮增压器。长期来看，随着电控技术的规模化开发与普及，性能更好的电辅助涡轮增压器将会逐渐普及。1.1.3 涡轮增压器主要结构与工作原理废气涡轮增压器主要由涡轮室、压气机（即增压器）、轴承与增压控制系统组成。1）压气机一般涡轮增压器压气机是离心压缩机，并由三个基本部分组成：压气机叶轮，扩压器和压壳。随
11、着叶轮的旋转，空气被轴向吸入，加速到高的速度，并在径向方向上排出。扩散段减缓气流速度，总体上没有损失，从而使压力和温度上升。扩散段由背板和压壳流道的一部分组成，收集的空气在达到压气机出口前速度变慢。2）涡轮室涡轮增压器的涡轮室包括涡轮和涡壳，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
12、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。3）轴承系统涡轮增压器的曲轴和涡轮转数可达每分钟300,000转。其寿命与发动机寿命相同，为一辆普通汽车行驶 1,000,000 公里花费的时间。只有涡轮增压器专用滑动轴承才能满足这一需求，且成本较为合理。轴承系统主要有径向轴承系统和轴向止推轴承系统。4）增压控制系统乘用车涡轮增压发动机驾驶性能必须满足与同输出功率的自然吸气发动机相同的高要求。这意味着，在发动机低转速时必须具有十足的增压压力。这只能在涡轮端的增压压力控制系统上实现。涡轮端的旁通阀是增压压力控制的最简单方式。通过选
13、用较小尺寸的涡轮，在发动机低转速时，可以得到很好的扭矩特性，并实现良好的车辆驾驶性能。采用这种设计，在达到最大扭矩之前，将会产生更多的废气。因此，一旦实现特定的增压压力，废气流的一部分被送入旁通阀排出。旁通阀打开或关闭通常由一个弹簧加载的膜片根据增压压力进行调节。现在电子增压控制系统越来越多地应用于乘用车柴油和汽油发动机上。相比只能充当一个满负荷的压力限制器的纯粹气动控制，电子增压控制系统可以优化压力设定。此操作考虑各种参数，如增压空气温度，时间提前量和燃料质量。阀盖的操作对应于前面描述的执行器。执行器的振动膜片根据调制的控制压力进行调节，而不是完整的增压压力。1.1.4 涡轮增压技术分类目前
14、涡轮增压技术主要有混流式涡轮增压技术、可变涡轮增压技术、两级涡轮增压技术、电辅助涡轮增压技术。1）混流式增压技术混流式涡轮也称斜流式涡轮，是一种介于径流式涡轮和轴流式涡轮的一种中间形式。这种涡轮的叶片进口倾斜，使得气流能很好的适应叶型的变化而平缓的过渡至轴向，并且可以有效的防止叶轮出口外径增大带来的轮缘处气流脱离现象，使叶轮的内部流场大为改善，与同轮径的径流式涡轮相比，流通能力增加约 40%，可以满足涡轮增压器向高速、大容量变化发展要求。2）可变截面涡轮增压技术（VGT）可变截面涡轮增压器主要有两种结构，即可动舌片增压结构和可变喷嘴增压结构。可动舌片增压结构的工作原理为：在涡轮进气截面后加摆动
15、舌片，通过舌片的摆动，改变蜗壳的面径比，调节进气量。当发动机低速运转时，减小面径比，提高涡轮转速，增加进气压力；当发动机高速运转时，增加面径比，提高进气量，保证发动机的动力输出。可动舌片增压结构简单，调节方便，易实现自动控制，但由于流动损失较大且调节范围有一定限制，效率低。一般无叶径流式涡轮机采用可动舌片增压结构。可变喷嘴增压结构（VNT）的工作原理：涡轮外围的叶片为可变喷嘴叶片，在发动机低速或怠速运行时，喷嘴叶片关闭或开度很小，增加进气压力，以提高发动机的低速转矩和响应性；当发动机高速转动时，喷嘴叶片全开或开度较大，增加进气量，保证发动机的动力输出。一般叶径流式涡轮机采用可变喷嘴增压结构。这种结构不能彻底消除涡轮迟滞问题，并且设计制造难度大，生产成本高，主要适用于大排量重型车用涡轮增压发动机。3）二级涡轮增压技术二级涡轮增压技术，是指在发动机进气系统中采用两个相互独立的涡轮增压器，实现增压器与发动机在更大工况范围的良好匹配。主要 工作原理：在发动机低速运转时，只有小涡轮增压器工作，此时较少的排气即可驱动涡轮高速旋转产生足够的进气压力，改善发
