涡轮改装参考手册

1、改装涡轮增压器过程参考增压器爱好者整理20162汽油发动机增压技术的研究过程截止到2015年底。国内配置涡轮增压器的车型已占1/3左右，因此增压器的魅力也不断的吸引着广大车友，整理者出于让广大车友在改装涡轮增压器过程中少走弯路的目的整理此文。然而，任何改装都要与具体发动机对应，那么本文就以东安465Q发动机为研究对象，对增压器和发动机进行了匹配计算，提出发动机进行涡轮增压的技术改造方案，确定了与发动机相匹配的增压器的设计参数范围，并进行了增压器选型，以及对改造的增压发动机进行了台架试验。其中为解决发动机增压后导致的爆震严重，热负荷高等不良现象，对发动机的点火系统，润滑冷却系统，进排气系统等进行

2、了改进。试验研究结果表明，匹配GTl2增压器后，发动机达到了预定的功率，扭矩和油耗等目标，且在运转的范围内没有出现过高的排气温度及爆发压力，增加的热负荷及机械负荷均在允许的范围内。与原非增压发动机相比，增压后发动机的扭矩增加了5004左右，油耗在常用的高转速范围降低了约158，动力性和经济性得到了明显提高。与国内同类机型相比增压后的发动机性能接近排量13升的四气门发动机，使该发动机具有强劲的市场竞争力。本文的理论研究与试验工作为该型发动机的实际应用奠定了坚实的基础。我公司1980年从铃木公司引进F8A发动机，经测绘设计，形成现今的DA462发动机，于当年点火成功，1983年小批量生产，1985

3、年大批量生产，1987年形成5万台的生产能力，至今已有26年的历史，年生产能力达到今40万台。累计销售200多万，微发市场占有率40以上。在此过程中我公司产品开发、技术创新能力取得长足进步，为了提高东安发动机的性能水平，先后独立开发了09升的DA462。IA型发动机和11升的DA465Q1A发动机。随着国家环保事业的发展，又开发了电控燃油喷射系统发动机，在满足排放法规的同时，性能也有所提高。为进一步提高发动机的性能水平，近期又开发了排量11升的四气门的DA468Q型发动机。请参看表11一组数据：表11各机型主要性能指标机型功率(Kw)扭矩(Nm)DA462(化油器)257515DA462-lA

4、(化油器)27259DA465Q(化油器133572DA465Q一1A(化油器)35582DA462(电喷)3l60DA462IA(电喷)3266DA465Q(电喷)35574DA465QlA(电喷)38.583DA468Q(四气门电喷)4584纵观东安发动机的歼发历程，始终有一思想贯穿其中，那就是提高发动机的性能，为了这一目的，在开发中我们采用了如下一些方法：(1)增加排量：加大行程、扩大缸径；(2)电喷系统准确的控制喷油与点火；(3)提高充气效率。理论上提高发动机功率与扭矩只有几个途径：(1)加大缸径与行程，增加排量；(2)提高发动机转速，向高速发动机发展；(3)提高发动机的充气效率，采用

5、四气门，或是增压。前两种方法我们都作过尝试，东安发动机再增加排量，就已超出微车的范围，要涉及匹配车型、市场等一系列问题；提高发动机转速，东安发动机的额定转速本来已经较高，有的高达6000转分，所以在不增加排量和转速的前提下提高发动机的性能，即提高发动机的升功率，只能采用第三种方法，四气门技术我们已经采用，而增压发动机在汽车行业已逐渐成熟，但对东安公司而言，此项目尚属空白。对于发动机来讲，采用增压技术，有诸多优点：(1)能提高发动机的升功率(2)降低比油耗和比重量 (3)减轻排气污染(4)减小发动机所占的空间，适合较小车型(5)降低成本其中降低成本是符合目前东安公司实际的主要优点，详述如下：首先

6、看一下性能指标相同，小排量发动机配置增压系统和大排量不增压发动机的开发和生产成本。为了使比较结果直观，在此以东安发动机开发现状为例。目前的增压发动机是在DA465Q基础上开发的，预计标定性能指标最低为：额定功率：50 kw 扭矩：110Nm如果不搞增压，那么要达到相同性能指标的发动机，其排量必须在13升左右。而这种发动机是东安公司当前没有的，也就意味着必须重新开发。那么随之带来的是高昂的开发费用和建设生产线的巨大投入，初步预计将达到45亿元。也就是说为达到同样的性能，开发增压发动机要节省投入4亿元。在这种相互矛盾的现实条件下，最好的选择就是在现批量生产的小排量发动机上采用增压技术。以实现小排量

7、汽车(发动机)有强的动力性、好的经济性。发动机是以燃料燃烧产生的热能中的一部分转化为机械能而对外做功的，直观表现就是输出的功率(扭矩)。这个扭矩是驱动汽车运动、驱动各种附属装置(空调、动力转向、灯、电动门窗、音响以及其他用电设备等)的唯一动力源。而燃料的热能转化为机械能的效率即发动机的热效率，对于同样的汽油机基本是一定值。而同一种燃料，例如汽油的低热值是固定的，因此燃烧发出的热能是与燃料量成正比的。而燃料量又是与发动机进气量成固定比例的。无论发动机保持理论空燃比还是加浓的混合气，空燃比相对一定工况是一个常量。最终可以看出，发动机输出的动力决定于每一循环进气量的多少。但是排量一定时，例如DA46

8、5Q为097升，进气量就为定值。如果希望这一机型动力性进一步提高，而基本结构如气缸盖等保持原样(仍为单缸2气门等，可以完全利用现有的生产线)，用O97升这一小排量达到结构基本相当的12升发动机的动力性，那么只有一条切实可行的途径采用增压技术，使吸入气缸的空气预先得到压缩，密度增大，进气量大幅度增加。还有一点也很重要，就是小排量发动机配置增压系统比大排量发动机节省安装空间，可满足东安发动机目前的适配车型(如哈飞“民意”、昌河“北斗星”等)不做大的改动而配置大马力发动机的需求。为此类车型提高市场竞争力，从而拓展东安发动机的生存空间提供了孥实的保障。总而言之，发动机增压是在不增大发动机在整车的安装空

9、间、不投入巨资开发生产大排量发动机而达到提高发动机动力性指标的最主要途径，因此东安公司开发增压发动机势在必行。12汽油机增压技术在国内外发展状况国外涡轮增压技术在发动机中的应用已有80多年的发展历史，但汽油机采用涡轮增压技术比柴油机晚得多。早在20年代赛车就开始采用机械增压，后来逐渐过渡到涡轮增压。尽管美国GM公司早在1962年就有增压汽油机问世，可是由于汽油机存在爆震和运行范围窄等难题，使汽油机涡轮增压技术的应用受到了很大的限制。70年代以来，世界上许多大公司和研究机构开展了车用汽油机增压的研究工作，并取得了突破性进展，使汽油机增压技术不仅仅局限于赛车和高原功率的恢复等特殊领域。特别是随着排

10、放法规同益严格，为满足排放的要求，不得不在性能上做出妥协，发动机的功率下降，使涡轮增压技术得到更为广泛的应用。如采用废气再循环(EGR)技术、三元催化装置后，满足了排放法规的要求，但发动机的功率会下降20左右，而采用涡轮增压可以弥补这一损失。采用EGR和三元催化并增压的发动机和相同功率的非增压发动机相比，增压汽油机的排放得到了改善。正是由于汽油机增压能大幅度提高发动机功率，同时有效改善油耗和排放指标，因此越来越得到广泛的重视和运用。自80年代中期，国外汽油机增压技术发展迅猛，随着中冷器技术、多气门技术、复合增压技术、稀薄燃烧技术、可变气门正时技术的发展、电子控制技术和增压技术在发动机上共同的应

11、用，使汽油机正日益获得新生。如日本三菱公司采用缸内直喷稀薄燃烧技术、增压技术和复合动力系统将汽油发动机改进为低压缩高膨胀循环，使汽油机的热效率大大提高，尾气排放也大大降低，甚至达到部分零排放的要求。尽管我国研究汽油机增压起步并不晚，早在60年代国内就有不少单位陆续开展了研究工作，并在CA一10B和D626110012机型上取得成功。80年代末，清华、西安交大等几家高等院校和内燃机厂也相继对492Q汽油机进行增压研究，然而由于没有很好的解决发动机增压后爆震和热负荷的难题，真正定型生产的还没有。现已有引进产品陆续装车使用，如一汽奥迪轿车和安徽奇瑞轿车的电喷废气涡轮增压汽油机等，但从某种意义上而言，

12、汽油机增压技术目前在我国还处于起步阶段。然而随着引进车型增多，新技术的消化。和国际间的竞争合作，将会推动我国汽油机增压技术的迅速发展。13发动机增压的目的和作用现代各种动力装置对动力性能的要求越来越高，因此就要求发动机不断提高其强化程度。说明发动机强化程度的主要动力指标是升功率NL，可用下式表示：在一定的冲程系数t时，升功率可有两种方式提高，提高平均有效压力Pe或提高标定转速n 。提高转速n 的幅度不大，因为会受到多种因素的限制，包括燃烧恶化，容积效率和机械效率的急剧降低，使用可靠性降低，工作寿命减短以及发动机振动和噪声加大等。一般发动机的转速大多在50006000rrain,相应的活塞平均速

13、度Cm为1220ms。提高升功率的第二个途径是提高平均有效压力Pe 。所幸的是，提高Pe 时发动机机械负荷及热负荷不成比例增加，因此允许只作大幅度提高，甚至可成倍增加。式中，Hu及L0是常数，而对于非增压四冲程汽油机n1=O.24O.33；nV=0.78O.85；nm=O.80O.90。三个效率的提高是有限的，于是非增压柴油机的强化主要是靠减小a来实现的，但是过分减小口会导致发动机热应力提高，燃烧过程恶化，冷却系带走的热量增加，还会使发动机的指示效率下降。所谓增压，就是借助于装在发动机上的专用增压装置，预先压缩进入气缸的空气，以提高进入气缸中的充气密度。增压的作用是，在气缸容积一定的情况下，充

14、气密度越大，新鲜空气的绝对量越大，就可以喷入较多的燃料进行燃烧，发动机就能发出更大的功率、增压后发动机功率的增长程度常以增压度K表示：由公式可以看出，增压度的大小取决于充气密度的提高程度，而s=Ps/RTs ，故充气密度的提高，除了提高进气压力以外，还可以降低进气温度。于是为了增强增压效果，特别是在高增压情况下需要采用进气冷却措施，中冷除了可以提高充气密度以外还可以相应降低排气温度。并对降低发动机热负荷也是有利的。关于增压程度的划分目前尚无统一的规定，但通常以增压压力划分。一般划分的范围为：低增压Ps0.35MPa(Pe 2.OMPa)14发动机增压方式发动机增压按其增压方式可分为四类：(1)

15、不用专门增压装置的增压，包括惯性增压、动力增压、谐波增压等；(2)机械增压，即利用机械传动的增压器进行增压；(3)发动机废气能量驱动增压器，分废气涡轮增压和气波增压两种；(4)复合增压，将废气涡轮增压器和机械增压器串联或并联在一起的双重增压系统，兼顾高低速大小负荷的增压效果。机械增压：早期较多采用离心式压气机，近来发展了各种转子式、叶片式增压器。Ps一般不超过O17MPa，否则压气机消耗功率过大，使整机的机械效率下降，导致燃油消耗率ge增加过多。由于机械增压时，排气背压远远低于涡轮增压，所以机械增压发动机的加速性优于涡轮增压，且发动机的泵气损失小。在增压器发展史上，早期多采用机械增压，后来被新

16、发展起来的涡轮增压取代，近来因为汽油机的转速范围越来越宽，涡轮增压器与其匹配存在一定的困难，再加上小轿车对加速性的要求也越来越高，涡轮增压器已难于胜任，于是又重新启用机械增压。而且目前小汽油机转速高达50006000rmin，新发展的机械增压器转速也只有1000rmin左右，只需传动比为2左右的皮带传动即可，同时小发动机的增压度不高，PsO17MPa，这正是机械增压器的适用范围。涡轮增压：利用发动机排出的废气能量驱动涡轮，再由涡轮带动离心式压气机的方案。其优点在于：(1)发动机重量和体积增加很少情况下，发动机不需作重大改变很容易提高功率2050。由于不象机械增压时压比受到限制，故近年来高增压的

17、趋势越来越明显。高增压时功率提高甚至可大于100。(2)由于废气能量的收回发动机经济性会明显的提高一般由于废气能量的回收能提高经济性34，再加上相对地减少了机械损失及散热损失，提高了发动机机械效率和热效率，使发动机涡轮增压后油耗率降低510。(3)涡轮增压发动机对海拔高度的变化有较高的适应力，在高原地区工作时比不增压发动机功率下降要少的多，故涡轮增压除了用来提高发动机功率外，还可用作高原发动机恢复功率。(4)涡轮增压后排气噪声相对减少，排气烟度及排气中有害成分也减少，故对减少污染是有利的。增压后功率提高甚至可大于100。缺点在于：(1)迄今为止涡轮增压发动机的加速性己接近非增压或机械增压发动机

18、，但仍有差异。(2)与机械增压相比，废气涡轮增压时热负荷问题较严重。(3)对大气温度及排气背压比较敏感，故经常在高背压下工作的发动机不宜采用涡轮增压。增压技术目前在我国还处于起步阶段。然而随着引进车型增多，新技术的消化，和国际间的竞争合作，将会推动我国汽油机增压技术的迅速发展。15汽油机增压的特点车用汽油机的速度和功率范围宽广，工况变化频繁，扭矩储备要大，这些在采用废气涡轮增压后，不采取特殊措施，就会限制它的应用范围。同时，由于汽油机的压缩比较小，造成工作温度比柴油机高，增压后尤为突出。而且汽油机的空燃比由工作循环的性质所决定，需限制在较浓的狭窄范围内；此外，由于汽油机进入气缸的充量是空气和燃

19、料的混合物，故不能采用较大的气门重叠角以增加较多的扫气空气来降低燃烧室零件和排气的温度。对增压汽油机来说，进入气缸的混合气，因受压气机压缩的影响，其温度一般要比非增压高3060左右，这就为加速混合气的焰前反应创造了有利条件；又由于增压汽油机的热负荷高，燃烧室和气缸的壁面温度较高，对新鲜充量的热辐射和热传导都将增加，这也会导致焰静反应的增加，促使正常燃烧速度增加，爆震倾向也增强，从而影响发动机的可靠性与使用寿命。16 本文所做的工作(1)介绍了涡轮增压器的基本构造及工作原理，并阐述了发动机、压气机和涡轮之间良好匹配需要满足的基本原则。(2)依据增压发动机设计工况数据，通过对增压参数的理论计算，并

20、参考国内外同类机型选配增压器的实际情况，为DA465Q发动机初步选配了GTl2涡轮增压器。(3)针对汽油机增压的特点，考虑到汽油机增压后可能出现的一些不利情况，对DA465Q进行了局部改造，并进行了台架试验。(4)对增压后的DA465Q进行了性能分析，结果表明，通过增压较大幅度的提高了该汽油机的动力性与经济性，达到了预先设定的设计性能。第2章 废气涡轮增压的原理涡轮增压器是由涡轮室和增压室组成。涡轮室进气口与排气歧管相连，排气口接在排气管上；增压室进气口与空气滤清器管路相连。涡轮和叶轮分别装在涡轮室和增压室内，二者同轴刚性连接。涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利

21、用发动机排出的废气惯性力冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压缩来自空气滤清器管路的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速加快，废气排出速度与涡轮转速也同步加快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加喷油量和调整发动机转速，就可增加发动机的输出功率。涡轮增压器根据废气在涡轮机不同的流通方向，可分为径流式涡轮与轴流式涡轮两大类。大中型柴油机多采用轴流式涡轮增压器，而对于车用内燃机则多用径流式涡轮增压器。图21为径流式涡轮增压器的结构图，它是由离心式压气机和径流式涡轮机这两个主要部分，以及支承装置、密封装置、冷却系统、润滑系统所组成。21离心式

22、压气机的工作原理211空气在压气机中的流动离心式压气机主要由进气道1、工作轮2、扩压器3和出气涡轮壳4组成，如图22所示。空气沿收敛的轴向迸气道流入时，气流略有加速。 在工作轮入口处，气流的绝对速度是C，由于工作轮绕轴旋转，所以气流将沿相对速度彬的方向流入工作轮叶片所形成的流道。为了减少流动损失，需要将叶片前沿部分顺空气流入的方向弯曲成某一角度，使与气流入口角层基本一致。当空气进入工作轮上叶片组成的流道后，受离心力压缩被甩向工作轮外缘，空气从回转的工作轮上获得了能量，使压力、温度、特别是气流速度均有较大增长。在工作轮出口处气流的方向由出口速度三角形决定，如图23所示，该方向也就是空气流入扩压器

23、时的入口方向C。扩压器为截面逐渐增大的流道，空气流经扩压器时，它所具有的动能，大部分在这里转变为压力能，气流的速度降低，而压力和温度升高。扩压器通常由无叶扩压器与叶片扩压器组成，其结构见图24。无叶扩压器实际上是两侧壁形成的环形空间，高速气流在此环形空间中沿对数螺线运动，气流速度与圆周切线之间的夹角总是不变。它的流动轨迹较长，扩压比较缓慢。为此在无叶扩压器外侧设置叶片扩压器，这时空气的流动轨迹是由叶片所限制的。叶片的存在迫使空气不能沿对数螺线自然运动，而使其沿着此角向增大的方向偏移，因而在相同的直径下，可以获得较大的扩压比，减少了气流运动的轨迹长度和摩擦损失，提高了扩压器效率。蜗壳的作用为收集

24、从扩压器流出的空气，并继续进行空气动能向压力能转变的过程，并将这部分空气输向柴油机迸气管。总之，空气流经压气机的这些流道时，完成一系列功能转换，将涡轮机传给压气机工作轮的大部分机械能转变为空气的压力能。212 压气机的绝热效率压气机的绝热效率是衡量压气机性能的基本指标。实际压气机工作过程完善的程度，经常是以它与理想压气机相比较来评定的。即压缩到同一压力时，在理想压气机中压缩空气的绝热压缩功与在实际压气机中消耗的实际功之比。绝热效率可一说明了在消耗于转动压气机的机械功中有多少是有用部分，表明压气机流通部分的完善程度。目前涡轮增压器上应用的离心式压气机绝热效率为0.6-0.8。213压气机的特性曲

25、线压气机的特性曲线是指在不同转速下，压气机的压力比及效率与空气流量的关系。由于压气机在实际运行中，工况经常变化，为了了解压气机在全部工作范围内气流参数之间的关系，分析在各种工况下压气机运行的完善程度，以及为了获得增压器与发动机之间在全部工作范围内良好的匹配关系，研究压气机特性具有重要的意义。从图25的压气机特性曲线可以看出，当空气沿压气机的等转速线从大流量向小流量变化时，压气机的压比与效率最初有所提高，随着流量减少到某值，压比与效率达到最高，在这以后，流量继续减少，压比与效率反而略有下降。可是当流量进一步减少到某一值后，压气机工作开始不稳定，气流发生强烈地脉动，甚至引起整台压气机剧烈振动并发出

26、粗暴的喘息声，这种不稳定的工况称为喘振。将各种转速下的喘振点连接在一起，就可确定喘振线，压气机只能在喘振线右边的范围内工作。从特性曲线的等效率曲线看，中间是高效率区，高效率区一般比较靠近喘振边界线，沿高效率区向外，效率逐渐下降，特别在大流量及低压比区，效率下降很多。当压气机工作轮转速升高时，流量与压比均有所增加，但转速过高将受到材料机械应力及轴承可靠工作的限制。最高转速只能在某个允许的范围内。由于车用内燃机的转速范围很大，从而要求压气机高效率区的流量范围不宜过窄，为此在增压器研制中常采用具有无叶扩压器的压气机或采用一种具有后弯式的工作轮使之更符合气流在工作流道中的流动规律，以增大高效率工作区的

27、范围。22 径流式涡轮机的工作原理221 燃气在涡轮机中的流动径流式涡轮机主要由进气涡轮壳l、喷嘴环2、工作轮3、出气道4组成，见图26所示。进气涡壳的作用引导发动机的排气均匀地进入涡轮。根据增压系统的要求，蜗壳可以有一个、两个甚至更多的进气口。由发动机进气管中排出的气体具有压力PT、温度TT，并以速度白经进气涡壳流入喷嘴环。在喷嘴环上均匀地安装了具有一定角度的许多叶片，这就使燃气经过叶片间的通道后更具有方向性，使气流更加均匀且有秩序地进入涡轮机工作轮。同时，叶片问的通道面积是渐缩的，使部分压力势能转变为气体的动能，即气体的压力降低到异，温度降低到Z，气体的流动速度增加到a，如图27所示。由于

28、气流在工作轮中是向心流动的，所以工作轮叶片之间的通道也是呈渐缩的形状，气体在通道中继续膨胀，在工作轮出口处压力下降到P2，温度降低到T2，此时气体的绝对速度下降到C2，工作轮或气体的绝对速度C2远远小于Cl，这说明燃气在喷嘴中膨胀获得的动能大部分传给了工作轮。燃气离开工作轮时还具有一定的速度C1，即余速损失。具有一定热能即压力能的燃气在喷嘴环通道中仅部分地得到加速，转变为燃气的动能。而从喷嘴环中流出的具有一定动能及压力能的燃气，在工作轮中将所具有能量的大部分转变为机械功。222涡轮机的特性增压器的涡轮机是利用发动机排出的废气能量转换为机械功的装置。涡轮机效率：现在废气涡轮增压器的涡轮效率一般为

29、nr=0.65-0.85。在涡轮机作变工况运行时，燃气在涡轮机中流动。随着膨胀比增大，流量随之增加，当膨胀比增加到某一临界值时，流量达到最大值，不再增加，这就是涡轮机的阻塞现象。涡轮机流量特性虽受阻塞的限制，但工作范围比压气机大得多，一种涡轮机可以和不同的压气机配套。23发动机与压气机的匹配压气机不但要达到预定的压比，而且要具有较高的效率。压气机效率越高，在同一增压压力时空气温度越低，从而所得到的增压空气密度就越高增压效果也就越好。经过试验测得的压气机特性曲线和发动机在各转速下的耗气特性曲线，见图28。如果发动机的特性线穿过压气机的高效率区，最好发动机的运行线与压气机的高效率圈平行这时匹配最好

30、；如果发动机的运行线位于压气机特性线右侧，如图29，表明所选的压气机流量偏小，使联合工作时压气机处于低效率区，要选较大型号的增压器或加大压气机流通部分尺寸；相反发动机运行线整个偏于压气机特性左侧，如图210，发动机低转速时压气机效率降低，同时高转速时可能出现喘振，需要选较小型号的增压器或减小压气机流通部分尺寸。发动机的耗气特性线应离开压气机喘振线有一定距离，否则在联合工作时可能出现喘振。24发动机与涡轮的匹配径流涡轮本身具有较宽广的高效率区，加上在发动机按外特性工作时u/c0 变化很小，故涡轮效率变化也较小，与压气机相比，涡轮较容易满足这一要求。实践表明，涡轮流通能力大小对匹配性能是十分敏感的

31、，故发动机与涡轮的匹配是否良好主要看涡轮流通能力的选择是否合适。其方法是在涡轮流通特性线上标上发动机的工作线，见图211。如发动机工作线偏离涡轮该型号的流通特性，就应相应选择较大型号或较小型号的涡轮变型。对车用发动机还应同时将标定点和最大扭矩点的工况标在涡轮流通特性上。这时往往会发生这样的情况，某一型号的涡轮流通能力适合于标定点相对最大扭矩点合适，但对标定点又显得过小，这时应根据发动机性能要求进行适当折中。对于车用发动机来说，既要保证在最大扭矩点有足够的增压压力又不要产生标定点出增压器的过度超速、在转速范围十分宽广的轿车发动机上往往这两个要求不能同时兼顾，此时只好求助于增压器的调节。在图21l

32、上，发动机满负荷下等转速线为一垂直的直线，这是因为在该工况下，尽管存在排气脉冲，但由于惯性，涡轮几乎是在等转速运转的。在排气脉冲情况下。涡轮流量是交化的，故在图上同时标出脉冲流量的最大值和最小值。从图2.11上可见，在发动机沿外特性转速在20004500rmin范围内处于涡轮的高效率区。如果要求发动机具有良好的扭矩特性，应设法使涡轮高效率区移向发动机低速处。25压气机与涡轮的匹配251压气机与涡轮的平衡条件压气机与涡轮在稳定运行过程中需满足以下三个平衡条件：(1)转速相等：涡轮与压气机的转速应该相等；(2)流量连续：对于单独运行的一台涡轮增压器，当管道无泄漏时通过涡轮的燃气质量应等于压气机流量

33、与燃料流量之和：(3)功率平衡：在增压器稳定运转时涡轮的输出功率应等于压气机消耗的功率及机械损失之和。252压气机叶轮直径与涡轮直径的关系在实际工作中经常看到压气机叶轮直径砬与涡轮直径研有着各种不同的比例关系，其实从功率平衡关系可以很方便推导出：图212是不同尺寸的增压器对汽油机加速性及增压压力的影响，从图中可以看出。小尺寸的增压器加速时阉比大尺寸增压器短。图213为小型涡轮增压器对发动机低速性能的影响，采用小涡轮增压器的发动机的低速性能明显优于大涡轮增压器发动机。26发动机与增压器的匹配为发动机选配涡轮增压器时，一般应满足下列要求：(1)发动机应能达到预定的功率和经济指标；涡轮增压器应能供给

34、发动机所需的增压压力和空气流量。(2)涡轮增压器应能在发动机的各种工况下稳定地工作，压气机不应出现喘振或堵塞现象。(3)涡轮增压器应在发动机的各种工况下都能高效率的运行。发动机和涡轮增压器的联合运行线应穿过压气机的商效率区域，且尽可能和压气机的等效率曲线相平行。(4)涡轮增压发动机在各种工况下都能可靠的工作，如涡轮增压器在发动机满负荷时不出现超速，内燃机不出现排气超温，因而涡轮进气不超温等。基于以上基本原则，由增压器总效率可得可知，当J一定时，对应于一个t(Pc)就有一个值，可用曲线形式表示为对于一定的发动机，涡轮前废气温度的范围是有限的，故如果nTC越高，则对应于C的t值就越低，也即进排气压

35、力差Pc-t越高，也越能进行良好的扫气，从图214上也可以看出，当J=nTCTT/T0l时。采用等压系统是不能扫气的(因为此时Pc5006最大扭矩 Nm7411007发动机排量ml97097008发动机压缩比-888O09外特性最低比油耗g/kWh275=27510发动机怠速转速rpm85085011发火顺序 -1342134212燃料供给形式-进气道喷射进气道喷射13排放要求 -国5国514单缸进气门数 -ll15单缸排气门数 -l116燃油牌号 -92#92#17增压空气是否中冷-中冷18增压方式-恒压依据增压后发动机的设计参数及原机结构参数，增压参数的理论计算如下：设计的原始数据：D=6

36、5.5mm，S=72mmVn=970mL，原机Ne为35.5kW/5000r/min增压后要求Ne 50kW/5000r/min设计点的选择：为了保证发动机有良好的扭矩特性，设计点选择在n=4000r/min，Po=100kPa，to=30，Ne=46.9kW，Ge 275g/(kWh)增压参数的确定： 选取发动机过量空气系数a = l容积系数nr=0.98扫气系数ns=1.0扫气过量空气系数s =nvns=1此时发动机处于功率加浓状态，故L0取13.0 。增压发动机所需空气量为：323增压器型号的确定依据以上理论计算结果，经我们一段时间的了解和调查，目前国内尚没有1.0升左右的增压汽油机，也

37、没有满足该排量的小型增压器。但在巴西大众有一款1.0升的增压汽油机，该汽油机的增压压力达到了2.2MPa，使用的增压器GTl2为美国霍尼韦尔公司的产品。我们的发动机排量与其相当，技术上可以借鉴，经我们与霍尼韦尔公司进行技术协调后，认定其产品能满足我们发动机的需要，因此，我们决定首先选用GTl2增压器进行DA465Q发动机的增压开发，其外形见图3.2。压气机特性见图3.3所示。324 GTl2增压器压气机的特性曲线在如下条件下我们做了压气机性能实验：润滑油进口油压0.2O.4MPa润滑油进口油温4585润滑油出口油温120涡轮前进口温度750测得GTl2增压器压气机的特性曲线如下图3.3所示。由

38、图33可以看出，压气机具有宽大的高效率圈，效率在75以上的流量范围宽广，而且喘振线及流量范围适当左移，偏向小流量方向，增加了配机喘振预度。325进气量可调节的增压器在发动机高转速区，涡轮转速也高，压缩的空气量过多：在发动机低速区，涡轮达不到所要求的转速，压缩空气不足，功率不够。为此进行进气量调节，如图34所示，当节气门关闭将在增压器的进气压缩部分管路中产生持续升高的压力(此时气体几乎不能流动)，涡轮受到很大的制动阻力；当节气门开启后，又要希望增压器尽快的升至工作转速，为解决这一问题便采用了压力保护调解。完成该项功能的就是旁通阀，它为气动元件。具体执行是由气压来操纵膜片弹簧来实现旁通阀的开启。当

39、真空度较大时膜片弹簧被吸上行阀门打开；反之则旁通阀关闭。要节气门关闭旁通阀就在增压管路中形成小循环，如此可避免涡轮被阻力制动。当节气门重新开启时进气岐管真空度下降，旁通阀在膜片弹簧作用下回位，处于关闭状态，小循环回路断开，进入压力调节状态。326 DA465Q发动机增压后的工作过程一般来讲，发动机每循环经过吸气，压缩，作功，捧气四个过程。安装废气涡轮增压器后，其工作过程为先期压缩(在增压器)-h经过中冷器中进行冷却一吸气-压缩寸做功一释放至涡轮一排气。如图35所示。废气增压器通过压缩吸入空气，使空气密度增加，于是每个进气冲程进入燃烧室的空气量增加，从而增加氧含量，达到快速燃烧的目的，提高功率和

40、扭矩。33本章小结图35增压发动机的工作过程本章详细介绍了DA465Q汽油机的技术参数，依据增压后所要求达到的动力性、经济性指标参数，从理论上计算了适合该发动机需求的增压器参数，并结合实际情况，初步确定使用GTl2涡轮增压器对DA465Q进行增压，同时给出了GTl2涡轮增压器的外形图以及压气机特性图，筒透增压后发动机的工作过程。41增压后发动机的强化及设计要求发动机增压后，由于平均有效压力的增加，由惯性力引起的应力增加，轴承承受的压力，运动件的交变应力增加，因此需要对发动机进行强化，需要强化部件如下：(1)曲轴连杆部分(2)活塞(3)机油泵的输送能力(4)点火与配气系统(5)缸盖螺栓需要加强(

41、6)采用高负荷轴承发动机增压后，可能会出现热负荷问题，因此要考虑冷却问题：(1)活塞的内侧冷却(2)耐高温排气门(3)优选材料的排气歧管和紧固件(4)更好的冷却系(5)增加机油冷却系(6)增加中冷器42方案的具体实施421降低压缩比汽油机的增压由于受爆震的限制必须降低压缩比，经验公式确定：对于自然吸气式发动机来说，降低压缩比会降低循环的热效率，最终使发动机的经济性变差。但是对增压发动机来说，降低压缩比固然使发动机气缸内燃气的完全膨胀程度降低，但排入排气管中的废气能量增加，它可以在增压器的涡轮中继续膨胀而得到利用。同时，由于压缩比降低以后由爆震极限所决定的最大点火提前角可以增大，从而改善了混合气

42、的燃烧，使循环的经济性得到提高。其结果不仅能够补偿因降低压缩比所造成的损失，而且可以进一步提高燃油经济性。由此可知，适当的降低压缩比，对增压发动机的动力性和燃油经济性均是有利的。但是过多的降低压缩比，会使发动机的排气温度升高，使排气及涡轮的热负荷增加，还会使发动机部分工况的动力性和燃油经济性恶化，发动机冷起动困难。从压缩比与增压压力之间的经验公式可能看出，对应于一个增压压力值，就有一个相应的压缩比值，因此对于一个具体的发动机来说，就有一个压缩比与增压压力的最佳匹配问题。解决这个问题就要计算以后，通过发动机的台架试验和汽车的道路试验来验证。降低发动机的压缩比对延长增压发动机的使用寿命也有好处，因

43、为压缩比降低以后发动机的最高燃烧压力降低，相应的发动机的机械负荷也下降，同时最高燃烧温度也随压缩比的降低而降低。因此降低压缩比来实施增压是切实可行的方法。东安系列发动机的燃烧室为半球形，火焰行程短，具有较高的压缩比，要实现增压，必须要降压缩比，经计算为减小爆震倾向DA465Q增压后压缩比降为8。422加装中冷器汽油发动机增压时，提高增压压力主要受发动机暴振和热负荷的限制，降低增压空气温度对减轻暴振和降低发动机热负荷具有较大作用。加装中冷嚣对增压空气进行冷却，以减少充量密度比的降低，增加进气量，降低热负荷。增压空气中冷效果取决与热交换的大小、冷却介质的温度以及冷却介质的流量等因素。充量密度比是一

44、个很重要的参数，因为进入气缸的充量质量越大，产生的功率也越大。当增压压比增加时，空气密度比也同样增加，但是空气冷却越多，温度下降越多，空气充量密度增加也越多。这就是需要对增压后的空气进行冷却的原因，同时降低气缸的进气温度也相应降低了排气温度，对延长排气门的寿命是很重要的。当压缩机效率为65，进气温度为20，增压压力比为1.8时，最低的压缩温度增高为74，可据此进行中冷器的设计，设计很好的中冷器能保持压缩空气温度为50左右。柴油机上的试验证明，增压空气每降低10，循环平均温度可降低2530，燃油消耗率可减少1.5左右，功率可提高2.5左右。423配气相位现代高速性能的汽车发动机，气门重叠角一般较

45、大。增压时，混合气在增压压力作用下，在气门叠开时间内会通过排气门进入排气歧管。这样，一方面将造成燃料的损失；另一方面混合气在排气管中继续燃烧，排温增高，使涡轮叶轮工作温度增高。因此对于气门重叠度较大的汽油机，增压时应适当减小气门重叠角，对于气门重叠角较小的低速发动机可适当增大气门重叠角，以利用扫气降低排气门热负荷，以增加发动机功率。最佳气门重叠角一般要通过发动机台架试验才能最后确定。有柴油机试验证明。进排气重叠角每增加lOA活塞平均温度约降低4左右。值得一提，增加进、排气门间隙与减少进、排气门叠开角一样，有利于经济性和动力性的改善。例：某型号发动机在2000rpm以下的外特性中，气门间隙由原来

46、的0.25mm增大到0.6mm，油耗率下降2.5-5.09/kwh；功率提高0.7kw,：扭矩增大5Nm。在1800rpm的负荷特性中，50kw以下的各工况中，经济性和排气温度有较显著的改善。424润滑与冷却增压后热负荷增加，传给润滑系的热量也相应增加，同时润滑油通过增压器润滑和冷却轴承后温度亦急剧增加，为了使机油不过热，有的增压发动机安装了机油散热器，但是增压器与发动机共用一个润滑系结构简单，便于改装，制作样机时暂时用一个润滑系，缺点是如果油压不能满足增压器轴承润滑的要求，使轴承因机油压力不足而易于磨损，样机因此而不能通过可靠性试验，那么就要考虑增加一个润滑系。在缸体油压传感器旁边油路上开一

47、孔分出一条油路润滑增压器。润滑油路为：缸体增压器进油管增压器增压器出油管机油盘冷却系统由于热负荷的增加，有可能出现过热问题，那么就要考虑加大水泵、加大散热器的容积、提高风扇的转速来解决发动机的过热。问题为简化结构暂用原冷却系统，利用暖风出水管为增压器进行冷却，增压器的循环水路为：节温器座暖风出水管增压器进水管增压器增压器出水管进水管。425 机械强度增压后发动机的最高燃烧压力增大，不仅热负荷增大，由气体负荷决定的机械负荷加大。但采用中等增压度，一般发动机的机械强度是不成问题的，对于东安DA465Q这种小型高速发动机来说，轴承的最高负荷主要是由惯性力而不是气体压力引起的，所以增大气体压力并不会使

48、最高轴承负荷增加很多。同时由气缸壁部的应力来看，也不会有太大问题，这是因为气缸壁厚往往是从铸造和加工工艺的要求出发来决定的，安全系数一般偏大很多。从资料查看一些增压发动机试验数据可以看出，增压发动机的磨损也不比非增压发动机的磨损大。曲轴、连杆等零部件的强度问题(查阅资料表明，DA465Q机增压后的性能指标与4A31机相当，4A31机的缸径65，曲轴主轴径40，连杆轴径36，连杆尺寸也相当)应无问题，暂时只对曲轴进行软氮化处理，可靠性时进行试验考核、验证。不过增压后，最高燃烧压力和温度增大，气缸垫的强度应加强，否则容易冲缸垫。缸体缸盖的连接螺栓强度要足够，力矩也要加大。426 进气系统增压发动机

49、的进气量增加，空气滤清器的尺寸也应相应加大。空气滤清器的布置位置应使压气机的迸气阻力尽可能的小，同时避免靠近排气管、涡壳等具有强烈热辐射的部位，以减小对进气空气的加热。迸气歧管暂时保持不变。将来主要根据结构布置需要再确定是否重新设计。增压发动机进气系统流向如下所示：空气滤清器管路增压器空气入口增压器空气增压后出口管路中间冷却器管路节气门体进气歧管请参看一些实物照片：427 排气系统排气歧管需重新设计，排气总管也要相应加大，以减小涡轮排气阻力。涡轮出口到排气总管之间的过渡应圆滑，并避免截面突然加大而引起涡流。在初期可保持走向不变将增压器接口设计上，将来根据整车的布置需要和可靠性的试验情况考虑进一

50、步的改进方案。值得庆幸的是增压发动机的排气噪声显著下降，因为涡轮具有一定的消音作用。根据增压器利用废气方式的不同，我们制作了两种排气岐管。一种将四个缸的排气支管汇集到一根排气总管上，即建立一套恒压系统，如图412所示。另一种1、4缸和2、3缸的排气管分别使用独立的排气总管，即建立一套脉冲系统，能有效的利用脉冲能，避免扫气干扰，综合性能较好，适合小型发动机。如图413所示。428点火系统发动机都有最佳的点火正时，压缩比、爆震、燃油经济性都与点火角有关。一般来讲点火提前角随燃烧速率的快慢而有所不同，当使燃烧速率加快的因素增加时，点火角减小，反之，点火角加大。发动机增压后，混合气的压力和温度升高，发动机的热负荷较高，这些因素使混合气燃烧速率加快，使爆震的倾向增加，即使加装了中冷器，也要减小点火角来推迟点火时间。但是，随着提前角减小，排气温度升高，热负荷增加，经济性下降。所以如何保证各工况下有合适的点火提前角以达到最佳的动力性和经济性，这是汽油机增压的一个关键问题。对于电喷发动机EcU需要重新标定。对增压车用汽油机来说，应当考虑在不发生爆震情况下，尽量使点火提前角大些，以便求有较低的排气温度。429 活塞的改进在发动机台架电喷系统基