第七章 涡轮增压

1、发动机增压概述一、增压的基本概念定义：利用增压器将空气或可燃混合气进行压 缩，再送入发动机气缸的过程。作用：增加每循环进入气缸的新鲜充量密度，使实际充量增加，从而达到提高发动机功率和改善经济性的目的。提高发动机单机功率的方法1. 改变发动机结构参数 缸数i，缸径D，冲程S, 冲程数t;（受安装位置和自重的严格限制）2 提高转速n及活塞平均运行速度Cm; （充气效率和机械效率下降、燃料经济性、发动机运转可靠性、机件寿命、噪声限制）3 提高平均有效压力Pe。（最经济有效的方法） 增压 ®k ®­ Pe­ ®Ne­ 其中 k 充量密度。特性

2、参数（一） 增压比增压比：增压后气体压力与增压前气体压力之比，即k=Pk/P0。（二） 增压度增压度：指发动机在增压后增长的功率与增压前的功率之比。二、增压的分类1按增压比分类 kPe（kP)低增压1.31.67001000中增压1.62.510001500高增压2.51500超高增压3.5 2按增压系统的机构分类1）机械增压系统2）废气涡轮增压系统3）复合式发动机4）组合式涡轮增压系统5）气波增压系统废气涡轮增压的工作原理废气涡轮增压器是利用内燃机排出的部分废气能量，推动涡轮机高速旋转，从而带动安装在同一根轴上的离心式压气机，增大内燃机进气压力的工作机械。种类：按废气在涡

3、轮机中的流动方向分：径流式涡轮增压器轴流式涡轮增压器一、径流式涡轮的工作原理1.功用：将废气所拥有的能量尽可能多地转化为涡轮旋转的机械功。2.组成： 进气壳：废气顺畅流入 喷阻环：废气径喷阻环，使气流速度增大、 动能增大 工作轮：高速气流离心力作用驱动工作轮 高速运动，使压气机工作轮转动 排气壳：废气作功后顺畅排入大气或废气 锅炉 3.工作原理4.涡轮机参数涡轮效率膨胀比气体质量流量涡轮转速5.涡轮特性 转速一定，相似流量随膨胀比的增大而增大。二、离心式压气机的工作原理与特性1、结构： 进气道：收集气流顺畅进入工作轮 工作轮：对气体压缩 扩压器：工作轮出口气体进一步压缩 涡 壳：使增压气体顺畅

4、进入气缸 2、工作原理增压对发动机功率和经济性的影响及其类型一、增压提高了空气的密度增压器的压气机把空气从状态“0”压缩到状态“k”所发生的密度变化。 二、对指示效率的影响表示Pk增加以后，供油系统保持不变，供油提前角也不变，保持=30°的情况，由于增压后要求增加每循环的供油量，为此加大供油持续角，使膨胀冲程后燃增加，传导给冷却水和废气中的热量增大，从而使指示效率下降。改变供油系统的结构参数，如改变凸轮型线，加大柱塞直径，增大供油速率等，使供油持续角保持不变，并且调整供油提前角，使压升比为常数，指示效率反而提高。保持供油系统不变，加大供油提前角，使压力升高比为常数是的试验结果，此时指

5、示效率随Pk的增加而下降，但由于后燃减少，指示效率下降幅度较小。三、对充气效率的影响充气效率随增压压力的增加略有提高，但不明显。充气效率随Tk的增加而提高。四、对机械效率的影响发动机采用涡轮增压后，平均机械损失压力Pm从绝对值来看有所增大，但相对于因增压后而大幅度提高平均指示压力Pi而言，Pm/Pi比值却减小了，机械效率得到了提高。废气涡轮增压系统的两种基本形式两种基本形式：恒压系统和脉冲系统恒压系统与脉冲系统的比较和选择1）脉冲系统由于部分利用了废气的脉冲能量，所以系统的可用能量比恒压系统大。2）脉冲增压系统对气缸中扫气有明显好处。3）在脉冲系统中，由于排气管容积小，当柴油机负荷改变时，排气

6、的压力波立刻发生变化，并迅速传递到涡轮机，引起增压器转速较快的变动，所以脉冲系统的加速性能好。）从废气涡轮的效率来看，脉冲系统的涡轮平均绝热效率比恒压系统的略低。）脉冲系统的废气瞬时流量也是周期性变化的，其瞬时最大流量比恒压系统的流量（相当于脉冲系统的平均流量）大，因此，脉冲涡轮的尺寸较大。其排气管的结构也复杂，受每根排气管联接气缸数目的限制，在一台柴油机上有时不得不采用几个废气涡轮增压器，这就使得整个增压系统变得复杂，柴油机的轮廓尺寸加大。综上：在低增压时，采用脉冲涡轮增压较为有利。而在高增压是则宜采用恒压涡轮增压。但考虑到车用柴油机大部分时间在部分负荷（增压压力较低）下工作，对其转矩特性、

7、加速性能要求比较高，即使是在高增压的车用柴油机上仍常采用脉冲增压系统。废气涡轮增压柴油机的特点和性能一、特点1主要参数的选取适当降低压缩比适当加大过量空气系数2供油系统增加每循环的供油量： 方法：增大柱塞直径，增加供油速率（喷油泵凸轮轮廓线较陡），提高喷油压力以及加大喷油嘴喷孔直径等。减小供油提前角：供油系统材料、流通面积：3配气机构采用较大的气门重叠角，即增加进气门的开启提前角和排气门的关闭迟后角，利用活塞在上止点附近Pk和PT的压力差进行扫气。加大进排气门升程：4进排气系统在脉冲系统中，为了使扫气期间各缸的排气不互相干扰，因此排气管必须分支。分支的原则是一根排气管所连各缸排气必须不相重叠（

8、或重叠很少）。增压柴油机的排气管承受的热负荷很高，排气管开裂是常见的故障。增压柴油机的进气管容积希望尽可能大一些，以减少进气压力的脉动，从而提高压气机效率和改善发动机性能。空滤也应相应增大，以免压气机进口压力损失过大，引起柴油机性能恶化。5冷却增压空气将增压器出口的增压空气加以冷却，一方面可以提高充气密度，从而提高柴油机功率；另一方面也可以降低柴油机压缩始点的温度和整个循环的平均温度，从而降低柴油机的热负荷和排气温度。冷却增压空气的方法，一般是用水和空气在中间冷却气中进行间接冷却。在低增压时没有必要设置中间冷却器。二、性能1低速转矩性能变化2加速性能变差3经济性有所改善4降低了排气污染及噪声5起动和制动有一定困难柴油机起动时，无高温排气，涡轮机无法工作，压气机也不能供气。增压柴油机在起动瞬时的进气压力及温度均不高，加之压缩比较低，起动时