发动机废气涡轮增压

1、发动机废气涡轮增压w增压：为提高平均有效压力以增加气缸内封存气体密度的方法。（广义上，增压：为提高平均有效压力以增加气缸内封存气体密度的方法。（广义上，凡是能够将内燃机进气密度提高到高于周围环境密度的一切方法，都称为增凡是能够将内燃机进气密度提高到高于周围环境密度的一切方法，都称为增压。）压。）w目的：通过增加充气量，以提高功率，改善经济性和排放性目的：通过增加充气量，以提高功率，改善经济性和排放性w提高发动机功率的途径：提高发动机功率的途径：31030niVPPhmee第一节第一节 概述概述改变结构参数。增加改变结构参数。增加i、Vh(D、S)，减少，减少，但体积和重量增加，但体积和重量增加

2、提高转速。但充量系数和机械效率减少，机件寿命减少，噪音提高转速。但充量系数和机械效率减少，机件寿命减少，噪音大大提高平均有效压力提高平均有效压力Pme。提高平均有效压力提高平均有效压力Pme 方法：方法：减少过量空气系数、提高充量系数、增加充气密度（增压）减少过量空气系数、提高充量系数、增加充气密度（增压）增压度增压度k：发动机在增压后增长的功率与增压前功率：发动机在增压后增长的功率与增压前功率之比之比k范围为范围为10%60%。大部分为。大部分为20%30%。增压比增压比 k：进入气缸的气体压力：进入气缸的气体压力Pk与大气压力与大气压力P0之比之比增压的范围增压的范围:低增压：低增压： k

3、 1.31.6（内燃机平均有效压力（内燃机平均有效压力pme0.710MPa）中增压：中增压： k 1.62.5（pme1.01.5MPa）高增压：高增压： k 2.5 （pme 1.5MPa）；）；超高增压：超高增压： k 4.55.5（pme2.53.5MPa）。）。增压中冷技术增压中冷技术w增压空气温度增加，在柴油机中引起增压条件下进气密度减小，增压空气温度增加，在柴油机中引起增压条件下进气密度减小，即在保持不变过量空气系数即在保持不变过量空气系数下，意味着功率下降，不然需要进一下，意味着功率下降，不然需要进一步提高增压压力，但柴油机机械负荷又要增加。虽然气缸内工质步提高增压压力，但柴油

4、机机械负荷又要增加。虽然气缸内工质温度提高有利于柴油机的燃烧，但却使燃烧室内受热零件的热负温度提高有利于柴油机的燃烧，但却使燃烧室内受热零件的热负荷增加，排温过高，荷增加，排温过高，NOx增加。汽油机中增压温度升高，除与增加。汽油机中增压温度升高，除与柴油机一样功率下降外，最主要的是爆震倾向增加。柴油机一样功率下降外，最主要的是爆震倾向增加。w一般，当增压空气的压力超过一般，当增压空气的压力超过1.5MPa时，就值得采用中冷。时，就值得采用中冷。w解决空气温度过高的办法就是采用中冷器冷却增压后的空解决空气温度过高的办法就是采用中冷器冷却增压后的空气。气。w增压空气温度每降低增压空气温度每降低2

5、0K，涡轮前的废气温度约可降低，涡轮前的废气温度约可降低20K，燃油消耗率可减少燃油消耗率可减少3g/kW.h。内燃机增压的优缺点内燃机增压的优缺点w改善了发动机性能：改善了发动机性能： 提高了内燃机机械效率；提高了内燃机机械效率； 提高了内燃机的指示热效率；提高了内燃机的指示热效率； 改善了燃烧过程。改善了燃烧过程。w增加了发动机的升功率；增加了发动机的升功率；w扩大了内燃机高原适应性：扩大了内燃机高原适应性：w有利于降低有害气体排放和噪声。有利于降低有害气体排放和噪声。(HC降低，高负荷的降低，高负荷的NOx降低，空气充足使碳烟有所降低；温度高降低，空气充足使碳烟有所降低；温度高使着火延迟

6、期缩短）使着火延迟期缩短）w增加了柴油机的机增加了柴油机的机械负荷；械负荷；w增加了柴油机的热增加了柴油机的热负荷；负荷；w增加了汽油机的爆增加了汽油机的爆燃倾向。燃倾向。优点：优点：缺点：缺点：、机械增压、机械增压w由曲轴经过齿轮增速箱驱由曲轴经过齿轮增速箱驱动压气机。动压气机。w机械增压增压压力高，压机械增压增压压力高，压气机消耗的功率大。为使气机消耗的功率大。为使内燃机机械效率不要过分内燃机机械效率不要过分下降，增压压力下降，增压压力Pk不能过不能过高。高。 Pk 160170 kPaw主要用途：提高发动机低主要用途：提高发动机低速转矩速转矩机械增压器的种类机械增压器的种类w机械增压所用

7、的压气机除离心式压气机外，在车用内机械增压所用的压气机除离心式压气机外，在车用内燃机上常用容积式压气机：燃机上常用容积式压气机：罗茨式；螺杆式；转子活塞式。罗茨式；螺杆式；转子活塞式。、废气涡轮增压、废气涡轮增压w废气涡轮增压利用内废气涡轮增压利用内燃机排气中能量来实燃机排气中能量来实现增压，现增压，油耗率可低油耗率可低5%5%10%10%。w质量功率和体积功率质量功率和体积功率比非自然吸气内燃机比非自然吸气内燃机明显改善，明显改善，一般可提一般可提高功率高功率20%-50%20%-50%，易实现高增压易实现高增压。w可降低排气噪声和烟可降低排气噪声和烟度度。废气涡轮增压的分类废气涡轮增压的分

8、类w废气涡轮增压器主要由压废气涡轮增压器主要由压气机和废气涡轮组成。气机和废气涡轮组成。w压气机主要是离心式的。压气机主要是离心式的。w废气涡轮分：废气涡轮分：轴流式；轴流式；径流式；径流式；斜流式（混流式）。斜流式（混流式）。w由于发动机排气能量利由于发动机排气能量利用的不同，有两种经典用的不同，有两种经典的、基本的增压形式：的、基本的增压形式：脉冲涡轮增压；脉冲涡轮增压；等压涡轮增压。等压涡轮增压。3、复合增压、复合增压4、气波增压、气波增压w气波增压是通过气波增压器利用气气波增压是通过气波增压器利用气体质点和压力波的反射特性，使排体质点和压力波的反射特性，使排气和进气之间进行直接的能量交

9、换，气和进气之间进行直接的能量交换，以增大进气密度。以增大进气密度。w气波增压对内燃机工况反应迅气波增压对内燃机工况反应迅速，使气波增压的加速性好，速，使气波增压的加速性好，且低速时空气的压缩程度高，且低速时空气的压缩程度高，低速转矩好。工作温度低，不低速转矩好。工作温度低，不需要耐高温材料。但体积大，需要耐高温材料。但体积大，噪声大，安装位置受到一定限噪声大，安装位置受到一定限值。匹配要求高，防止窜烟。值。匹配要求高，防止窜烟。、谐波增压、谐波增压ACIS双增压器顺序增压双增压器顺序增压w多缸发动机上使用两台增压器。多缸发动机上使用两台增压器。w在低速时，使用一台增压器以提高废气能量利用效率

10、，改善低速反应在低速时，使用一台增压器以提高废气能量利用效率，改善低速反应性能。性能。w在中高速时，使用两台增压器以保证发动机功率输出。在中高速时，使用两台增压器以保证发动机功率输出。第二节第二节 增压器增压器径流式涡轮的工作原理径流式涡轮的工作原理燃气在涡轮机中的流动：废气在进气涡壳的引燃气在涡轮机中的流动：废气在进气涡壳的引导下均匀地进入涡轮，并推动涡轮高速旋转，导下均匀地进入涡轮，并推动涡轮高速旋转，实现压力能与机械能的转换，低压废气从涡实现压力能与机械能的转换，低压废气从涡轮中心轴向流出。轮中心轴向流出。 喷嘴叶片环上均匀安装带有一定倾角的叶片喷嘴叶片环上均匀安装带有一定倾角的叶片组成

11、多个渐缩通道，使部分压力能转变为动组成多个渐缩通道，使部分压力能转变为动能，便于高速气流均匀而有序地进入涡轮叶能，便于高速气流均匀而有序地进入涡轮叶轮。轮。离心式压缩机工作原理离心式压缩机工作原理主要参数主要参数：压气机转速：压气机转速增压比增压比 k=pk/p0质量流量质量流量mk或容积流量或容积流量V0压气机转速压气机转速nk 每分钟可达几万转甚至十几万转每分钟可达几万转甚至十几万转压气机的绝热效率压气机的绝热效率压气机特性曲线压气机特性曲线压气机转速压气机转速不变时不变时，各特性与各特性与空气流量空气流量间的关系间的关系压气机的喘振与堵塞压气机的喘振与堵塞 压气机流量很小时，气流会出现强

12、烈的振荡，引起工压气机流量很小时，气流会出现强烈的振荡，引起工作轮叶片强烈振动，并产生很大的噪声，压气机的出口作轮叶片强烈振动，并产生很大的噪声，压气机的出口压力显著下降，并伴随很大的压力波动，此现象称为压压力显著下降，并伴随很大的压力波动，此现象称为压气机的喘振。气机的喘振。 当压气机工作在喘振线右侧时当压气机工作在喘振线右侧时，其工作是稳定的；而其工作是稳定的；而当处于喘振线左侧时，压气机的工作就变得不稳定甚至当处于喘振线左侧时，压气机的工作就变得不稳定甚至有危险了。有危险了。 随着流量和转速的增加，喘振点对应的增压比是向增大方随着流量和转速的增加，喘振点对应的增压比是向增大方向移动的向移

13、动的在压气机的某一转速下在压气机的某一转速下，通过压气机的气体通过压气机的气体流量随增压比的降低而增加。当流量增加到流量随增压比的降低而增加。当流量增加到一定数值后一定数值后，压气机通道中的某个截面达到压气机通道中的某个截面达到临界条件。当增压比继续降低时，气体流量临界条件。当增压比继续降低时，气体流量却不再增加，此时的气体流量称为堵塞流量，却不再增加，此时的气体流量称为堵塞流量，也是该转速下压气机所对应的最大流量。也是该转速下压气机所对应的最大流量。可变进气道增压器可变进气道增压器w低速时使用一个进气通道；低速时使用一个进气通道；高速时，进气量大，使用高速时，进气量大，使用两个通道，可以改善

14、增压两个通道，可以改善增压发动机的过渡性能。发动机的过渡性能。可变进气道增压器性能可变进气道增压器性能可变喷嘴环增压器可变喷嘴环增压器w低速时，喷嘴角度低速时，喷嘴角度小，流通截面小；小，流通截面小；高速时喷嘴角度大，高速时喷嘴角度大，流通截面能保证涡流通截面能保证涡轮从废气中获取足轮从废气中获取足够能量达到压气机够能量达到压气机的需求。的需求。各喷嘴环各喷嘴环1通过轴销通过轴销2固定在涡壳固定在涡壳5上，再经传动杆上，再经传动杆3与喷嘴控制盘与喷嘴控制盘4相连。转动相连。转动喷嘴控制盘即可改变喷嘴环的角度。喷嘴控制盘即可改变喷嘴环的角度。通过调整涡壳通过调整涡壳5与涡轮与涡轮叶轮叶轮6之间的

15、喷嘴环角之间的喷嘴环角度来调整涡轮流通截度来调整涡轮流通截面。面。可变喷嘴环增压器特性可变喷嘴环增压器特性w左图中左图中是喷嘴环角度以是喷嘴环角度以此减小的情况。随着内燃机转此减小的情况。随着内燃机转速下降，压气机的增压压力不速下降，压气机的增压压力不但没有下降，反而提升到高转但没有下降，反而提升到高转速水平，从而保证增压内燃机速水平，从而保证增压内燃机的低速性能。的低速性能。w可调喷嘴环用于增压器与内燃可调喷嘴环用于增压器与内燃机的高速匹配。通过可调喷嘴机的高速匹配。通过可调喷嘴环改善低速性能。环改善低速性能。可变涡轮喉口截面增压器可变涡轮喉口截面增压器1.压气机；压气机；2.可变喉口截面调

16、整板；可变喉口截面调整板；3.调整板及调整机构；调整板及调整机构；4.操纵机构；操纵机构；5.操操纵机构控制电磁阀；纵机构控制电磁阀；6.涡轮；涡轮；A.最小喉口截面；最小喉口截面；B.最大喉口截面最大喉口截面低速高速可变涡轮喉口截面增压器工作原理可变涡轮喉口截面增压器工作原理w可变涡轮喉口截面增压器是再废气量不变的情况下改变进入可变涡轮喉口截面增压器是再废气量不变的情况下改变进入涡轮的状态参数，从而改变从废气中获取能量的大小。小喉涡轮的状态参数，从而改变从废气中获取能量的大小。小喉口截面将使进入涡轮的废气加速，作用在涡轮叶片上的冲击口截面将使进入涡轮的废气加速，作用在涡轮叶片上的冲击力增加（

17、此时涡轮效率将有所降低），空气增压压力增加，力增加（此时涡轮效率将有所降低），空气增压压力增加，从而满足内燃机在低速小负荷时的需要。内燃机在高速大负从而满足内燃机在低速小负荷时的需要。内燃机在高速大负荷时，可以保证涡轮在高速范围运行，这时喉口截面处于最荷时，可以保证涡轮在高速范围运行，这时喉口截面处于最大位置，排气背压最小，涡轮效率最大。大位置，排气背压最小，涡轮效率最大。w可变喉口截面控制板可以由电磁阀进行无级调整。可变喉口截面控制板可以由电磁阀进行无级调整。可变叶片增压器可变叶片增压器w可变喷嘴环技术类似，通过压气机结构（叶片角度）的变化，来调整增压可变喷嘴环技术类似，通过压气机结构（叶片

18、角度）的变化，来调整增压压力与发动机转速负荷的匹配关系。压力与发动机转速负荷的匹配关系。w多个可变叶片，效率高，但结构复杂，成本高、体积大。多个可变叶片，效率高，但结构复杂，成本高、体积大。三菱多阀VG增压器本田可变叶片增压器废气放气增压器废气放气增压器w车用增压内燃机为获得低速大车用增压内燃机为获得低速大转矩和良好的加速性能，涡轮转矩和良好的加速性能，涡轮增压器一般按内燃机低速、小增压器一般按内燃机低速、小流量设计。流量设计。w轿车用增压器设计转速为内轿车用增压器设计转速为内燃机标定转速的燃机标定转速的40%左右。左右。w公共汽车、重型车用的增压器设公共汽车、重型车用的增压器设计转速为内燃机

19、标定转速的计转速为内燃机标定转速的60%左右。左右。w高速时，将会使增压压力过高速时，将会使增压压力过高，增压器超速，柴油机爆高，增压器超速，柴油机爆发压力过大，汽油机容易引发压力过大，汽油机容易引起爆震。起爆震。w为此，设计增压器常增加废气放为此，设计增压器常增加废气放气阀，在高速时将一部分废气旁气阀，在高速时将一部分废气旁通掉，加以控制增压压力。通掉，加以控制增压压力。废气废气放气放气增压增压器工器工作原作原理理w废气门废气门3与增压器与增压器2的涡轮并联地连接在内燃机的涡轮并联地连接在内燃机1的排气管上。废气门的阀门固定在膜片上，的排气管上。废气门的阀门固定在膜片上，膜片上部通大气，并受

20、弹簧的作用，下部与压气机出口的增压空气相通。平时，弹簧将废膜片上部通大气，并受弹簧的作用，下部与压气机出口的增压空气相通。平时，弹簧将废气门的阀门压在阀座上，内燃机排气管来的废气不能经阀门旁通到涡轮出口的排气管内。气门的阀门压在阀座上，内燃机排气管来的废气不能经阀门旁通到涡轮出口的排气管内。w一旦增压压力对膜片的作用超过弹簧的预紧力，废气门打开，一部分废气不经涡轮一旦增压压力对膜片的作用超过弹簧的预紧力，废气门打开，一部分废气不经涡轮直接从涡轮出口排入大气中。涡轮作功减小，空气的增压压力回落，以实现空气增直接从涡轮出口排入大气中。涡轮作功减小，空气的增压压力回落，以实现空气增压压力的自动调节。

21、压压力的自动调节。进气回流增压器进气回流增压器w为避免由于负荷突变及环境变化为避免由于负荷突变及环境变化而使压气机出现喘振而损坏增压而使压气机出现喘振而损坏增压器，在增压器的压气机进口装上器，在增压器的压气机进口装上整体式的回流阀。整体式的回流阀。w当进气管压力低于某一值时，作当进气管压力低于某一值时，作用在回流阀上的进气管压力、弹用在回流阀上的进气管压力、弹簧压力和压气机出口的空气增压簧压力和压气机出口的空气增压压力不平衡，回流阀顶开，压气压力不平衡，回流阀顶开，压气机出口的空气通过回流阀和回流机出口的空气通过回流阀和回流通道进入压气机进口，以增加通通道进入压气机进口，以增加通过压气机的空气

22、量。过压气机的空气量。第三节第三节 汽油机增压技术汽油机增压技术一一、汽油机增压的特点、汽油机增压的特点 1、爆燃爆燃 混合气压缩后的压力、温度增高，将促使爆燃的发混合气压缩后的压力、温度增高，将促使爆燃的发生。生。 2、混合气的调节、混合气的调节 传统化油器使用增压技术后难以精确控制混合气的传统化油器使用增压技术后难以精确控制混合气的浓度浓度。 3、 热负荷热负荷 汽油机的过量空气系数小，燃烧温度高。增压后，汽油机的过量空气系数小，燃烧温度高。增压后，汽油机的整体温度水平提高，热负荷问题加重。汽油机的整体温度水平提高，热负荷问题加重。 4、对增压器的特殊要求、对增压器的特殊要求 汽油机增压比

23、低、流量范围广、热负汽油机增压比低、流量范围广、热负荷高、最高转速高且转速变化范围大。要求增压器体积小荷高、最高转速高且转速变化范围大。要求增压器体积小、耐高耐高温温 、转动惯量小、工作范围大、转动惯量小、工作范围大，等。等。二二、汽油机增压技术措施汽油机增压技术措施1、降低压缩比、降低压缩比 防止爆燃现象发生防止爆燃现象发生2、增压压力控制系统、增压压力控制系统 控制增压压力过大控制增压压力过大 3、减小增压后的、减小增压后的“反应滞后反应滞后”现象现象4、燃料供给系统的调整、燃料供给系统的调整 汽油泵汽油泵 汽油泵供油压力随增压压力变化汽油泵供油压力随增压压力变化 点火提前角调整点火提前角

24、调整 可变点火正时可变点火正时 不只是涡轮增压不只是涡轮增压 按进气方式的不按进气方式的不 同，可以分为：同，可以分为： 机械增压、涡轮机械增压、涡轮 增压、复合增压增压、复合增压 和气波增压。和气波增压。 工作原理工作原理 废气顺着涡轮壳冲击在涡轮上，废气顺着涡轮壳冲击在涡轮上，经过进气道后，速度迅速提高并将涡轮提高到约经过进气道后，速度迅速提高并将涡轮提高到约2020万转万转分，之后排入大气。分，之后排入大气。 在另一端压气机壳内是同样高速运转着的压气机轮在另一端压气机壳内是同样高速运转着的压气机轮，它的转速跟涡轮一样。其作用是将高压新鲜空气供给，它的转速跟涡轮一样。其作用是将高压新鲜空气

25、供给发动机。发动机。 小提示 在高速行车后，不要突在高速行车后，不要突然熄火，因为此时涡轮的然熄火，因为此时涡轮的温度非常高。最好再怠速温度非常高。最好再怠速运转一两分钟，使增压装运转一两分钟，使增压装置有一个冷却的过程。置有一个冷却的过程。1.8 T 1.8 T ？T T就代表就代表着这个发着这个发动机是涡动机是涡轮增压的轮增压的 增压器的作用增压器的作用 增压主要是为了提高发动机的进气量，提高发动机的功率和扭矩。采增压主要是为了提高发动机的进气量，提高发动机的功率和扭矩。采用增压技术后发动机可以提高用增压技术后发动机可以提高3030-100-100的功率，同时还能提高的功率，同时还能提高燃

26、油经济性和降低尾气燃油经济性和降低尾气排放。不过也使引擎和排放。不过也使引擎和增压器的工作温度快速增压器的工作温度快速增加。由于工作环境恶增加。由于工作环境恶劣，每个涡轮增压器的劣，每个涡轮增压器的寿命平均只有寿命平均只有“十万公十万公里里”左右。左右。第四章第四章 燃料与燃烧燃料与燃烧第一节第一节 发动机燃料发动机燃料一、汽油一、汽油1、蒸发性、蒸发性 汽油的蒸发性用汽油蒸发量的汽油的蒸发性用汽油蒸发量的10%、50%、90%、100%时所对应的温度来评定时所对应的温度来评定。2、氧化安定性、氧化安定性 汽油抵抗大气或氧气的作用而保持其性质不汽油抵抗大气或氧气的作用而保持其性质不发生长久性变

27、化的能力。发生长久性变化的能力。3、清净性、清净性 汽油中不稳定的化合物在进气系统的器件上产汽油中不稳定的化合物在进气系统的器件上产生沉淀。生沉淀。 可在汽油中加入汽油清净剂，以保持进气系统的清洁。可在汽油中加入汽油清净剂，以保持进气系统的清洁。4、抗爆性及汽油规格、抗爆性及汽油规格抗爆性是指汽油在发动机气缸内燃烧时抵抗爆抗爆性是指汽油在发动机气缸内燃烧时抵抗爆燃的能力，用辛烷值表示。燃的能力，用辛烷值表示。在规定条件下的标准发动机试验中通过和标准在规定条件下的标准发动机试验中通过和标准燃料进行比较来测定，采用和被测定燃料具燃料进行比较来测定，采用和被测定燃料具有相同的抗爆性的正庚烷中的异辛烷的体积有相同的抗爆性的正庚烷中的异辛烷的体积百分比来表示。百分比来表示。我国无铅车用汽油标准见表我国无铅车用汽油标准见表4-1二二、柴油柴油1、自燃性、自燃性 柴