涡轮增压器结构原理

1、四冲程发动机的工作方式四冲程发动机的工作方式在了解涡轮增压器的原理之前在了解涡轮增压器的原理之前, , 我们应该先了解内燃机的工作我们应该先了解内燃机的工作方式方式. .四冲程活塞发动机四冲程活塞发动机( (柴油型柴油型 / / 汽油型汽油型) )一个工作周期包含一个工作周期包含4 4个冲程，在个冲程，在此过程曲柄轴会完成此过程曲柄轴会完成2 2周完整的周完整的旋转旋转1.1. 吸气冲程吸气冲程 : : 当活塞从上限位点当活塞从上限位点移到下限位点时移到下限位点时, , 进气阀打开进气阀打开, , 空气空气 ( (柴油发动机柴油发动机) ) 或是空气或是空气和燃料的混合物和燃料的混合物 ( (

2、汽油发动机汽油发动机) ) 从进气阀被吸入汽缸内从进气阀被吸入汽缸内. .四冲程活塞发动机的工作示意图四冲程活塞发动机的工作示意图上限位点下限位点进气阀打开排气阀关闭曲柄轴活塞活塞排气阀打开进气阀关闭两个阀门都关闭四冲程活塞发动机四冲程活塞发动机( (柴油型柴油型 / / 汽油型汽油型) )2.2. 压缩冲程压缩冲程 : : 当活塞从下限位点当活塞从下限位点运动到上限位点时运动到上限位点时, , 汽缸内物汽缸内物质的体积被压缩质的体积被压缩. .3.3. 动力冲程动力冲程 : : 当活塞从上限位当活塞从上限位点运动到下限位点时点运动到下限位点时, a) , a) 如果如果是汽油发动机是汽油发动

3、机, , 空气和燃料的空气和燃料的混合物就会被火花塞点燃。混合物就会被火花塞点燃。 b) b) 如果是柴油发动机如果是柴油发动机, , 燃料在高燃料在高压作用下压入汽缸压作用下压入汽缸 ，然后空气，然后空气混合后发生自燃混合后发生自燃. . 四冲程活塞发动机的工作示意图四冲程活塞发动机的工作示意图上限位点下限位点进气阀排气阀曲柄轴曲柄轴四冲程发动机的工作方式四冲程发动机的工作方式四冲程活塞发动机四冲程活塞发动机( (柴油型柴油型/ / 汽油型汽油型) )4.4. 排气冲程排气冲程 : : 当活塞从下限位当活塞从下限位点运动到上限位点时点运动到上限位点时, , 排气阀排气阀打开，废气从排气阀排出

4、。打开，废气从排气阀排出。 基于上述原理基于上述原理, , 我们可以通过我们可以通过以下方法提高发动机的功率。以下方法提高发动机的功率。 增大汽缸的体积增大汽缸的体积 增大发动机的转速增大发动机的转速 使用涡轮增压器使用涡轮增压器四冲程活塞发动机工作示意图四冲程活塞发动机工作示意图上限位点下限位点进气阀排气阀曲柄轴曲柄轴排气阀进气阀四冲程发动机的工作方式四冲程发动机的工作方式发动机输出功率的改善发动机输出功率的改善 增大气缸的体积增大气缸的体积 : : 因为体积增大后进入燃烧室里的空气会增多，所以会燃烧较多的燃料因为体积增大后进入燃烧室里的空气会增多，所以会燃烧较多的燃料释放出更大的能量，从而

5、提高发动机的输出功率。我们可以通过释放出更大的能量，从而提高发动机的输出功率。我们可以通过增加气增加气缸的数量缸的数量或是或是增大每个汽缸的体积增大每个汽缸的体积来达到增大整个系统中气缸体积的目来达到增大整个系统中气缸体积的目的。的。这种方式在大型这种方式在大型 / / 重型发动机中比较有效果重型发动机中比较有效果. . 由于考虑到燃料的消耗和损失由于考虑到燃料的消耗和损失, , 这种增大气缸体积的方式并没有显著的这种增大气缸体积的方式并没有显著的优点。优点。. . 增大发动机的转速增大发动机的转速 : : 通过增加发动机的速率通过增加发动机的速率, , 我们可以得到较大的输我们可以得到较大的

6、输出功率出功率. . 增加单位时间点火冲程的数量增加单位时间点火冲程的数量，可以达到增加发动机速率的目，可以达到增加发动机速率的目的。考虑到机械稳定性极限，这种改善方法是由局限性的。的。考虑到机械稳定性极限，这种改善方法是由局限性的。 而且速度的增加还会使摩擦损失和抽吸损失以指数形式加大而且速度的增加还会使摩擦损失和抽吸损失以指数形式加大 ，同时，同时造成发动机效率下降。造成发动机效率下降。发动机输出功率的改善发动机输出功率的改善 在上述两种方式中，发动机以自动送气的形式工作。在上述两种方式中，发动机以自动送气的形式工作。在吸气冲程时，助在吸气冲程时，助燃空气直接被吸入气缸内。燃空气直接被吸入

7、气缸内。 涡轮增压器涡轮增压器: : 使用涡轮增压器的发动机使用涡轮增压器的发动机, , 助燃空气在进入发动机助燃空气在进入发动机前就已经被压缩了前就已经被压缩了。发动机吸入同样体积的空气，由于是。发动机吸入同样体积的空气，由于是高压气体高压气体, ,燃烧燃烧室里进入了更室里进入了更大量的空气大量的空气。因此，。因此，在发动机转速和气缸体积一样的条件在发动机转速和气缸体积一样的条件下，燃料的量增大，从而使发动机的输出功率增大下，燃料的量增大，从而使发动机的输出功率增大。 涡轮增压器的两种类型涡轮增压器的两种类型1.1. 机械式涡轮增压器机械式涡轮增压器2.2. 排气式涡轮增压器排气式涡轮增压器

8、1. 机械式涡轮增压器机械式涡轮增压器助燃空气被由发动机驱动的压助燃空气被由发动机驱动的压缩机压缩。缩机压缩。但是增大的输出功率会损失一但是增大的输出功率会损失一部分，这是因为损失的部分需部分，这是因为损失的部分需要用来驱动压缩机。要用来驱动压缩机。用来驱动机械式涡轮增压器的用来驱动机械式涡轮增压器的功率占发动机输出功率的功率占发动机输出功率的15%15%。 因此，与具有同样输出功率的因此，与具有同样输出功率的不增压的发动机相比会燃料的不增压的发动机相比会燃料的消耗量比较大。消耗量比较大。这种方式不够经济。这种方式不够经济。涡轮增压器原理涡轮增压器原理四缸机械式涡轮增压发动机的示意图四缸机械式

9、涡轮增压发动机的示意图由发动机驱由发动机驱动的压缩机动的压缩机压缩后的助燃空气压缩后的助燃空气Slide No.71. 排气式涡轮增压器排气式涡轮增压器在排气式涡轮增压器中在排气式涡轮增压器中,用来驱用来驱动涡轮的空气流，通常是一些动涡轮的空气流，通常是一些排出的废气。该涡轮驱动与它排出的废气。该涡轮驱动与它同轴的压缩机。压缩机将助燃同轴的压缩机。压缩机将助燃空气吸入，压缩后提供给发动空气吸入，压缩后提供给发动机。机。 与机械式涡轮增压器不同的是，与机械式涡轮增压器不同的是，排气式涡轮增压器的发动机上排气式涡轮增压器的发动机上没有连接其他的机械装置。没有连接其他的机械装置。涡轮增压器原理涡轮增

10、压器原理四缸排气式涡轮增压发动机的示意图四缸排气式涡轮增压发动机的示意图涡轮涡轮压缩机压缩机压缩后的助燃压缩后的助燃空气空气排出的废气排出的废气涡轮增压器是由公共轴连接的涡轮涡轮增压器是由公共轴连接的涡轮和压缩机构成的。和压缩机构成的。排出的废气驱动涡轮，给压缩机提排出的废气驱动涡轮，给压缩机提供动力。供动力。压缩机将助燃空气吸入，压缩后提压缩机将助燃空气吸入，压缩后提供给发动机。供给发动机。压缩机压缩机 :通常使用离心式压缩机通常使用离心式压缩机涡轮涡轮 :涡轮增压器的涡轮是由涡轮增压器的涡轮是由涡轮叶轮涡轮叶轮和和涡轮壳涡轮壳构成的。构成的。涡轮增压器的结构和功能涡轮增压器的结构和功能涡轮

11、增压器的结构和功能涡轮增压器的结构和功能排出的废排出的废气气进气管进气管压缩机压缩机涡轮叶轮涡轮叶轮连接压缩机和涡轮的连接压缩机和涡轮的公共轴公共轴涡轮壳涡轮壳Slide No.10排气管排气管1. 排气式涡轮增压器的优点燃料的消耗量低于不增压的发动机燃料的消耗量低于不增压的发动机（因为排气式涡轮增压器使用的是（因为排气式涡轮增压器使用的是废气作为动力）。废气作为动力）。功率与负载的比率功率与负载的比率 (千瓦千瓦 / 千克千克) 要要高于不增压的发动机。高于不增压的发动机。可以改善涡轮增压发动机的扭矩特可以改善涡轮增压发动机的扭矩特性性.涡轮增压发动机的高海拔特性好。涡轮增压发动机的高海拔特

12、性好。涡轮增压发动机可在低排量的情况涡轮增压发动机可在低排量的情况下使用。下使用。涡轮增压器原理涡轮增压器原理四缸排气式涡轮增压发动机的示意图四缸排气式涡轮增压发动机的示意图涡轮涡轮压缩机压缩机压缩的助燃空压缩的助燃空气气排出的废气排出的废气涡轮涡轮 :涡轮将气压能转换成机械能，来驱涡轮将气压能转换成机械能，来驱动压缩机。动压缩机。空气由于受涡轮流量截面积的限制，空气由于受涡轮流量截面积的限制，在进口和出口处产生压力差和温度在进口和出口处产生压力差和温度差。差。涡轮将这个压力差转化为动力，来涡轮将这个压力差转化为动力，来驱动涡轮叶轮。驱动涡轮叶轮。涡轮增压器的结构和功能涡轮增压器的结构和功能涡轮增压器的结构和功能涡轮增压器的结构和功能排出的废排出的废气气进气管进气管压缩机压缩机涡轮叶轮涡轮叶轮连接压缩机和涡轮连接压缩机和涡轮的公共轴的公共轴涡轮壳涡轮壳排气管排气管水冷的涡轮壳水冷的涡轮壳 :在进行涡轮增压器设计时也要考虑在进行涡轮增压器设计时也要考虑安全问题。安全问题。例如：轮船的轮机舱中例如：轮船的轮机舱中,要避免因为要避免因为机器表面过热而引起火灾。机器表面过热而引起火灾。因此水冷涡轮壳或是由绝热材料涂因此水冷涡轮壳或是由绝热材料涂层的