第三章发动机废气涡轮增压(4学时)

第三章

发动机废气涡轮增压主要内容第一节概述第二节废气能量的利用第三节废气涡轮增压器的基本结构和工作原理第四节废气涡轮增压的类型第五节汽油机增压概述第六节车用增压发动机的性能第一节概述1.增压是提高功率的有效途径2.增压度3.增压比4.增压系统的分类按增压比分类

按增压系统的结构形式分类

1.增压是提高功率的有效途径

大量实践证明，提高平均有效压力pme是提高有效功率Pe的主要方法。增大工质密度，是提高平均有效压力pme的最有效方法。

增压、中冷2.增压度定义:发动机增压后增长的功率(Pk-P0

)与增压前的功率P0

之比。

3.增压比（压比）定义:增压后气体压力pk与增压前气体压力p0

之比

。

发动机增压的衡量指标：增压度和增压比4.增压系统的分类按增压比低增压中增压高增压超高增压

按增压系统

的结构形式机械增压系统废气涡轮增压系统复合式增压系统组合式涡轮增压系统气波增压系统

废气动力涡轮进气惯性增压系统组合增压(1)机械增压系统

压气机是由发动机的曲轴通过机械传动系统直接驱动的。主要用于对增压度要求不高的发动机。缺点:消耗发动机的功率，增大驱动附件损失，使发动机机械效率下降，油耗升高。

(2)废气涡轮增压系统

涡轮与压气机同轴相连，从而构成涡轮增压器。涡轮在排气能量的推动下旋转，带动压气机工作，实现对进气的压缩。

目前世界上最成熟、应用最广泛的一项增压技术。

(3)复合式增压系统

将废气动力涡轮与废气涡轮增压器串联起来工作。废气涡轮增压器达到增压的目的，废气动力涡轮将废气能量又送回给曲轴。(4)组合式涡轮增压系统由废气涡轮增压与进气惯性增压组成。除了驱动涡轮增压器外，借助进气惯性增压系统，利用压力峰值可进一步提高增压后的进气压力。(5)气波增压系统由曲轴驱动一个特殊转子，在转子中废气直接与空气接触，利用高压废气的脉冲气波迫使空气在互不混合的情况下受到压缩，从而提高进气压力。增压的优势1.比质量小、升功率大2.降低造价、提高材料利用率3.排气噪声降低、燃烧噪声降低4.有利于高原等稀薄条件工作5.排放降低6.适用性广增压的代价1.热负荷与机械负荷大2.低速时转矩受影响3.加速响应性差4.增压器对发动机性能优化有限制作用第二节废气能量的利用1.废气的最大可用能2.能量传递中的损失3.废气涡轮增压系统的基本形式4.影响脉冲能量利用的因素

1.废气的最大可用能

进气过程混合加热循环排气过程柴油机压气机绝热压缩过程压气机进气过程压气机废气涡轮的进气过程废气涡轮的排气过程涡轮绝热膨胀过程（1）图中曲线所代表过程（总结）1)a~c~z~z'~b~a为柴油机的理论循环；2)6~a为柴油机的进气过程，4~7为排气过程；3)1~2为压气机的进气过程，2~a为压气机绝热压缩过程；4)5~4~T'为废气涡轮的进气过程，K'~2~1涡轮排气过程。柴油机缸内气体膨胀功。柴油机换气功

柴油机指示功

进入发动机气缸并留在气缸内的空气的压缩耗功。扫气空气的压缩耗功，Es。压气机耗功排气门打开时废气等熵膨胀至大气压力时所作的功，Eb

。废气流经排气门和排气支管中自由膨胀所能获得的能量，E1。废气在涡轮中进一步膨胀所回收的能量，ET。柴油机排气能量

扫气空气进入涡轮后具有的能量，

。活塞推出废气使废气增加的能量，

Ec。废气在涡轮中的膨胀功，ET。加热废气，使焓增加而得到的附加能量，Eq。涡轮中废气的总能量

（2）各部分面积所代表能量（总结）

1)面积1~2~a~3~1为压气机耗功；2)面积a~c~z~z'~b~a为柴油机缸内气体膨胀功，面积6~a~4~7~6为柴油机换气正功；3)面积b~9~K'~b为柴油机排气门打开时废气等熵膨胀至大气压力时所作的功；4)面积1~K~T~5~1为涡轮中废气的总能量。排气门打开时废气等熵膨胀至大气压力时所作的功，Eb。活塞推出废气使废气增加的能量，Ec

。扫气空气所具有的能量

，。（3）最大可用能（总结）

柴油机排气门打开时废气等熵膨胀至大气压力时所作的功，面积b~9~K'~b；2)活塞推出废气使废气增加的能量，面积8-9-4-7-8；3)扫气空气所具有的能量，面积1-8-6-3-1。

排气门打开时废气等熵膨胀至大气压力时所作的功，Eb。活塞推出废气使废气增加的能量，Ec

。扫气空气所具有的能量

，。废气流经排气门和排气支管中自由膨胀所能获得的能量，E1。2.能量传递中的损失

——流经排气门处的节流损失；——流经各种缩口处的节流损失；——管道面积突扩时的流动损失；——不同参数气流掺混和撞击形成的损失；——由于气体的粘性而形成的摩擦损失；——气流向外界散热所形成的能量损失。约占总损失的60%～70%3.废气涡轮增压系统的基本形式

从对废气中可用能量E1的利用情况，增压系统可分为两种基本形式：定压涡轮增压系统脉冲涡轮增压系统

3.废气涡轮增压系统的基本形式

不利用E1尽可能利用E1定压增压系统和脉冲增压系统的比较：

废气能量的利用效果发动机气缸内的扫气作用

发动机的加速性能增压器效率

增压系统的结构增压系统的选择原则低增压时，选择脉冲增压系统；高增压时，两种都可以选择，具体应根据实际情况综合考虑（定压增压系统适用于高增压而大部分时间在高负荷运转的发动机，脉冲增压系统适用于变速、变负荷运行较多的场合）。4.影响脉冲能量利用的因素

因素排气门开启定时排气门流通面积排气门开启规律排气管流通面积排气管长度涡轮当量流通面积脉冲增压系统就是要尽可能地利用脉冲能量，而脉冲能量的利用主要取决于排气管中压力波的合理组织。了解！第三节

废气涡轮增压器

的基本结构和工作原理种类：按废气在涡轮中不同地流动方向分：径流式涡轮增压器轴流式涡轮增压器离心式压气机径流式涡轮中间体径流式涡轮机组成工作原理特性曲线

离心式压气机组成工作原理特性曲线

主要内容一、径流式涡轮作用将排气所拥有的能量尽可能多地转化为涡轮旋转的机械功，进而传给与之同轴的压气机，通过压气机尽可能的增加新鲜充量所具有的能量。

2.组成进气蜗壳、喷嘴环、工作轮、出气道等。将发动机与增压器连接起来，把发动机排出的具有一定能量的废气，以尽量小的流动损失和尽量均匀的分布引导到涡轮喷嘴环的入口。截面按一定规律变化，进口多个。使具有一定压力和温度的排气膨胀加速并按规定的方向进入工作叶轮；流通截面呈渐缩形。与压气机的工作轮同轴，把从喷嘴环喷出的高速排气的能量转化为机械能向压气机输出。将做功完了的废气引出增压器。3.工作原理1234（渐缩）（渐缩）4.特性曲线（1）涡轮效率

Def：涡轮将废气能量转换为机械功的有效程度。

涡轮机轴上的有用功废气所拥有的能量（2）膨胀比

Def：涡轮进口气体滞止压力与涡轮出口气体静压力之比

滞止过程：气体在流动过程中，因受到某种物体的阻碍，流速降低为零的过程称为滞止过程。气流滞止时的压力和温度分别称为滞止压力和滞止温度。静压力：空气分子不规则运动而撞击于管壁上产生的压力。（3）气体质量流量

Def：单位时间内通过涡轮的气体质量。

相似流量：

（4）涡轮转速

相似转速：（5）涡轮的特性曲线

涡轮的特性：涡轮在变工况运行时，气流参数之间的关系。

涡轮的阻塞现象。二、离心式压气机1.组成进气道工作轮扩压器出气蜗壳2.工作原理1234（n高）（渐扩）（渐扩）3.特性曲线

（1）主要参数

①增压比②流经压气机的单位流量③压气机转速④压气机的绝热效率

Def：1kg空气的绝热压缩功与实际压缩功之比。质量流量mk容积流量V0（2