第3章发动机废气涡轮增压
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1、第三章第三章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Engine Exhaust-gas Turbo Supercharging第一节第一节 基本概念基本概念 增压增压: : 利用增压器将空气或可燃混合气进行压缩，再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。送入发动机气缸的过程。 增压后，每循环进入气缸内的新鲜充量密度增增压后，每循环进入气缸内的新鲜充量密度增大，使实际充气量增加大，使实际充气量增加, 提高发动机功率、改善经济提高发动机功率、改善经济性和排放特性。性和排放特性。 千方百计增大每循环或单位时间输入发动千方百计增大每循环或单位时间输入发动机的充气量是提高机的充气量
2、是提高整机整机输出功率的直观而有输出功率的直观而有效的方法。效的方法。-增压、二冲程、多气门、提增压、二冲程、多气门、提高转速、进高转速、进/ /排起门动态效应应用等。排起门动态效应应用等。 由于进气压力与输出功率成正比，所以由于进气压力与输出功率成正比，所以增压技术是强化发动机最有效的手段，是增压技术是强化发动机最有效的手段，是发动机技术发展中的一个重要方向。目前，发动机技术发展中的一个重要方向。目前，柴油机中大都采用了增压技术，汽油机中柴油机中大都采用了增压技术，汽油机中的应用也日趋增多。的应用也日趋增多。 增压与自然吸气机型相比，主要是换气增压与自然吸气机型相比，主要是换气过程方面发生变
3、化，并由此引起结构、工过程方面发生变化，并由此引起结构、工作过程和性能的差异。作过程和性能的差异。增压度 增压度是指发动机增压后增长的功率与增压前的在标定工况的输出功率之比。（最高可达300%以上，车用发动机=10%-60% ）按增压比分类按增压比分类: 低增压：低增压： 1.31.6， 700 1000kPa；中增压：中增压： 1.62.5， 10001500kPa；高增压：高增压： 2.5， 1500kPa；超高增压超高增压 4.55.5， 25003500kPa。kmep增压比增压比是指在标定工况时增压后空气压力k与增压前的空气压力之比。k 增压度受到原机型主要零部件的热负荷、机械强度以
4、及动态特性和车辆对转矩加大的适应性等条件的限制，并非越大越好。 增压比与增压度存在一定的非正比函数关系。由于增压比是状态参数压力的比值，在增压机性能分析中应用较广。(1)机械增压机械增压系统系统 发动机输出轴直接驱发动机输出轴直接驱动机械增压器，实现对进动机械增压器，实现对进气的压缩。气的压缩。 增压器有：离心式增压器有：离心式压气机、罗茨式压气机、压气机、罗茨式压气机、螺旋转子式压气机或滑片螺旋转子式压气机或滑片转子式压气机等。转子式压气机等。 用于低增压小功率发动机。用于低增压小功率发动机。图3-1增压的方法多种：增压的方法多种：它的动态特性比废气涡轮增压好，因为机它的动态特性比废气涡轮增
5、压好，因为机械响应比气体相应快，对排气系统没有干械响应比气体相应快，对排气系统没有干扰，但消耗发动机输出功，所以增压比不扰，但消耗发动机输出功，所以增压比不能大。能大。(2)废气涡轮增压废气涡轮增压系系统统 压气机与涡轮压气机与涡轮同轴相连，构成涡同轴相连，构成涡轮增压器。涡轮在轮增压器。涡轮在排气能量的推动下排气能量的推动下旋转，带动压气机旋转，带动压气机工作，实现进气增工作，实现进气增压。压。 广泛应用于柴广泛应用于柴油机。油机。涡轮增压的原理涡轮增压的原理 红色为高温废气，蓝色为新鲜空气红色为高温废气，蓝色为新鲜空气废气涡轮增压器废气涡轮增压器()复合增压复合增压系统系统将废气动将废气动
6、力涡轮与废气力涡轮与废气涡轮增压器串涡轮增压器串联起来工作，联起来工作，称为复合式增称为复合式增压系统。压系统。（废气动力涡轮（废气动力涡轮实质是直接回收实质是直接回收废能。）废能。） (4)组合增压组合增压系统系统 组合式涡轮增压组合式涡轮增压系统由废气涡轮增系统由废气涡轮增压与进气惯性增压压与进气惯性增压组合而成。在该增组合而成。在该增压系统中，除废气压系统中，除废气涡轮增压器外，还涡轮增压器外，还有由稳压箱、共振有由稳压箱、共振管、共振室等构成管、共振室等构成的进气惯性增压系的进气惯性增压系统，利用压力峰值统，利用压力峰值,进一步提高增压后进一步提高增压后的进气压力。的进气压力。 组合增
7、压系指将几种增压方式组合使用。其中一组合增压系指将几种增压方式组合使用。其中一种是机械增压与废气涡轮增压组合，该系统空气先种是机械增压与废气涡轮增压组合，该系统空气先经过机械增压，然后再经过废气涡轮增压，二次增经过机械增压，然后再经过废气涡轮增压，二次增压。目的是为了保证获得起动及低速、低负荷工况压。目的是为了保证获得起动及低速、低负荷工况的增压压力，并可改变低速的转矩特性。多用于大的增压压力，并可改变低速的转矩特性。多用于大型二冲程机。型二冲程机。 另一种是废气涡轮增压与进气动态效应相结合另一种是废气涡轮增压与进气动态效应相结合的调谐增压（前述，其实质是一种进气调谐增的调谐增压（前述，其实质
8、是一种进气调谐增压。）。经合理匹配后，在某一转速下，会产生气压。）。经合理匹配后，在某一转速下，会产生气柱的谐振，使所属三各缸在各自进气终了前，都能柱的谐振，使所属三各缸在各自进气终了前，都能充分利用动态效应而增大充分利用动态效应而增大c值。如果谐振点出现在值。如果谐振点出现在低速，则此组合系统将改善增压机的低速转矩特性。低速，则此组合系统将改善增压机的低速转矩特性。 组合增压组合增压 (Combined Supercharging) (Combined Supercharging)Sequential Turbocharging Supercharger-Assisted Turbochar
9、ger ()气波增压系统气波增压系统 所谓气波增压，所谓气波增压，是由曲轴驱动一个特是由曲轴驱动一个特殊转子，在转子中废殊转子，在转子中废气直接与空气接触，气直接与空气接触，利用高压废气的脉冲利用高压废气的脉冲气波迫使空气在互相气波迫使空气在互相不混合的情况下受到不混合的情况下受到压缩压缩利用进气及利用进气及排气系统中的波动效排气系统中的波动效应来压缩进气。从而应来压缩进气。从而提高进气压力。提高进气压力。 Wave Supercharging 气波增压气波增压 (COMPREX)系统结构简单、动态性能好、低速系统结构简单、动态性能好、低速转矩大，适于载重货车、工程机械转矩大，适于载重货车、工
10、程机械等柴油机的要求。但体积大、噪声等柴油机的要求。但体积大、噪声高、有额外功率消耗等缺点，还需高、有额外功率消耗等缺点，还需进一步完善。进一步完善。在内燃机中，燃料所供给能量的在内燃机中，燃料所供给能量的20%-45%是由排气带走的，排气的最大可用能是由排气带走的，排气的最大可用能约占排气总能量的约占排气总能量的60%左右。左右。废气的最大可用能量废气的最大可用能量 排气可利用的废能排气可利用的废能回收的能量回收的能量-泵气正功泵气正功第二节第二节 废气能量的利用废气能量的利用带中冷器的废所涡轮增压系统带中冷器的废所涡轮增压系统图中蓝色的为进气管，红色的为排气管。图中蓝色的为进气管，红色的为
11、排气管。排气涡轮增压排气涡轮增压 (Turbocharging)(Turbocharging) 排气推动涡轮旋转排气推动涡轮旋转, ,涡轮带动压气机工作，涡轮带动压气机工作， 实现进气增压。实现进气增压。l 压气机与涡轮同轴相连，构成涡轮增压器。压气机与涡轮同轴相连，构成涡轮增压器。l 定压和脉冲涡轮增压定压和脉冲涡轮增压l 径流涡轮和轴流涡轮径流涡轮和轴流涡轮一、径流式涡轮的工作原理一、径流式涡轮的工作原理 燃气在涡轮机中的流动燃气在涡轮机中的流动 离心式压气机径流式涡轮中间体 废气从工作叶轮转子的外缘由进废气从工作叶轮转子的外缘由进气蜗壳流入，经过一系列工作路径后气蜗壳流入，经过一系列工作
