1、廢氣渦輪增壓技術(shù)自問世以來已有90余年歷史。早期廢氣渦輪增壓的主要目的是改善發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性。至今，廢氣渦輪增壓仍是提高柴油機(jī)功率、減輕單位功率質(zhì)量、減小外形尺寸、降低燃油消耗和強(qiáng)化現(xiàn)有非增壓柴油機(jī)的最有效的措施之一。 壓氣機(jī)出口壓力稱為增壓壓力，用Pb表示；壓氣機(jī)出口壓力與進(jìn)口壓力之比稱為增壓比，用b表示；內(nèi)燃機(jī)增壓后的標(biāo)定功率與增壓前的標(biāo)定功率之差值與增壓前標(biāo)定功率的比值稱為增壓度,用b表示。為滿足越來越嚴(yán)的排放法規(guī)要求，必須提高燃料質(zhì)量和采用先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)。要達(dá)到各階段排放限值需有相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)作保證。圖1和圖2分別為滿足歐洲轎車、重型汽車不同階段排放限值的技術(shù)措施的實(shí)例。 1.增壓的

2、主要方式 增壓方式主要有: 機(jī)械增壓、排氣渦輪增壓、復(fù)合增壓、慣性增壓、氣波增壓等機(jī)械增壓機(jī)械增壓，是指壓氣機(jī)由內(nèi)燃機(jī)曲軸通過傳動(dòng)裝置直接驅(qū)動(dòng)的增壓方式。機(jī)械增壓的特點(diǎn)是：不增加發(fā)動(dòng)機(jī)背壓，但消耗其有效功率，總體布置有一定局限性；增壓壓力一般不超過0.150.17MPa；過多地提高增壓壓力，會(huì)使驅(qū)動(dòng)氣壓機(jī)耗功過大，機(jī)械效率明顯下降，經(jīng)濟(jì)性惡化。排氣渦輪增壓排氣渦輪增壓，是指利用排氣能量使排氣在渦輪中進(jìn)一步膨脹作功，用于驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)的增壓方式。排氣渦輪增壓的特點(diǎn)是：不消耗發(fā)動(dòng)機(jī)有效功，增壓器可以自由布置在所需的位置，渦輪有一定的消聲作用，并進(jìn)一步減少排氣中的有害成分。排氣渦輪增壓分單級(jí)渦輪增壓和二

3、級(jí)渦輪增壓兩類。單級(jí)渦輪增壓：由一臺(tái)渦輪機(jī)和一臺(tái)壓氣機(jī)組成的或幾臺(tái)渦輪增壓器并聯(lián)的渦輪增壓叫單級(jí)渦輪增壓，多用于中、小型柴油機(jī)。小型柴油機(jī)、汽油機(jī)一般用徑流式渦流式渦輪、離心式壓氣機(jī)； 二級(jí)渦輪增壓：空氣經(jīng)兩臺(tái)串聯(lián)的渦輪增壓器壓縮后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，這類增壓系統(tǒng)稱為二級(jí)渦輪增壓。2.增壓器渦輪增壓器主要由渦輪和壓氣機(jī)組成。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣經(jīng)排氣管進(jìn)入渦輪，對(duì)渦輪作功，渦輪葉輪與壓氣機(jī)葉輪同軸，從而帶動(dòng)壓氣機(jī)吸入外界空氣并壓縮后送至發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管。1）壓氣機(jī)）壓氣機(jī)有軸流式和離心式。離心式壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、在較寬的流量范圍內(nèi)能保持較好的效率，對(duì)于小尺寸壓氣機(jī)，效率優(yōu)于軸流式。 離心式壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2-5

4、7所示，由進(jìn)氣道、葉輪、擴(kuò)壓器和壓氣機(jī)蝸殼等部件組成。 1-進(jìn)氣道；2-壓氣機(jī)葉輪；3-壓氣機(jī)蝸殼；4擴(kuò)壓器圖2-57 離心式壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)氣道的作用是將外界空氣導(dǎo)向壓氣機(jī)葉輪，為降低流動(dòng)損失，通道為漸縮形。壓氣機(jī)葉輪是壓氣機(jī)中唯一對(duì)空氣作功的部件，它將渦輪提供的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝獾膲毫δ芎蛣?dòng)能。壓氣機(jī)葉輪分為導(dǎo)風(fēng)輪和工作葉輪兩部分，中、小型渦輪增壓器兩者做成一體，大型渦輪增壓器則是將兩者裝配在一起。 導(dǎo)風(fēng)輪是葉輪入口的軸向部分，葉片入口向旋轉(zhuǎn)方向前傾，直徑越小處前傾越多，其作用是使氣流以盡量小的撞擊進(jìn)入葉輪。導(dǎo)風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)及通道如圖2-58所示。圖2-58 導(dǎo)風(fēng)輪結(jié)構(gòu)根據(jù)葉輪輪盤的結(jié)構(gòu)形成，壓氣機(jī)

5、葉輪可分為開式、半開式、閉式、星形等形式.擴(kuò)壓器的作用是將壓氣機(jī)葉輪出口高速空氣的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?。擴(kuò)壓器的效率是動(dòng)能實(shí)際轉(zhuǎn)化為壓力能的轉(zhuǎn)化量和沒有任何流動(dòng)損失的定熵過程動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能的轉(zhuǎn)化量之比，擴(kuò)壓器效率對(duì)壓氣機(jī)效率有重要的影響。按擴(kuò)壓器中有無葉片，可分為無葉擴(kuò)壓器和葉片擴(kuò)壓器。壓氣機(jī)蝸殼的作用是收集從擴(kuò)壓器出來的空氣，將其引導(dǎo)到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣管。由于擴(kuò)壓器出來的空氣仍有較大的速度，在蝸殼中還將進(jìn)一步把動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能，因此，壓氣機(jī)蝸殼也有一定的擴(kuò)壓作用。蝸殼效率是動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能的實(shí)際轉(zhuǎn)化量和定熵轉(zhuǎn)化量之比。（1）壓氣機(jī)空氣狀態(tài)的變化 空氣流經(jīng)壓氣機(jī)通道時(shí)，壓力P、速度C和溫度T的變化趨

6、勢(shì)如圖2-59所示。圖2-59 壓氣機(jī)通道中氣體狀態(tài)的變化在進(jìn)氣道入口，空氣從環(huán)境狀態(tài)進(jìn)入，壓力、速度、溫度分別為Pa、Ca、Ta。由于進(jìn)氣道是漸縮形的通道，少部分壓力能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。因此，在進(jìn)氣道中，空氣的壓力略有降低，速度略有升高。由于壓力降低，溫度隨之降低。在進(jìn)氣道出口，亦即葉輪入口，空氣的壓力、速度、溫度分別為P1、C1、T1。在壓氣機(jī)葉輪中，葉輪對(duì)空氣作了功，使空氣的壓力、溫度和速度都升高。在葉輪出口，亦即擴(kuò)壓器入口，空氣的壓力、速度、溫度分別為P2、C2、T2。在擴(kuò)壓器中，由于擴(kuò)壓器流通面積漸擴(kuò)，使氣體的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能。因此，空氣的流速降低，壓力升高，溫度亦隨壓力而升高。在擴(kuò)壓

7、器出口，亦即蝸殼的入口，空氣的壓力、速度、溫度分別為P3、C3、T3。在壓氣機(jī)蝸殼中，仍有部分動(dòng)能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為壓力能，使空氣的速度進(jìn)一步降低，壓力和溫度升高。在蝸殼出口，亦即整個(gè)壓氣機(jī)出口，空氣的壓力、速度、溫度分別為Pb、Cb、Tb。（2）壓氣機(jī)的特性壓氣機(jī)的主要性能參數(shù)有增壓比b，空氣流量qmb，定熵效率adb及轉(zhuǎn)速nb等。并用這些參數(shù)及其相互關(guān)系表示壓氣機(jī)的性能，如圖2-60所示。圖2-60 壓氣機(jī)的性能曲線由圖可見，在轉(zhuǎn)速保持一定的情況下，有如下特點(diǎn)：在某一流量下，增壓比和效率有一最大值時(shí)，隨流量的增大或減小，增壓比和效率都降低。當(dāng)流量減小到某一數(shù)值時(shí)，壓氣機(jī)出現(xiàn)不穩(wěn)定流動(dòng)狀態(tài)。壓氣機(jī)

8、中氣流發(fā)生強(qiáng)烈的低頻脈動(dòng)，引起葉片的振動(dòng)，并產(chǎn)生很大的噪聲，這種現(xiàn)象稱為壓氣機(jī)的喘振。 每一轉(zhuǎn)速下都有一個(gè)喘振點(diǎn)，在效率特性上各喘振點(diǎn)的連線稱作喘振線，喘振線以左的區(qū)域?yàn)榇駞^(qū)，壓氣機(jī)不允許工作在喘振區(qū)。壓氣機(jī)產(chǎn)生喘振是由于壓氣機(jī)在某一小流量下工作時(shí)，在導(dǎo)風(fēng)輪入口或葉片擴(kuò)壓器入口氣流撞擊葉片，在葉片通道內(nèi)產(chǎn)生并加劇了氣流的分離而引起的。當(dāng)葉輪或葉片擴(kuò)壓器通道內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣流分離時(shí)，使壓氣機(jī)內(nèi)的壓力低于后面管道內(nèi)的壓力，因此發(fā)生氣流由管道向壓氣機(jī)倒灌。倒灌發(fā)生后，管道內(nèi)壓力下降，氣流又在葉輪的作用下正向流動(dòng)，管道內(nèi)壓力升高，再次發(fā)生倒灌。如此反復(fù)，壓氣機(jī)內(nèi)的氣流產(chǎn)生強(qiáng)烈的脈動(dòng)，使葉片振動(dòng)、噪聲加

9、劇、管道內(nèi)壓力大幅度波動(dòng)，此時(shí)即產(chǎn)生所謂喘振。當(dāng)流量增大到某一數(shù)值時(shí)，增壓比和效率均急速下降。換言之，即使以增壓比和效率下降很多作為代階，流量也難以增加。這個(gè)現(xiàn)象稱為壓氣機(jī)的阻塞。產(chǎn)生阻塞的原因，是在壓氣機(jī)葉輪入口或擴(kuò)壓器入口這種局部喉口截面處，氣流的速度達(dá)到了當(dāng)?shù)芈曀?，從而限制了流量的增加。由于阻塞點(diǎn)難以嚴(yán)格界定，通常人為地規(guī)定，當(dāng)效率降低到adb=55%時(shí)，就認(rèn)為出現(xiàn)了阻塞。2）渦輪 渦輪的工作過程與壓氣機(jī)相反，是把發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械功來驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)葉輪。渦輪增壓器的性能，在很大程度上取決于渦輪的性能。在渦輪增壓器所使用的渦輪中，按氣流流動(dòng)方向，可以分為軸流式渦輪、徑流式向心渦

10、輪和混流式渦輪。渦輪的結(jié)構(gòu)：主要由進(jìn)氣殼、噴嘴環(huán)、工作葉輪和排氣殼等部件組成。進(jìn)氣殼（也稱蝸殼）的作用，是把發(fā)動(dòng)機(jī)排出的具有一定能量的廢氣，以盡量小的流動(dòng)損失和盡量均勻的分布引導(dǎo)到渦輪噴嘴環(huán)的入口。進(jìn)氣殼的效率是指在進(jìn)氣殼進(jìn)氣狀態(tài)和膨脹比一定的條件下，壓力能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的實(shí)際轉(zhuǎn)化量與定熵轉(zhuǎn)化量之比。噴嘴環(huán)又稱導(dǎo)向器，流通截面呈漸縮形，其作用是使具有一定壓力和溫度的燃?xì)馀蛎浖铀俨匆?guī)定的方向進(jìn)入工作葉輪。噴嘴環(huán)效率的定義與進(jìn)氣殼相同，即在進(jìn)氣狀態(tài)和膨脹比一定的條件下，壓力能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的實(shí)際轉(zhuǎn)化量與定熵轉(zhuǎn)化量之比。工作葉輪（簡(jiǎn)稱葉輪）是唯一承受氣體作功的元件，它與壓氣機(jī)葉輪同軸，把氣體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)

11、械功向壓氣機(jī)輸出。葉輪的效率是在葉輪進(jìn)氣狀態(tài)和膨脹比一定的條件下，氣體對(duì)葉輪的實(shí)際作功與定熵過程對(duì)葉輪作功之比。排氣殼收集葉輪排出的廢氣并送入大氣。為了降低葉輪的背壓，使氣體在葉輪中充分膨脹作功，排氣殼是一個(gè)漸擴(kuò)形的管道。3.中冷器在增壓柴油機(jī)，為降低進(jìn)入氣缸的空氣溫度、增加空氣密度、減少排放，使增壓后的空氣先在中間冷卻器中冷卻，再進(jìn)入氣缸，稱為增壓中冷。增壓中冷可以在柴油機(jī)的熱負(fù)荷不增加甚至降低、以及機(jī)械負(fù)荷增加不多的前提下，較大幅度地提高柴油機(jī)功率，還可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、降低排放。為了反映中間冷卻程度，通常用中冷度來表示。即中冷器前后空氣溫度差與中冷器前空氣溫度的比值為中冷度。目前采用的

12、中冷器都屬錯(cuò)流外冷間壁式冷卻方式，根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同，有水冷式和風(fēng)冷式兩大類。水冷式冷卻根據(jù)冷卻水系的不同又分以下兩種方式：（1）用柴油機(jī)冷卻系的冷卻水冷卻 這種冷卻方式不需另設(shè)水路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。柴油機(jī)冷卻水的溫度較高，在低負(fù)荷時(shí)可對(duì)增壓空氣進(jìn)行加熱，有利于提高低負(fù)荷時(shí)的燃燒性能；但在高負(fù)荷時(shí)對(duì)增壓空氣的冷卻效果較差。因此，這種方式只能用于增壓度不大的增壓中冷柴油機(jī)中。（2）用獨(dú)立的冷卻水系冷卻 柴油機(jī)有兩套獨(dú)立的冷卻水系，高溫冷卻水系用來冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)，低溫冷卻水系主要用于機(jī)油冷卻器和中冷器。這種冷卻方式冷卻效果最好，在船用和固定用途柴油機(jī)中普遍應(yīng)用。風(fēng)冷式冷卻根據(jù)驅(qū)動(dòng)冷卻風(fēng)扇的動(dòng)力不同，可分為以

13、下兩種方式：（1）用柴油機(jī)曲軸驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇 這種方式適用于車用柴油機(jī)，把中冷器設(shè)置在冷卻水箱前面，用柴油機(jī)曲軸驅(qū)動(dòng)冷卻風(fēng)扇與汽車行駛時(shí)的迎風(fēng)同時(shí)冷卻中冷器和水箱。車用柴油機(jī)普遍采用這種冷卻方式，但在低負(fù)荷時(shí)易出現(xiàn)充氣過冷現(xiàn)象。（2）用壓縮空氣渦輪驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇 由壓氣機(jī)分出一小股氣流驅(qū)動(dòng)一個(gè)渦輪，用渦輪帶動(dòng)風(fēng)扇冷卻中冷器。由于驅(qū)動(dòng)渦輪的氣流流量有限，渦輪作功較少，風(fēng)扇提供的冷卻風(fēng)量較少，顯然其冷卻效果較差。由于增壓壓力隨負(fù)荷變化，因此這種冷卻方式的冷卻風(fēng)量也隨負(fù)荷變化，低負(fù)荷時(shí)風(fēng)量小，高負(fù)荷時(shí)風(fēng)量大，有利于兼顧不同負(fù)荷時(shí)的燃燒性能。且其尺寸小，在車上安裝方便，在軍用車輛上也有應(yīng)用。4.排氣能量的利用目前

14、生產(chǎn)的車用增壓柴油機(jī)中，幾乎都采用排氣渦輪增壓系統(tǒng)，通過排氣來驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器工作，從而吸收排氣能量來實(shí)現(xiàn)增壓的目的。排氣的最大可用能E由三部分組成：排氣門打開時(shí)，氣缸內(nèi)氣體等熵膨脹到大氣壓力所作的功Eb；活塞推出排氣，排氣得到的能量Ec；掃氣空氣所具有的能量Es。排氣門前排氣具有的能量，在流經(jīng)排氣門、氣缸蓋排氣道、排氣岐管、排氣總管，最后到達(dá)渦輪前，存在著一系列的損失，總能量損失E包括如下幾個(gè)方面： （2-9） hFMDCVEEEEEEE式中:EV為流經(jīng)排氣門處的節(jié)流損失；EC為流經(jīng)各種縮口處的節(jié)流損失；ED為管道面積突擴(kuò)時(shí)的流動(dòng)損失；EM為不同參數(shù)氣流摻混和撞擊形成的損失；EF為由于氣體的粘

15、性而形成的摩擦損失；Eh為氣流向外界散熱所形成的能量損失。這些損失直接影響著排氣的能量可被渦輪回收的程度，也是排氣渦輪增壓柴油機(jī)排氣管設(shè)計(jì)和改進(jìn)時(shí)所必須關(guān)注的重要方面。Ev是能量傳遞中的主要損失，約占總損失的60%70%。尤其是在初期排氣，氣缸中高壓高溫氣體流出時(shí)，因排氣管中壓力低而形成超臨界流動(dòng)，所以減少這部分節(jié)流損失對(duì)提高排氣中能量的利用率是很重要的。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)使排氣門后的通流面積盡可能大（一般采用四氣門結(jié)構(gòu)）、開啟速度盡可能快，以使排氣很快流出，排氣門后的壓力Pr很快升高，從而減少節(jié)流損失。有些低速機(jī)為此而采用開啟速度較快的凹弧排氣門凸輪。另外，排氣管容積不應(yīng)太大，排氣管要細(xì)而短。當(dāng)在

16、結(jié)構(gòu)上受限制時(shí)，做得“細(xì)而長(zhǎng)”比“粗而短”要好。因?yàn)樵谂艢獬跗冢罅颗艢庥咳胼^細(xì)長(zhǎng)的岐管中，形成“堵塞”，很快在排氣門后建立起較高的壓力波峰，減小排氣門前后壓差，從而大大減少節(jié)流損失，并把氣體所具有的較大速度在岐管中保持下來并傳送到渦輪，提高了對(duì)排氣動(dòng)能的利用率。雖然由于岐管中流速高而使摩擦損失加大，但其他損失減小，所以總起來說，它的能量傳遞效率較高。細(xì)而長(zhǎng)的排氣管不僅能夠使排氣門后的壓力Pr在排氣初期很快升高，而且又能很快下降，使活塞排擠功減少，并有利于掃氣。5.增壓器和發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配以單級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)為例，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在這個(gè)增壓系統(tǒng)中，壓氣機(jī)所提供的空氣正好等于柴油機(jī)所需的空氣量。因此

17、，在穩(wěn)定工況下，壓氣機(jī)提供的增壓壓力等于柴油機(jī)所需的增壓壓力。因此，可在壓氣機(jī)特性曲線圖上，將該工況下以增壓比b和空氣流量qmb為表征的增壓器和柴油機(jī)聯(lián)合運(yùn)行點(diǎn)確定下來。這樣，當(dāng)柴油機(jī)按某一特性運(yùn)行時(shí)的所有工況點(diǎn)都可在壓氣機(jī)特性曲線上確定下來，從而形成了圖2-61中1、2、3、4所示的特性曲線，通常稱其為增壓器和柴油機(jī)聯(lián)合工作后的聯(lián)合運(yùn)行線。1-nmin負(fù)荷特性；2-nmax負(fù)荷特性； 3-外特；4-螺旋槳特性； 5-喘振邊界線； 6-最高轉(zhuǎn)速線； 7-最高排溫線； 8-最低效率線；圖2-61渦輪增壓器與柴油機(jī)的聯(lián)合運(yùn)行線聯(lián)合運(yùn)行線反映了增壓器與柴油機(jī)匹運(yùn)行時(shí)兩方的綜合情況，因此通常都借助于聯(lián)

18、合運(yùn)行線來判斷增壓器與柴油機(jī)的匹配是否合適。不論哪一種渦輪增壓柴油機(jī)及其運(yùn)轉(zhuǎn)特性，對(duì)配合性能的要求主要有以下三個(gè)方面：1）在標(biāo)定工況下，須達(dá)到預(yù)期的增壓壓力Pb及空氣流量qmb，有足夠的燃燒過量空氣系數(shù)，使燃燒完善，燃油消耗率各ge滿足要求；渦輪前排氣溫度TT不超過預(yù)定值，以保證氣缸熱負(fù)荷不致過高，Pb不能過高，以免Pmax超過允許值，使機(jī)械負(fù)荷太大；渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速ntb必須低于允許值，以保證渦輪增壓器轉(zhuǎn)子的強(qiáng)度符合安全的要求；在標(biāo)定工況時(shí)，希望渦輪增壓器的總效率Tb要高，掃氣系數(shù)s亦能具有適當(dāng)?shù)拇笮　?）在低工況時(shí)，也必須保證一定的空氣量，以滿足燃燒及降低熱負(fù)荷的要求。這一點(diǎn)對(duì)于高增壓柴油

19、機(jī)（Pme=1.82.3MPa）來說特別重要，尤其對(duì)一些特定用途的場(chǎng)合，快艇、拖船、坦克及車用等，這時(shí)低負(fù)荷、低轉(zhuǎn)速性能往往是一個(gè)突出的問題。3）要求在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)不發(fā)生增壓器喘振與阻塞。由于渦輪允許運(yùn)轉(zhuǎn)的范圍較廣，高效率運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)亦較大，配合運(yùn)行時(shí)的問題相對(duì)來說較少；而不論是有葉或無葉擴(kuò)壓器式的增壓器，它能運(yùn)轉(zhuǎn)的流量范圍較窄。因此，一般在研究配合特性時(shí)，首先要看柴油機(jī)與增壓器的配合特性。希望柴油機(jī)依其特定用途運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的空氣流量特性曲線能通過增壓器空氣流量特性曲線的高效率區(qū)域，最好與增壓器等效率曲線大致平行，而且必須在增壓器的穩(wěn)定工作范圍內(nèi)，既不喘振亦不阻塞。如果高增壓柴油機(jī)主要是在高速、高負(fù)荷下

20、運(yùn)轉(zhuǎn)，則必須把增壓器的高效率運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域設(shè)計(jì)得廣一些。車用柴油機(jī)低轉(zhuǎn)速工況要求較苛刻，不僅依外特性運(yùn)轉(zhuǎn)，而且轉(zhuǎn)矩的適應(yīng)性系數(shù)高，所以增壓器的高效率區(qū)域選在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速較低的地方，這樣做即使在標(biāo)定工況時(shí)性能稍差一些也是值得的。對(duì)于超高增壓柴油機(jī)，低工況性能更為突出。因此，在選配渦輪增壓器時(shí)，除了要進(jìn)行變工況運(yùn)行的配合性能計(jì)算外，還必須進(jìn)行樣機(jī)的配合調(diào)整試驗(yàn)，以滿足各方面的要求。6.可變渦輪增壓在柴油機(jī)進(jìn)行正常設(shè)計(jì)和經(jīng)過估算及性能摸擬計(jì)算來選配渦輪增壓器后，一般在配合性能上不會(huì)出現(xiàn)太大偏差。但對(duì)于車用柴油機(jī)，如果增壓系統(tǒng)滿足高速時(shí)增壓適量的要求，則在低速時(shí)供氣就會(huì)不足；如果滿足低速時(shí)的供氣量，則在高速時(shí)

21、就可能增壓過量。因此，必須采取一些措施，才能彌補(bǔ)其高低工況不能同時(shí)滿足較佳匹配的矛盾。對(duì)于車用高速柴油機(jī)及某些超高增壓中速柴油機(jī)，為了改進(jìn)低工況性能，可采用高速時(shí)放氣的措施，但高工況經(jīng)濟(jì)性不好。近年來，發(fā)展了一種可變渦輪噴嘴環(huán)出口截面的渦輪增壓器，簡(jiǎn)稱變截面渦輪增壓器。在發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)，讓噴嘴環(huán)出口截面積自動(dòng)減小，使得流出速度相應(yīng)提高，增壓器轉(zhuǎn)速上升，壓氣機(jī)出口壓力增大，供氣量加大；在高速時(shí)，讓噴嘴環(huán)出口截面積增大，增壓器轉(zhuǎn)速相對(duì)減小，增壓壓力降低，增壓不過量。采用變截面渦輪的優(yōu)點(diǎn)是：在不損害高轉(zhuǎn)速經(jīng)濟(jì)性的條件下，增大低速轉(zhuǎn)矩；擴(kuò)大了低油耗率的運(yùn)行區(qū)；使柴油機(jī)的加速性能提高；可以滿足要求越來越高

22、的排放和噪聲規(guī)范等。但要使可變截面渦輪達(dá)到實(shí)用化，必須滿足：從渦輪調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)往外漏氣應(yīng)盡可能少，且當(dāng)噴嘴面積改變、使氣流流向偏離時(shí)，不致使渦輪效率降低過多；結(jié)構(gòu)及操作系統(tǒng)簡(jiǎn)單，操作方便；所有結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)具有較高的可靠性等。車用發(fā)動(dòng)機(jī)大多用徑流渦輪增壓器，這給采用可變截面渦輪增壓器帶方便。在有葉徑流渦輪的情況下，可以采用改變噴嘴葉片安裝角度的方法來改變噴嘴環(huán)出口截面積。圖2-62 為一有葉噴嘴變截面渦輪示意圖。 圖2-62 有葉噴嘴變截面渦輪示意圖 噴嘴葉片與齒輪相連，齒輪受齒圈控制，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來回移動(dòng)時(shí)，齒圈往復(fù)擺動(dòng)，通過嚙合的齒輪，使得各噴嘴葉片改變角度，從而實(shí)現(xiàn)噴嘴環(huán)出口截面積相應(yīng)變化的目的

23、。在無葉噴嘴的情況下，可以在噴嘴環(huán)出口處用活動(dòng)的擋板來調(diào)節(jié)噴嘴環(huán)出口截面積。圖2-63為一軸向變截面渦輪示意圖，其截面的變化由一軸向平行移動(dòng)板控制。 圖2-63軸向變截面渦輪另一種變截面增壓器是在渦輪進(jìn)氣零截面后加一可調(diào)噴嘴葉片，如圖2-64所示，通過一舌形葉片的擺動(dòng)來改變蝸殼的A/R值，使得發(fā)動(dòng)機(jī)在低速時(shí)A/R值減小，從而提高渦輪轉(zhuǎn)速，增加增壓壓力；在高速時(shí)，有較大的A/R值，減小流通阻力，發(fā)動(dòng)機(jī)背壓較低，充量系數(shù)提高。圖2-65為一變截面多葉片可變噴嘴增壓器三維示意圖。圖2-64舌形變截面增壓器蝸殼圖2-65 變截面多葉片可變噴嘴增壓器噴嘴環(huán)截面積大小及檔數(shù)是由實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)要求確定的，在最大轉(zhuǎn)

24、矩時(shí)，增壓壓力最高?？刂破鳎‥CU）根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、噴油泵齒條位移（相當(dāng)于負(fù)荷）、水溫和增壓壓力等信號(hào)對(duì)壓力控制調(diào)節(jié)閥的開啟和關(guān)閉時(shí)間比（負(fù)截比）進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而控制真空泵產(chǎn)生的負(fù)壓?？梢愿鶕?jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況的最佳負(fù)載比圖譜預(yù)先輸入到控制器中?？刂破髋c電控柴油噴射系統(tǒng)的控制器也可互相通訊。由于采用可變噴嘴渦輪增壓器，在低速時(shí)可變噴嘴渦輪增壓器處于小噴嘴開度，增壓壓力可提高，因此大大改善了低速工況性能。由于采用了可變截面渦輪增壓器，使柴油機(jī)加速、負(fù)荷特性都得到改善。整機(jī)穩(wěn)態(tài)及瞬態(tài)性能改進(jìn)，低油耗區(qū)域擴(kuò)大，轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備系數(shù)加大。性能優(yōu)越的可變噴嘴增壓器已經(jīng)被廣泛采用，轎車直噴式柴油機(jī)已有半數(shù)以上采用了可變噴嘴渦輪增壓。7.增壓器的瞬態(tài)性能柴油機(jī)瞬態(tài)特性是指在變速或變負(fù)荷情況下柴油機(jī)的性能。渦輪增壓柴油機(jī)不像非增壓柴油機(jī)那樣很快響應(yīng)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的突然變化。在加速、加負(fù)荷過程中，空氣流量與加油量變化速率之間的差異導(dǎo)致了燃燒空氣系數(shù)低于極限值，因此，渦輪增壓柴油機(jī)瞬態(tài)響應(yīng)特性較差的決定因素是供氣量。供氣量比供油量的時(shí)間滯后，其原因是多方面的。燃油入氣缸