第三章

發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓主要內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)廢氣能量的利用第三節(jié)廢氣渦輪增壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理第四節(jié)廢氣渦輪增壓的類型第五節(jié)汽油機(jī)增壓概述第六節(jié)車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的性能第一節(jié)概述1.增壓是提高功率的有效途徑2.增壓度3.增壓比4.增壓系統(tǒng)的分類按增壓比分類

按增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式分類

1.增壓是提高功率的有效途徑

大量實(shí)踐證明，提高平均有效壓力pme是提高有效功率Pe的主要方法。增大工質(zhì)密度，是提高平均有效壓力pme的最有效方法。

增壓、中冷2.增壓度定義:發(fā)動(dòng)機(jī)增壓后增長(zhǎng)的功率(Pk-P0

)與增壓前的功率P0

之比。

3.增壓比（壓比）定義:增壓后氣體壓力pk與增壓前氣體壓力p0

之比

。

發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的衡量指標(biāo)：增壓度和增壓比4.增壓系統(tǒng)的分類按增壓比低增壓中增壓高增壓超高增壓

按增壓系統(tǒng)

的結(jié)構(gòu)形式機(jī)械增壓系統(tǒng)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)復(fù)合式增壓系統(tǒng)組合式渦輪增壓系統(tǒng)氣波增壓系統(tǒng)

廢氣動(dòng)力渦輪進(jìn)氣慣性增壓系統(tǒng)組合增壓(1)機(jī)械增壓系統(tǒng)

壓氣機(jī)是由發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)直接驅(qū)動(dòng)的。主要用于對(duì)增壓度要求不高的發(fā)動(dòng)機(jī)。缺點(diǎn):消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，增大驅(qū)動(dòng)附件損失，使發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率下降，油耗升高。

(2)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)

渦輪與壓氣機(jī)同軸相連，從而構(gòu)成渦輪增壓器。渦輪在排氣能量的推動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)壓氣機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)氣的壓縮。

目前世界上最成熟、應(yīng)用最廣泛的一項(xiàng)增壓技術(shù)。

(3)復(fù)合式增壓系統(tǒng)

將廢氣動(dòng)力渦輪與廢氣渦輪增壓器串聯(lián)起來(lái)工作。廢氣渦輪增壓器達(dá)到增壓的目的，廢氣動(dòng)力渦輪將廢氣能量又送回給曲軸。(4)組合式渦輪增壓系統(tǒng)由廢氣渦輪增壓與進(jìn)氣慣性增壓組成。除了驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器外，借助進(jìn)氣慣性增壓系統(tǒng)，利用壓力峰值可進(jìn)一步提高增壓后的進(jìn)氣壓力。(5)氣波增壓系統(tǒng)由曲軸驅(qū)動(dòng)一個(gè)特殊轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子中廢氣直接與空氣接觸，利用高壓廢氣的脈沖氣波迫使空氣在互不混合的情況下受到壓縮，從而提高進(jìn)氣壓力。增壓的優(yōu)勢(shì)1.比質(zhì)量小、升功率大2.降低造價(jià)、提高材料利用率3.排氣噪聲降低、燃燒噪聲降低4.有利于高原等稀薄條件工作5.排放降低6.適用性廣增壓的代價(jià)1.熱負(fù)荷與機(jī)械負(fù)荷大2.低速時(shí)轉(zhuǎn)矩受影響3.加速響應(yīng)性差4.增壓器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)化有限制作用第二節(jié)廢氣能量的利用1.廢氣的最大可用能2.能量傳遞中的損失3.廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的基本形式4.影響脈沖能量利用的因素

1.廢氣的最大可用能

進(jìn)氣過(guò)程混合加熱循環(huán)排氣過(guò)程柴油機(jī)壓氣機(jī)絕熱壓縮過(guò)程壓氣機(jī)進(jìn)氣過(guò)程壓氣機(jī)廢氣渦輪的進(jìn)氣過(guò)程廢氣渦輪的排氣過(guò)程渦輪絕熱膨脹過(guò)程（1）圖中曲線所代表過(guò)程（總結(jié)）1)a~c~z~z'~b~a為柴油機(jī)的理論循環(huán)；2)6~a為柴油機(jī)的進(jìn)氣過(guò)程，4~7為排氣過(guò)程；3)1~2為壓氣機(jī)的進(jìn)氣過(guò)程，2~a為壓氣機(jī)絕熱壓縮過(guò)程；4)5~4~T'為廢氣渦輪的進(jìn)氣過(guò)程，K'~2~1渦輪排氣過(guò)程。柴油機(jī)缸內(nèi)氣體膨脹功。柴油機(jī)換氣功

柴油機(jī)指示功

進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸并留在氣缸內(nèi)的空氣的壓縮耗功。掃氣空氣的壓縮耗功，Es。壓氣機(jī)耗功排氣門打開時(shí)廢氣等熵膨脹至大氣壓力時(shí)所作的功，Eb

。廢氣流經(jīng)排氣門和排氣支管中自由膨脹所能獲得的能量，E1。廢氣在渦輪中進(jìn)一步膨脹所回收的能量，ET。柴油機(jī)排氣能量

掃氣空氣進(jìn)入渦輪后具有的能量，

?；钊瞥鰪U氣使廢氣增加的能量，

Ec。廢氣在渦輪中的膨脹功，ET。加熱廢氣，使焓增加而得到的附加能量，Eq。渦輪中廢氣的總能量

（2）各部分面積所代表能量（總結(jié)）

1)面積1~2~a~3~1為壓氣機(jī)耗功；2)面積a~c~z~z'~b~a為柴油機(jī)缸內(nèi)氣體膨脹功，面積6~a~4~7~6為柴油機(jī)換氣正功；3)面積b~9~K'~b為柴油機(jī)排氣門打開時(shí)廢氣等熵膨脹至大氣壓力時(shí)所作的功；4)面積1~K~T~5~1為渦輪中廢氣的總能量。排氣門打開時(shí)廢氣等熵膨脹至大氣壓力時(shí)所作的功，Eb?；钊瞥鰪U氣使廢氣增加的能量，Ec

。掃氣空氣所具有的能量

，。（3）最大可用能（總結(jié)）

柴油機(jī)排氣門打開時(shí)廢氣等熵膨脹至大氣壓力時(shí)所作的功，面積b~9~K'~b；2)活塞推出廢氣使廢氣增加的能量，面積8-9-4-7-8；3)掃氣空氣所具有的能量，面積1-8-6-3-1。

排氣門打開時(shí)廢氣等熵膨脹至大氣壓力時(shí)所作的功，Eb?；钊瞥鰪U氣使廢氣增加的能量，Ec

。掃氣空氣所具有的能量

，。廢氣流經(jīng)排氣門和排氣支管中自由膨脹所能獲得的能量，E1。2.能量傳遞中的損失

——流經(jīng)排氣門處的節(jié)流損失；——流經(jīng)各種縮口處的節(jié)流損失；——管道面積突擴(kuò)時(shí)的流動(dòng)損失；——不同參數(shù)氣流摻混和撞擊形成的損失；——由于氣體的粘性而形成的摩擦損失；——?dú)饬飨蛲饨缟崴纬傻哪芰繐p失。約占總損失的60%～70%3.廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的基本形式

從對(duì)廢氣中可用能量E1的利用情況，增壓系統(tǒng)可分為兩種基本形式：定壓渦輪增壓系統(tǒng)脈沖渦輪增壓系統(tǒng)

3.廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的基本形式

不利用E1盡可能利用E1定壓增壓系統(tǒng)和脈沖增壓系統(tǒng)的比較：

廢氣能量的利用效果發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的掃氣作用

發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性能增壓器效率

增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)增壓系統(tǒng)的選擇原則低增壓時(shí)，選擇脈沖增壓系統(tǒng)；高增壓時(shí)，兩種都可以選擇，具體應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮（定壓增壓系統(tǒng)適用于高增壓而大部分時(shí)間在高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，脈沖增壓系統(tǒng)適用于變速、變負(fù)荷運(yùn)行較多的場(chǎng)合）。4.影響脈沖能量利用的因素

因素排氣門開啟定時(shí)排氣門流通面積排氣門開啟規(guī)律排氣管流通面積排氣管長(zhǎng)度渦輪當(dāng)量流通面積脈沖增壓系統(tǒng)就是要盡可能地利用脈沖能量，而脈沖能量的利用主要取決于排氣管中壓力波的合理組織。了解！第三節(jié)

廢氣渦輪增壓器

的基本結(jié)構(gòu)和工作原理種類：按廢氣在渦輪中不同地流動(dòng)方向分：徑流式渦輪增壓器軸流式渦輪增壓器離心式壓氣機(jī)徑流式渦輪中間體徑流式渦輪機(jī)組成工作原理特性曲線

離心式壓氣機(jī)組成工作原理特性曲線

主要內(nèi)容一、徑流式渦輪作用將排氣所擁有的能量盡可能多地轉(zhuǎn)化為渦輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械功，進(jìn)而傳給與之同軸的壓氣機(jī)，通過(guò)壓氣機(jī)盡可能的增加新鮮充量所具有的能量。

2.組成進(jìn)氣蝸殼、噴嘴環(huán)、工作輪、出氣道等。將發(fā)動(dòng)機(jī)與增壓器連接起來(lái)，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。截面按一定規(guī)律變化，進(jìn)口多個(gè)。使具有一定壓力和溫度的排氣膨脹加速并按規(guī)定的方向進(jìn)入工作葉輪；流通截面呈漸縮形。與壓氣機(jī)的工作輪同軸，把從噴嘴環(huán)噴出的高速排氣的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能向壓氣機(jī)輸出。將做功完了的廢氣引出增壓器。3.工作原理1234（漸縮）（漸縮）4.特性曲線（1）渦輪效率

Def：渦輪將廢氣能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的有效程度。

渦輪機(jī)軸上的有用功廢氣所擁有的能量（2）膨脹比

Def：渦輪進(jìn)口氣體滯止壓力與渦輪出口氣體靜壓力之比

滯止過(guò)程：氣體在流動(dòng)過(guò)程中，因受到某種物體的阻礙，流速降低為零的過(guò)程稱為滯止過(guò)程。氣流滯止時(shí)的壓力和溫度分別稱為滯止壓力和滯止溫度。靜壓力：空氣分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)而撞擊于管壁上產(chǎn)生的壓力。（3）氣體質(zhì)量流量

Def：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)渦輪的氣體質(zhì)量。

相似流量：

（4）渦輪轉(zhuǎn)速

相似轉(zhuǎn)速：（5）渦輪的特性曲線

渦輪的特性：渦輪在變工況運(yùn)行時(shí)，氣流參數(shù)之間的關(guān)系。

渦輪的阻塞現(xiàn)象。二、離心式壓氣機(jī)1.組成進(jìn)氣道工作輪擴(kuò)壓器出氣蝸殼2.工作原理1234（n高）（漸擴(kuò)）（漸擴(kuò)）3.特性曲線

（1）主要參數(shù)

①增壓比②流經(jīng)壓氣機(jī)的單位流量③壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速④壓氣機(jī)的絕熱效率

Def：1kg空氣的絕熱壓縮功與實(shí)際壓縮功之比。質(zhì)量流量mk容積流量V0（2