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1、发动机增压技术汽车系主讲：杨新桦第一章 绪论1.1 涡轮增压基本概念开课前的几点说明o 16学时选修课程o 成绩由考勤、作业和课堂测试成绩组成o 预备知识：发动机原理、发动机构造、工程热力学一、涡轮增压是内燃机发展的一个飞跃o 内燃机功率PebmcusenlHiVP110汽缸数汽缸工作容积燃料低热值化学计量比即理论空燃比冲程数冲量系数机械效率发动机转速发动机进气管的空气密度提高内燃机功率的途径o 结构o 工作过程增大汽缸直径和活塞行程增加汽缸数量发动机体积增大、结构复杂使用两冲程发动机提高冲量系数改善燃烧过程，提高指示热效率优化空燃比降低了换气质量，影响热效率提高内燃机功率的途径o 机械效率o

2、 运行过程改善润滑，减小摩擦损失合理设计风扇、水泵、机油泵、电动机等辅助系统适当提高发动机转速为什么发动机转速提高，功率上升？此时油耗会增加吗？结论：发动机转速不能过高，否则油耗增加。发动机最大功率转速和最佳油耗转速并不相同！（参考汽车理论发动机特性相关章节）增加了摩擦损失，影响发动机寿命n奥迪A6 1.8T 发动机形式：1.8升/直列四缸/5气门电控多点燃油喷射/双顶置凸轮轴/可变相位/废气涡轮增压 排放标准：欧3 最大功率(KW)：110/5700最大扭矩(N.m)： 210/1750-4600 发动机形式：1.8升/直列四缸/5气门电控多点燃油喷射/双顶置凸轮轴/可变相位/可变长度进气歧

3、管 排放标准：欧2最大功率(KW)：92/5800 最大扭矩(N.m)： 168/3500 n帕萨特领驭 1.8T发动机形式：直列4缸顶置双凸轮轴5气门涡轮增压电喷汽油机，带气门正时控制 排量：1781 mL排放标准：欧4最大功率(KW)：110/5700最大扭矩(Nm)： 210/1750-4600 发动机形式：直列4缸MFI电喷汽油机,带可变进气管及气门正时控制排量：1984 mL排放标准：欧4最大功率(KW)：85/5400 最大扭矩(Nm)： 172/3500 n宝来1.8T发动机形式：直列四缸水冷顶置气门，电子燃油喷射，废气涡轮增压汽油机，二次空气泵 排放标准：欧4最大功率(KW)：

4、110/5700最大扭矩(Nm)： 210/1750-4600 发动机形式：直列四缸，水冷，顶置气门，电子燃油喷射汽油发动机 排放标准：欧3最大功率(KW)：92/6000最大扭矩(Nm)： 170/3800 采用涡轮增压o 提高进气充量系数o 几成、甚至几倍增加发动机功率o 改善热效率o 提高燃油经济性o 减少排气污染o 降低噪声柴油机蜗轮增压的应用领域涡轮增压是内燃机发展的一个飞跃！二、增压术语1、增压压力o 压气机出口压力bp与发动机结构、尺寸、转速和效率等因素有关。MPapb17. 0低增压MPapMPab25. 017. 0中增压MPapMPab35. 025. 0高增压MPapb3

5、5. 0超高增压2、增压比o 压气机出口压力与进口压力之比babbpp用滞止压力表示的压比称为滞止压比*abbpp注：滞止压力工质速度为零时的压力。（参见工程热力学相关章节）3、增压度o 增压后的标定功率与增压前的标定功率之差值与增压前标定功率的比值o 当增压前后发动机工作容积不变时，亦可用升功率提高程度表示o 当增压前后发动机转速及工作容积不变时，亦可用平均有效压力的提高程度来表示eeebbPPP LLLbbPPP mememebbppp4、增压中冷o 降低进气温度o 增加进气密度o 减少排放4、中冷度o 中冷器前后空气温度差与中冷器前空气温度的比值bbbbttt三、增压方式增加进气密度的方

6、法！p机械增压p废气涡轮增压p复合增压p惯性增压p气波增压1、机械增压o 压气机由发动机曲轴通过传动装置直接驱动的增压方式。压气机o 离心式o 罗茨式o 刮片式o 汪克尔式机械增压的特点o 不增加发动机背压o 消耗发动机有效功率o 总体布置有一定局限性o 增压压力一般不超过0.150.17MPa，过大的增压度会导致驱动压气机耗功过大，机械效率明显下降，经济型恶化2、废气涡轮增压 o 利用排气能量使排气在涡轮中进一步膨胀做功，用于驱动压气机的增压方式。废气涡轮增压的特点o 不消耗发动机的有效功o 增压器可以自由布置o 涡轮有一定的消声作用o 可以减少排气中的有害成分废气涡轮增压的分类o 单级涡轮

7、增压o 二级涡轮增压单级涡轮增压o 由一台涡轮机和一台压气机组成，或者几台涡轮增压器并联的涡轮增压。o 多用于中、小型柴油机进气仅压缩一次小型柴油机径流式涡轮离心式压气机大、中型柴油机轴流式或者径流式涡轮离心式压气机按照排气能量的利用程度分类o 定压增压o 脉冲增压n 脉冲转换n 多脉冲转换定压增压（恒压增压、等压增压）o 各缸排气汇入一根较粗的排气管，再进入涡轮的增压方式。定压增压的特点o 排气管中的压力波较弱，最大压力和平均压力之差小于0.020.075MPa。o 主要利用排气中的等压能量。o 涡轮进口气流参数比较稳定，涡轮效率高。o 汽缸泵气损失较少。脉冲增压o 各缸排气通过各自较细的排

8、气歧管分别进入涡轮的增压方式。排气歧管可以由23个扫气互不干扰的汽缸引出的排气短管组成脉冲转换系统多脉冲转换系统脉冲增压特点o 排气压力波较强，各缸排气对扫气互不干扰。o 利用了排气脉冲压力波的能量，增压效果更好，适用于低增压的场合。o 涡轮进口压力波动，影响涡轮效率。o 高增压由于平均压力能相对脉冲能量更大，一般不采用脉冲增压。o 合理设计的排气歧管可使进、排气门开启叠开期处于较低的排气波谷，有利于扫气。o 排气管总容积较小，可以改善柴油机部分负荷特性和加速性能。二级涡轮增压o 空气经两台串联的涡轮增压器压缩后进入发动机。二级涡轮增压的形式o 两级离心式压气机串联并各自由排气涡轮驱动，每级压

9、气机后都有中冷器。o 两级串联的压气机叶轮与两级串联的涡轮叶轮装在同一轴上，第一级压气机后无中冷器。3、复合增压o 既采用涡轮增压，又采用机械增压的增压方式。o 分类：n 串联式n 并联式n 机械传动式串联式复合增压o 空气先由排气涡轮增压，再经过机械增压进入柴油机。o 低转速和小负荷时发动机仍然有必要的增压扫气压力。并联式复合增压o 空气分别由排气涡轮增压器及机械增压器同时压缩，然后进入柴油机。o 并联增压中的机械增压主要用于补充废气涡轮增压低工况供应不足的空气量。机械传动式复合增压o 发动机的曲轴与排气涡轮的轴用齿轮联接。o 当涡轮功率小于压气机所需功率时，由发动机补充能量；当涡轮功率足够

10、时，机械传动脱开；当涡轮功率大于压气机功率时，涡轮多余功率与发动机功率一起输出。4、惯性增压o 在发动机进气管内，利用气体流动的惯性和可压缩性所产生的惯性效应和波动效应来改善充气效果。惯性增压原理o 进气过程中，进气管气流速度增压，压力下降（总焓不变）。当进气结束，进气门逐渐关小，气流流速下降，压力升高。当活塞过了下止点，进气门延迟关闭，仍可继续进气，而不致出现气流倒灌。o 在进气过程中，压力间歇而周期地升降，产生压力波并以当地声速进行传播，在进气门和进气管口之间往复反射，产生波动效应。若进气管长度恰当，则会使前一反射波与下一反射波重合，使振幅加大，波动效应增强。在进气门开启时让波峰到达，则进

11、气密度增加，进气充量提高。惯性增压中进气管长度的确定nmcLTj12L进气管长度（m）；j进气门有效开启角（）CA；cT当地声速（m/s）；n发动机转速（r/min）；m系数，可取2、3、4。注：一般惯性增压要求进气管比较长，所以总体布置受限，目前 已经向谐波增压的方向发展。5、气波增压器o 利用气体的压缩波和膨胀波来传递能量的一种增压器。o 由一个转子和两个定子组成。气波增压器原理o转子由发动机曲轴通过传动装置驱动，旋转。o发动机排出的高压燃气流经定子，在转子中对进气空气进行压缩。o被压缩的空气从另一定子进入汽缸。o与此同时，空气对高压燃气产生一个膨胀波，使燃气压力、温度下降。o转子需消耗发

12、动机有效功率的1%1.5%。气波增压的特点（与涡轮增压相比较）o 结构简单，材料要求低。o 低工况有较高的增压压力，因此低工况性能好于涡轮增压。o 由于气体直接接触，发动机加速性好。o 由于转子中排气与空气直接接触，有2%4%的排气回到发动机。（EGR）o 工况变动范围大，适应性好。气波增压的特点（与涡轮增压相比较）o 增体质量、尺寸较大，安装位置受限；o 进气和排气阻力对性能十分敏感，故进气滤清、排气背压需要严格控制；o 燃气和空气直接接触，由于传热影响，使气波增压器效率低，全负荷时燃油消耗率高；o 气波增压器是一个噪声源，使整机噪声增加。6、旁通补燃增压 o 涡轮增压器可以通过旁通补燃系统

13、而独立运转，也可以用柴油机排出的废气能量驱动涡轮增压器而辅之以补燃能量。这样涡轮增压器的压气机可以始终处于高效率范围内运转。旁通补燃增压1.2 涡轮增压技术的发展与现状自行阅读教材相关章节，并在数字图书馆和网络中查阅相关资料。思考：增压技术即可用于柴油机也可用于汽油机，两者有何区别？1.3 车用发动机涡轮增压的特点1、涡轮增压器的总效率高o 涡轮增压器的总效率为压气机绝热效率、涡轮绝热效率及增压器机械效率三者的乘积。 o 提高压气机的绝热效率就直接改善了发动机的进气条件；提高涡轮的绝热效率则可改善发动机的扫气、降低排气温度和排气压力。2、发动机工况变化对涡轮增压器的总效率影响不敏感 o 这样有

14、可能使涡轮增压器始终处于较高的效率之下运转，从而改善发动机的适应性。3、涡轮增压器的尺寸小、重量轻、结构简单。 o 在车辆发动机上能够安装废气涡轮增压器的空间位置是有限的，并且由于车辆加速性的要求总希望获得小而轻的涡轮增压器，这就要求提高转子的转速。o 目前，涡轮增压器的最高转速有的己达16000r/min。4、制造工艺简单、成本低、便于大量生产。o 涡轮增压器的压气机叶轮和涡轮叶轮采用精密铸造工艺，其蜗壳及支持转子的中间体采用壳型铸造或压铸等工艺。o 有一部分零件采用冲压加工，这对于降低成本、便于大量生产是很重要的。5、工作可靠性好，能与发动机的工作寿命匹配o 国外一台发动机的寿命可达800010000小时，即使机械负荷与热负荷较高的发动机也可达5000一6000小时。o 为了增加涡轮增压器的寿