发动机废气涡轮增压

发动机废气涡轮增压演示文稿第1页，共35页。发动机废气涡轮增压第2页，共35页。第一节概述

增压:

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。

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,提高发动机功率和改善经济性。

增压分类:

按增压比（增压后气体压力与增压前气体压力之比

）低增压：＝1.3～1.6，＝700～1000kPa；中增压：＝1.6～2.5，＝1000～1500kPa；高增压：＞2.5，＞1500kPa；超高增压＞4.5～5.5，＝2500～3500kPa。第3页，共35页。(1)机械增压系统

发动机输出轴直接驱动机械增压器，实现对进气的压缩。

增压器有：离心式压气机、罗茨式压气机、螺旋转子式压气机或滑片转子式压气机等。

用于小功率发动机。图3-1按增压系统的结构形式：第4页，共35页。罗茨式压气机第5页，共35页。(2)废气涡轮增压系统压气机与涡轮同轴相连，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，实现进气增压。

广泛应用于柴油机。第6页，共35页。涡轮增压的原理

红色为高温废气，蓝色为新鲜空气废气涡轮增压器第7页，共35页。(３)复合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，称为复合式增压系统。

第8页，共35页。(4)组合增压系统

组合式涡轮增压系统由废气涡轮增压与进气惯性增压组合而成。在该增压系统中，除废气涡轮增压器外，还有由稳压箱、共振管、共振室等构成的进气惯性增压系统，利用压力峰值,进一步提高增压后的进气压力。

第9页，共35页。(５)气波增压系统所谓气波增压，是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相不混合的情况下受到压缩．利用进气及排气系统中的波动效应来压缩进气。从而提高进气压力。第10页，共35页。增压的优点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.适用性广第11页，共35页。增压的缺点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的限制第12页，共35页。第三节废气涡轮增压器的基本结构和工作原理

一、径流式涡轮的工作原理1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气蜗壳流入，经过一系列工作路径后从涡轮中心轴向流出。

在涡轮工作叶轮中，叶片之间的通道也是呈渐缩状，气体在通道中将继续膨胀。当气流流过工作叶轮叶片时，气流转弯。由于离心力作用的结果，在叶面的凹面上压力得到提高，而在凸面则降低。作用在叶片表面的压力的合力，产生了转矩。此时，在工作轮出口处压力、温度以及速度均下降，而出口处的气体速度已经大大小于进口速度，气体膨胀所获得的动能已大部分传给了工作叶轮。第13页，共35页。涡轮效率为涡轮机轴上的有用功与废气所拥有的能量的比2.涡轮机特性曲线

1)涡轮机参数(1)涡轮效率

膨胀比为涡轮进口气体滞止压力与涡轮出口气体静压力之比(2

)膨胀比

第14页，共35页。(4)相似转速(3

)相似流量

相似流量为气体质量流量，为滞止温度，为气体滞止压力。

n为涡轮转速相似转速涡轮机所发出的功率第15页，共35页。2）涡轮机特性曲线图3–9涡轮机的特性涡轮机特性曲线：以相似流量为横坐标，以膨胀比为纵坐标，以相似转速为参变量的一组曲线。转速一定，相似流量随膨胀比的增大而增大，直到达到流量最大值，即达到了当地声速，即使再继续增大膨胀比，该处的气流速度仍维持当地声速，涡轮流量也不会再增加。第16页，共35页。二、离心式压气机的工作原理与特性图3–10离心式压气机简图1—进气道；2—工作轮；3—扩压器；4—出气蜗壳基本工作原理：空气沿收敛型的轴向进气道略有加速地进入工作轮，并沿着工作轮上叶片所构成的通道流动，由于工作轮中的空气随工作轮一起旋转，工作轮的机械能传递给气体，转变为气体的动能，使气体运动的线速度增大，使之能克服气体微团所受径向压差的作用，而沿着螺旋线轨迹向轮缘方向运动，达到了增压的目的。第17页，共35页。主要参数：1）增压比2）流经压气机的每秒质量流量或容积流量3）压气机转速

4）压气机的绝热效率定义为1kg空气的绝热压缩功与实际压缩功之比。

第18页，共35页。压气机特性曲线：图3–13离心式压气机的流量特性(１)压气机的流量特性

压气机的流量特性是表示压气机转速不变时，压气机的增压比和绝热效率随空气流量的变化关系。(1)压气机的喘振与堵塞

压气机的喘振当压气机工作在喘振线右侧时，其工作是稳定的；而当处于喘振线左侧时，压气机的工作就变得不稳定甚至有危险了。压气机的堵塞当增压比继续降低时，气体流量却不再增加，此时的气体流量称为堵塞流量，它也是该转速下压气机所对应的最大流量。第19页，共35页。10ZJ型涡轮增压器第20页，共35页。废气涡轮增压器结构第21页，共35页。涡轮增压器的结构第22页，共35页。第23页，共35页。涡轮增压套件第24页，共35页。半开式工作轮第25页，共35页。第四节废气涡轮增压的类型

一、废气涡轮增压的类型

图3–14涡轮增压系统的两种基本形式a）定压增压系统b）脉冲增压系统１）定压增压系统

把各缸的排气管部通向一根排气总管上。２）脉冲增压系统

几个气缸连接一根排气管。第26页，共35页。３）定压增压系统和脉冲增压系统的比较1.废气能量利用的效果脉冲增压对废气能量的利用比定压增压要好。

２.内燃机气缸内的扫气作用脉冲增压扫气作用比定压增压要好。３.内燃机的加速性能脉冲增压的加速性能比定压增压要好。４.增压器效率与增压系统的结构定压增压系统的效率较高。与定压系统相比，脉冲系统的尺寸较大，排气管的结构比较复杂。

结论：在低增压时，采用脉冲增压是较为有利的；而在高增压时，则是两种系统同时存在、各有所长。第27页，共35页。二、改善车用增压发动机扭矩特性的途径（一）排气旁通（二）进气旁通部分增压空气返回到压气机入口或大气中，减少进入气缸的空气量使发动机进气压力适当降低，以适应发动机的要求。（三）可变截面涡轮１.双蜗壳通道涡轮；２.可变蜗壳通道流通截面涡轮；３.变喷嘴环流通截面涡轮第28页，共35页。第五节汽油机增压概述一、汽油机增压的特点

从废气能量利用的观点看，汽油机的涡轮增压与柴油机相比并没有本质区别，但长期以来，涡轮增压技术除了在赛车发动机和高性能轿车发动中得到应用外，在其他应用领域，其普及性远不如柴油机。限制汽油机压的主要技术障碍：

１.爆燃

汽油机增压后，由于混合气压缩始点的压力、温度增高，以及燃烧室受热零件热负荷提高等原因，将促使爆燃的发生，限制汽油机增压。

采用降低压缩比、推迟点火时刻、中冷技术解决。

第29页，共35页。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。第30页，共35页。２.混合气的调节

汽油机采用变量调节，化油器式发动机进行增压时气体流经化油器喉口的压力是变化的，不仅难于精确供应一定浓度的混合气，还增加了一些如增压方案的选择、化油器的密封、加速响应性能等新问题。３.热负荷

汽油机的过量空气系数小，燃烧温度高，膨胀比小，废气温度也比柴油机高200℃～300℃。增压后，汽油机的整体温度水平提高，热负荷问题加重。４.对增压器的特殊要求

汽油机要求增压器体积要小、耐高温性能要好、转动惯量要小，同时效率还要保证在一定的范围内，还要求有增压调节装置，这就造成它的成本比柴油机用增压器要高。第31页，共35页。二、汽油机涡轮增压的主要技术措施１.降低压缩比

汽油机增压由于受爆燃的限制，必须降低压缩比。２.增压压力控制系统

汽油机运行转速范围比柴油机宽，从低速到高速进气流量变化范围大，涡轮增压器的特性很难完全满足各种工况的要求，可能出现低速时增压压力不足，高速对增压压力过高的情况，出现爆燃，为此，必须对汽油机增压压力进行控制。第32页，共35页。３.减小增压后的“反应滞后”现象

采用脉冲涡轮增压、增压器前置方案、带旁通阀的控制系统、减小进排气管长度及容积、提高压缩比及可变点火正时等措施，来减小“反应滞后”现象。４.燃料供给系统的调整

汽油泵

采用由电动油泵和燃油压力调节阀联合工作的方法，来满足增压所需的供油压力和供油量。

点火提前角的调整

采用了电子控制装置来自动推迟点火提前角。三、汽油机废气涡轮增压器的布置在直接喷射式汽油机上增压时，一般燃油在增压器之后喷入，也有的在压气机前吸入一小部分燃油。第33页，共35页。第六节车用增压发动机的性能一、