车用发动机废气涡轮增压课件

車用發動機

廢氣渦輪增壓

第一節發動機增壓概述一、增壓概念及衡量指標

1.增壓概念：利用某種形式的能量驅動壓氣機，將進氣進行壓縮，提高進氣壓力（密度），由此增加氣缸單位體積進氣量的一項措施。

2.理論依據：Pe=pmeVsin/30τ×10-3通過下列方法提高發動機的單機功率：1）改變發動機結構參數；2）提高發動機轉速n；3）提高發動機平均有效壓力pme。增加進入發動機氣缸的充量密度ρs，提高發動機平均有效壓力，達到提高發動機功率的目的。3.衡量指標（1）增壓比：增壓後壓力pk與增壓前壓力p0之比；（2）增壓度：增壓後增長功率與增壓前的功率之比。二、增壓的分類1.衡量指標按增壓比分類（1）低增壓：πk=1.3~1.6；（2）中增壓：πk=1.6~2.5；（3）高增壓：πk＞2.5；（4）超高增壓：πk＞

4.5~5.5。2.按壓氣機驅動方式分類（1）機械增壓1—排氣管；2—氣缸；3—曲軸；4—齒輪副；5—壓氣機；6—進氣管（2）氣波增壓

1—發動機；2—轉子；3—帶輪傳動；4—高壓排氣；5—高壓空氣；6—低壓空氣；7—低壓排氣（3）廢氣渦輪增壓1—排氣口；2—渦輪機；3—壓氣機；4—進氣口；5—進氣管；6—排氣管（4）複合增壓1）廢氣渦輪增壓與機械增壓組合

；2）廢氣渦輪增壓與廢氣動力渦輪組合。a）串聯前b）串聯後c）並聯（5）雙級增壓1）雙級並列增壓

；2）雙級直列增壓

。第二節廢氣渦輪增壓器的基本結構及工作原理

廢氣渦輪增壓器按廢氣在渦輪機中的不同流動方向分為徑流式和軸流式兩類。徑流式渦輪增壓器由離心式壓氣機、徑流式渦輪機、中間體三個主要部分，以及潤滑系統、冷卻系統、密封裝置和支承裝置等組成。

徑流式渦輪增壓器——一、離心式壓氣機

1.基本結構

1—進氣道；2—葉輪；3—擴壓管；4—蝸殼2.工作原理

壓氣機中氣流參數的變化

3.壓氣機的主要參數（1）增壓比πk=pk/p0（2）壓氣機流量每秒流經壓氣機的品質流量qmb（kg/s）或容積流量V0（m3/s）。（3）壓氣機絕熱效率壓氣機將外界1kg空氣絕熱壓縮所做的功had-k與壓縮1kg空氣實際消耗的功hk之比，即ηad-k＝had-k/hk（4）壓氣機轉速由於壓氣機與渦輪機同軸旋轉，因此壓氣機的轉速就是渦輪機的轉速，每分鐘可達到幾萬轉，甚至十幾萬轉。4.壓氣機的特性

（1）壓氣機的流量特性

（2）壓氣機的喘振在壓氣機轉速一定的條件下，當流量小於某一數值後，在葉片或擴壓管入口處出現氣流與壁面分離現象，導致產生渦流並迅速傳播到壓氣機的其他部分，撞擊損失開始增大，使氣流產生強烈的振盪和倒流，工作葉輪強烈振動，並產生很大的雜訊，這種現象稱為壓氣機的喘振。壓氣機流量特性曲線中各轉速喘振點的連線稱為喘振線，是該壓氣機穩定工作的左邊界。（3）壓氣機的堵塞在某一壓氣機轉速下，流量超過設計工況點的流量後，效率和增壓比隨轉速急速下降，而流量卻不能再增加，這種現象稱為壓氣機的堵塞。各轉速下發生堵塞點的連線即為壓氣機穩定工作的右邊界。

（4）壓氣機通用特性上述壓氣機特性曲線中的參數都是在一定的大氣狀態下測得的，因此，壓氣機特性曲線受大氣環境條件的影響差異很大，壓氣機的特性曲線就需要進行相應的調整，否則無法使用，這無疑會帶來很大的不便。為解決這一問題，常應用相對的折合參數概念，把試驗時測的上述參數根據氣流動力相似理論換算成標準大氣狀態（1atm=101.33kpa、標準大氣溫度=298k）下的參數值，繪製不受環境條件變化影響的壓氣機通用特性曲線。一、徑流式渦輪機

1.基本結構

1—蝸殼；2—噴管；3—葉輪；4—出氣道2.工作原理

渦輪機中氣流參數的變化3.渦輪機的主要參數（1）渦輪機膨脹比渦輪機膨脹比是代表氣體在渦輪中具有做功能力的重要參數，定義為渦輪進口氣體滯止壓力pT*與渦輪出口氣體靜壓力p0′之比，即πT=pT*/p0′。（2）氣體品質流量氣體品質流量qmT是指單位時間內通過渦輪的氣體質量。（3）渦輪機效率渦輪機中廢氣的能量轉換為機械功的有效程度，常用渦輪機效率來表示，即ηT＝WT/HT。渦輪機效率ηT＝0.65~0.85。（4）渦輪機轉速渦輪機轉速與壓氣機轉速相等，通稱為渦輪增壓器轉速。4.渦輪機的特性

渦輪機膨脹比πT、排氣流量qmT、渦輪轉速nT及渦輪機效率ηT之間的變化關係。第三節廢氣渦輪增壓系統的類型

一、定壓渦輪增壓系統

二、脈衝渦輪增壓系統

三、定壓渦輪增壓系統和脈衝渦輪增壓系統的比較

（1）廢氣能量的利用效果（2）發動機的加速性能（3）發動機氣缸內的掃氣作用（4）增壓系統的結構（5）增壓器的效率四、增壓系統的選擇增壓系統的選擇原則是：低增壓時選用脈衝渦輪增壓系統，高增壓時選用定壓渦輪增壓系統。車用發動機大部分時間在部分工況下工作，對轉矩特性和加速性能要求較高，所以多採用脈衝渦輪增壓系統。

第四節廢氣渦輪增壓對發動機性能的影響一、廢氣渦輪增壓對發動機動力性能、經濟性能的影響

1.廢氣渦輪增壓對發動機動力性能的影響

2.廢氣渦輪增壓對發動機經濟性能的影響二、廢氣渦輪增壓對發動機其他性能的影響

排放性能改善燃燒及排氣雜訊降低低速轉矩特性下降瞬態回應特性變差起動及制動性能變差熱負荷與機械負荷增大

三、改善車用渦輪增壓發動機轉矩特性的措施降低渦輪轉動慣量（1）利用新型渦輪轉子總成製造材料研發小渦輪（2）雙級增壓

2.改變氣體流通狀態

（1）進氣旁通增壓系統（2）排氣旁通增壓系統1—空氣濾清器；2—空氣流量計；3—增壓壓力控制電磁閥；4—廢氣渦輪增壓器；5—旁通閥；6—驅動氣室；7—中冷器；8—增壓壓力感測器；9、10—高壓空氣管排氣旁通增壓系統控制裝置1—壓氣機；2—渦輪；3—旁通閥；4—控制杆；5—膜片拉杆；6—膜片彈簧；7—膜片；8—增壓壓力控制電磁閥增壓壓力控制電磁閥1—通驅動氣室管口；2—低壓空氣側管口；3—閥；4—高壓空氣側管口；5—線束插接器（2）可變截面渦輪增壓

1）可變噴嘴環流通截面渦輪增壓

1—控制電磁閥；2—驅動氣室；3—調整環；4—可調葉片；5—調整環撥銷；6—控制連杆；7—葉片軸；8—葉片撥銷；9—支撐環可變噴嘴環流通截面渦輪增壓控制原理——2）節流閥式渦輪增壓

1—節流閥；2—增壓器渦輪3）雙蝸殼通道渦輪增壓

3.輔助增壓

（1）電輔助渦輪增壓（EAT）系統（2）渦輪、機械雙增壓（TSI）系統

第三節汽油機增壓一、汽油機渦輪增壓技術難點

（1）爆燃傾向加大（2）熱負荷嚴重（3）對增壓器要求更高（4）動態回應遲緩加大

二、汽油機渦輪增壓的技術措施

（1）電控技術的應用（2）增壓壓力控制系統（3）點火提前角的調整（4）其他措施三、渦輪增壓器的佈置思考與練習：1.什麼