汽車發(fā)動機原理第八章 廢氣渦輪增壓技術(shù)ppt課件

1、 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓第第8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓 知識目的 1掌握發(fā)動機增壓技術(shù)評價目的。 2了解廢氣渦輪增壓的類型，掌握廢氣能量的利用。 3了解廢氣渦輪增壓器的構(gòu)造，掌握其任務(wù)原理及與發(fā)動機的匹配。 4熟習(xí)并掌握廢氣渦輪增壓對發(fā)動機性能的影響及處理措施。 5了解汽油機增壓的根本內(nèi)容。 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓 才干目的 1可以說出發(fā)動機增壓技術(shù)的類型及評價目的。 2可以分析廢氣渦輪增壓的任務(wù)原理及對發(fā)動機性能的影響。 3可以說出目前轎車上常用的廢氣渦輪增壓構(gòu)

2、造方式。 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓第第1 1節(jié)節(jié) 發(fā)動機增壓概述發(fā)動機增壓概述 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機是靠燃料在汽缸內(nèi)熄滅作功來產(chǎn)發(fā)動機是靠燃料在汽缸內(nèi)熄滅作功來產(chǎn)生功率的。對于動力性能一定的發(fā)動機，生功率的。對于動力性能一定的發(fā)動機，要提高發(fā)動機的功率普通只能經(jīng)過供入要提高發(fā)動機的功率普通只能經(jīng)過供入更多的燃料。但是燃料熄滅過程又必需更多的燃料。但是燃料熄滅過程又必需有相應(yīng)的空氣量。所以發(fā)動機功率的提有相應(yīng)的空氣量。所以發(fā)動機功率的提高遭到進氣量的直接影響。高遭到進氣量的直接影響。 8.1 8.1 發(fā)動機增壓概述發(fā)動機增壓概述

3、第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓增壓器就是裝在發(fā)動機上的公用增壓安裝，其任務(wù)增壓器就是裝在發(fā)動機上的公用增壓安裝，其任務(wù)原理是經(jīng)過增壓安裝緊縮進入氣缸的空氣，以提高原理是經(jīng)過增壓安裝緊縮進入氣缸的空氣，以提高進入氣缸中的充氣密度，添加進氣量，這樣就可以進入氣缸中的充氣密度，添加進氣量，這樣就可以噴入較多的燃料進展熄滅，發(fā)動機就能發(fā)出更大的噴入較多的燃料進展熄滅，發(fā)動機就能發(fā)出更大的功率。功率。在目前的技術(shù)條件下，增壓器是獨一能使發(fā)動機在在目前的技術(shù)條件下，增壓器是獨一能使發(fā)動機在任務(wù)效率不變的情況下添加輸出功率的機械安裝。任務(wù)效率不變的情況下添加輸出功率的機械安裝。 8.1

4、 發(fā)動機增壓概述發(fā)動機增壓概述 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓提高發(fā)動機單機功率的方法提高發(fā)動機單機功率的方法根據(jù)： kW 改動發(fā)動機構(gòu)造參數(shù)：缸數(shù)i，缸徑D，沖程S，沖程數(shù)。 提高轉(zhuǎn)速n及活塞平均運轉(zhuǎn)速度；但i和v，噪音大； 提高平均有效壓力。提高平均有效壓力方法：減少過量系數(shù) 提高充氣效率 增壓技術(shù)充氣密度 31030n iVpTsetq8.1 8.1 發(fā)動機增壓概述發(fā)動機增壓概述 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓一 增壓技術(shù)定義增壓：將空氣緊縮并供入氣缸，用以提高充氣密度、添加進氣量的一項措施。增壓度：指發(fā)動機增壓后標(biāo)定工況的輸出功率增值與原功率

5、之比。反映了采用增壓技術(shù)后輸出功率的增益。 增壓度范圍10%60%，大部分為20%30%。8.1 8.1 發(fā)動機增壓概述發(fā)動機增壓概述 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓增壓壓比k：進入氣缸的氣體壓力Pk與大氣壓力P0之比式中：Pk 緊縮后的壓力，P0緊縮前的壓力。0ppkk8.1 8.1 發(fā)動機增壓概述發(fā)動機增壓概述 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓增壓范圍：低增壓： k=1.31.6 內(nèi)燃機平均有效壓力pe=0.71.0MPa中增壓： k=1.62.5 內(nèi)燃機平均有效壓力pe=1.01.5MPa高增壓： k2.5 pe1.5MPa)超高增壓： k3.5

6、 pe2.0MPa)8.1 發(fā)動機增壓概述發(fā)動機增壓概述 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓二二 增壓技術(shù)的優(yōu)點和主要技術(shù)困難增壓技術(shù)的優(yōu)點和主要技術(shù)困難1 1增壓技術(shù)優(yōu)點增壓技術(shù)優(yōu)點轉(zhuǎn) 矩(Nm)功率(kW)Be(g/kWh)增壓后發(fā)動機性能的提高NA自然吸氣；TC渦輪增壓；TC+IC增壓加中冷發(fā)動機轉(zhuǎn)速r/min8.1 8.1 發(fā)動機增壓概述發(fā)動機增壓概述 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓u改善了發(fā)動機性能改善了發(fā)動機性能, ,提高燃料經(jīng)濟性提高燃料經(jīng)濟性u發(fā)動機增壓后，發(fā)動機增壓后，pme pme 大大添加，平均機械損失壓大大添加，平均機械損失壓力力

7、 添加不多，機械效率添加不多，機械效率m m 提高；提高；u增壓適當(dāng)加大了過量空氣系數(shù)增壓適當(dāng)加大了過量空氣系數(shù) a a，使熄滅過程得，使熄滅過程得到一定改善，到一定改善，i i 有所提高；有所提高；u發(fā)動機采用增壓后，還可以在保證原有功率和一發(fā)動機采用增壓后，還可以在保證原有功率和一定轉(zhuǎn)矩下，適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速。這樣，由于機械損失定轉(zhuǎn)矩下，適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速。這樣，由于機械損失和磨損減少，對改善燃料經(jīng)濟性有利。和磨損減少，對改善燃料經(jīng)濟性有利。 8.1 發(fā)動機增壓概述發(fā)動機增壓概述 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓u減少排氣污染物和噪聲減少排氣污染物和噪聲u由于增壓柴油機有較充足的過

8、量空氣系數(shù)，有由于增壓柴油機有較充足的過量空氣系數(shù)，有害氣體排放量害氣體排放量HCHC、COCO普通為非增壓機的普通為非增壓機的1/31/31/2 1/2 ；u假設(shè)采用增壓中冷技術(shù)，可顯著減少假設(shè)采用增壓中冷技術(shù)，可顯著減少 NOx NOx 排排放放 ；8.1 發(fā)動機增壓概述發(fā)動機增壓概述 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓u減少排氣污染物和噪聲減少排氣污染物和噪聲u增壓增壓著火延遲期著火延遲期壓力升高率壓力升高率 ， 最大迸發(fā)壓力最大迸發(fā)壓力 熄滅噪聲熄滅噪聲。u增壓增壓換氣阻力換氣阻力進、排氣噪聲進、排氣噪聲。u低負(fù)荷時，噪聲改善不明顯。低負(fù)荷時，噪聲改善不明顯。u通常，

9、增壓柴油機的總噪聲聲壓級比非增壓的低通常，增壓柴油機的總噪聲聲壓級比非增壓的低35dB35dB。pmaxp8.1 8.1 發(fā)動機增壓概述發(fā)動機增壓概述 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓u提高發(fā)動機的升功率提高發(fā)動機的升功率u提高功率提高功率30%100%30%100%，減少氣缸數(shù)目和氣缸直徑，減，減少氣缸數(shù)目和氣缸直徑，減少外形尺寸，提高升功率；少外形尺寸，提高升功率；u節(jié)約原資料，減少單位功率質(zhì)量，節(jié)約原資料，減少單位功率質(zhì)量，u增壓增壓指示功率指示功率，平均有效壓力，平均有效壓力，有效功率，有效功率，機械效率，機械效率比分量比分量，升功率，升功率。8.1 發(fā)動機增壓概述

10、發(fā)動機增壓概述 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓 高原地域氣壓低，空氣稀薄，導(dǎo)致發(fā)動機高原地域氣壓低，空氣稀薄，導(dǎo)致發(fā)動機功率下降。普通以為海拔每升功率下降。普通以為海拔每升10001000米，功米，功率下降率下降8 81010，燃油耗費率添加，燃油耗費率添加3.83.85.55.5。而裝渦輪增壓器后，可以恢復(fù)功率，。而裝渦輪增壓器后，可以恢復(fù)功率，減少油耗。減少油耗。u補償高原地域的功率損失。補償高原地域的功率損失。8.1 8.1 發(fā)動機增壓概述發(fā)動機增壓概述 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓二主要技術(shù)困難二主要技術(shù)困難1 1 添加柴油機的機械負(fù)荷和熱

11、負(fù)荷。添加柴油機的機械負(fù)荷和熱負(fù)荷。2 2 小型渦輪增壓器的效率偏低。小型渦輪增壓器的效率偏低。3 3 增壓器對發(fā)動機的扭矩特性和變工況運轉(zhuǎn)的順增壓器對發(fā)動機的扭矩特性和變工況運轉(zhuǎn)的順應(yīng)性較差。應(yīng)性較差。8.1 8.1 發(fā)動機增壓概述發(fā)動機增壓概述 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓按增壓的構(gòu)造方式：按增壓的構(gòu)造方式：機械增壓系統(tǒng)機械增壓系統(tǒng)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)復(fù)合增壓系統(tǒng)復(fù)合增壓系統(tǒng)氣波增壓系統(tǒng)氣波增壓系統(tǒng)諧波增壓系統(tǒng)諧波增壓系統(tǒng)三 發(fā)動機增壓系統(tǒng)類型8.1 8.1 發(fā)動機增壓概述發(fā)動機增壓概述 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓n 機械增壓機

12、械增壓n利用發(fā)動機輸出軸直接驅(qū)動機械增壓安裝。利用發(fā)動機輸出軸直接驅(qū)動機械增壓安裝。n特點：不添加發(fā)動機背壓，但耗費其有效功率，特點：不添加發(fā)動機背壓，但耗費其有效功率，總體布置有一定局限性；增壓壓力普通不超越總體布置有一定局限性；增壓壓力普通不超越0.150.17MPa；過多地提高增壓壓力，會使驅(qū)動壓氣；過多地提高增壓壓力，會使驅(qū)動壓氣機耗功過大，機械效率明顯下降，經(jīng)濟性惡化。機耗功過大，機械效率明顯下降，經(jīng)濟性惡化。8.1 發(fā)動機增壓概述發(fā)動機增壓概述 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓n 氣波增壓氣波增壓n利用廢氣的壓力波直按緊縮空氣，完成進氣緊利用廢氣的壓力波直按緊縮

13、空氣，完成進氣緊縮義務(wù)的增壓系統(tǒng)，采用氣波增壓，低速扭矩大縮義務(wù)的增壓系統(tǒng)，采用氣波增壓，低速扭矩大，加速性好，這些特點特別適用于車用柴油機，加速性好，這些特點特別適用于車用柴油機，但氣波增壓那么有噪聲大，尺寸、質(zhì)量大的缺陷但氣波增壓那么有噪聲大，尺寸、質(zhì)量大的缺陷。目前尚未獲得廣泛的運用。目前尚未獲得廣泛的運用。8.1 發(fā)動機增壓概述發(fā)動機增壓概述 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓n 復(fù)合增壓復(fù)合增壓n采用廢氣渦輪增壓器和機械驅(qū)動式增壓器的一種增采用廢氣渦輪增壓器和機械驅(qū)動式增壓器的一種增壓方式。壓方式。n 廢氣渦輪增壓廢氣渦輪增壓n 利用排氣能量使排氣在渦輪中進一步膨脹

14、作功，用于驅(qū)利用排氣能量使排氣在渦輪中進一步膨脹作功，用于驅(qū)動壓氣機的增壓方式。動壓氣機的增壓方式。n特點：不耗費發(fā)動機有效功，增壓器可以自在布置特點：不耗費發(fā)動機有效功，增壓器可以自在布置在所需的位置，渦輪有一定的消聲作用，并進一步減少在所需的位置，渦輪有一定的消聲作用，并進一步減少排氣中的有害成分。排氣中的有害成分。8.1 8.1 發(fā)動機增壓概述發(fā)動機增壓概述 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓8.2 8.2 廢氣渦輪增壓器根本原理廢氣渦輪增壓器根本原理8.2 8.2 廢氣渦輪增壓器根本原理廢氣渦輪增壓器根本原理 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓1.

15、廢氣渦輪增壓特點廢氣渦輪增壓特點-優(yōu)點優(yōu)點 發(fā)動機分量和體積添加很少情況下，發(fā)動機不需作艱苦改動很容發(fā)動機分量和體積添加很少情況下，發(fā)動機不需作艱苦改動很容易提高功率易提高功率20%50%。其增壓比不受限制，故近來高增壓的趨勢越。其增壓比不受限制，故近來高增壓的趨勢越來越明顯。高增壓時功率提高甚至可大于來越明顯。高增壓時功率提高甚至可大于100%。 由于廢氣能量的收回，發(fā)動機經(jīng)濟性明顯提高。普通廢氣能量的由于廢氣能量的收回，發(fā)動機經(jīng)濟性明顯提高。普通廢氣能量的回收能提高經(jīng)濟性回收能提高經(jīng)濟性3%一一4%，同時減少了機械損失及散熱損失，提高，同時減少了機械損失及散熱損失，提高發(fā)動機機械效率和熱效

16、率，使發(fā)動機渦輪增壓后油耗率降低發(fā)動機機械效率和熱效率，使發(fā)動機渦輪增壓后油耗率降低5%一一10%。8.2 8.2 廢氣渦輪增壓器根本原理廢氣渦輪增壓器根本原理 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓由于其突出的優(yōu)勢，由于其突出的優(yōu)勢，現(xiàn)發(fā)動機多采用廢氣現(xiàn)發(fā)動機多采用廢氣渦輪增壓技術(shù)。渦輪增壓技術(shù)。 渦輪增壓發(fā)動機對海拔高度的變化有較高的順應(yīng)力，在高原地域渦輪增壓發(fā)動機對海拔高度的變化有較高的順應(yīng)力，在高原地域任務(wù)時比不增壓發(fā)動機功率下降要少的多，故渦輪增壓除了用來提任務(wù)時比不增壓發(fā)動機功率下降要少的多，故渦輪增壓除了用來提高發(fā)動機功率，外還可用作高原發(fā)動機恢復(fù)功率。高發(fā)動機功率

17、，外還可用作高原發(fā)動機恢復(fù)功率。 渦輪增壓后排氣噪聲相對減少，排氣煙度及排氣中渦輪增壓后排氣噪聲相對減少，排氣煙度及排氣中 有害成分也減少，故對減少污染是有利的。有害成分也減少，故對減少污染是有利的。8.2 8.2 廢氣渦輪增壓器根本原理廢氣渦輪增壓器根本原理 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓1. 廢氣渦輪增壓特點廢氣渦輪增壓特點-缺陷缺陷 主要表達(dá)在低速轉(zhuǎn)矩特性和加速性下降方面。主要表達(dá)在低速轉(zhuǎn)矩特性和加速性下降方面。低速時，由于增壓壓力下降，轉(zhuǎn)矩低速時，由于增壓壓力下降，轉(zhuǎn)矩Ttq的增量明顯的增量明顯比高速時低，這就使轉(zhuǎn)矩特性的低速段很不理比高速時低，這就使轉(zhuǎn)矩特性的低

18、速段很不理想，影響汽車加速性能及爬坡性能。想，影響汽車加速性能及爬坡性能。起動時，由于未建立增壓壓力，增壓機的緊縮比起動時，由于未建立增壓壓力，增壓機的緊縮比較低，起動、著火有一定困難。較低，起動、著火有一定困難。動態(tài)過程中，氣體壓力反響緩慢，增壓器葉片也動態(tài)過程中，氣體壓力反響緩慢，增壓器葉片也有較大慣性，致使各種呼應(yīng)變慢，不僅影響加有較大慣性，致使各種呼應(yīng)變慢，不僅影響加速及起動性能，因過渡過程較長而影響排放和速及起動性能，因過渡過程較長而影響排放和經(jīng)濟性能。經(jīng)濟性能。 8.2 8.2 廢氣渦輪增壓器根本原理廢氣渦輪增壓器根本原理 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓2.

19、廢氣渦輪增壓器分類根據(jù)廢氣在渦輪機中不同的流通方向：根據(jù)廢氣在渦輪機中不同的流通方向：徑流式渦輪徑流式渦輪廢氣沿徑向流入渦輪機。廢氣沿徑向流入渦輪機。 用于車用發(fā)動機，主要用于車用柴油機，部分可以接受用于車用發(fā)動機，主要用于車用柴油機，部分可以接受950高溫的徑流式渦輪增壓器可用于汽油機。高溫的徑流式渦輪增壓器可用于汽油機。軸流式渦輪軸流式渦輪廢氣沿軸向流入渦輪機。廢氣沿軸向流入渦輪機。用于大、中型柴油機。用于大、中型柴油機。8.2 8.2 廢氣渦輪增壓器根本原理廢氣渦輪增壓器根本原理 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓徑流式渦輪增壓器的參數(shù)徑流式渦輪增壓器的參數(shù)范圍范圍1

20、流量：流量： 0.010.396 kg/s；2 最高增壓比：最高增壓比： 3.4；3 壓氣機葉輪直徑：壓氣機葉輪直徑：34300 mm；4 最高轉(zhuǎn)速：最高轉(zhuǎn)速： 260000 r/min；5 質(zhì)量：質(zhì)量： 2.010.9 kg；6 配機功率：配機功率： 6220 kW；7 配機機型：配機機型： 排量排量250 ml 以上的摩托車、微型轎車以上的摩托車、微型轎車到重型載重汽車。到重型載重汽車。 8.2 8.2 廢氣渦輪增壓器根本原理廢氣渦輪增壓器根本原理 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓徑流式渦輪增壓器主要包括徑流式渦輪增壓器主要包括離心式壓氣機離心式壓氣機徑流式渦輪機。徑流

21、式渦輪機。同時具有支撐安裝、密封安裝、冷卻系統(tǒng)和光滑系統(tǒng)。同時具有支撐安裝、密封安裝、冷卻系統(tǒng)和光滑系統(tǒng)。渦輪機作用是把發(fā)動機的排氣能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功的安裝。渦輪機作用是把發(fā)動機的排氣能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功的安裝。壓氣機作用是對進氣進展緊縮，提高進氣壓力。壓氣機作用是對進氣進展緊縮，提高進氣壓力。3. 徑流式渦輪增壓器任務(wù)原理徑流式渦輪增壓器任務(wù)原理8.2 8.2 廢氣渦輪增壓器根本原理廢氣渦輪增壓器根本原理 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓8.2 8.2 廢氣渦輪增壓器根本原理廢氣渦輪增壓器根本原理 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓 一空氣在壓氣機中的流動一空

22、氣在壓氣機中的流動空氣沿軸向流入壓氣機，沿徑向流出壓氣機。壓氣機組成空氣沿軸向流入壓氣機，沿徑向流出壓氣機。壓氣機組成包括四部分：包括四部分：1 進氣道進氣道2 任務(wù)輪任務(wù)輪3 擴壓器擴壓器4 出氣渦殼出氣渦殼3.1 離心式壓氣機任務(wù)原理離心式壓氣機任務(wù)原理8.2 8.2 廢氣渦輪增壓器根本原理廢氣渦輪增壓器根本原理 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓任務(wù)原理任務(wù)原理 空氣沿進氣道空氣沿進氣道1進入，使氣流均勻地流進任務(wù)輪進入，使氣流均勻地流進任務(wù)輪2，任務(wù)輪轉(zhuǎn)動，任務(wù)輪轉(zhuǎn)動，氣流在通道中受離心力的作用緊縮，并被甩到任務(wù)輪外緣。，氣流在通道中受離心力的作用緊縮，并被甩到任務(wù)輪

23、外緣。1 進氣道進氣道2 任務(wù)輪任務(wù)輪3 擴壓器擴壓器4 出氣渦殼出氣渦殼8.2 8.2 廢氣渦輪增壓器根本原理廢氣渦輪增壓器根本原理 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓 為氣流流入任務(wù)輪入口的絕對速度， 為任務(wù)輪A-A截面處的旋轉(zhuǎn)圓周速度， 為氣流流入任務(wù)輪葉片的相對速度。葉片前緣彎曲某一角度，使其與氣流入口 角根本一致； 為任務(wù)輪外緣出口處的旋轉(zhuǎn)圓周速度，空氣在任務(wù)輪中流動的速度三角形如下圖。為氣流受離心力作用流出任務(wù)輪葉片的相對速度， 為氣流流入擴壓入口的絕對速度1c1u1w2u2w2c8.2 8.2 廢氣渦輪增壓器根本原理廢氣渦輪增壓器根本原理 第第8 8章章 發(fā)動機

24、廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓 8.2 8.2 廢氣渦輪增壓器根本原理廢氣渦輪增壓器根本原理 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓1 進氣道進氣道2 任務(wù)輪任務(wù)輪3 擴壓器擴壓器4 出氣渦殼出氣渦殼8.2 8.2 廢氣渦輪增壓器根本原理廢氣渦輪增壓器根本原理 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓 8.2 8.2 廢氣渦輪增壓器根本原理廢氣渦輪增壓器根本原理 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓1 進氣道進氣道2 任務(wù)輪任務(wù)輪3 擴壓器擴壓器4 出氣渦殼出氣渦殼8.2 8.2 廢氣渦輪增壓器根本原理廢氣渦輪增壓器根本原理 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣

25、渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓8.2 8.2 廢氣渦輪增壓器根本原理廢氣渦輪增壓器根本原理 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓3.2 徑流式渦輪機的任務(wù)原理徑流式渦輪機的任務(wù)原理廢氣在渦輪機中的流動廢氣在渦輪機中的流動如下圖，廢氣沿徑向流入渦輪機，沿軸向流出渦輪機。1 1 進氣渦殼進氣渦殼 2 2 噴嘴環(huán)噴嘴環(huán) 3 3 任務(wù)輪任務(wù)輪 4 4 出氣道出氣道8.2 8.2 廢氣渦輪增壓器根本原理廢氣渦輪增壓器根本原理 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓進氣渦殼進氣渦殼1：銜接柴油機與增壓器；：銜接柴油機與增壓器；噴嘴環(huán)噴嘴環(huán)2: 其上的導(dǎo)向葉片，構(gòu)成減縮形通道，其上

26、的導(dǎo)向葉片，構(gòu)成減縮形通道，將廢氣引入任務(wù)輪；將廢氣引入任務(wù)輪；任務(wù)輪任務(wù)輪3:把從噴嘴環(huán)出口噴出的高速廢氣的把從噴嘴環(huán)出口噴出的高速廢氣的動能和壓力能轉(zhuǎn)換為機械能；動能和壓力能轉(zhuǎn)換為機械能；出氣道出氣道4：將做完功的廢氣引出增壓器：將做完功的廢氣引出增壓器渦輪軸：銜接壓氣機和渦輪機的軸渦輪軸：銜接壓氣機和渦輪機的軸8.2 8.2 廢氣渦輪增壓器根本原理廢氣渦輪增壓器根本原理 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓8.2 8.2 廢氣渦輪增壓器根本原理廢氣渦輪增壓器根本原理 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓8.2 8.2 廢氣渦輪增壓器根本原理廢氣渦輪增壓器根

27、本原理 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓8.2 8.2 廢氣渦輪增壓器根本原理廢氣渦輪增壓器根本原理 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓8.2 8.2 廢氣渦輪增壓器根本原理廢氣渦輪增壓器根本原理 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓廢氣經(jīng)渦輪機后，溫度廢氣經(jīng)渦輪機后，溫度T T和壓力和壓力p p繼續(xù)降低，流速繼續(xù)降低，流速c c經(jīng)噴嘴升高，經(jīng)噴嘴升高，經(jīng)任務(wù)輪降低，闡明廢氣的熱能、壓力和動能都對渦輪機做功，經(jīng)任務(wù)輪降低，闡明廢氣的熱能、壓力和動能都對渦輪機做功，傳送給了渦輪機的任務(wù)輪。傳送給了渦輪機的任務(wù)輪。8.2 8.2 廢氣渦輪增壓器

28、根本原理廢氣渦輪增壓器根本原理 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓廢氣經(jīng)過渦輪機后，廢氣經(jīng)過渦輪機后，剩余的動能剩余的動能 稱為該渦輪機的余速稱為該渦輪機的余速損失。對于二級復(fù)合損失。對于二級復(fù)合式增壓系統(tǒng)，余速損式增壓系統(tǒng)，余速損失與剩余的熱能和壓失與剩余的熱能和壓力用來驅(qū)動二級渦輪力用來驅(qū)動二級渦輪機的任務(wù)輪。機的任務(wù)輪。2221mc8.2 8.2 廢氣渦輪增壓器根本原理廢氣渦輪增壓器根本原理 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓渦輪增壓器與柴油機的匹配為柴油機選配渦輪增壓器時，普通應(yīng)滿足以下要求：為柴油機選配渦輪增壓器時，普通應(yīng)滿足以下要求：1柴油機應(yīng)能

29、到達(dá)預(yù)定的功率和經(jīng)濟目的，渦輪增壓器應(yīng)柴油機應(yīng)能到達(dá)預(yù)定的功率和經(jīng)濟目的，渦輪增壓器應(yīng)能供應(yīng)柴油機所需的增壓壓力和空氣流量。能供應(yīng)柴油機所需的增壓壓力和空氣流量。2渦輪增壓器應(yīng)能在柴油機的各種工況下穩(wěn)定地任務(wù)，壓渦輪增壓器應(yīng)能在柴油機的各種工況下穩(wěn)定地任務(wù)，壓氣機不應(yīng)出現(xiàn)喘振或渦輪機不出現(xiàn)堵塞景象。氣機不應(yīng)出現(xiàn)喘振或渦輪機不出現(xiàn)堵塞景象。8.4 8.4 車用增壓發(fā)動機性能車用增壓發(fā)動機性能 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓3渦輪增壓器在柴油機的各種工況下都能高效率地運轉(zhuǎn)。柴油機和渦輪增壓器結(jié)合運轉(zhuǎn)線，應(yīng)穿過壓氣機的高效率區(qū)，且盡能夠和壓氣機的等負(fù)荷曲線相平行。4渦輪增壓柴油

30、機在各種工況下都能可靠地任務(wù)。如渦輪增壓器在柴油機滿負(fù)荷時不出現(xiàn)超速，柴油機不出現(xiàn)排氣超溫，從而保證渦輪進氣不超溫等。8.4 8.4 車用增壓發(fā)動機性能車用增壓發(fā)動機性能 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓對于高增壓度的發(fā)動機，構(gòu)造變動很大，需求重新設(shè)計發(fā)動機。而通常的車用發(fā)動機增壓度不高，無需重新設(shè)計，消費流程也變化不大。但為了順應(yīng)增壓后功率增長的要求，抵抗增壓后發(fā)動機機械負(fù)荷和熱負(fù)荷的增大，仍需對發(fā)動機的構(gòu)造做部分的調(diào)整。8.4 8.4 車用增壓發(fā)動機性能車用增壓發(fā)動機性能 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓5. 增壓發(fā)動機在構(gòu)造上的變動1)增大供油量，

31、調(diào)整供油系。增大供油量，調(diào)整供油系。由于增壓后發(fā)動機的循環(huán)充氣量大幅添加，因此須由于增壓后發(fā)動機的循環(huán)充氣量大幅添加，因此須相應(yīng)地增大循環(huán)供油量，以大幅提高發(fā)動機的功相應(yīng)地增大循環(huán)供油量，以大幅提高發(fā)動機的功率。率。增大循環(huán)供油量的措施：增大噴油泵柱塞直徑，噴增大循環(huán)供油量的措施：增大噴油泵柱塞直徑，噴油泵凸輪型線改陡以添加供油速率，加大噴油嘴油泵凸輪型線改陡以添加供油速率，加大噴油嘴直徑等直徑等.與非增壓發(fā)動機相比，雖然循環(huán)噴油量增大了，但與非增壓發(fā)動機相比，雖然循環(huán)噴油量增大了，但過量空氣系數(shù)仍要增大。堅持較稀混合氣的目的過量空氣系數(shù)仍要增大。堅持較稀混合氣的目的是為了適當(dāng)降低發(fā)動機的熱負(fù)

32、荷，提高發(fā)動機的是為了適當(dāng)降低發(fā)動機的熱負(fù)荷，提高發(fā)動機的經(jīng)濟性。經(jīng)濟性。8.4 8.4 車用增壓發(fā)動機性能車用增壓發(fā)動機性能 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓2)改動配氣相位。其方法：改動配氣相位。其方法：合理地加大氣門重疊角，以添加掃氣空氣，冷卻受合理地加大氣門重疊角，以添加掃氣空氣，冷卻受熱零件，降低熱效率，提高充氣系數(shù)，改善渦輪熱零件，降低熱效率，提高充氣系數(shù)，改善渦輪任務(wù)條件。任務(wù)條件。為使充氣效率提高，可增大進、排氣門的升程，為為使充氣效率提高，可增大進、排氣門的升程，為防止氣門碰撞活塞，活塞頂部可挖凹坑。防止氣門碰撞活塞，活塞頂部可挖凹坑。改良?xì)忾T和氣門座的構(gòu)

33、造和材質(zhì)，以提高其耐磨性。改良?xì)忾T和氣門座的構(gòu)造和材質(zhì)，以提高其耐磨性。8.4 8.4 車用增壓發(fā)動機性能車用增壓發(fā)動機性能 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓3)減小緊縮比，增大過量空氣系數(shù)。減小緊縮比，增大過量空氣系數(shù)。n 為了降低最高迸發(fā)力壓力，緊縮比可適當(dāng)降低。低增壓時，緊縮比可減少1-2個單位。增壓度提高，緊縮比可多降低一些，普通緊縮比為12-14。假設(shè)緊縮比過低，不僅使熄滅惡化，還會使起動性能下降。n 添加過量空氣系數(shù)，其目的在于降低熱效率和改善經(jīng)濟性.n 適當(dāng)多加或加寬加強筋，可以抵抗增壓發(fā)動機機械負(fù)荷的增大。8.4 8.4 車用增壓發(fā)動機性能車用增壓發(fā)動機性能

34、 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓4設(shè)置分支排氣管設(shè)置分支排氣管通常，增壓發(fā)動機從進氣門翻開到封鎖的曲軸轉(zhuǎn)通常，增壓發(fā)動機從進氣門翻開到封鎖的曲軸轉(zhuǎn)角為角為240CA，一個循環(huán)的曲軸轉(zhuǎn)角為，一個循環(huán)的曲軸轉(zhuǎn)角為720CA。因此，使因此，使3個發(fā)火順序相互隔開的氣缸共用一根個發(fā)火順序相互隔開的氣缸共用一根排氣管可以使排氣延續(xù)。如：排氣管可以使排氣延續(xù)。如：6缸發(fā)動機的發(fā)火缸發(fā)動機的發(fā)火順序為順序為1-5-3-6-2-4，因此，應(yīng)使，因此，應(yīng)使1-2-3缸共用一缸共用一根排氣歧管，根排氣歧管，4-5-6缸共用一根排氣歧管。缸共用一根排氣歧管。假設(shè)發(fā)動機的缸數(shù)不是假設(shè)發(fā)動機的缸數(shù)

35、不是3的倍數(shù)的倍數(shù),排氣就不會是延排氣就不會是延續(xù)的續(xù)的.8.4 8.4 車用增壓發(fā)動機性能車用增壓發(fā)動機性能 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓5)設(shè)置壓氣機的中冷器設(shè)置壓氣機的中冷器設(shè)置壓氣機的中冷器，可以降低進氣溫度，增大進設(shè)置壓氣機的中冷器，可以降低進氣溫度，增大進氣密度，提高發(fā)動機功率。實際闡明，增壓空氣氣密度，提高發(fā)動機功率。實際闡明，增壓空氣每降低每降低10，柴油機的平均溫度可以降低，柴油機的平均溫度可以降低2530，增壓比為，增壓比為1.5到到2時，循環(huán)充氣量可提時，循環(huán)充氣量可提高高10%18%。 例如：采用中冷安裝后，某汽油例如：采用中冷安裝后，某汽油機的

36、進氣溫度從機的進氣溫度從110降低到了降低到了66，點火提早，點火提早角從角從23提早到提早到30.5，那么汽油機功率從，那么汽油機功率從260 kW增大到了增大到了300 kW，比油耗從，比油耗從245 g/kWh減小到減小到了了210 g/kWh。8.4 8.4 車用增壓發(fā)動機性能車用增壓發(fā)動機性能 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓5)設(shè)置壓氣機的中冷器設(shè)置壓氣機的中冷器增壓器的中冷分為水冷和空氣冷卻。水冷構(gòu)造復(fù)雜增壓器的中冷分為水冷和空氣冷卻。水冷構(gòu)造復(fù)雜，體積龐大，在汽車上難于運用；空氣冷卻就是，體積龐大，在汽車上難于運用；空氣冷卻就是風(fēng)扇冷卻，適用于車用增壓發(fā)動機

37、。風(fēng)扇冷卻，適用于車用增壓發(fā)動機。 但只需在高但只需在高增壓的發(fā)動機上才需設(shè)置壓氣機的中冷器，對于增壓的發(fā)動機上才需設(shè)置壓氣機的中冷器，對于中、低增壓的發(fā)動機，沒有必要設(shè)置中冷器。中、低增壓的發(fā)動機，沒有必要設(shè)置中冷器。6)其它改動其它改動加粗進氣管，加強冷卻系統(tǒng)等加粗進氣管，加強冷卻系統(tǒng)等 。8.4 8.4 車用增壓發(fā)動機性能車用增壓發(fā)動機性能 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓汽油機增壓技術(shù)與柴油機增壓技術(shù)的異同汽油機增壓技術(shù)與柴油機增壓技術(shù)的異同1 1爆燃問題爆燃問題 汽油發(fā)動機不同于柴油發(fā)動機，它進入氣缸的不是空氣，汽油發(fā)動機不同于柴油發(fā)動機，它進入氣缸的不是空氣，而

38、是汽油與空氣的混合氣，壓力過大容易出現(xiàn)爆燃。因此，而是汽油與空氣的混合氣，壓力過大容易出現(xiàn)爆燃。因此，運用渦輪增壓技術(shù)必需求處置好爆燃問題，這個問題最好的運用渦輪增壓技術(shù)必需求處置好爆燃問題，這個問題最好的處理方法就是加裝爆燃傳感器和對點火時間進展控制。一旦處理方法就是加裝爆燃傳感器和對點火時間進展控制。一旦爆燃傳感器將爆燃信號傳送到爆燃傳感器將爆燃信號傳送到ECUECU電子控制單元控制系電子控制單元控制系統(tǒng)，統(tǒng)，ECUECU將點火定時稍推遲一點；當(dāng)不產(chǎn)生爆燃的時候再恢將點火定時稍推遲一點；當(dāng)不產(chǎn)生爆燃的時候再恢復(fù)正常點火定時。復(fù)正常點火定時。8.5 8.5 汽油機增壓技術(shù)汽油機增壓技術(shù) 第第

39、8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓2 2排氣溫度過高排氣溫度過高 汽油機比柴油機相比，由于空燃比較小，緊縮比和膨脹汽油機比柴油機相比，由于空燃比較小，緊縮比和膨脹比小，從而導(dǎo)致排氣溫度過高，如柴油機排氣溫度普通為比小，從而導(dǎo)致排氣溫度過高，如柴油機排氣溫度普通為300300700700，而汽油機排氣溫度為，而汽油機排氣溫度為600 600 1000 1000 。渦輪長期遭到排氣的熱負(fù)荷，這對其壽命有很大的影響。渦輪長期遭到排氣的熱負(fù)荷，這對其壽命有很大的影響。汽油機上安裝的渦輪增壓器的渦輪都需求有較好的耐高溫汽油機上安裝的渦輪增壓器的渦輪都需求有較好的耐高溫性能，如博格華納公司就

40、開發(fā)耐性能，如博格華納公司就開發(fā)耐1050 1050 高溫的鑄剛渦輪高溫的鑄剛渦輪，目前已在飛馳及沃爾沃汽車上運用。，目前已在飛馳及沃爾沃汽車上運用。8.5 8.5 汽油機增壓技術(shù)汽油機增壓技術(shù) 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓3 3工況變化頻繁工況變化頻繁由于汽油機的轉(zhuǎn)速比柴油機高，空氣流速快而且變化范由于汽油機的轉(zhuǎn)速比柴油機高，空氣流速快而且變化范圍大，汽油機運轉(zhuǎn)的工況變化較為頻繁，這也對渦輪增圍大，汽油機運轉(zhuǎn)的工況變化較為頻繁，這也對渦輪增壓器的動態(tài)呼應(yīng)有了更高的要求。為處理這類問題，需壓器的動態(tài)呼應(yīng)有了更高的要求。為處理這類問題，需求改良設(shè)計提高渦輪增壓器動態(tài)呼應(yīng)。

41、有些設(shè)計能降低求改良設(shè)計提高渦輪增壓器動態(tài)呼應(yīng)。有些設(shè)計能降低渦輪殼的熱負(fù)荷，在發(fā)動機冷啟動時渦輪殼的熱負(fù)荷，在發(fā)動機冷啟動時, , 可以更快地激活可以更快地激活催化轉(zhuǎn)換器催化轉(zhuǎn)換器, , 從而極大地減少有害氣體的排放。從而極大地減少有害氣體的排放。8.5 8.5 汽油機增壓技術(shù)汽油機增壓技術(shù) 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓4 4增壓效率較低增壓效率較低 目前汽油機普遍采用帶放氣閥式渦輪增壓器，經(jīng)過放氣閥目前汽油機普遍采用帶放氣閥式渦輪增壓器，經(jīng)過放氣閥的開閉，得到不同轉(zhuǎn)速下所需的增壓度，這樣導(dǎo)致部分廢的開閉，得到不同轉(zhuǎn)速下所需的增壓度，這樣導(dǎo)致部分廢氣能量未能得到利用，

42、所以效率較低。而柴油機曾經(jīng)采用氣能量未能得到利用，所以效率較低。而柴油機曾經(jīng)采用可變渦輪截面可變渦輪截面VGTVGT增壓器，其經(jīng)過渦輪截面的調(diào)理來增壓器，其經(jīng)過渦輪截面的調(diào)理來滿足不同工況的需求，這樣沒有廢氣的浪費，效率較高。滿足不同工況的需求，這樣沒有廢氣的浪費，效率較高。目前，保時捷目前，保時捷911Turbo911Turbo汽油車在運用汽油車在運用VGTVGT增壓器。增壓器。8.5 8.5 汽油機增壓技術(shù)汽油機增壓技術(shù) 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓可變渦輪截面增壓器可變渦輪截面增壓器VTGVTG VTG VTG技術(shù)在渦輪技術(shù)在渦輪的外側(cè)加了一環(huán)可經(jīng)過電的外側(cè)加了一

43、環(huán)可經(jīng)過電子系統(tǒng)控制角度的葉片子系統(tǒng)控制角度的葉片如圖如圖1 1所示，把發(fā)動機所示，把發(fā)動機排出的廢氣導(dǎo)向到排氣側(cè)排出的廢氣導(dǎo)向到排氣側(cè)的渦輪葉片上。的渦輪葉片上。8.5 汽油機增壓技術(shù) 第第8 8章章 發(fā)動機廢氣渦輪增壓發(fā)動機廢氣渦輪增壓 VTG技術(shù)經(jīng)過導(dǎo)向葉片改動廢氣作用在排氣側(cè)渦輪葉片上的技術(shù)經(jīng)過導(dǎo)向葉片改動廢氣作用在排氣側(cè)渦輪葉片上的壓力，控制渦輪的轉(zhuǎn)速，從而控制渦輪的增壓壓力。由于渦壓力，控制渦輪的轉(zhuǎn)速，從而控制渦輪的增壓壓力。由于渦輪轉(zhuǎn)速得到控制，增壓壓力也得到了控制，采用輪轉(zhuǎn)速得到控制，增壓壓力也得到了控制，采用VTG技術(shù)的技術(shù)的發(fā)動機不再需求傳統(tǒng)廢氣渦輪增壓發(fā)動機的放氣閥發(fā)動機不再需求傳統(tǒng)廢氣渦輪增壓發(fā)動機的放氣閥Blo