發(fā)動(dòng)機(jī)原理第三章發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓

1、第三章第三章 發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓Engine Exhaust-gas Turbo Supercharging主要內(nèi)容主要內(nèi)容概述概述廢氣能量的利用廢氣能量的利用廢氣渦輪增壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理廢氣渦輪增壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理廢氣渦輪增壓的類型廢氣渦輪增壓的類型汽油機(jī)增壓概述汽油機(jī)增壓概述車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的性能車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的性能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率：30meseipV nP由：SDVs4230SnCm則:/22memmeepCiDSnpiDP則則提高發(fā)動(dòng)機(jī)的單機(jī)功率的方法提高發(fā)動(dòng)機(jī)的單機(jī)功率的方法: 1 1、改變發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)改變發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù) 缸數(shù)缸數(shù)i i，缸徑，缸徑D

2、 D，沖程，沖程S, S, 沖程數(shù)沖程數(shù) 2 2、提高轉(zhuǎn)速提高轉(zhuǎn)速n n及活塞平均運(yùn)行速度及活塞平均運(yùn)行速度 3 3、提高平均有效壓力提高平均有效壓力 增壓增壓 其中其中 充量密度。充量密度。cmmep00mepeP增壓是內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的重要方向。增壓是內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的重要方向。 增壓的目的是通過將空氣預(yù)先壓縮后供增壓的目的是通過將空氣預(yù)先壓縮后供入氣缸，增加進(jìn)氣質(zhì)量，相應(yīng)地增加循環(huán)供入氣缸，增加進(jìn)氣質(zhì)量，相應(yīng)地增加循環(huán)供油量，從而可以增加發(fā)動(dòng)機(jī)功率。油量，從而可以增加發(fā)動(dòng)機(jī)功率。 增壓就是設(shè)法提高進(jìn)入氣缸的充量密度，增壓就是設(shè)法提高進(jìn)入氣缸的充量密度，使進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的新氣量增加，這就可以燃燒使進(jìn)入發(fā)動(dòng)

3、機(jī)的新氣量增加，這就可以燃燒更多的燃料，使平均有效壓力提高，從而提更多的燃料，使平均有效壓力提高，從而提高功率和改善經(jīng)濟(jì)性能和排放性能。高功率和改善經(jīng)濟(jì)性能和排放性能。1000ekeeekekPPPPP增壓度增壓度：指發(fā)動(dòng)機(jī)在增壓后指發(fā)動(dòng)機(jī)在增壓后增長(zhǎng)的功率增長(zhǎng)的功率與增與增 壓前的功率之比。壓前的功率之比。發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的衡量指標(biāo)：發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的衡量指標(biāo)：增壓比增壓比：增壓后氣體壓力與增壓后氣體壓力與增壓前氣體壓力之比增壓前氣體壓力之比。0ppkk（1）機(jī)械增壓系統(tǒng)）機(jī)械增壓系統(tǒng)（2）廢氣渦輪增壓系統(tǒng)）廢氣渦輪增壓系統(tǒng)（3）復(fù)合式發(fā)動(dòng)機(jī)）復(fù)合式發(fā)動(dòng)機(jī)（4）組合式渦輪增壓系統(tǒng)）組合式渦輪增壓系統(tǒng)（5

4、）氣波增壓系統(tǒng)）氣波增壓系統(tǒng)增壓的種類增壓的種類1.按增壓比：按增壓比：1）低增壓： =1.31.6，對(duì)應(yīng)的 =700-1000kpa。2）中增壓： =1.62.5，對(duì)應(yīng)的 =1000-1500kpa。3）高增壓： 2.5，對(duì)應(yīng)的 1500kpa。 4）超高壓： 4.55.5，對(duì)應(yīng)的 =2500-3500kpa以上kmePkmePkmePkmeP2.按增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式：按增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式：機(jī)械增壓機(jī)械增壓渦輪增壓渦輪增壓-渦輪增壓渦輪增壓復(fù)合增壓復(fù)合增壓-雙增壓雙增壓(1)機(jī)械增壓機(jī)械增壓： 發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸直接驅(qū)動(dòng)機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸直接驅(qū)動(dòng)機(jī)械增壓器，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)氣的壓縮。這種方式提器，實(shí)現(xiàn)對(duì)

5、進(jìn)氣的壓縮。這種方式提出最早，但其優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)同樣突出。出最早，但其優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)同樣突出。用于小功率發(fā)動(dòng)機(jī)用于小功率發(fā)動(dòng)機(jī)。圖3-1Supercharger 機(jī)械增壓器壓縮機(jī)的機(jī)械增壓器壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力來來自發(fā)自發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸動(dòng)機(jī)曲軸。一般都是利用皮帶連接曲軸。一般都是利用皮帶連接曲軸皮帶輪，以曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)的扭力帶動(dòng)增壓器，皮帶輪，以曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)的扭力帶動(dòng)增壓器，達(dá)到增壓目的。根據(jù)構(gòu)造不同，機(jī)械增達(dá)到增壓目的。根據(jù)構(gòu)造不同，機(jī)械增壓曾經(jīng)出現(xiàn)過許多種類型，包括：壓曾經(jīng)出現(xiàn)過許多種類型，包括：葉片葉片式式(Vane)、魯茲、魯茲(Roots)、溫克爾、溫克爾(Wankle) 等型式?，F(xiàn)在較為常見的為前等型式。

6、現(xiàn)在較為常見的為前兩種。兩種。 魯茲增壓器有雙葉、三葉轉(zhuǎn)子兩種型式，目前以魯茲增壓器有雙葉、三葉轉(zhuǎn)子兩種型式，目前以雙葉轉(zhuǎn)子較普遍，其構(gòu)造是在橢圓形的殼體中裝兩個(gè)雙葉轉(zhuǎn)子較普遍，其構(gòu)造是在橢圓形的殼體中裝兩個(gè)繭形的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子之間保有極小的間隙而不直接接觸。繭形的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子之間保有極小的間隙而不直接接觸。兩轉(zhuǎn)子借由兩轉(zhuǎn)子借由螺旋齒輪螺旋齒輪連動(dòng)，其中一個(gè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸與驅(qū)連動(dòng)，其中一個(gè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動(dòng)的皮帶輪連接，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的皮帶輪上裝有電磁離合動(dòng)的皮帶輪連接，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的皮帶輪上裝有電磁離合器，在不需要增壓時(shí)即放開離合器以停止增壓。器，在不需要增壓時(shí)即放開離合器以停止增壓。 而葉片式而葉片式( 亦有稱

7、為渦流式亦有稱為渦流式) 的本體就是屬于葉片式的本體就是屬于葉片式本體的一種。其運(yùn)作方式主要是利用三個(gè)可根據(jù)不同本體的一種。其運(yùn)作方式主要是利用三個(gè)可根據(jù)不同離心力而改變轉(zhuǎn)速的行星齒輪組帶動(dòng)進(jìn)氣葉片。發(fā)動(dòng)離心力而改變轉(zhuǎn)速的行星齒輪組帶動(dòng)進(jìn)氣葉片。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速愈高，進(jìn)氣葉片的轉(zhuǎn)速也能跟著提高。機(jī)轉(zhuǎn)速愈高，進(jìn)氣葉片的轉(zhuǎn)速也能跟著提高?！癟win-Screw式式”機(jī)械增壓器工作原理機(jī)械增壓器工作原理 雙轉(zhuǎn)子雙轉(zhuǎn)子“Roots式式”機(jī)械增壓器工作原理機(jī)械增壓器工作原理奇瑞瑞虎奇瑞瑞虎1.6L裝有機(jī)械裝有機(jī)械增壓增壓奔馳奔馳C180K用的用的1.6升機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)升機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī) 機(jī)械增壓系統(tǒng)機(jī)械增壓系統(tǒng)

8、優(yōu)點(diǎn)是渦輪優(yōu)點(diǎn)是渦輪轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)相同，因機(jī)相同，因此沒有滯后此沒有滯后現(xiàn)象，動(dòng)力現(xiàn)象，動(dòng)力輸出非常流輸出非常流暢。但是由暢。但是由于裝在發(fā)動(dòng)于裝在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸里機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸里面，因此還面，因此還是消耗了部是消耗了部分動(dòng)力，增分動(dòng)力，增壓出來的效壓出來的效果并不高。果并不高。(2)廢氣渦輪增壓廢氣渦輪增壓： 壓氣機(jī)與渦輪同壓氣機(jī)與渦輪同軸相連，構(gòu)成渦輪增軸相連，構(gòu)成渦輪增壓器。渦輪在排氣能壓器。渦輪在排氣能量的推動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，帶量的推動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)壓氣機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)動(dòng)壓氣機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣增壓。進(jìn)氣增壓。廣泛應(yīng)用廣泛應(yīng)用于于柴油機(jī)柴油機(jī)。圖3-2由由渦輪機(jī)渦輪機(jī)和和壓氣機(jī)壓氣機(jī)構(gòu)成。構(gòu)成。Turb

9、o charger 渦輪增壓的原理渦輪增壓的原理 紅色為高溫廢氣，藍(lán)色為新鮮空氣紅色為高溫廢氣，藍(lán)色為新鮮空氣 廢氣渦輪增壓器廢氣渦輪增壓器是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣能量來驅(qū)動(dòng)渦輪，廢氣能量來驅(qū)動(dòng)渦輪，并帶動(dòng)同軸上的壓氣并帶動(dòng)同軸上的壓氣機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)，將空氣機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)，將空氣壓縮并送入發(fā)動(dòng)機(jī)汽壓縮并送入發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸。由于廢氣渦輪增缸。由于廢氣渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)之間沒壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)之間沒有任何機(jī)械傳動(dòng)連接，有任何機(jī)械傳動(dòng)連接，機(jī)械損耗更小。理論機(jī)械損耗更小。理論上只要汽缸壁足夠堅(jiān)上只要汽缸壁足夠堅(jiān)固，只需通過增加渦固，只需通過增加渦輪的尺寸和激量，就輪的尺寸和激量，就能將動(dòng)力提升到十分能

10、將動(dòng)力提升到十分驚人的程度。驚人的程度。 渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是它可在不增加發(fā)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是它可在不增加發(fā)動(dòng)機(jī)排量的基礎(chǔ)上，動(dòng)機(jī)排量的基礎(chǔ)上，大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩矩。一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)裝上渦輪增壓器后，其輸出的最大。一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)裝上渦輪增壓器后，其輸出的最大功率與未裝增壓器相比，可增加大約功率與未裝增壓器相比，可增加大約40%甚至更多。甚至更多。 但它仍有個(gè)難以完全但它仍有個(gè)難以完全克服的缺點(diǎn)克服的缺點(diǎn)渦輪遲滯渦輪遲滯。簡(jiǎn)單的渦輪增壓系統(tǒng)的工作原理。簡(jiǎn)單的渦輪增壓系統(tǒng)的工作原理。圖中圖中藍(lán)色藍(lán)色的為的為進(jìn)氣管進(jìn)氣管，紅色紅色的為的為排氣管排氣管。經(jīng)典的經(jīng)

11、典的BORA 1.8T BORA 1.8T 渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓套件渦輪增壓套件10ZJ型渦輪增壓器型渦輪增壓器半開式工作輪羅茨式壓氣機(jī)(3)復(fù)合式增壓復(fù)合式增壓： 將將機(jī)械增壓與廢機(jī)械增壓與廢氣動(dòng)力渦輪氣動(dòng)力渦輪串聯(lián)串聯(lián)起來工作，稱為起來工作，稱為復(fù)合式增壓系統(tǒng)。復(fù)合式增壓系統(tǒng)。Compositer supercharger 復(fù)合增壓系統(tǒng)：即廢氣渦輪增壓和機(jī)械增復(fù)合增壓系統(tǒng)：即廢氣渦輪增壓和機(jī)械增壓并用，機(jī)械增壓有助于低轉(zhuǎn)速時(shí)的扭力輸出，壓并用，機(jī)械增壓有助于低轉(zhuǎn)速時(shí)的扭力輸出，但是高轉(zhuǎn)速時(shí)功率輸出有限；而廢氣渦輪增壓但是高轉(zhuǎn)速時(shí)功率輸出有限；而廢氣渦輪增壓在高轉(zhuǎn)速時(shí)擁有強(qiáng)大

12、的功率輸出，但低轉(zhuǎn)速時(shí)在高轉(zhuǎn)速時(shí)擁有強(qiáng)大的功率輸出，但低轉(zhuǎn)速時(shí)則力不從心。則力不從心。這種裝置在大功率柴油機(jī)上采用比較多，這種裝置在大功率柴油機(jī)上采用比較多，汽油機(jī)上采用雙增壓系統(tǒng)（復(fù)合增壓系統(tǒng)）的汽油機(jī)上采用雙增壓系統(tǒng)（復(fù)合增壓系統(tǒng)）的車型還比較少。這種發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率大、燃油車型還比較少。這種發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率大、燃油消耗率低、噪聲小，只是結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，技術(shù)含消耗率低、噪聲小，只是結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，技術(shù)含量高，維修保養(yǎng)不容易，因此很難普及。量高，維修保養(yǎng)不容易，因此很難普及。(4)組合式增壓組合式增壓 組合式增組合式增壓系統(tǒng)由廢氣蝸壓系統(tǒng)由廢氣蝸輪增壓與進(jìn)氣慣輪增壓與進(jìn)氣慣性增壓組合而成。性增壓組合而成

13、。該系統(tǒng)使發(fā)動(dòng)機(jī)該系統(tǒng)使發(fā)動(dòng)機(jī)加速性能變好，加速性能變好，并對(duì)改善發(fā)動(dòng)機(jī)并對(duì)改善發(fā)動(dòng)機(jī)的低速轉(zhuǎn)矩有利。的低速轉(zhuǎn)矩有利。(5)氣波增壓氣波增壓：利用進(jìn)氣及排氣系利用進(jìn)氣及排氣系統(tǒng)中的波動(dòng)效應(yīng)來統(tǒng)中的波動(dòng)效應(yīng)來壓縮進(jìn)氣，著名的壓縮進(jìn)氣，著名的氣波增壓器氣波增壓器(Comprex)就是其中就是其中之一。之一。圖3-5Pressure wave supercharger 氣波式增壓器通過特殊的轉(zhuǎn)子使廢氣與空氣接觸，氣波式增壓器通過特殊的轉(zhuǎn)子使廢氣與空氣接觸，利用高壓廢氣對(duì)低壓空氣產(chǎn)生的壓力波，迫使空氣壓利用高壓廢氣對(duì)低壓空氣產(chǎn)生的壓力波，迫使空氣壓縮，從而提高進(jìn)氣壓力。氣波式增壓器具有充氣效率縮，從而

14、提高進(jìn)氣壓力。氣波式增壓器具有充氣效率高、低速扭矩大，加速性好等優(yōu)點(diǎn)。高、低速扭矩大，加速性好等優(yōu)點(diǎn)。 但由于它的特殊結(jié)構(gòu)，氣波式增壓器同樣存在體但由于它的特殊結(jié)構(gòu)，氣波式增壓器同樣存在體積大、重量大、噪音大等缺點(diǎn)。另外，空氣壓力波對(duì)積大、重量大、噪音大等缺點(diǎn)。另外，空氣壓力波對(duì)進(jìn)、排氣阻力過于敏感，要求進(jìn)氣濾清器及悱氣消聲進(jìn)、排氣阻力過于敏感，要求進(jìn)氣濾清器及悱氣消聲器和管道盡可能的加大尺寸并減小阻力。由于存在許器和管道盡可能的加大尺寸并減小阻力。由于存在許多問題，氣波式增壓器目前仍處于研究試驗(yàn)階段。多問題，氣波式增壓器目前仍處于研究試驗(yàn)階段。 機(jī)械增壓機(jī)械增壓VS渦輪增壓渦輪增壓小結(jié)：小結(jié)

15、： 渦輪增壓器（渦輪增壓器（Turbocharger）的主要優(yōu)點(diǎn)：）的主要優(yōu)點(diǎn)：1）在內(nèi)燃機(jī)不作重大改變，重量體積增加很少的情）在內(nèi)燃機(jī)不作重大改變，重量體積增加很少的情況下，一般可使功率提高況下，一般可使功率提高20%50%，而且容易實(shí)現(xiàn)，而且容易實(shí)現(xiàn)高增壓。高增壓。2）減少了機(jī)械損失和散熱損失，提高機(jī)械效率和熱）減少了機(jī)械損失和散熱損失，提高機(jī)械效率和熱效率，油耗率降低，經(jīng)濟(jì)性能明顯提高。效率，油耗率降低，經(jīng)濟(jì)性能明顯提高。3）可降低排氣噪聲和煙度。）可降低排氣噪聲和煙度。第二節(jié)第二節(jié) 廢氣能量的利用廢氣能量的利用一、廢氣的最大可用能一、廢氣的最大可用能1bcsTcsEEEEEEEE式中：

16、式中： 廢氣經(jīng)排氣門節(jié)流和排氣支管中自由膨脹所損失廢氣經(jīng)排氣門節(jié)流和排氣支管中自由膨脹所損失的能量。的能量。 廢氣在蝸輪中進(jìn)一步膨脹所回收的能量廢氣在蝸輪中進(jìn)一步膨脹所回收的能量 活塞推出廢氣，廢氣得到的能量活塞推出廢氣，廢氣得到的能量 掃氣空氣所具有的能量掃氣空氣所具有的能量1ETEcEsE一、廢氣的最大可用能一、廢氣的最大可用能 四沖程增壓柴油機(jī)理論示功圖四沖程增壓柴油機(jī)理論示功圖 二、影響脈沖能量利用的因素二、影響脈沖能量利用的因素 1 1）排氣門開啟定時(shí)）排氣門開啟定時(shí) 2 2）排氣門流通面積）排氣門流通面積 3 3）排氣門開啟規(guī)律）排氣門開啟規(guī)律 4 4）排氣管流通面積）排氣管流通面

17、積 5 5）排氣管長(zhǎng)度）排氣管長(zhǎng)度 6 6）渦輪當(dāng)量流通面積）渦輪當(dāng)量流通面積 第三節(jié)第三節(jié) 廢氣渦輪增壓器的基本結(jié)廢氣渦輪增壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理構(gòu)和工作原理廢氣渦輪增壓器利廢氣渦輪增壓器利用內(nèi)燃機(jī)排出的用內(nèi)燃機(jī)排出的部分廢部分廢氣能量氣能量，推動(dòng)渦輪機(jī)高，推動(dòng)渦輪機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)安裝速旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)安裝在同一根軸上的離心式在同一根軸上的離心式壓氣機(jī)，增大內(nèi)燃機(jī)進(jìn)壓氣機(jī)，增大內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣壓力的工作機(jī)械。氣壓力的工作機(jī)械。第三節(jié)第三節(jié) 廢氣渦輪增壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原廢氣渦輪增壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理理種類種類：按廢氣在渦輪機(jī)中的流動(dòng)方向分：按廢氣在渦輪機(jī)中的流動(dòng)方向分：離心式離心式壓氣機(jī)

18、壓氣機(jī)徑流式徑流式渦輪渦輪中間體中間體廢氣渦輪增壓器結(jié)構(gòu)廢氣渦輪增壓器結(jié)構(gòu)渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)一、徑流式渦輪的工作原理一、徑流式渦輪的工作原理功用功用：將：將廢氣所擁有的能量廢氣所擁有的能量盡可能多地轉(zhuǎn)化為渦盡可能多地轉(zhuǎn)化為渦輪旋轉(zhuǎn)的輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械功機(jī)械功。 進(jìn)氣殼：進(jìn)氣殼：廢氣順暢流入廢氣順暢流入 噴阻環(huán)：噴阻環(huán)：廢氣徑噴阻環(huán)，使氣流速度增大、動(dòng)能增大廢氣徑噴阻環(huán)，使氣流速度增大、動(dòng)能增大 工作輪：工作輪：高速氣流離心力作用驅(qū)動(dòng)工作輪高速運(yùn)動(dòng)，使高速氣流離心力作用驅(qū)動(dòng)工作輪高速運(yùn)動(dòng)，使壓氣機(jī)工作輪轉(zhuǎn)動(dòng)壓氣機(jī)工作輪轉(zhuǎn)動(dòng) 排氣殼：排氣殼：廢氣作功后順暢排入大氣或廢氣鍋爐廢氣作功后順暢排

19、入大氣或廢氣鍋爐 1.燃?xì)庠谖佪啓C(jī)中的流動(dòng)燃?xì)庠谖佪啓C(jī)中的流動(dòng) 在廢氣蝸輪的工作過程中，具有一定在廢氣蝸輪的工作過程中，具有一定動(dòng)能及壓力能動(dòng)能及壓力能的廢氣在噴嘴葉片環(huán)通道中僅部分得到加速而轉(zhuǎn)變?yōu)閺U氣的廢氣在噴嘴葉片環(huán)通道中僅部分得到加速而轉(zhuǎn)變?yōu)閺U氣的動(dòng)能，而從噴嘴葉片環(huán)中流出的具有一定動(dòng)能及壓力能的動(dòng)能，而從噴嘴葉片環(huán)中流出的具有一定動(dòng)能及壓力能的廢氣，則在工作葉輪中的廢氣，則在工作葉輪中大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，最終用來，最終用來驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)。驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)。2.渦輪機(jī)的特性曲線渦輪機(jī)的特性曲線渦輪效率渦輪效率膨脹比膨脹比氣體質(zhì)量流量氣體質(zhì)量流量渦輪渦輪轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速nTTmTTHqP1

20、000mTqTTTTTWH渦輪特性渦輪特性 轉(zhuǎn)速一定，轉(zhuǎn)速一定，相相似流量隨膨脹比的增似流量隨膨脹比的增大而增大大而增大，直到達(dá)到，直到達(dá)到流量最大值，噴嘴環(huán)流量最大值，噴嘴環(huán)或蝸輪葉片輪中某處或蝸輪葉片輪中某處氣流速度已經(jīng)達(dá)到了氣流速度已經(jīng)達(dá)到了當(dāng)?shù)芈曀?，即使再繼當(dāng)?shù)芈曀?，即使再繼續(xù)增大膨脹比，該處續(xù)增大膨脹比，該處的氣流速度仍維持當(dāng)?shù)臍饬魉俣热跃S持當(dāng)?shù)芈曀?，蝸輪流量也地聲速，蝸輪流量也不?huì)再增加，這種現(xiàn)不會(huì)再增加，這種現(xiàn)象稱為渦輪機(jī)的象稱為渦輪機(jī)的阻塞阻塞現(xiàn)象現(xiàn)象。二、離心式壓氣機(jī)的工作原理與特性二、離心式壓氣機(jī)的工作原理與特性1.基本工作原理和主要參數(shù)基本工作原理和主要參數(shù) 離心式壓氣機(jī)

21、一般由進(jìn)氣道、工作輪、擴(kuò)壓離心式壓氣機(jī)一般由進(jìn)氣道、工作輪、擴(kuò)壓器和出氣蝸殼組成。器和出氣蝸殼組成。 進(jìn)氣道進(jìn)氣道：收集氣流順暢進(jìn)入工作輪：收集氣流順暢進(jìn)入工作輪 工作輪工作輪：對(duì)氣體壓縮：對(duì)氣體壓縮 擴(kuò)壓器擴(kuò)壓器：工作輪出口氣體進(jìn)一步壓縮：工作輪出口氣體進(jìn)一步壓縮 渦渦 殼殼：使增壓氣體順暢進(jìn)入氣缸：使增壓氣體順暢進(jìn)入氣缸 1）增壓比）增壓比 2）流經(jīng)壓氣機(jī)的每秒質(zhì)量流量）流經(jīng)壓氣機(jī)的每秒質(zhì)量流量mk或容積流或容積流量量V0（相應(yīng)于壓氣機(jī)的進(jìn)口狀態(tài)）（相應(yīng)于壓氣機(jī)的進(jìn)口狀態(tài)） 3）壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速：就是蝸輪的轉(zhuǎn)速）壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速：就是蝸輪的轉(zhuǎn)速 4）壓氣機(jī)的絕熱效率）壓氣機(jī)的絕熱效率壓氣機(jī)的主要參數(shù)：

22、壓氣機(jī)的主要參數(shù)：k0=kpp （1 1）壓氣機(jī)的流量特性）壓氣機(jī)的流量特性 （2 2）壓氣機(jī)的喘振與堵塞）壓氣機(jī)的喘振與堵塞 1 1）喘振現(xiàn)象）喘振現(xiàn)象2 2）喘振原因）喘振原因3 3）避免喘振）避免喘振 （3 3）壓氣機(jī)通用特性）壓氣機(jī)通用特性2.壓氣機(jī)特性曲線壓氣機(jī)特性曲線第四節(jié)第四節(jié) 廢氣渦輪增壓的類型廢氣渦輪增壓的類型一、廢氣渦輪增壓的基本類型一、廢氣渦輪增壓的基本類型 渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)中，根據(jù)廢氣能量的利用方式，渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)中，根據(jù)廢氣能量的利用方式，可以分為可以分為定壓渦輪增壓系統(tǒng)定壓渦輪增壓系統(tǒng)和和脈沖（變壓）渦輪增脈沖（變壓）渦輪增壓系統(tǒng)壓系統(tǒng)兩種基本類型，其他增壓系統(tǒng)大都是

23、由這兩兩種基本類型，其他增壓系統(tǒng)大都是由這兩種系統(tǒng)演變而來。種系統(tǒng)演變而來。定壓渦輪增壓系統(tǒng)的特點(diǎn)是渦輪前的廢氣定壓渦輪增壓系統(tǒng)的特點(diǎn)是渦輪前的廢氣壓力基壓力基本上保持恒定本上保持恒定。把各缸的排氣管通向。把各缸的排氣管通向一根排氣總管一根排氣總管上。上。且排氣總管的且排氣總管的容積要足夠大容積要足夠大，應(yīng)能起穩(wěn)定壓力的作用。，應(yīng)能起穩(wěn)定壓力的作用。這時(shí)雖然各氣缸的排氣時(shí)間互有差距，壓力波動(dòng)較大，這時(shí)雖然各氣缸的排氣時(shí)間互有差距，壓力波動(dòng)較大，但匯集到排氣總管后，互相混合減速和滯止，但匯集到排氣總管后，互相混合減速和滯止，基本?；颈３趾愣▔毫Τ趾愣▔毫Γ缓?，廢氣按定壓由排氣總管導(dǎo)入渦輪，然

24、后，廢氣按定壓由排氣總管導(dǎo)入渦輪機(jī)的噴嘴環(huán)。機(jī)的噴嘴環(huán)。1、定壓渦輪增壓系統(tǒng)、定壓渦輪增壓系統(tǒng) 采用脈沖渦輪增壓系統(tǒng)，其特點(diǎn)是：把各缸的采用脈沖渦輪增壓系統(tǒng)，其特點(diǎn)是：把各缸的排排氣支管氣支管做得做得短而細(xì)短而細(xì)，渦輪增壓器盡量，渦輪增壓器盡量靠近氣缸靠近氣缸，并且，并且?guī)讉€(gè)氣缸（通常有幾個(gè)氣缸（通常有2到到3個(gè)缸）連接一根排氣管，這樣個(gè)缸）連接一根排氣管，這樣在每一根排氣管中就形成幾個(gè)連續(xù)的互不干擾的廢氣在每一根排氣管中就形成幾個(gè)連續(xù)的互不干擾的廢氣脈沖波（或稱廢氣壓力波）進(jìn)入廢氣渦輪中；同時(shí)把脈沖波（或稱廢氣壓力波）進(jìn)入廢氣渦輪中；同時(shí)把渦輪的渦輪的噴嘴環(huán)根據(jù)排氣管的數(shù)目分組隔開噴嘴環(huán)根據(jù)

25、排氣管的數(shù)目分組隔開，使它們互，使它們互不干擾。由于渦輪處在進(jìn)氣壓力波動(dòng)較大的條件下工不干擾。由于渦輪處在進(jìn)氣壓力波動(dòng)較大的條件下工作，所以該系統(tǒng)又稱為變壓式渦輪增壓系統(tǒng)作，所以該系統(tǒng)又稱為變壓式渦輪增壓系統(tǒng)。2、脈沖渦輪增壓系統(tǒng)、脈沖渦輪增壓系統(tǒng)定壓和脈沖增壓渦輪系統(tǒng)的不同點(diǎn)：定壓和脈沖增壓渦輪系統(tǒng)的不同點(diǎn)：（1）廢氣能量利用效果）廢氣能量利用效果脈沖渦輪增壓廢氣能量的損失比定壓渦輪增壓脈沖渦輪增壓廢氣能量的損失比定壓渦輪增壓小小，對(duì)廢氣能量的利用比定壓增壓要好。但當(dāng)增壓，對(duì)廢氣能量的利用比定壓增壓要好。但當(dāng)增壓比提高時(shí)，兩種系統(tǒng)對(duì)廢氣能量的利用效果將逐漸比提高時(shí)，兩種系統(tǒng)對(duì)廢氣能量的利用效

26、果將逐漸接近。一般增壓比小于接近。一般增壓比小于2.5時(shí)，采用脈沖增壓系統(tǒng)對(duì)時(shí)，采用脈沖增壓系統(tǒng)對(duì)于廢氣的利用是比較有利的。于廢氣的利用是比較有利的。（2）內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)掃氣作用）內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)掃氣作用 即使在部分負(fù)荷工況下，即使在部分負(fù)荷工況下，脈沖渦輪增壓脈沖渦輪增壓系統(tǒng)仍能系統(tǒng)仍能保持足夠的掃氣壓力差保持足夠的掃氣壓力差，以保證氣缸有良好的掃氣，以保證氣缸有良好的掃氣，達(dá)到提高充量系數(shù)、減小燃燒室中受熱零件熱負(fù)荷的達(dá)到提高充量系數(shù)、減小燃燒室中受熱零件熱負(fù)荷的目的。定壓系統(tǒng)則不容易保證氣缸內(nèi)的掃氣。目的。定壓系統(tǒng)則不容易保證氣缸內(nèi)的掃氣。（3）內(nèi)燃機(jī)的加速性能）內(nèi)燃機(jī)的加速性能 采用采用脈沖

27、渦輪增壓脈沖渦輪增壓系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)加速性能較好加速性能較好，另外，在內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，脈沖渦輪增壓系統(tǒng)的可另外，在內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，脈沖渦輪增壓系統(tǒng)的可用能與定壓增壓系統(tǒng)的可用能之比增大，有利于改善用能與定壓增壓系統(tǒng)的可用能之比增大，有利于改善內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性。內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性。（4）增壓器效率與增壓器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)）增壓器效率與增壓器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 從廢氣渦輪的效率來看，從廢氣渦輪的效率來看，脈沖系統(tǒng)的平均絕熱效脈沖系統(tǒng)的平均絕熱效率比定壓系統(tǒng)略低率比定壓系統(tǒng)略低。定壓系統(tǒng)的渦輪前壓力恒定，且。定壓系統(tǒng)的渦輪前壓力恒定，且渦輪噴嘴環(huán)全周進(jìn)氣，渦輪的效率較高。渦輪噴嘴環(huán)全周進(jìn)氣，渦輪的效率較

28、高。 此外，脈沖渦輪增壓系統(tǒng)的尺寸較大，排氣管的此外，脈沖渦輪增壓系統(tǒng)的尺寸較大，排氣管的結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。 綜上所述，綜上所述，在低增壓時(shí)采用脈沖渦輪增壓系統(tǒng)較在低增壓時(shí)采用脈沖渦輪增壓系統(tǒng)較為有利；高增壓時(shí)則兩種系統(tǒng)同時(shí)存在，各有所長(zhǎng)，為有利；高增壓時(shí)則兩種系統(tǒng)同時(shí)存在，各有所長(zhǎng)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮。二、改善車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性的途徑二、改善車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性的途徑1.排氣旁通排氣旁通2.進(jìn)氣旁通進(jìn)氣旁通3.可變截面渦輪可變截面渦輪（1）雙渦殼通道蝸輪）雙渦殼通道蝸輪（2）可變渦殼通道流通截面蝸輪）可變渦殼通道流通截面蝸輪（3）變噴嘴環(huán)流通截面

29、蝸輪）變噴嘴環(huán)流通截面蝸輪 二、改善車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性的途徑二、改善車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性的途徑（1）雙渦殼通道蝸輪）雙渦殼通道蝸輪二、改善車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性的途徑二、改善車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性的途徑（1）雙渦殼通道蝸輪）雙渦殼通道蝸輪二、改善車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性的途徑二、改善車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性的途徑（2）可變渦殼通道流通截面蝸輪）可變渦殼通道流通截面蝸輪 二、改善車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性的途徑二、改善車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性的途徑（3）變噴嘴環(huán)流通截面蝸輪）變噴嘴環(huán)流通截面蝸輪 二、改善車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性的途徑二、改善車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性的途徑（3）變噴嘴環(huán)流通截面蝸輪）變噴

30、嘴環(huán)流通截面蝸輪 二、改善車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性的途徑二、改善車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性的途徑（3）變噴嘴環(huán)流通截面蝸輪）變噴嘴環(huán)流通截面蝸輪 二、改善車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性的途徑二、改善車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩特性的途徑（3）變噴嘴環(huán)流通截面蝸輪）變噴嘴環(huán)流通截面蝸輪 第五節(jié)第五節(jié) 汽油機(jī)增壓概述汽油機(jī)增壓概述 一、汽油機(jī)增壓的特點(diǎn)一、汽油機(jī)增壓的特點(diǎn) 1爆燃 增壓比一般比柴油機(jī)低得多，功率最高增加幅度為增壓比一般比柴油機(jī)低得多，功率最高增加幅度為40%40%5050 2混合氣的調(diào)節(jié) 電控汽油噴射技術(shù)的應(yīng)用，為增壓技術(shù)在汽油機(jī)電控汽油噴射技術(shù)的應(yīng)用，為增壓技術(shù)在汽油機(jī)中的應(yīng)用掃除了一大障礙中的應(yīng)用掃除

31、了一大障礙 3熱負(fù)荷 4對(duì)增壓器的特殊要求 1 1降低壓縮比降低壓縮比 2 2增壓壓力控制系統(tǒng)增壓壓力控制系統(tǒng) 3 3減小增壓后的減小增壓后的“反應(yīng)滯后反應(yīng)滯后”現(xiàn)象現(xiàn)象4 4燃料供給系統(tǒng)的調(diào)整燃料供給系統(tǒng)的調(diào)整 （1 1）汽油泵）汽油泵（2 2）點(diǎn)火提前角的調(diào)整）點(diǎn)火提前角的調(diào)整0k0kpp二、汽油機(jī)渦輪增壓的主要技術(shù)措施二、汽油機(jī)渦輪增壓的主要技術(shù)措施 在直接噴射式汽油機(jī)上增壓時(shí)，一般燃油在增壓在直接噴射式汽油機(jī)上增壓時(shí)，一般燃油在增壓器之后噴入，也有的在壓氣機(jī)前吸入一小部分燃油，器之后噴入，也有的在壓氣機(jī)前吸入一小部分燃油，經(jīng)過壓氣機(jī)改善了霧化，并降低了壓氣機(jī)出口溫度，經(jīng)過壓氣機(jī)改善了霧

32、化，并降低了壓氣機(jī)出口溫度，增加了汽油機(jī)的充氣系數(shù)，但這種布置方式結(jié)構(gòu)更增加了汽油機(jī)的充氣系數(shù)，但這種布置方式結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。為復(fù)雜。三、汽油機(jī)廢氣渦輪增壓器的布置三、汽油機(jī)廢氣渦輪增壓器的布置第六節(jié)第六節(jié) 車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的性能車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的性能一、增壓前后發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能及經(jīng)濟(jì)性能的變化一、增壓前后發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能及經(jīng)濟(jì)性能的變化內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性能指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)可以表示為內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性能指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)可以表示為假定增壓前后內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速假定增壓前后內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速n及過量空氣系數(shù)不變，則有及過量空氣系數(shù)不變，則有根據(jù)假定，認(rèn)為根據(jù)假定，認(rèn)為根據(jù)壓氣機(jī)的絕熱效率表達(dá)式根據(jù)壓氣機(jī)的絕熱效率表達(dá)式以及理想

33、氣體狀態(tài)方程以及理想氣體狀態(tài)方程可以求得可以求得1100000001000000000011111kkkkadksskkksskkkkkkadmkmitkiteekmmkcckititksskeekmitesmcaiteppppTTppTTppTbbppbnP10ititk由此可見，增壓前后由此可見，增壓前后工質(zhì)密度工質(zhì)密度的變化，與的變化，與增壓比增壓比和壓氣機(jī)絕和壓氣機(jī)絕熱效率熱效率直接相關(guān)，增壓比高則工質(zhì)密度增幅大；即使在增壓直接相關(guān)，增壓比高則工質(zhì)密度增幅大；即使在增壓比確定之后，降低壓縮過程中空氣的溫升也同樣可以提高絕比確定之后，降低壓縮過程中空氣的溫升也同樣可以提高絕熱效率，從而使

34、進(jìn)氣密度增加。對(duì)增壓后的進(jìn)氣進(jìn)行中間冷熱效率，從而使進(jìn)氣密度增加。對(duì)增壓后的進(jìn)氣進(jìn)行中間冷卻可以達(dá)到這一目的，這就是增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中特別是高增壓時(shí)卻可以達(dá)到這一目的，這就是增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中特別是高增壓時(shí)較多采用進(jìn)氣中冷技術(shù)的原因。較多采用進(jìn)氣中冷技術(shù)的原因。由于增壓后平均指示壓力提高，而由于增壓后平均指示壓力提高，而平均機(jī)械損失壓力基本不平均機(jī)械損失壓力基本不變（轉(zhuǎn)速相同），變（轉(zhuǎn)速相同），機(jī)械效率在增壓后將增加。實(shí)際上機(jī)械效率在增壓后將增加。實(shí)際上將將以及定義式以及定義式代入后，有代入后，有00000000111mmikmimmmkmmmimimikmmkmikmmkpppppppp0mmmmkpp

35、0001mmimmpp由于由于上式最終的結(jié)果是大于上式最終的結(jié)果是大于1的，這就意味著增的，這就意味著增壓后內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械效率得到了提高壓后內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械效率得到了提高。增壓后充量系數(shù)可用下面的近似關(guān)系式估算增壓后充量系數(shù)可用下面的近似關(guān)系式估算由于由于故增壓后內(nèi)燃機(jī)的充量系數(shù)是增大的。故增壓后內(nèi)燃機(jī)的充量系數(shù)是增大的。二、增壓內(nèi)燃機(jī)性能估算二、增壓內(nèi)燃機(jī)性能估算利用上述公式，可以對(duì)增壓后發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)進(jìn)行估算。利用上述公式，可以對(duì)增壓后發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)進(jìn)行估算。教材教材55頁(yè)頁(yè)【例一例一】就是一個(gè)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算實(shí)例。就是一個(gè)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算實(shí)例。25. 000TTkcck0mimikpp0TTkNOxPeHC煙度煙度CO b1.4 b1.4區(qū)：隨區(qū)：隨 b ，排放明顯改善排放明顯改善1.4 bPe 三、廢氣渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)其他性能的影響三、廢氣渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)其他性能的影響三、廢氣渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)其他性能的影響三、廢氣渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)其他性能的影響1、降低污染和噪聲、降低污染和噪聲2、低速轉(zhuǎn)矩性能變差、低速轉(zhuǎn)矩性能變差3、加速性能變差、加速性能變差4、起動(dòng)和制動(dòng)有一定困難、起動(dòng)和制動(dòng)有一定困難一、增壓前后發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性的變化一、增壓前后發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性的變化增壓后平均指示壓力提高。