渦輪增壓器結(jié)構(gòu)原理

1、四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作方式四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作方式在了解渦輪增壓器的原理之前在了解渦輪增壓器的原理之前, , 我們應(yīng)該先了解內(nèi)燃機(jī)的工作我們應(yīng)該先了解內(nèi)燃機(jī)的工作方式方式. .四沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)四沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)( (柴油型柴油型 / / 汽油型汽油型) )一個(gè)工作周期包含一個(gè)工作周期包含4 4個(gè)沖程，在個(gè)沖程，在此過程曲柄軸會(huì)完成此過程曲柄軸會(huì)完成2 2周完整的周完整的旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)1.1. 吸氣沖程吸氣沖程 : : 當(dāng)活塞從上限位點(diǎn)當(dāng)活塞從上限位點(diǎn)移到下限位點(diǎn)時(shí)移到下限位點(diǎn)時(shí), , 進(jìn)氣閥打開進(jìn)氣閥打開, , 空氣空氣 ( (柴油發(fā)動(dòng)機(jī)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)) ) 或是空氣或是空氣和燃料的混合物和燃料的混合物 ( (

2、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)) ) 從進(jìn)氣閥被吸入汽缸內(nèi)從進(jìn)氣閥被吸入汽缸內(nèi). .四沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的工作示意圖四沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的工作示意圖上限位點(diǎn)下限位點(diǎn)進(jìn)氣閥打開排氣閥關(guān)閉曲柄軸活塞活塞排氣閥打開進(jìn)氣閥關(guān)閉兩個(gè)閥門都關(guān)閉四沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)四沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)( (柴油型柴油型 / / 汽油型汽油型) )2.2. 壓縮沖程壓縮沖程 : : 當(dāng)活塞從下限位點(diǎn)當(dāng)活塞從下限位點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到上限位點(diǎn)時(shí)運(yùn)動(dòng)到上限位點(diǎn)時(shí), , 汽缸內(nèi)物汽缸內(nèi)物質(zhì)的體積被壓縮質(zhì)的體積被壓縮. .3.3. 動(dòng)力沖程動(dòng)力沖程 : : 當(dāng)活塞從上限位當(dāng)活塞從上限位點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到下限位點(diǎn)時(shí)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到下限位點(diǎn)時(shí), a) , a) 如果如果是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)是汽油發(fā)動(dòng)

3、機(jī), , 空氣和燃料的空氣和燃料的混合物就會(huì)被火花塞點(diǎn)燃?；旌衔锞蜁?huì)被火花塞點(diǎn)燃。 b) b) 如果是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)如果是柴油發(fā)動(dòng)機(jī), , 燃料在高燃料在高壓作用下壓入汽缸壓作用下壓入汽缸 ，然后空氣，然后空氣混合后發(fā)生自燃混合后發(fā)生自燃. . 四沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的工作示意圖四沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的工作示意圖上限位點(diǎn)下限位點(diǎn)進(jìn)氣閥排氣閥曲柄軸曲柄軸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作方式四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作方式四沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)四沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)( (柴油型柴油型/ / 汽油型汽油型) )4.4. 排氣沖程排氣沖程 : : 當(dāng)活塞從下限位當(dāng)活塞從下限位點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到上限位點(diǎn)時(shí)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到上限位點(diǎn)時(shí), , 排氣閥排氣閥打開，廢氣從排氣閥排出

4、。打開，廢氣從排氣閥排出。 基于上述原理基于上述原理, , 我們可以通過我們可以通過以下方法提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。以下方法提高發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。 增大汽缸的體積增大汽缸的體積 增大發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增大發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 使用渦輪增壓器使用渦輪增壓器四沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)工作示意圖四沖程活塞發(fā)動(dòng)機(jī)工作示意圖上限位點(diǎn)下限位點(diǎn)進(jìn)氣閥排氣閥曲柄軸曲柄軸排氣閥進(jìn)氣閥四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作方式四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的工作方式發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的改善發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的改善 增大氣缸的體積增大氣缸的體積 : : 因?yàn)轶w積增大后進(jìn)入燃燒室里的空氣會(huì)增多，所以會(huì)燃燒較多的燃料因?yàn)轶w積增大后進(jìn)入燃燒室里的空氣會(huì)增多，所以會(huì)燃燒較多的燃料釋放出更大的能量，從而

5、提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。我們可以通過釋放出更大的能量，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。我們可以通過增加氣增加氣缸的數(shù)量缸的數(shù)量或是或是增大每個(gè)汽缸的體積增大每個(gè)汽缸的體積來達(dá)到增大整個(gè)系統(tǒng)中氣缸體積的目來達(dá)到增大整個(gè)系統(tǒng)中氣缸體積的目的。的。這種方式在大型這種方式在大型 / / 重型發(fā)動(dòng)機(jī)中比較有效果重型發(fā)動(dòng)機(jī)中比較有效果. . 由于考慮到燃料的消耗和損失由于考慮到燃料的消耗和損失, , 這種增大氣缸體積的方式并沒有顯著的這種增大氣缸體積的方式并沒有顯著的優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)。. . 增大發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增大發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 : : 通過增加發(fā)動(dòng)機(jī)的速率通過增加發(fā)動(dòng)機(jī)的速率, , 我們可以得到較大的輸我們可以得到較大的

6、輸出功率出功率. . 增加單位時(shí)間點(diǎn)火沖程的數(shù)量增加單位時(shí)間點(diǎn)火沖程的數(shù)量，可以達(dá)到增加發(fā)動(dòng)機(jī)速率的目，可以達(dá)到增加發(fā)動(dòng)機(jī)速率的目的?？紤]到機(jī)械穩(wěn)定性極限，這種改善方法是由局限性的。的?？紤]到機(jī)械穩(wěn)定性極限，這種改善方法是由局限性的。 而且速度的增加還會(huì)使摩擦損失和抽吸損失以指數(shù)形式加大而且速度的增加還會(huì)使摩擦損失和抽吸損失以指數(shù)形式加大 ，同時(shí)，同時(shí)造成發(fā)動(dòng)機(jī)效率下降。造成發(fā)動(dòng)機(jī)效率下降。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的改善發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的改善 在上述兩種方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)以自動(dòng)送氣的形式工作。在上述兩種方式中，發(fā)動(dòng)機(jī)以自動(dòng)送氣的形式工作。在吸氣沖程時(shí)，助在吸氣沖程時(shí)，助燃空氣直接被吸入氣缸內(nèi)。燃空氣直接被吸入

7、氣缸內(nèi)。 渦輪增壓器渦輪增壓器: : 使用渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)使用渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī), , 助燃空氣在進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)助燃空氣在進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)前就已經(jīng)被壓縮了前就已經(jīng)被壓縮了。發(fā)動(dòng)機(jī)吸入同樣體積的空氣，由于是。發(fā)動(dòng)機(jī)吸入同樣體積的空氣，由于是高壓氣體高壓氣體, ,燃燒燃燒室里進(jìn)入了更室里進(jìn)入了更大量的空氣大量的空氣。因此，。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和氣缸體積一樣的條件在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和氣缸體積一樣的條件下，燃料的量增大，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率增大下，燃料的量增大，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率增大。 渦輪增壓器的兩種類型渦輪增壓器的兩種類型1.1. 機(jī)械式渦輪增壓器機(jī)械式渦輪增壓器2.2. 排氣式渦輪增壓器排氣式渦輪增壓器

8、1. 機(jī)械式渦輪增壓器機(jī)械式渦輪增壓器助燃空氣被由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓助燃空氣被由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)壓縮?？s機(jī)壓縮。但是增大的輸出功率會(huì)損失一但是增大的輸出功率會(huì)損失一部分，這是因?yàn)閾p失的部分需部分，這是因?yàn)閾p失的部分需要用來驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。要用來驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。用來驅(qū)動(dòng)機(jī)械式渦輪增壓器的用來驅(qū)動(dòng)機(jī)械式渦輪增壓器的功率占發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的功率占發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的15%15%。 因此，與具有同樣輸出功率的因此，與具有同樣輸出功率的不增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)相比會(huì)燃料的不增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)相比會(huì)燃料的消耗量比較大。消耗量比較大。這種方式不夠經(jīng)濟(jì)。這種方式不夠經(jīng)濟(jì)。渦輪增壓器原理渦輪增壓器原理四缸機(jī)械式渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖四缸機(jī)械式

9、渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)動(dòng)的壓縮機(jī)壓縮后的助燃空氣壓縮后的助燃空氣Slide No.71. 排氣式渦輪增壓器排氣式渦輪增壓器在排氣式渦輪增壓器中在排氣式渦輪增壓器中,用來驅(qū)用來驅(qū)動(dòng)渦輪的空氣流，通常是一些動(dòng)渦輪的空氣流，通常是一些排出的廢氣。該渦輪驅(qū)動(dòng)與它排出的廢氣。該渦輪驅(qū)動(dòng)與它同軸的壓縮機(jī)。壓縮機(jī)將助燃同軸的壓縮機(jī)。壓縮機(jī)將助燃空氣吸入，壓縮后提供給發(fā)動(dòng)空氣吸入，壓縮后提供給發(fā)動(dòng)機(jī)。機(jī)。 與機(jī)械式渦輪增壓器不同的是，與機(jī)械式渦輪增壓器不同的是，排氣式渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)上排氣式渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)上沒有連接其他的機(jī)械裝置。沒有連接其他的機(jī)械裝置。渦輪增壓器原理渦輪增

10、壓器原理四缸排氣式渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖四缸排氣式渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖渦輪渦輪壓縮機(jī)壓縮機(jī)壓縮后的助燃?jí)嚎s后的助燃空氣空氣排出的廢氣排出的廢氣渦輪增壓器是由公共軸連接的渦輪渦輪增壓器是由公共軸連接的渦輪和壓縮機(jī)構(gòu)成的。和壓縮機(jī)構(gòu)成的。排出的廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪，給壓縮機(jī)提排出的廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪，給壓縮機(jī)提供動(dòng)力。供動(dòng)力。壓縮機(jī)將助燃空氣吸入，壓縮后提壓縮機(jī)將助燃空氣吸入，壓縮后提供給發(fā)動(dòng)機(jī)。供給發(fā)動(dòng)機(jī)。壓縮機(jī)壓縮機(jī) :通常使用離心式壓縮機(jī)通常使用離心式壓縮機(jī)渦輪渦輪 :渦輪增壓器的渦輪是由渦輪增壓器的渦輪是由渦輪葉輪渦輪葉輪和和渦輪殼渦輪殼構(gòu)成的。構(gòu)成的。渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)和功能渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)和功能渦輪

11、增壓器的結(jié)構(gòu)和功能渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)和功能排出的廢排出的廢氣氣進(jìn)氣管進(jìn)氣管壓縮機(jī)壓縮機(jī)渦輪葉輪渦輪葉輪連接壓縮機(jī)和渦輪的連接壓縮機(jī)和渦輪的公共軸公共軸渦輪殼渦輪殼Slide No.10排氣管排氣管1. 排氣式渦輪增壓器的優(yōu)點(diǎn)燃料的消耗量低于不增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的消耗量低于不增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)（因?yàn)榕艢馐綔u輪增壓器使用的是（因?yàn)榕艢馐綔u輪增壓器使用的是廢氣作為動(dòng)力）。廢氣作為動(dòng)力）。功率與負(fù)載的比率功率與負(fù)載的比率 (千瓦千瓦 / 千克千克) 要要高于不增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)。高于不增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)?？梢愿纳茰u輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩特可以改善渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩特性性.渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的高海拔特性好。渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的高海拔特

12、性好。渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)可在低排量的情況渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)可在低排量的情況下使用。下使用。渦輪增壓器原理渦輪增壓器原理四缸排氣式渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖四缸排氣式渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖渦輪渦輪壓縮機(jī)壓縮機(jī)壓縮的助燃空壓縮的助燃空氣氣排出的廢氣排出的廢氣渦輪渦輪 :渦輪將氣壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，來驅(qū)渦輪將氣壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，來驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。動(dòng)壓縮機(jī)?？諝庥捎谑軠u輪流量截面積的限制，空氣由于受渦輪流量截面積的限制，在進(jìn)口和出口處產(chǎn)生壓力差和溫度在進(jìn)口和出口處產(chǎn)生壓力差和溫度差。差。渦輪將這個(gè)壓力差轉(zhuǎn)化為動(dòng)力，來渦輪將這個(gè)壓力差轉(zhuǎn)化為動(dòng)力，來驅(qū)動(dòng)渦輪葉輪。驅(qū)動(dòng)渦輪葉輪。渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)和功能渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)和功能渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)和功能渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)和功能排出的廢排出的廢氣氣進(jìn)氣管進(jìn)氣管壓縮機(jī)壓縮機(jī)渦輪葉輪渦輪葉輪連接壓縮機(jī)和渦輪連接壓縮機(jī)和渦輪的公共軸的公共軸渦輪殼渦輪殼排氣管排氣管水冷的渦輪殼水冷的渦輪殼 :在進(jìn)行渦輪增壓器設(shè)計(jì)時(shí)也要考慮在進(jìn)行渦輪增壓器設(shè)計(jì)時(shí)也要考慮安全問題。安全問題。例如：輪船的輪機(jī)艙中例如：輪船的輪機(jī)艙中,要避免因?yàn)橐苊庖驗(yàn)闄C(jī)器表面過熱而引起火災(zāi)。機(jī)器表面過熱而引起火災(zāi)。因此水冷渦輪殼或是由絕熱材料涂因此水冷渦輪殼或是由絕熱材料涂層的