發(fā)動機廢氣渦輪增壓(推薦)PPT

發(fā)動機廢氣渦輪增壓(2)（1）改變發(fā)動機的結構參數(shù)，如增加氣缸數(shù)、增大氣缸直徑、活塞行程和減少行程數(shù)等；（2）提高發(fā)動機轉速或活塞平均速度；（3）提高發(fā)動機的平均有效壓力。具體可通過減少過量空氣系數(shù)φa、提高充量系數(shù)φc和進氣密度ρs來實現(xiàn)。二、發(fā)動機增壓的概念、特點和指標所謂增壓，就是利用增壓器將空氣或可燃混合氣進行壓縮，再送入發(fā)動機氣缸的過程。

特點：（1）尺寸減小，質量減輕（2）摩擦損耗相對較?。?）可將扭矩特性改進為低速高扭矩這對車用機非常有利（4）可進行高原功率補償（5）排放降低（6）降低噪聲。（7）機械損失減少，經(jīng)濟性得到改善（8）零部件的機械負荷和熱負荷增加幾個概念：增壓度——發(fā)動機在增壓后增長的功率與增壓前的功率之比

增壓比是指增壓后氣體壓力與增壓前氣體壓力之比，簡稱壓比

四、增壓對發(fā)動機性能的影響

廢氣渦輪增壓對發(fā)動機動力性和經(jīng)濟性的影響增壓前后發(fā)動機參數(shù)對比說明1）過量空氣系數(shù)在增壓前后保持不變，則增壓后的供油量將相應增大，以適應空氣質量增加的需要，同時配氣定時也要進行適當?shù)恼{整，這樣可以保證熱效率基本不變或略有提高

2）進氣密度的變化

機械效率變化（提高）由于增壓后平均指示壓力提高，而平均機械損失壓力基本保持不變（在轉速相同的前提下），那么機械效率在增壓后將是增加的

增壓后充量系數(shù)變化增壓的結構形式及分類1機械式增壓1—排氣管2—氣缸3—曲軸4—齒輪副5—壓氣機6—進氣管豪華車代表車型有奔馳C200K，發(fā)動機為直列四缸1.8升的小型D級車，在2500rpm時達最大扭矩230Nm，綜合油耗只有8.8L/100km。2．廢氣渦輪增壓

1—排氣管2—渦輪殼體3—渦輪4—轉子軸5—壓氣機6—集氣器7—進氣管大眾旗下的寶來1.8T、帕薩特1.8T、奧迪A6/A41.8T。3．氣波增壓

1—發(fā)動機2—轉子3—帶輪驅動4—高壓排氣5—高壓空氣6—低壓空氣7—低壓排氣4．復合式增壓和組合式渦輪增壓

1—渦輪增壓器2—連接管3—穩(wěn)壓管4—共振管5—共振室6—進氣管7—氣缸復合式渦輪增壓：

組合式增壓：2005年，大眾開始將這套技術裝配到大量生產(chǎn)的民用車型高爾夫1.4TSI上。5、廢氣渦輪增壓與其他增壓方式相比優(yōu)點有：（1）發(fā)動機結構無須做重大改變，且增壓器體積小、重量輕，且易實現(xiàn)高增壓；（2）由于驅動能量來自廢氣，相對減少了機械損失（泵氣損失）和熱損失，提高了機械效率和熱效率（油耗降低5%-10%）；（3）能降低排氣噪音和煙度；（1）增加了進、排管路，使加速反應滯后；（2）熱復合嚴重，對大氣溫度和排氣背壓敏感；缺點有：11.2廢氣渦輪增壓器的基本結構和工作原理1—壓氣機蝸殼2—壓氣機葉輪3—密封套4—推力軸承5—擋油板6—隔熱板7—卡環(huán)8—渦輪機葉輪9—渦輪機蝸殼

一、徑流式廢氣渦輪：噴嘴葉片環(huán)工作葉輪渦輪殼廢氣入口廢氣出口1、渦輪的結構：噴嘴葉片環(huán)工作葉輪渦輪殼2、渦輪的作用：將廢氣中的能量盡可能多的轉變成推動渦輪轉動的機械功。徑流式廢氣渦輪結構一般增壓比越高動力性越好，COHC和煙度都降低，但NO化合物增加。所謂增壓，就是利用增壓器將空氣或可燃混合氣進行壓縮，再送入發(fā)動機氣缸的過程。高速防止超速，避免熱負荷過高。（1）增加了進、排管路，使加速反應滯后；—壓氣機轉速不變時，壓氣機的增壓比和絕熱效率

隨空氣流量的變化關系（7）機械損失減少，經(jīng)濟性得到改善改善高負荷區(qū)的運行經(jīng)濟性（1）空氣被吸入進氣管（4）可進行高原功率補償2．增壓壓力控制系統(tǒng)利用渦輪產(chǎn)生的機械能壓縮空氣，使進氣壓力增大。1．定壓渦輪增壓系統(tǒng)2廢氣渦輪增壓器的基本結構和工作原理（3）提高發(fā)動機的平均有效壓力。選用的依據(jù)：廢氣渦輪增壓器制造廠均提供壓氣機的特性和渦輪機的特性等技術資料。1、進氣旁通：1—排氣管2—氣缸3—曲軸原理：將部分壓縮空氣回流，重新排到大氣中去，適當降低進氣壓力，使發(fā)動機負荷不致過高。車用增壓柴油機經(jīng)濟性運行特點（1）改變發(fā)動機的結構參數(shù)，如增加氣缸數(shù)、增大氣缸直徑、活塞行程和減少行程數(shù)等；徑流式渦輪工作簡圖1—進氣蝸殼2—噴嘴環(huán)3—工作輪3、渦輪的工作過程（原理）：c0c1c2crp0p1p2prT0T1T2Tr（1）廢氣進入渦輪殼道（2）廢氣壓能轉變?yōu)閯幽埽▏娮烊~片環(huán)）（3）動能轉變?yōu)闄C械能（工作葉輪）

可見，經(jīng)過渦輪后，廢氣中的部分能量轉變?yōu)橥苿訙u輪旋轉的機械能。徑流式廢氣渦輪工作簡圖4.渦輪機特性曲線

1）渦輪效率

2）膨脹比

3）氣體流量

—無量綱的相似流量

4）渦輪轉速

渦輪機所發(fā)出的功率

渦輪機特性曲線是以相似流量為橫坐標，以膨脹比為縱坐標，以相似轉速為參變量的一組曲線，

渦輪機的阻塞當轉速一定時，相似流量隨膨脹比的增大而增大，直到達到流量最大值，噴嘴環(huán)或渦輪葉片輪中某處氣流速度已經(jīng)達到了當?shù)芈曀?，即使再繼續(xù)增大膨脹比，該處的氣流速度仍維持當?shù)芈曀?，渦輪流量也不會再增加，這種現(xiàn)象稱為渦輪機的阻塞現(xiàn)象，這時的流量稱為阻塞流量。二、離心式壓氣機：1、壓氣機結構：2、壓氣機作用：擴壓器工作輪外殼利用渦輪產(chǎn)生的機械能壓縮空氣，使進氣壓力增大?？諝馊肟诳諝獬隹谕鈿すぷ鬏啍U壓器離心式壓氣機結構3、壓氣機的工作原理：C空氣流速c1c2c3ckp0p1p2p3pkT0T1T2T3Tk離心式壓氣機工作過程（1）空氣被吸入進氣管（2）機械能轉變?yōu)闅怏w壓能與動能（工作輪）（3）動能轉變?yōu)閴耗埽〝U壓器）（4）動能進一步轉變?yōu)閴耗埽さ溃簹鈾C的主要參數(shù)（1）增壓比

（2）流經(jīng)壓氣機的每秒質量流量

（3）壓氣機轉速

（4）壓氣機的絕熱效率

（5）壓氣機功率

的推導過程：1kg空氣的絕熱壓縮功與實際壓縮功之比

按理想情況，將1kg空氣從壓縮到，耗功最小的是絕熱過程，所需的絕熱壓縮功為由于實際壓縮是多變過程，伴隨著摩擦和流動損失，所以將1kg空氣從壓縮到消耗的實際壓縮功為

—壓氣機轉速不變時，壓氣機的增壓比和絕熱效率

隨空氣流量的變化關系通用特性曲線（P295圖11-14）增壓比是指增壓后氣體壓力與增壓前氣體壓力之比，簡稱壓比帶旁通閥的渦輪增壓系統(tǒng)發(fā)動機廢氣渦輪增壓(2)三、改善渦輪增壓器與發(fā)動機匹配的措施：（1）增加了進、排管路，使加速反應滯后；14四沖程增壓柴油機理論示功圖（2）熱復合嚴重，對大氣溫度和排氣背壓敏感；4．燃料供給系統(tǒng)的調整原理：將部分壓縮空氣回流，重新排到大氣中去，適當降低進氣壓力，使發(fā)動機負荷不致過高。2）喘振原因-流量過小，氣流在葉片擴壓器內(nèi)和工作輪進口處與壁面分離，產(chǎn)生氣流旋渦并撞擊壁面。（2）廢氣壓能轉變?yōu)閯幽埽▏娮烊~片環(huán)）2．增壓壓力控制系統(tǒng)—壓氣機轉速不變時，壓氣機的增壓比和絕熱效率

隨空氣流量的變化關系—壓氣機轉速不變時，壓氣機的增壓比和絕熱效率

隨空氣流量的變化關系（7）機械損失減少，經(jīng)濟性得到改善1—渦輪增壓器2—連接管3—穩(wěn)壓管4—共振管2）廢氣自排氣門排出應迅速，阻力要?。?）提高發(fā)動機的平均有效壓力。故壓氣機的絕熱效率

1）壓氣機的流量特性—壓氣機轉速不變時，壓氣機的增壓比和絕熱效率

隨空氣流量的變化關系

4．壓氣機特性曲線

2）離心式壓氣機的特點是：轉速高堵塞，轉速低喘振2）壓氣機的喘振與堵塞1）喘振現(xiàn)象-氣流強烈震蕩引起葉片強烈震動，產(chǎn)生很大噪聲，出口壓力顯著下降并極大振動的現(xiàn)象2）喘振原因-流量過小，氣流在葉片擴壓器內(nèi)和工作輪進口處與壁面分離，產(chǎn)生氣流旋渦并撞擊壁面。當流量小于某一值時，這種現(xiàn)象擴展到整個葉片擴壓器和工作輪通道從而引起喘振。3）避免喘振-無葉擴壓器和提高流量到喘振線右側3）堵塞-流量增大到一定數(shù)值后不再增加。臨界條件是馬赫數(shù)為1。一般出現(xiàn)在葉片擴壓器的進口喉部或工作輪葉片的進口喉部（最小截面）3）壓氣機通用特性折合流量

折合轉速

通用特性曲線（P295圖11-14）11.3廢氣渦輪增壓器與發(fā)動機匹配選配的原則：低速大扭矩高速高功率一、增壓比的選擇增壓比選擇要兼顧動力性、經(jīng)濟性、環(huán)保型、可靠性和舒適性等。一般增壓比越高動力性越好，COHC和煙度都降低，但NO化合物增加。參看課本P296頁圖11-15.二、渦輪增壓器的選用——特性匹配１）根據(jù)柴油機的特定工況（如額定工況或最大轉矩工況）確定其在壓氣機特性曲線上的位置（即根據(jù)內(nèi)燃機選用合適型號的增壓器）；２）解決柴油機在整個運行區(qū)實現(xiàn)良好的配合。選用的依據(jù)：廢氣渦輪增壓器制造廠均提供壓氣機的特性和渦輪機的特性等技術資料。根據(jù)柴油機特定工況時所需的空氣流量（包括掃氣空氣量）及壓比，就可以判斷該工況在某一壓氣機特性曲線上的位置，若該點落在壓氣機特性曲線的高效率區(qū)，即可初步選定增壓器型號。渦輪增壓器有一個大致確定的工作范圍根據(jù)與柴油機聯(lián)合運行的位置，可以判斷增壓器與柴油機的配合是否良好。當流量小于某一值時，這種現(xiàn)象擴展到整個葉片擴壓器和工作輪通道從而引起喘振。4廢氣渦輪增壓的類型與廢氣能量的利用（1）增加了進、排管路，使加速反應滯后；發(fā)動機廢氣渦輪增壓技術的成熟，使車用發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性與排放性能有了很大的改善2）廢氣自排氣門排出應迅速，阻力要小帶旁通閥的渦輪增壓系統(tǒng)—壓氣機轉速不變時，壓氣機的增壓比和絕熱效率

隨空氣流量的變化關系原理：將部分壓縮空氣回流，重新排到大氣中去，適當降低進氣壓力，使發(fā)動機負荷不致過高。（2）摩擦損耗相對較小根據(jù)與柴油機聯(lián)合運行的位置，可以判斷增壓器與柴油機的配合是否良好。原理：低速、低負荷時使噴嘴葉片環(huán)流通截面變小，增大氣流速度；選用的依據(jù)：廢氣渦輪增壓器制造廠均提供壓氣機的特性和渦輪機的特性等技術資料。原理：將部分壓縮空氣回流，重新排到大氣中去，適當降低進氣壓力，使發(fā)動機負荷不致過高。（4）可進行高原功率補償1．降低排氣污染和噪聲二、渦輪增壓器的選用——特性匹配原理：將部分壓縮空氣回流，重新排到大氣中去，適當降低進氣壓力，使發(fā)動機負荷不致過高。3．減小增壓后的“反應滯后”現(xiàn)象（1）尺寸減小，質量減輕影響脈沖能量利用的因素如果聯(lián)合運行線與壓氣機特性曲線配合不夠理想，則需要進行局部調整。方法是改變渦輪噴嘴環(huán)出口截面積，或改變壓氣機通道截面積。減少噴嘴環(huán)出口截面積可以使聯(lián)合運行線從壓氣機低效率區(qū)移向高效率區(qū)。但調整有限，如果相差很遠，只能以更換增壓器型號為宜。三、改善渦輪增壓器與發(fā)動機匹配的措施：

1、進氣旁通：原理：將部分壓縮空氣回流，重新排到大氣中去，適當降低進氣壓力，使發(fā)動機負荷不致過高。改善目標：低速要有較高增壓壓力，確保良好的低速扭矩特性；高速防止超速，避免熱負荷過高。帶旁通閥的渦輪增壓系統(tǒng)原理：將部分廢氣直接排入大氣，適當降低渦輪及壓氣機轉速，使增壓壓力控制在允許范圍內(nèi)。排氣旁通閥2、排氣旁通：3、雙渦殼通道渦輪：原理：低速時使用一個進氣通道，增加廢氣流速；高速時使用兩個通道，適當降低氣流流速，從而將增壓器轉速保持在適當范圍內(nèi)。

4、可變截面渦輪：截面調節(jié)板低速高速原理：低速、低負荷時使渦輪流通截面變小，增大氣流速度；高速、大負荷時增大渦輪流通截面，適當降低廢氣流流速。

5、可變噴嘴環(huán)：原理：低速、低負荷時使噴嘴葉片環(huán)流通截面變小，增大氣流速度；高速、高負荷時增大流通截面，適當降低廢氣流流速。11.4廢氣渦輪增壓的類型與廢氣能量的利用一、廢氣渦輪增壓的類型1．定壓渦輪增壓系統(tǒng)2．脈沖渦輪增壓系統(tǒng)

二、廢氣能量的利用

圖11.14四沖程增壓柴油機理論示功圖ES‘’影響脈沖能量利用的因素

1）排氣門開啟定時2）排氣門流通面積3）排氣門開啟規(guī)律4）排氣管流通面積5）排氣管長度6）渦輪當量流通面積1）排氣門開啟時，排氣歧管內(nèi)的壓力應盡快建立，減少流動損失2）廢氣自排氣門排出應迅速，阻力要小3）掃氣過程中，排氣管的壓力要盡可能低，以利于掃氣進行車用增壓柴油機經(jīng)濟性運行特點

指示功率和有效功率都得到提高改善高負荷區(qū)的運行經(jīng)濟性在低負荷區(qū)，渦輪增壓器的能量轉換較差，柴油機進、排氣阻力及換氣損失增加，增壓對經(jīng)濟性沒有明顯的好處

—壓氣機轉速不變時，壓氣機的增壓比和絕熱效率

隨空氣流量的變化關系2）喘振原因-流量過小，氣流在葉片擴壓器內(nèi)和工作輪進口處與壁面分離，產(chǎn)生氣流旋渦并撞擊壁面。的推導過程：選配的原則：低速大扭矩高速高功率當流量小于某一值時，這種現(xiàn)象擴展到整個葉片擴壓器和工作輪通道從而引起喘振。三、改善渦輪增壓器與發(fā)動機匹配的措施：根據(jù)與柴油機聯(lián)合運行的位置，可以判斷增壓器與柴油機的配合是否良好。（3）可將扭矩特性改進為低速高扭矩這對車用機非常有利14四沖程增壓柴油機理論示功圖2）廢氣自排氣門排出應迅速，阻力要小二、渦輪增壓器的選用——特性匹配14四沖程增壓柴油機理論示功圖所謂增壓，就是利用增壓器將空氣或可燃混合氣進行壓縮，再送入發(fā)動機氣缸的過程。2）壓氣機的喘振與堵塞選用的依據(jù)：廢氣渦輪增壓器制造廠均提供壓氣機的特性和渦輪機的特性等技術資料。原理：將部分壓縮空氣回流，重新排到大氣中去，適當降低進氣壓力，使發(fā)動機負荷不致過高。根據(jù)柴油機特定工況時所需的空氣流量（包括掃氣空氣量）及壓比，就可以判斷該工況在某一壓氣機特性曲線上的位置，若該點落在壓氣機特性曲線的高效率區(qū)，即可初步選定增壓器型號。2）喘振原因-流量過小，氣流在葉片擴壓器內(nèi)和工作輪進口處與壁面分離，產(chǎn)生氣流旋渦并撞擊壁面。（2）摩擦損耗相對較小4．起動與制動有一定困難廢氣渦輪增壓對發(fā)動機其他性能的影響

1．降低排氣污染和噪聲

2．低速轉矩性能變差

3．加速性能變差

4．起動與制動有一定困難

11.5汽油機增壓

汽油機增壓的特點

1．爆燃

增壓比一般比柴油機低得多，功率最高增加幅度為40%～50％

2．混合氣的調節(jié)電控汽油噴射技術的應用，為增壓技術在汽油機中的應用掃除了一大障礙

3．熱負荷

4．對增壓器的特殊要求

汽油機渦輪增壓的主要技術措施

1．降低壓縮比

2．增壓壓力控制系統(tǒng)

3．減小增壓后的“反應滯后”現(xiàn)象4．燃料供給系統(tǒng)的調整

本章小結發(fā)動機廢氣渦輪增壓技術的成熟，使車用發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性與排放性能有了很大的改善廢氣渦輪增壓是車用發(fā)動機普遍應用的技術廢氣渦輪增壓改善了發(fā)動機性能，但在低速使須做改進減少噴嘴環(huán)出口截面積可以使聯(lián)合運行線從壓氣機低效率區(qū)移向高效率區(qū)。增壓比選擇要兼顧動力性、經(jīng)濟性、環(huán)保型、可靠性和舒適性等。（3）提高發(fā)動機的平均有效壓力。14四沖程增壓柴油機理論示功圖帶旁通閥的渦輪增壓系統(tǒng)原理：低速時使用一個進氣通道，增加廢氣流速；（1）廢氣進入渦輪殼道高速防止超速，避免熱負荷過高。選配的原則：低速大扭矩高速高功率3）避免喘振-無葉擴壓器和提高流量到喘振線右側增壓比選擇要兼顧動力性、經(jīng)濟性、環(huán)保型、可靠性和舒適性等。增壓比選擇要兼顧動力性、經(jīng)濟性、環(huán)保型、可靠性和舒適性等。增壓度——發(fā)動機在增壓后增長的功率與增壓前的功