汽车废气涡轮增压

4）组合式涡轮增压系统
原理：由废气涡轮增压与进气惯 性增压组合而成。在该增压系统 中除涡轮增压器外，还有由稳压 箱、共振管、共振室等构成的惯 性增压系统 优缺点： 1．与涡轮增压相比，结构不算 复杂 2．对改善低速扭矩有益 3．加速性变好 4，进气管路比较庞大 5．采用三缸一管谐振效果明显 ，采用二缸一管谐振效果较差
废气涡轮增压与非增压性能比较
1．由于利用了废气能量， 有利于改善整机动力性及 经济性 2．改善了排放品质 3．起动性、加速性变差 4．改善低速扭矩特性有一 定困难 5．热负荷及机械负荷增加

3）复合式发动机
复合式发动机优缺点
1.能充分利用废气能量， 使动力性、经济性大为改 善 2、由于排气经过两级祸 轮，使噪声降低 3、结构复杂，成本高， 技术难度大 4、加速性变差，柴油机 绝热化+涡轮复合式是一 种很有效的方案
二、径流式涡轮机的工作原理与特性 1．基本工作原理



2．涡轮机特性曲线
（1）涡轮效率ηT：涡轮将废气能量转换为机械功
的有效程度，即
ηT＝ＷＴ／ｈＴ
式中：
ＷＴ——涡轮机轴上的有用功（Ｊ／ｋｇ废
气）；
ｈＴ——１ｋｇ废气所具有的能量，可以用焓 降表示（Ｊ／ｋｇ废气）

（２）膨胀比πＴ
代表气体在涡轮中具有做功能力的重要参数，定 义为涡轮进口气滞止压力ＰＴ＊与涡轮出口气体静 压力Ｐ０′之比，即 πＴ＝ＰＴ＊／Ｐ０′ （３）气体质量流量 mT 单位时间内通过涡轮的气体质量称为涡轮的气 体流量。


（４）涡轮转速ｎ
涡轮机所发出的功率为
NT mT hTTm
现代废气涡轮增压器的涡轮机效率η ０．６５～０．８５
Ｔ＝
第三节
废气涡轮增压对发动机功率 和经济性的影响
3.6 10 ge imh
6
i Pe mv k
N ek Pek Pik mk k mk ik vk N e 0 Pe0 Pi 0 m 0 0 m0 i 0 v 0

堵塞：
在某一增压器转速下，通过压气机的气体流
量随增压比的降低而增加。当流量增加到一定数值
后，压气机通道中的某个截面达到临界条件 （M=1）。当增压比继续降低时，气体流量却不再 增加，此时的气体流量称为堵塞流量，它也是该转 速下压气机所对应的最大流量。

3．通用特性
流量折合成标准大气状态下的参数值。
代入上式, 得到增压后的发动机功率分析式
N e k
pk i 1 2 hu i D m v Cm 4 R L0 Tk
N e k
pk Tk
增压空气在增压器中压缩是按多变过程进行的。
增压前 —
0 , p0 , T0 , v0
, pk , Tk , vk
两种基本形式 恒压系统和脉冲系统

恒压系统与脉冲系统的比较和选择 1）脉冲系统由于部分利用了废气的脉冲能量， 所以系统的可用能量比恒压系统大。


2）脉冲增压系统对气缸中扫气有明来自好处。脉冲系统的PT正处于波谷，因此即使在低增压和 高增压的部分负荷工况，仍能保持有足够的扫气压 力差PK-PT，保证气缸内良好的扫气。而在恒压系统 中由于PT波动小，扫气压力差就大为减小，不容易 保证气缸的扫气。

5）气波增压系统
原理：由曲轴驱动一个特殊的转子， 在转子中废气直接与空气接触，利用 高压废气的脉冲气波(膨胀波与压缩波 )，迫使空气压缩，以提高进气压力 优缺点： 1．与涡轮增压相比，可改善低速扭 矩 2．结构简单、加工方便、对主要件 （转子、轴承)的材料及工艺要求不高 3．加速性好 4．工况范围大 5．尺寸与重量比较大，必须由曲轴 驱动，往往受安装位置的限制 6．噪声大

三、对充气效率的影响
充气效率随增压压力的增加略有提高，但不明 显。充气效率随Tk的增加而提高，可用下式近视 计算：
vk Tk T v 0 0
0.25

四、对机械效率的影响
发动机采用涡轮增压后，平均机械损失压力Pm从
绝对值来看有所增大，但相对于因增压后而大幅度

一、离心式压气机的工作原理与特性 1．基本工作原理和主要参数 离心式压气机一般由进气道1、工作轮2、扩 压器3及出气蜗壳4所组成。



压气机的主要参数为：
（1）空气的增压比πk=Pk/P0；
（2）流经压气机的空气每秒质量mk（kg/s）或容积
流量V0（m3/s）（相应于压气机的进口状态）；
发动机增压技术上的困难
1)采用增压使发动机主要零部件的机械负荷与 热负荷增高。 2)适用的小型增压器发展较晚，而且小型涡轮 增压器的效率偏低。 3)长期以来增压发动机很难满足车辆对扭矩适 应性及瞬变工况的要求。 4)车用汽油机增压遇到的困难更多。
第二节 废气涡轮增压器的工作原理
径流式涡轮——车用发动机 轴流式涡轮——大、中型柴油机 径流式涡轮增压器： 离心式压气机+径流式涡轮机 其他组件：支承装置 密封装置 冷却系统 润滑系统
n
增压后 — k
pk v 0 p0 v k
k pk 0 p0
1 n
假定多变指数 n = 2, 则
pk 4 时, 才 p0
pk 2 0
压力增长很多而密度增大不多。这主要是因为增压后温度 会升高的缘故, 若增压后温度不变, 则与p成线性关系。
Tk k
则
pk
R
T0 0
p0
R
k T0 pk 0 Tk p0
若在整个增压过程中, Tk 下降或保持为某一常数, 则
T0 const， Tk
k pk C 此时 p0
pk k 与 p 成正比。 0 0
通常, 为了不使 Tk
过
高, 在增压器与发动机之间设
置一个中冷器, 对增压后的空 气进行冷却, 称为中间冷却。


（2）压气机的喘振与堵塞 在压气机的特性曲线上有一条喘振线，又称为稳 定工作边界。 含义：当压气机工作在喘振线右侧时，其工作 是稳定的；而当处于喘振线左侧时，压气机的功作 就变得不稳定甚至有危险了。因此，把出现喘振的 工作点称为喘振点，对应的流量就是喘振流量。 喘振是离心式叶轮机械所特有的一种异常工作现象。 （原因：扩压器内气体分离扩大。现象：工作叶片 振动、噪音、出口压力显著下降。结果：损坏压气 机叶片）

3）在脉冲系统中，由于排气管容积小，当柴油机 负荷改变时，排气的压力波立刻发生变化，并迅速 传递到涡轮机，引起增压器转速较快的变动，所以 脉冲系统的加速性能好。
的供油量，为此加大供油持 直径，增大供油速率等，使供 保持供油系统不变，加大 续角，使膨胀冲程后燃增加 油持续角保持不变，并且调整 供油提前角，使压力升高比 ，传导给冷却水和废气中的 供油提前角，使压升比为常数 为常数时的试验结果，此时 热量增大，从而使指示效率 ，指示效率反而提高。 指示效率随Pk的增加而下降 下降。 ，但由于后燃减少，指示效 率下降幅度较小。

（3）压气机转速nk； （4）压气机的绝热效率ηad-k； ηad-k：1kg空气的绝热压缩功had-k与实际压缩功hk
之比。表示压气功转变为有用的压缩功的程度。

（5）压气机功率。


2．压气机特性曲线
（1）流量特性：表示在
压气机转速不变时，压气
机的增压比πk和绝热效率
ηad-k随空气流量mk（或V0） 的变化关系。

2）废气涡轮增压系统
发动机排出的具有一定能 量的废气进入废气涡轮并膨 胀做功。 废气涡轮的全部功率用于 驱动与涡轮机同轴旋转的压 气机工作轮，在压气机中将 新鲜空气压缩后，再送入气 缸
废气涡轮增压
1)可以减少缸数或气缸直径，减少整机外形 尺寸和单位功率的重量，这对提高车辆使用 经济性很有意义。在内燃机重量体积改变 （增加）不大的情况下，可提高功率20%-50%。 2)提高了热效率，降低了发动机的油耗率 5%-10% 。 3)减少了排气污染及噪声。 4)降低了单位功率的造价。 5)对补偿高原功率损失十分有利。
提高平均指示压力Pi而言，Pm/Pi比值却减小了，机 械效率得到了提高。 现代增压柴油机的机械效率在以下范围： 增压四冲程柴油机 非增压四冲程柴油机 增压二冲程柴油机 非增压二冲程柴油机 0.80~0.90 0.75~0.85 0.75~0.85 0.70~0.80
第四节 废气涡轮增压系统的两种基 本形式
一、增压的基本概念

定义：利用增压器将空气或可燃混合气进行 压缩，再送入发动机气缸的过程。 作用：增加每循环进入气缸的新鲜充量密度， 使实际充量增加，从而达到提高发动机功率 和改善经济性的目的。

发动机增压技术上的困难
1)采用增压使发动机主要零部件的机械负荷与 热负荷增高。 2)适用的小型增压器发展较晚，而且小型涡轮 增压器的效率偏低。 3)长期以来增压发动机很难满足车辆对扭矩适 应性及瞬变工况的要求。 4)车用汽油机增压遇到的困难更多。
k Pk 1 1 0 P0 ad k
P k P 0
k 1 / k
1
1

二、对指示效率的影响
表示Pk增加以后，供油系
统保持不变，供油提前角也 不变，保持θ=30°的情况， 改变供油系统的结构参数 由于增压后要求增加每循环 ，如改变凸轮型线，加大柱塞
低增压 中增压 高增压
超高增压
1.3~1.6 1.6~2.5 〉2.5
〉3.5
700~1000 1000~1500 1500
2500-3000
2．按增压系统的机构分 类 1）机械增压系统