第三章 发动机废气涡轮增压--全.

4. 起动与制动有一定困难
柴油机起动时，因无高温废气，涡轮机无法 正常工作，压气机也就不能正常供气。增压柴油 机在起动瞬时的进气压力及温度均不高．再加上 增压柴油机的压缩比较低，使起动时压缩终点的 温度降低．造成着火与起动困难。 一般非增压机改为增压机后，转速均有所降 低，这时，车辆后桥传动比也应作相应改动。
带中冷器的废气涡轮增压系统 图中蓝色的为进气管，红色的为排气管。
２. 混合气的调节 汽油机采用变量调节，化油器式发动机进行增压 时气体流经化油器喉口的压力是变化的，不仅难于精确 供应一定浓度的混合气，还增加了一些如增压方案的选 择、化油器的密封、加速响应性能等新问题。 ３. 热负荷 汽油机的过量空气系数小，燃烧温度高，膨胀比 小，废气温度也比柴油机高200℃～300℃。增压后， 汽油机的整体温度水平提高，热负荷问题加重。 ４. 对增压器的特殊要求 汽油机要求增压器体积要小、耐高温性能要好、 转动惯量要小，同时效率还要保证在一定的范围内，还 要求有增压调节装置，这就造成它的成本比柴油机用增 压器要高。
作业
1. 内燃机增压的目的是什么？ 2. 提高内燃机功率的途径主要有哪些？ 3. 增压度和增压比分别是什么。 4. 增压系统有哪些基本类型？？ 5. 压气机与涡轮的工作参数有哪些？ 6. 汽油机增压的技术难点有哪些？
had k hk pk k RT0 1 k 1 p0 T ' 4 T0 k T4 T0 RT4 T0 k 1
压气机特性曲线 ：
(１) 压气机的流量特性 压气机的流量特性是表示压气 机转速不变时，压气机的绝热效率 和增压比随空气流量的变化关系。 (2) 压气机的喘振与堵塞 压气机的喘振 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，压气机的工作就变得 不稳定甚至有危险了。 压气机的堵塞 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。
增压的实际应用
1. 常见的是涡轮增压T和机械增压S
2. T发动机、FSI发动机与TSI发动机
FSI（Fuel Stratified Injection）-发动机缸内 直喷技术。 TSI （Turbo-charging Stratified Injection）--涡轮增压和缸内直喷发动机。
TSI （Turbo Supercharging stratified Injection 或 Twin charging stratified Injection） ---涡轮机械增压和缸内直喷发动 机。
废气涡轮增压器增压的原理
红色为高温废气，蓝色为新鲜空气
(３)复合增压 系统 将废 气动 力涡轮与 废气 涡轮增压器串 联起来工 作 ， 称为复合 式增 压系统。
(4)组合增压系统
组合式涡轮增压 系统由废气涡轮增 压与进气惯性增压 组合而成。
(５)气波增压系统
曲轴驱动转子， 在转子中废气直接与 空气接触，利用高压 废气的脉冲气波迫使 空气在互相不混合的 情况下受到压缩。 利用进气及排气系统 中的波动效应来压缩 进气，从而提高进气 压力。
第四节 废气涡轮增压的类型
一、废气涡轮增压系统的基本类型
１）定压增压系统 ２）脉冲增压系统
把各缸的排气管部通向一根排气总管上。 几个气缸连接一根排气管 。
图3–14 涡轮增压系统的两种基本形式 a）定压增压系统 b）脉冲增压系统
３）定压增压系统和脉冲增压系统的比较
1. 废气能量利用的效果
脉冲增压对废气能量的利用比定压增压要好。
P e k
P e 0
Pek Pe0 Pek k 1 Pe0 Pe0
增压比 ：增压后进入气缸的气体压力pk与大气压力po k 之比。
Pk k P0
增压分类: 1) 按增压比 k
低增压： 中增压： k 高增压： 超高增压
＝1.3～1.6， ＝700 ～1000kPa； ＝1.6～2.5， p ＝1000～1500kPa； me ＞2.5， ＞1500kPa； ＞4.5～5.5， ＝2500～3500kPa。
３. 减小增压后的“反应滞后”现象 采用脉冲涡轮增压、增压器前置方案、带旁通阀 的控制系统、减小进排气管长度及容积、提高压缩比 及可变点火正时等措施，来减小“反应滞后”现象。 ４. 燃料供给系统的调整 汽油泵 采用由电动油泵和燃油压力调节阀联合工作的 方法，来满足增压所需的供油压力和供油量。 点火提前角的调整 采用了电子控制装置来自动推迟点火提前角。
涡轮机所发出的功率
qmT H T PT T 1000
2） 涡轮机特性曲线
涡轮机特性曲线： 以相似流量为横坐 标，以膨胀比为纵 坐标，以相似转速 为参变量的一组曲 线。
图3–9 涡轮机的特性
二、离心式压气机的工作原理与特性
图3–10 离心式压气机简图 1—进气道；2—工作轮；3—扩压器；4—出气蜗壳
2）按增压系统的结构形式分： 机械增压系统、废气涡轮增压、复合式发 动机、组合式涡轮增压系统、气波增压系统。
(1)机械增压系统 Super-Charging
发动机输出轴直接驱 动机械增压器，实现对进 气的压缩。
图3-1
(2)废气涡轮增压系统 Turbo-Charging 压气机与涡轮 同轴相连，构成涡 轮增压器。涡轮在 排气能量的推动下 旋转，带动压气机 工作，实现进气增 压。
从废气能量利用的观点看，汽油机的涡轮增压与 柴油机相比并没有本质区别，但长期以来，涡轮增压 技术除了在赛车发动机和高性能轿车发动中得到应用 外，在其他应用领域，其普及性远不如柴油机。 限制汽油机压的主要技术障碍： １. 爆燃 汽油机增压后，由于混合气压缩始点的压力、温 度增高，以及燃烧室受热零件热负荷提高等原因，将 促使爆燃的发生，限制汽油机增压。 采用降低压缩比、推迟点火时刻、中冷技术解决。
图3–13 离心式压气机的流量特性
压气机特性曲线 ：
(3) 压气机通用特性
根据气体流动相似原理，采用相似 参数来绘制压气机特性曲线，这样所得 到的特性曲线就不受环境条件变化的影 响，所以称之为压气机的通用特性曲线。
小结:
1、增压概念、增压系统分类
2、废气涡轮增压器结构及其组件（径流 式涡轮、离心式压气机）工作原理、工 作参数和特性曲线
2. 低速转矩性能变差
主要是由于低速时发动机排出的废气能量低，增压器增压压力 不高，致使循环供气量不足，转矩增量明显比高速时低。采用脉冲 增压，充分利用低速时的脉冲能量，使增压器与柴油机在较低转速 下实现最佳配合，以及采用低速气门定时等，是可以改善其低速转 矩的。
3.
加速性能变差
由于废气涡轮增压器与内燃机没有机械联系，增压器自身的惯 性使其对突变负荷的响应能力变差，因此，增压内燃机的加速性能 比非增压内燃机的差。 为了改善加速性能，可以采用脉冲增压系统，减少进、排气管 道容积，采用放气调节或可变喷嘴，减少转子的转动惯量，采用较 小的气门重叠角等。另外．利用车辆上空气制动系统的高压空气向 压气机工作轮进行喷射。
涡轮增压的优点
• 1. 比质量小、升功率大； • 2. 油耗降低5%-10%； • 3. 降低排气噪声和烟度。
涡轮增压的缺点
• 1. 加速性能差； • 2. 热负荷与机械负荷大； • 3. 低速时转矩受影响。
第三节 废气涡轮增压器的基本结构和工作原理
废气涡轮增压器
离心式压 气机 中间体
径流式 涡轮
第三章
发动机废气涡轮增压
Engine Exhaust-gas Turbo Supercharging
第一节 概述
什么是增压
增压就是利用增压器将空气或可燃 混合气进行压缩，再送入气缸的过程。
提高发动机功率的措施
由公式： 可得到
pme Vs i n Pe 103 30
Pe iD S n pme /
２. ３. ４. 内燃机气缸内的扫气作用
脉冲增压扫气作用比定压增压要好。
内燃机的加速性能
脉冲增压的加速性能比定压增压要好。
增压器效率与增压系统的结构
定压增压系统的效率较高。 与定压系统相比，脉冲系统的尺寸较大，排气管的结 构比较复杂。
结论：在低增压时，采用脉冲增压是较为有利的；而在 高增压时，则是两种系统同时存在、各有所长。
二、改善车用增压发动机扭矩特性的途径
（一）排气旁通
（二）进气旁通
部分增压空气返回到压气机入口或大气中，减少进入气缸的空气量 使发动机进气压力适当降低，以适应发动机的要求。
（三）可变截面涡轮
１.双蜗壳通道涡轮；２.可变蜗壳通道流通截面涡轮 ；３.变喷嘴 环流通截面涡轮
第五节 汽油机增压概述
一、汽油机增压的特点
2
iD Cm pme /
2
(3-1)
而

it pme mc s a
(3-2)
提高发动机功率有以下途径： 1）：改变发动机的结构参数； 2）：提高发动机转速或活塞平均速度； 3）：提高发动机的平均有效压力。
增压度与增压比
增压度 k ：发动机在增压后，其增长的功率与增压前功 率之比。
三、汽油机废气涡轮增压器的布置 在直接喷射式汽油机上增压时，一般燃油在增压 器之后喷入，也有的在压气机前吸入一小部分燃油。
第六节 车用增压发动机的性能
一、增压前后发动机动力性及经济性的变化 增压后平均指示压力提高。 增压后机械效率提高。 增压后内燃机的充量系数是增大的。 二、增压内燃机性能估算（忽略） 三、废气涡轮增压对发动机其它性能的影响 １. 降低排气污染和噪声 通常增压柴油机为富氧燃烧，有害气体HC和CO 的排放量一般为非增压机的1／3~l／2，如果措施得当 （例如采用高喷射率并延迟喷射），NOx 排放量也显 著降低。
按废气在涡轮机中 不同的流动方向，分 为径流式废气涡轮增 压器和轴流式废气涡 轮增压器。