第四节废气涡轮增压器以及增压系统演示文稿
简述废气涡轮增压系统的组成与工作原理
简述废气涡轮增压系统的组成与工作原理废气涡轮增压系统是一种常见的汽车动力系统，其主要作用是通过增加进气气流的压力，提高发动机的进气效率，从而提升发动机的输出功率和扭矩。
本文将对废气涡轮增压系统的组成和工作原理进行简述。
一、组成废气涡轮增压系统主要由废气涡轮、增压器、废气管道和冷却系统组成。
1. 废气涡轮：废气涡轮是废气涡轮增压系统的核心部件，它由涡轮轮盘、涡轮轴和涡轮壳体组成。
废气涡轮通过利用发动机排气中的废气能量，将废气的动能转化为涡轮轮盘的旋转动能。
2. 增压器：增压器是废气涡轮增压系统的另一个重要组成部分，它由压气机和涡轮轴连接在一起，通过涡轮轮盘的旋转驱动压气机工作。
增压器的作用是将进气气流压缩，提高进气气流的密度，并将压缩后的气流送入发动机。
3. 废气管道：废气管道用于将发动机排出的废气引导到废气涡轮，使废气涡轮能够转动并驱动增压器工作。
4. 冷却系统：废气涡轮增压系统还配备了冷却系统，用于降低废气涡轮和增压器的工作温度，提高其工作效率和寿命。
冷却系统通常由冷却液循环系统和涡轮壳体上的冷却片组成。
二、工作原理废气涡轮增压系统的工作原理可以简述为以下几个步骤：1. 排气过程：在发动机的排气过程中，废气被排出并经过废气管道进入废气涡轮。
废气的动能使得涡轮轮盘开始旋转。
2. 涡轮传动：废气涡轮的旋转驱动涡轮轴转动，涡轮轴与增压器上的压气机连接在一起。
涡轮轴的转动使压气机开始工作，将进气气流进行压缩。
3. 压缩过程：压气机将进气气流进行压缩，提高气流的密度和压力。
压缩后的气流通过增压器的出口进入发动机的进气道。
4. 燃烧过程：进入发动机的压缩空气与燃油混合后，进行燃烧，释放出能量驱动发动机工作。
由于增压器的作用，进入发动机的气流密度增加，使得燃烧效率提高，从而提高了发动机的输出功率和扭矩。
5. 冷却过程：废气涡轮和增压器在工作过程中会产生大量热量，为了保持其工作效率和寿命，冷却系统通过循环冷却液和冷却片的方式，将热量带走，保持涡轮和增压器的工作温度在合适范围内。
发动机废气涡轮增压ppt课件
复合式增压系统
将废气涡轮增压和机械增压 组合使用。
在大功率柴油机上 采用比较多，其发 动机输出功率大、 燃油消耗率低、噪 声小，只是结构太 复杂，技术含量高， 维修保养不容易。
只有提高发动机的平均有效压力才是最经济有效的方法，它可通过 减小过量空气系数øa，提高充气效率ŋv和增加进入气缸的充量密度ρk来 实现。
因此，增大进气密度 k ，即提高进入气缸空气的压力 k ， 降低进入气缸空气的温度Tk是提高平均有效压力pme最有效的 方法。提高进入气缸空气的压力和降低进入气缸空气的温度的 办法是采用增压和中冷技术。
油机的增压度受到爆燃燃烧的限制。柴油机的增压度受到燃烧最高爆 发压力的限制，通常以降低压缩比来补偿。
增压度小于1.9时，为低增压；在1.9~2.5范围内，为中增压；在 2.5~3.5范围内，为高增压；大于3.5时为超高增压。
目前，车用发动机的增压度不高，在0.1~0.6的范围内，大 部分为0.2~0.3，而船用大型低速四冲程柴油机的增压度可达 到3.0以上。这是因为车用发动机增压不仅要求功率增加，而 且还要在较大的转速和负荷范围内满足动力性、经济性、排放 与成本等多方面的要求，因此增压度一般不宜过高。
作业
1.发动机的增压方式有哪几种，与其他方式相比 涡轮增压的优点有哪些？
2.增压为什么能够提高发动机的功率？ 3.发动机废气能量是如何利用的？ 4.汽油机涡轮增压的主要技术措施有哪些？
增压：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。
增压后，每循环进入气缸内的新鲜充量密度增大，使实际充气量增 加, 提高发动机功率和改善经济性。
述说废气涡轮增压控制系统的工作原理
述说废气涡轮增压控制系统的工作原理废气涡轮增压控制系统是一种现代化的汽车动力系统，它通过利用发动机排出的废气来驱动涡轮增压器，从而提高发动机的输出功率和扭矩。
在这个系统中，控制单元是至关重要的组成部分，它负责监测和调整各种参数以确保系统能够正常工作。
下面将详细介绍废气涡轮增压控制系统的工作原理。
一、废气涡轮增压器的工作原理废气涡轮增压器是一个由涡轮和压缩机组成的装置。
当发动机运转时，排出的废气被引导到涡轮上，使其旋转并驱动压缩机。
此时，进入压缩机的空气被加速并加热，从而提高了其密度和压力。
最终，这些高温高压空气被输送到发动机中进行燃烧，并产生更多的功率和扭矩。
二、控制单元的工作原理1.传感器控制单元通过安装在发动机上的各种传感器来监测发动机运行状态。
例如，空气流量传感器可以监测进气量，发动机转速传感器可以监测发动机转速，氧气传感器可以监测排放气体中的氧气含量等。
这些传感器将收集到的数据发送给控制单元进行处理。
2.控制策略控制单元根据预设的控制策略来调整废气涡轮增压系统的工作状态。
例如，在加速时，系统需要提供更多的增压来产生更多的动力。
此时，控制单元会根据加速踏板位置、发动机转速等参数来调整涡轮增压器的工作状态，并确保增压器能够在最短时间内达到最大输出。
3.防抢油门在一些情况下，如发动机超负荷或过热等情况下，废气涡轮增压系统可能会产生过高的压力和温度。
为了避免这种情况的发生，控制单元还配备了防抢油门功能。
当系统检测到过高的压力或温度时，它会自动减少油门开度并降低涡轮增压器的输出功率。
三、废气涡轮增压系统工作原理总结废气涡轮增压控制系统的工作原理可以总结为以下几个步骤：1.发动机排出废气进入涡轮增压器2.涡轮增压器旋转并驱动压缩机3.压缩机将空气加速并加热，提高其密度和压力4.高温高压空气被输送到发动机中进行燃烧，产生更多的功率和扭矩5.控制单元通过传感器监测发动机状态，并根据预设的控制策略调整系统工作状态6.防抢油门功能可以避免系统过载或过热等情况的发生。
涡轮增压工作的原理
涡轮增压器原理涡轮增压原理探讨NA动力提升方法一般的NA（自然进气）发动机的做法，逃不开加大节气门口径，或换多喉直喷等，使高转速时可以在同油门深度下，获得更多的空气量。
但这种方法在某一转数后，作用就有限了。
毕竟NA 发动机的空气是靠真空吸入的。
在汽缸容积固定不变的情况下，真空吸入空气有一个相对的限度。
有的NA 发动机改用高角度凸轮轴(Hi Cam，借此增加进排气门重叠角度)，可以在高转速下获得高动力，但缺点是低转的扭矩较差，而且如果角度过大，会有发动机怠速不稳的现象。
所以现在不少的新车都用上可变气门正时技术，再配合可变凸轮轴等技术（如VVTL-i、i-VTEC、MIVEC）……以期在低转扭矩和高转马力之间取得很好的平衡。
但即便是用尽以上方法，发动机的进气效率顶多提高60%。
NA 发动机始终无法避免其宿命——空气是被动地被吸入汽缸内的。
也就是说，引擎所需的空气完全依靠活塞下行时产生的负压而进入，即便汽缸吸满了空气，缸中气压也就小于或等于一个大气压。
所以NA 发动机的升功率始终远不如能将空气与燃油强制送入的汽缸中，可轻松获得一倍以上马力的增压发动机。
涡轮增压系统原理解构涡轮系统是增压发动机中最常见的增压系统之一。
如果在相同的单位时间里，能够把更多的空气及燃油的混合气强制挤入汽缸（燃烧室）进行压缩燃爆动作（小排气量的引擎能“吸入”和大排气量相同的空气，提高容积效率），便能在相同的转速下产生较自然进气发动机更大的动力输出。
涡轮增压利用废气驱动，基本没有额外的能量损耗（对发动机没有额外的负担），便能轻易地创造出大马力，是非常聪明的设计。
情形就像你拿一台电风扇向汽缸内吹，硬是把风往里面灌，使里面的空气量增多，以得到较大的马力，只是这个扇子不是用电动马达，而是用引擎排出的废气来驱动。
一般而言，引擎在配合这样的一个“强制进气”的动作后，起码都能提升30%-40% 的额外动力，如此惊人的效果就是涡轮增压器令人爱不释手的原因。
废气涡轮增压系统
推力轴承为浮动环式结构，钢质基体上制有20高 锡铝合金，圆环两侧均为止推面，面上有8个均布 的油槽和油楔。辅助轴承轴承由ZQSn6-6-3铸造锡 青铜制成，嵌装在推力轴承端板上，只有的一个止 推面上均布12个油槽和油楔。推力轴承和辅助推力 轴承分置于轴承套凸肩的两侧。轴承套凸肩与推力 轴承和辅助推力轴承之间的总间隙(称为止推间隙) 为0.23～0.28mm，可通过改变推力轴承体的厚度调 节止推间隙。
（一）主要性能参数： 1、增压空气压力Pk及增压比πk： Pk：压气机蜗壳出口的压力；
k :k
pk p0 （P0：压气机空气进口压力）。
2、空气流量Ｇk或Ｖ0： Ｇk：单位时间内流过压气机的空气重量； Ｖ0：进口状态下，单位时间内流过压气机的空 气容积。
3、增压器的转速nTk：
增压器转轴每分钟的转数。
涡轮盘以芯部凸肩与主轴定位，用3个圆柱销 及3个螺钉与主轴法兰联接，为防止螺钉松动， 拧紧后用不锈钢焊条点焊螺钉头部。涡轮盘的外 缘榫接有34个空间扭曲涡轮叶片，与涡轮盘镶嵌 时在叶根底部加装锁紧片，以防叶片松动。 蜗轮叶片和涡轮盘分别用GH132(0Cr15Ni25Ti2 MoVB)和GH134(20Cr3MoWVA)耐热合金钢制成。 须对转子进行动平衡试验。
（一）单级轴流式涡轮机的工作原理：
1、构造： 单极轴流式涡轮机由涡轮进气壳、喷嘴环（导向 叶片）、涡轮和燃气出气壳组成。
喷嘴环是由一圈喷嘴叶片组成的圆环，与燃气进 气壳一起固定静止不动，它处于燃气进气壳与涡 轮之间。在喷嘴叶片间形成燃气的流道，对燃气 导向并使之加速流动。 涡轮由转轴、轮盘和一圈工作叶片组成，涡轮转 轴支承在燃气出气壳中。
2、喷嘴环
喷嘴环处于燃气入口一侧的涡轮之前，紧固于 涡轮进气壳的内侧。喷嘴环组件由喷嘴环镶套、 喷嘴环叶片、喷嘴环外圈、外圈镶套、喷嘴环内 圈、内圈镶套及喷嘴环气封圈等组成。 28个用2Cr13耐热不锈钢制成的喷嘴环叶片靠 两端的榫头按一定的角度镶嵌在喷嘴环内圈和喷 嘴环镶套之间，并用内圈镶套及外圈镶套等件卡 紧。喷嘴环内圈及喷嘴环镶套均用螺钉紧固在涡 轮进气壳上。
柴油机.废气涡轮增压器ppt课件
静止件 铜片密封环
静止件
h
钢丝
h
转动件
转动件
静止件 梯形螺纹
h
转动件
（a）
（b）
（c）
① 750涡轮增压器 工作参数 空气的进排气壳
四
.
典
型
压气机
构
隔热墙
造
介
绍
废气的进排气 壳
废气涡轮
轴与轴承 润滑 冷却
油、气密封装置
1-涡轮进气蜗壳；2-喷嘴环；3-废气排气壳；4-叶片；5-叶轮；6-导流器；7、8-气封；9-压气机排气蜗 壳；10-扩压器；11、12-增压器叶轮；13-进气壳；14-消音器；15-推力盘；16-滑块；17-电动转速表； 18、36-滑动轴承；19-消音器盖；20、21-金属滤网；22-导风环；23-消音环；24-定位臂；25-螺栓； 26-消音器底座；27、34-挡油环；28-油封和气封；29-螺母；30-支座；31-隔热墙；32-支座；33-管子；
III. 反动力矩的产生：叶轮叶片的通道是收缩 的，当气流在旋转的叶轮中流动时因膨胀 加速，而给涡轮以反作用力，使叶片得到 一个反作用力矩，使叶轮回转。
燃气的热能和动能转换成叶轮的机械功，在冲击 力矩和反动力矩两种力矩作用下回转的涡轮机称 反动式涡轮机，只具有冲击力矩者称冲动式涡轮 机。废气涡轮增压器多为反动式涡轮机。
内支承
➢ 两个轴承在涡轮与压气机之间的内侧，叶轮 两端悬臂放置，在小型废气涡轮增压器上获 得广泛的应用。
➢ 特点：重量较轻，造价也较低，维护保养转 子较方便。轴向长度较短，但其油、水、气 的密封布置较困难，缺点是有一侧的轴承很 靠近涡轮端，轴承的工作条件较差，更换轴 承很不方便，需先拆去叶轮后才能更换轴承。
废气涡轮增压器-课件
• 发动机转速增快时， 废气排出速度与涡轮 转速也同步增快，叶 轮就压缩更多的空气 进入汽缸，空气的压 力和密度增大可以燃 烧更多的燃料，增加 燃料量和调整发动机 的转速，就可以增加 发动机的输出功率。
废气涡轮增压系统优越性
• 一台安装涡轮增压器的发动机，其最大功 率与未装增压器的时候相比可以增加10% 至40%，甚至更高。这样也就意味着同样 一台的发动机在经过增压之后能够产生更 大的功率但能耗不会增加，提高了燃油经 济性和降低尾气排放，更能满足现在的发 展需求。
缺点与不足
• 安装涡轮增压系统的 发动机在工作时，压 力和温度都很高，发 动机寿命相比同排量 没有增压器的发动机 寿命要短，而且机滞 后！
缺点与不足
• 增压器废气涡轮端的 工作温度在600度以上， 增压器的转速也非常 高，最高转速可达到 25万转每分钟，这对 涡轮配件的材料和加 工工艺要求都非常高， 很大程度上限制了涡 轮增压技术的发展！
结构分析
• 涡轮增压装置主要是由涡 轮室和增压器组成。首先 是涡轮室的进气口与发动 机排气歧管相连，排气口 则接在排气管上。然后增 压器的进气口与空气滤清 器管道相连，排气口接在 进气歧管上，最后涡轮和 叶轮分别装在涡轮室和增 压器内，二者同轴刚性联 接。
工作原理
• 涡轮增压装置实质上是一 种空气压缩机，通过压缩 空气来增加发动机的进气 量，涡轮增压都是利用发 动机排出的废气惯性冲力 来推动涡轮室内的涡轮， 涡轮又带动同轴的叶轮， 叶轮压送由空气滤清器管 道送来的空气，使之增压 后进入汽缸。
精品
废气涡轮增压器
废气涡轮增压系统
废气涡轮增压系统
• 最早的涡轮增压系统主要用于大功率跑车， 在那些发动机排量受到限制的赛车比赛中， 安装涡轮增压系统的发动机就能够获得更 大的功率。现在，环境恶化与资源短缺日 趋严重，低碳生活已经是21世纪提倡的一 个重要理念，涡轮增压系统有着很大的发 展前景，在军事与民用等方面均应用广泛！
废气涡轮增压器工作原理和结构特点
主推进动力装置
Introduction to ship
轮机知识
[ 16 ]
离心式压气机 P140 P482
VTR-4型增压器采用外置式轴承，转子轴颈 可以做得较细，为柔性转子，使其临界转速远 低于运转转速，运转稳定性好。
轴承处轴颈直径小，轴承线速度较小，寿 命较长 而且摩擦损失较小。
但轴向尺寸较大，拆洗压气机、涡轮工作 量较大。
主推进动力装置
Introduction to ship
轮机知识
[8]
废气涡轮增压器总体结构 P139 P486
VTR-4型增压器的结构 1-消音滤清器； 2-压气机进气壳； 3-压气机叶轮； 4-压气机扩压器； 5-压气机出气壳； 6-隔热墙； 7-涡轮排气壳； 8-转子轴； 9-气封； 10-油封； 11-涡轮进气壳； 12-喷咀环； 13-涡轮叶轮； 14-涡轮排气壳； 15-滚动轴承； 16-滚柱轴承（外置式）；
排气管中维持着恒定的压力，涡轮工作稳定，涡轮效率高；
排气管的布置简单，都连接于一根粗大的排气总管，排气 总管再与废气涡轮连接；
使用管理要求较低；
由于排气管容积大，低负荷时排气管中压力低，能量少， 涡轮发出的功率不能满足压气机的要求，必须另设辅助风机来 满足低负荷时的要求。加速时，排气管中废气压力建立比较慢， 增压器跟不上柴油机的加速，；
主推进动力装置
Introduction to ship
轮机知识
[9]
轴流式废气涡轮 P139 P482
废气涡轮主要由进气壳、喷咀环、叶轮、隔热墙和排气壳组成。 废气通过进气壳到达喷咀环，所以进气壳流道符合气体动力特性，通流 截面积逐渐变小。进气壳用螺栓装在排气壳上。 排气壳是一个简单圆柱面形壳体，上部的废气出口处做成箱形便于与烟 囱相连，下部装有支座。 由于废气温度仍较高，为了防火和防止烫伤，防止壳体变形，将增压器 进气壳和排气壳均做成夹层结构，让夹层中通过冷却水进行冷却。 冷却水从最低处进入，从最高处流出。由于冷却，废气一部分热量被冷 却水带走，减少了废气可用能。 近来非水冷增压器得到发展。ABB公司从VTR-4系列开始发展了非水冷式。 VTR-4型的非水冷增压器，其进气壳流道、排气壳四周均包以绝热层， 不与冷却水接触。隔热墙6装在涡轮排气壳上，它把废气涡轮和压气机隔开， 隔热墙内腔填充了绝热材料，防止废气加热压气机。
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3、轴承
1）按位置分外支承式和内支承式两种。外支承 式：
（1）优点－转子稳定性好，轴承受高温气体影 响较小，便于密封，有利于增加轴承寿命
（2）缺点－结构复杂，重量、尺寸大，清洗困 难
2）压气机端轴承
止推轴承，承受转子径向与轴向负荷，并 给转子轴向定位
3）涡轮端轴承
支持轴承，只承受转子的径向负荷
气流量的变化特性 2）压气机特性曲线：表示压气机特性的曲线
2喘振
1）压气机的固有特性
2）现象：压力忽高忽低，流量忽大忽小，伴有 喘息声或吼叫声
3）机理：当压气机的流量小于设计流量时，气 流在叶轮叶片前缘冲向叶片凹面，与叶片凸 面发生分离；在扩压器中气流冲向叶片凸面， 与叶片凹面发生分离。一般扩压器叶片内气 流分离的扩展是主要原因，而叶轮进口处气 流分离的扩展会使喘振加剧
第四节废气涡轮增压器以及增 压系统演示文稿
（优选）第四节废气涡轮增压 器以及增压系统
图4－17 VTR－4系列增压器剖视图 23-隔热墙；25－压气机叶轮；26－压气机导风轮；29－涡轮机叶轮；32、33－滚动轴承；41、45－油封；42、43、44－气 封；47、48－滑油泵；51－进气箱；52－喷嘴环；61－排气箱；74－进气蜗壳；79－扩压器；81－消音器；82－进气箱
流扫气机也用，但设一台应急鼓风机以备增压 器完全损坏时使用
3定压单独增压
1）起动和低负荷性能差，附设电动辅助风 机以改善
2）当代高增压机主要增压方式：定压单独 增压＋电动辅助风机
(二)复合增压系统
1二冲程机不易实现单独涡轮增压原因及改善措 施
1）原因： （1）热负荷比较大，要求过量空 气系数α大，必须增加压气机供气量及功率； （2）靠压差扫气，采用废气涡轮增压后排气 背压升高，要求扫气压力高，必须增加压气 机供气量及功率；（3）扫气时新气掺混废气， 废气能量降低，另气流路线长，更减少了废 气能量，使涡轮机功率降低；因而导致涡轮 发出功率与压气机所需功率不平衡
二、废气涡轮增压器的工作原理
1、离心式压气机
1）进气道流道渐缩，气体压力、温度降低， 流速提高
2）工作轮对气体作功，压力、温度、流速升 高
3）扩压器和排气涡壳流道渐扩，压力、温度 升高，流速降低
2、单级轴流式涡轮机
1）喷嘴环喷嘴流道渐缩，废气压力、温度降低而流速 升高
2）叶轮叶片前缘在径向沿转向向前扭曲，工作叶轮作 机械功，流道渐缩，废气压力、温度、绝对速度下 降
4）滚动、滑动轴承
（1）滚动轴承摩擦损失小，用于中小型增压 器
（2）滑动轴承结构简单，寿命长，用于大型 增压器
注：四冲程机常用的ABB VTR型增压器使用 外置式滚动轴承
5）润滑方式
三种：甩油盘的飞溅润滑、专门油泵润滑、 柴油机润滑系统供油润滑。最好是重力－强 力混合润滑系统，因为透平油泵故障时重力 油柜能维持短时供油。专门油泵润滑油泵多 为齿轮泵，主机开航前备车冲车、试车后应 及时检查滑油泵供油情况
2）改善措施：复合增压
பைடு நூலகம்复合增压类型
1）串联增压系统
（1）特点：涡轮增压器为第一级（增压约占增 压压力的70－95%），往复式压气机为第二级
（2）优点：柴油机起动性能好，低负荷性能好， 利于实现高增压。当增压器损坏时依靠往复 泵柴油机也能达70－80%标定转速，不需另设 鼓风机
缺点：结构复杂
（3）用于意大利FIAT机，一级用定压增压
2）串联旁通增压
（1）特点：涡轮增压器为第一级，活塞下部 空间为第二级，扫气箱外侧空间各缸共用， 内侧空间各缸分开。部分串联增压。扫气 前期活塞下行串联旁通增压，换气后期活 塞上行串联失效为单独增压。增压压力随 负荷增大而增高
3）反动式涡轮机回转力矩来自冲动力矩和反动力矩 （两力矩方向相同），都是在叶轮叶片上产生的； 废气对涡轮做功多少主要取决于废气流量和热状态
4）流动损失主要有：流动摩擦损失、叶轮摩擦鼓风损 失、漏气损失、叶片进口撞击损失
三、离心式压气机的工作特性及喘振机理 1离心式压气机的工作特性 1）定义：不同转速下的排气压力和效率随空
3柴油机与增压器匹配
标志是：柴油机达到预定的增压指标；增 压器在柴油机全部工作范围内都能稳定地运 转；既不喘振也不超速，并且尽可能在高效 区工作，即增压器工作特性曲线应离喘振线 远一点，又要处在高效率区
四 柴油机废气涡轮增压系统
组成：柴油机、压气机、废气涡轮、空气冷却器 和辅助扫气泵
(一)单独增压系统 1方式：定压增压或脉冲增压 2脉冲单独增压 1）优点：低增压时起动性能较好 2）适用机型：船用四冲程机广泛用；二冲程直