废气涡轮增压器结构设计
小排量发动机废气涡轮增压器的结构设计
2019年第3期摘要：当今环保节能是社会的重点关注问题，而发动机的节能与环保就是其中的一大项，而涡轮增压器就是发动机节能的一个重要方法，加装增压器的发动机功率及扭矩可提高20%~30%。
对于小排量发动机来说尤其明显。
关键词：涡轮增压器；压气机；离心式；节能作者简介：王旭景（1981-），女，山西晋中人，工程师，硕士。
小排量发动机废气涡轮增压器的结构设计王旭景（德州市农业机械管理局，山东德州253013）涡轮增压技术作为发动机增压的一种方式，目前已被广泛采用。
通过涡轮增压器对发动机进气增压使得燃料在汽缸内得到更加充分的燃烧，从而实现了发动机的节能，所以涡轮增压技术符合了当前节能减排的社会趋势，对发动机加装涡轮增压器已经成为现在一项很重要的技术，因此，无论现在还是未来，对涡轮增压技术的研究和涡轮增压器的设计都具有非常重要意义。
当前世界对涡轮增压技术的研究已相当先进，国内对于涡轮增压器也一直不断地在深入的研究与推广。
国内对大中型排量的发动机基本已经完成了普及，而对于小排量的发动机来说，在国内技术尚有不足。
随着能源危机日益临近，节能减排也越来越被人们所重视，因此，对小排量发动机进行涡轮增压器的设计与安装必将会得到人们的重视，针对小排量的发动机进行涡轮增压器的设计，具有非常重要的实际意义。
1废气涡轮增压器的作用废气涡轮增压系统，在发动机结构参数不需要有大改变的情况下，可以使功率增加20%~30%，高增压的效果更明显甚至能达到100%；排出的废气能量可进一步利用，使发动机的经济性提高3%~4%；废气涡轮增压系统可以增大转矩，提高车辆装载质量，减少排气噪声，对环境保护有重要意义。
废气涡轮增压系统全工况范围内都具有良好的性能。
主要是增强扫气效果提高进气效率，改善低工况性能，减少有害排放物。
2废气涡轮增压器的结构原理涡轮增压器实际上是对进气进行压缩，通过压缩空气增加进气的密度来增加进气量。
然后利用发动机排出的废气的动能来推动废气涡轮，涡轮又通过中间轴来带动压气机的工作叶轮，叶轮对空气滤清器管道送来的空气做功，使之压力加大进入气缸。
发动机废气涡轮增压
增压的代价
• 1.热负荷与机械负荷大 • 2.低速时转矩受影响 • 3.加速响应性差 • 4.增压器对发动机性能优化的限制
第三节 废气涡轮增压器的基本结 构和工作原理
废气涡轮增压器是利
用内燃机排出的部分废 气能量，推动涡轮机高
速旋转，从而带动安装 在同一根轴上的离心式 压气机，增大内燃机进 气压力的工作机械。
功率发动机。
机械增压系统
这个装置安装在发动机上 并由皮带与发动机曲轴相 连接，从发动机输出轴获 得动力来驱动增压器的转 子旋转，从而将空气增压 吹到进气岐道里。其优点 是涡轮转速和发动机相同， 因此没有滞后现象，动力 输出非常流畅。但是由于 装在发动机转动轴里面， 因此还是消耗了部分动力， 增压出来的效果并不高。
• 一台发动机装上涡轮增压器后，其最大功率 与未装增压器的时候相比可以增加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。就拿我 们最常见的1.8T涡轮增压发动机来说，经过 增压之后，动力可以达到2.4L发动机的水平， 但是耗油量却比1.8发动机并不高多少，在另 外一个层面上来说就是提高燃油经济性和降 低尾气排放。
(4) 复 合 增 压 ： 由上述各
种方式组合而 成，如机械增 压与涡轮增压 的结合等。
(4) 组 合 增 压：
从实际应用的情况来看，较 为常见的是涡轮增压和机械增压， 其中涡轮增压占了绝大部分，而 机械增压则在近年来重新得到重 视，发展较快。
增压的优势
• 1.比质量小、升功率大 • 2.降低造价、提高材料利用率 • 3.排气噪声降低、燃烧噪声降低 • 4.有利于高原等稀薄条件工作 • 5.排放降低 • 6.适用性广
增压技术发展
增压技术萌生于19世纪，在20世纪初期 得到初步应用。随着材料科学及制造技术的 进步，柴油机的涡轮增压技术在20世纪中叶 开始走向大规模商业应用、并逐步推广到汽 油机中。日前，大功率柴油机的绝大部分、 车用柴油机的半数以上以及相当比例的高性 能汽油机，均采用了增压技术。
汽油机废气涡轮增压器设计
摘要目前，废气涡轮增压技术已经成为提高发动机输出功率、扭矩以及降低油耗的主要方法之一。
尤其对于小排量汽油发动机，采用涡轮增压技术更是得到了国内外的广泛关注。
在本文中介绍了汽油机废气涡轮增压系统的组成及原理，并对组成汽油机废气涡轮增压系统的各个部件进行设计与计算。
加装废气涡轮增压器的障碍及对策。
将奥迪200汽油机由自然吸气式改装成涡轮增压式，对增压器和发动机进行了匹配计算。
关键词：废气涡轮增压；汽油机；障碍；对策AbstractAt present, the pressurized technology of the waste gas turbine has already become and improved one of the engine output power, torsion and main method to reduce oil consumption. Especially to the gasoline engine of small displacement, adopt the pressurized technology of the turbine to get the extensive concern both at home and abroad especially.Have introduced petrol machine turbine pressurization systematic composition and principle of waste gas in this text, and design and calculate each part of the pressurized system of waste gas turbine of the petrol making up machine. Install obstacle and countermeasure of the turbocharger of the waste gas additional. Repack 200 petrol machine of Audi into the turbine pressurization type by the inhaling type naturally, has matched to calculate to blower and engine.Keyword: Turbine pressurization of the waste gas; Petrol machine; Obstacle; Countermeasure目录第1章绪论 (1)1.1汽油机增压国外发展状况 (1)1.2影响发动机功率的因素 (2)1.3汽油机增压可带来以下几方面的收益： (3)1.4自然吸气与增压机型发动机性能参数比较： (3)第2章汽油机废气涡轮增压系统的组成 (4)2.1涡轮增压器 (4)2.2中冷器 (8)2.3进气压力调节阀 (9)2.4进气管 (11)2.5排气管 (12)2.6发动机 (12)2.7汽油机废气涡轮增压系统的原理 (12)第3章加涡轮增压器的障碍及解决措施 (15)3.1车用汽油机采用废气涡轮增压的特点 (15)3.2汽油机增压主要障碍 (16)3.3汽油机涡轮增压的对策 (16)第4章汽油机废气涡轮增压系统的设计与计算 (20)4.1已知条件及要求指标 (20)4.2汽油机热力参数选择 (20)4.3涡轮增压器主要性能参数及结构参数计算 (20)第5章结论 (23)参考文献 (25)附录1 (26)第1章绪论1.1汽油机增压国外发展状况早在20年代赛车就开始采用机械增压，后来逐渐过渡到涡轮增压，从1968年以来几乎所有的赛车都安装了涡轮增压器。
废气涡轮增压器的工作原理和结构特点
主推进动力装置
Introduction to ship
轮机知识
[ 10 ]
轴流式废气涡轮 P139 P482
喷咀环：
将压力能转化为速度 能。
涡轮喷咀环的喷咀叶 片先按设计的角度和位 置排列好，然后浇铸而 成，喷咀环叶片均由 耐 热合金钢制成。
Koukiepin
主推进动力装置
Introduction to ship
Koukiepin
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。
叶片用高强度镍基耐热合金钢锻造，并经 仿形加工而成。
Koukiepin
主推进动力装置
Introduction to ship
轮机知识
[ 12 ]
离心式压气机 P140 P482
最新汽车发动机原理-第三章-发动机废气涡轮增压分析ppt课件
增压的缺点
• 1. 热负荷与机械负荷大 • 2. 气体流路长，加速响应性差
第三节 废气涡轮增压器的基本结构和工作原理
一、径流式涡轮的工作原理
中间体
径流式 涡轮
1
燃气在涡轮机中的流动
离心式压 气机
废气从工作叶轮转子的外缘由进
气蜗壳流入，经过一系列工作路径后 从涡轮中心轴向流出。
在涡轮工作叶轮中，叶片之间的
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
主要参数： 1）增压比
k
pk p0
2）流经压气机的每秒质量流量 m k 或容积流量 V 0
3）压气机转速 n k
4）压气机的绝热效率 ad k
定义为1kg 空气的绝热压缩功与实际压缩功
之比。
k1
adk
hadk hk
kk1RT0
（三）可变截面涡轮
１.双蜗壳通道涡轮(平板阀)；２.可变蜗壳通道流通截面涡轮（曲 面型阀门） ；３.变喷嘴环流通截面涡轮 （喷嘴环叶片角度）
q mT
为气体质量流量，
T
* T
为滞止温度，
p
* T
为气体滞止压力。
(4) 相似转速
相似转速
n TT*
n为涡轮转速 涡轮机所发出的功率
PT q1m0TH0T0T
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。 转速一定，相似流量随 膨胀比的增大而增大， 直到达到流量最大值， 即达到了当地声速，即 使再继续增大膨胀比， 该处的气流速度仍维持 当地声速，涡轮流量也 不会再增加。
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。
车用发动机的废气涡轮增压器设计说明书
摘 要目前，由于排放标准变的更加严格，欧洲的80%的内燃机车是经过涡轮增压的，在不久的将来，这个数字有望接近100%。
本论文根据柴油机的已知参数，设计出最优化的涡轮增压器，并对设计出的涡轮增压器进行校核计算，得出最佳的设计型号。
同时，在理论上分析出使用涡轮增压器对柴油机主要参数的影响，从而得出使用涡轮增压器可以降低柴油机排放。
关键词：柴油发动机，涡轮增压，汽车，扭矩，排放AbstractCurrently, 80 percent of European diesel passenger cars are turbocharged and, as emission standards become more stringent, this figure is expected to approach 100 percent in the near future. In this study, we try determining the turbocharger,s optimum setting according to the known parameter of the diesel engine, and checking it. In addition, we try analyzing the theoretically influence of the main parameter in diesel engine, and knowing that the turbo machine can lower the diesel engine exhausts.Key words：diesel, turbocharging, automotive, torque, emissions目录第一章 前 言 (I)1.1研究背景 (1)1.2 研究意义 (2)1.3 工作原理 (3)1.4 技术探讨 (3)第二章 涡轮增压器选型 (5)2.1 已知参数 (5)2.2 各零部件型号确定 (5)第三章 设计计算 (12)3.1 压气机的设计计算 (12)3.2 径流式涡轮的计算 (21)第四章 设计分析及展望 (29)4.1 增压对柴油机主要参数的影响 (29)4.2 前景展望 (31)参 考 文 献 (33)致 谢 (34)第一章前言1.1研究背景由于中国巨大的汽车市场的迅速成长，汇合科技进步成果，将引领汽车行业新的大发展。
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。
废气涡轮增压器的结构原理及使用要点
废气涡轮增 压器使用 寿命的影 响因素
１润滑、冷却不良 。增压器的正常工作是靠润滑油来润 ． 滑和冷却机件的 ， 若其油道堵塞或润滑油质量低劣 、 脏污 、 老 化变质等 ，均会使之产生剧烈磨损而出现故障 。
２ 增 压器 工作 的 好 坏依 赖 于 进 气 系统 ，只 有供 给 充 足 、 ．
５保持增压器的正常润滑条件 。车辆行驶中 ，当机油压 ．
力小于０ ２ ＭＰ 时 ， ． ａ 应停车检查 ， 以防止增压器因润滑不良 而烧蚀转子轴与轴承。机油压力也不可过高，以免机油窜八 涡轮室或压气机室。柴油机１ 速空转的时间不可过长 ，以防 氏
机 油压 力过低 而 使 增压 器 润 滑不 良 。
了轴承工作的可靠性 ，保证了转子高速下的工作精度。
压 气机 部 分
如图 ２ ，涡轮增压器是装在排气管和进气管间的一个涡
轮装置 ，是以发动机的排气流驱动涡轮的 ；涡轮带动压气机 叶轮旋转 ，向进气管中充气，加大 了发动机的进气量 ，再相
图 １ 涡轮增 压器的基本构成
维普资讯
图 ２ 涡 轮增压器 的工作 原理
保增压器得到良好润滑 ，同时保证油压正常 、油温适宜。若
机油过脏或失效 ，会将杂质带八增压器内，轻则加速轴承磨 应增加供油量 ，从而提高升功率 。另外它对改善柴油汽车的 损 ， 重则不能形成润滑油膜而使转子轴与轴承咬死；因此 ， 必 动力性、经济性和排放具有显著效果 。 须 选 用规 定 牌号 的 柴 油机 机 油 ，而 且 一 定要 清洁 、合格 。
体上，把已停止流动的机油熬炼成积炭。当此积炭越积越多 时，还会阻塞进油口，导致轴套缺油或磨损加速 ，同样引起 转子轴咬死现象。 因此 ， 熄火前务必让柴油机逐渐减少负荷 ， 最后怠速运转几分钟 ，待增压器减速和机器温度适当下降后 再熄 火。熄火后 ，正常情况下增压器转子因惯性持续转动时 间应在 １ｍｉ ｎ以上 。 ４为保证增压器可靠润滑 、 ． 冷却 ，必须使用规定的增压 机油 ， 并且要定期清洗机油滤清器 ， 定期添加和更换机油 ， 确
废气涡轮增压器涡轮结构及工艺设计（DOC）
废⽓涡轮增压器涡轮结构及⼯艺设计（DOC）⽬录前.⾔ (1)1 废⽓涡轮结构设计 (2)1.1 ⼯作轮结构设计 (2)1.1.1⼯作轮结构 (2)1.2相关参数计算 (2)1.2.1 设计原始数据 (2)1.2.2废⽓在单级涡轮内的膨胀过程及效率 (2)2 废⽓涡轮⼯艺设计 (7)2.1叶轮的材料 (7)2.2 材料的获得...... . (7)2.3造型材料和造型⽅法...... .. (7)2.4零件的获得 (7)3结论 (8)参考⽂献 (9)课程设计前⾔1905 年瑞⼠⼯程师波希(Alfred Buchi)⾸先提出涡轮增压柴油机概念，这是⼀件对内燃机发展具有深远意义的⼤事，五⼗年代以来，涡轮增压技术在国内外均得到飞速的发展，它已经成为增加内燃机功率，降低单位功率重量，降低制造成本的最有效⽅法。
⾃从20世纪70年代涡轮增压在车⽤发动机上得到推⼴以后，更有了突飞猛进的发展。
⽬前，⼰被世⼈公认为内燃机技术的发展⽅向之⼀，迄今仍保持着⽅兴未艾的发展势头。
涡轮增压是⼀项新技术，⼏⼗年的发展历史有⼒地表明，涡轮增压是提⾼发动机功率和改善经济性的最有效措施，也是发动机强化的必然途径，它已成为当前内燃机发展的重要⽅向。
涡轮增压是使柴油机动⼒装置降低成本、缩⼩体积、减轻重量最成功的⽅法。
实践证明，对于安装尺⼨受限制的应⽤(如船舶、机车、卡车等)上是最受欢迎的，涡轮增压在降低⽐油耗、减少噪声以及⾼原性能等⽅⾯胜过⾮增压发动机[10]。
60年代增压技术在中速柴油机上得到普遍应⽤，使强化指标有了很⼤提⾼；70年代的⽯油危机，⼜促使经济性指标(包括降低燃油耗率和使⽤劣质燃油)得到很⼤改善：80年代各国对环境污染的限制更为严格，制定了极为苛刻的环保法规，迫使柴油机制造⼚商各⾃寻找对策以谋⽣存。
新开发的柴油机必须在诸多⽅⾯能体现出优越性，否则就⽆法适应未来剧烈的市场竞争。
纵观我国中速机的现状，应该说⼰初步具备了研究、设计和⽣产体系，但就总体⽔平⽽⾔，强化度不⾼，部分关键部件的可靠性尚待进⼀步提⾼，⾃动化程度低，减振降噪，措施尚未实际应⽤(但⾼速机上已有应⽤)，排放研究还处于议论阶段：整机的系列化和零部件的通⽤化程度较低；部分零部件如⾼压油泵和喷油器的偶件、调速器、轴⽡和活塞环等的制造⼯艺落后，质量较差，引进指标较⾼机型的这些零部件仍依赖进⼝，这些薄弱环节也限制了⾃⾏开发机型强度的提⾼。
第十三章 废气涡轮增压
第十三章废气涡轮增压发动机能发出的最大功率受汽缸内能燃烧的燃料的限制，而燃料量又受每循环汽缸内能吸人空气量的限制。
如果空气在进入汽缸前受到压缩使其密度增大，则同样汽缸工作容积就可以容纳更多的新鲜充量，从而可以供给更多的燃料，得到更大的输出功率。
按照提高进气密度增加功率的设想，早在1905年，瑞士的艾尔弗莱德·布奇(Alfred Biichi)就提出了涡轮增压方案，并进行了早期的柴油机定压增压及脉冲增压系统实验，1925年取得成功并获得专利。
此后瑞士的布朗·保弗利(BrownBoveri)公司在船用发动机上采用了废气涡轮增压，继之航空活塞式发动机也采用了增压技术。
而车用发动机采用涡轮增压技术较迟，主要原因是车用发动机对涡轮增压器的要求较高，不仅要求效率高，流量范围宽，能满足车辆发动机变工况的要求。
而且还要求结构简单，体积小，质量轻，造价低廉。
直到20世纪50年代后期，增压技术才广泛应用到车用柴油机上，并逐步推广到汽油机中。
目前绝大部分的大功率柴油机、半数以上的车用柴油机以及相当比例的高性能汽油机，均已采用增压技术。
一般而言，增压后发动机功率可比原机提高40％一60％，甚至更多，发动机的平均有效压力可达到3MPa。
增压技术特别是增压中冷技术，被视为提高车用发动机动力性、经济性及降低排放的有效措施。
§13—1 发动机增压的基本概念及增压类型一、发动机增压的基本概念1．增压是提高发动机升功率的有效措施提高发动机功率，特别是升功率，是提高车用发动机性能的重要途径。
发动机有效功率的表达式为：．户。
’牛巍严(13—1)式中只——有效功率；Pm*--平均有效压力；Vh--汽缸工作容积；i——汽缸数；n——转速；，——冲程数，四冲程t：4，二冲程f’2。
发动机升功率为：PL‘号lien' (13—2)由升功率的定义可以看出，升功率越大，发动机的强化程度越高，发出一定有效功率的动机的尺寸越小，它是评定发动机动力性能和强化程度的重要指标之一。