天雁-涡轮增压匹配与控制
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
无论那种方式，都应力求达到以下几点： 1）、能量传递效率高； 2）、机械效率及气动效率高； 3）、有利于发动机的进气与排气； 4）、有效的工作范围要宽
为达到上述要求，出现了多种增压方式，除了普通废气涡轮增压外还有： 1） 旁通放气； 2） 可变几何涡轮增压器； 3） 超高增压：本质上，是一种发动机与燃气轮机并联工作的系统； 4） 顺序增压； 5） 两级增压； 6） 复合增压（涡轮增压+机械增压）； 7） 脉冲转换器及 MPC； 8） 气波增压； 9） 可变压缩机的发动机； 10）米勒系统：（低温增压方式——下止点前终止进气（进气门提前关闭；排气门提前关闭 角自动调节，使发动机的实际压缩比随负荷变动），使空气在气缸中膨胀以获得进一步冷却， 即：米勒增压系统的特点是增压空气的外部中冷与缸内冷却相结合，实现了可变压缩比与 不变的膨胀比，从而获得了良好的效果。
第 8 页 共 37 页
8
脉冲增压所利用 的排气能量
内燃机涡轮增压匹配与控制
图 1-6 脉冲涡轮增压内燃机热力循环图 为不使气流损失，支管的截面大致等于一个气缸盖排气道出口的截面积。对于四冲程内燃机， 排气门一般在下止点前 40°～70°CA 打开，而在上止点后 40°～60°CA 关闭。排气门的开启延 续角为 260°～310°CA。从理论上分析，排气间隔应是第一个气缸的排气门关闭以后第二个气缸 的排气门才开。四冲程内燃机的排气间隔只要 240°CA，二冲程内燃机的排气间隔角只要 120° CA 就足够了。根据上面推算，四冲程内燃机一侧的气缸数是 3 的倍数，如 6L，9L，12V，18V 等 内燃机则可用三个气缸公用一根脉冲排气支管与脉冲涡轮相连，对 8L，16V 等内燃机采用对称的 两个缸共用一根脉冲排气支管。四缸公用一根脉冲排气支管不存在排气空程。在两级增压时这种 排气方式常用于第一级增压的脉冲排气支管上。图 1-9 脉冲涡轮增压时废气在流动中的特征参数。 （3）涡轮增压中冷内燃机热力循环 涡轮增压中冷内燃机循环是在涡轮增压内燃机循环的基础上将压气机出口进入内燃机进气管 的空气预先进行冷却，即空气从状态 1’→3 变为 1→2，冷却带走的热量为 Q，以增加进入气缸 内的空气充量，降低循环温度，特别是降低燃气的最高温度，有利于抑制、减少 NOX 的有害排放。 图 1-7 为涡轮增压中冷内燃机热力循环
图 1-4 球轴承涡轮增压器剖面图
第 5 页 共 37 页
5
1.3 流体机械
内燃机涡轮增压匹配与控制
1.3.1 流体机械的特点
（1）流体机械是以流体（液体或气体）为工作介质与能量载体的机械设备。 （2）流体机械分类 可以分为原动机（将流体能量转换为机械能）与工作机（将机械能转换为流体能量）。 也可以按照流体与机械相互的方式分为容积式与叶片式： 叶片式：叶轮式压气机——径流式（离心式）；混流式；轴流式；
资料发表。目前对球轴承、空气轴承的应用研究开始受到重视。
对于车辆用涡轮增压器，要求更为苛刻，有很多问题需要解决。
1.2 涡轮增压器的基本理论
1.2.1 涡轮增压器的工作原理
涡轮增压器是： （1）旋转式叶轮机械，是一种流体机械； （2）利用发动机排出的废气热能、压力势能、速度动能工作； （3）涡轮吸收废气能量，驱动同轴的压气机对空气做功； （4）压气机是工作机，涡轮机是原动机。 注：与燃气轮机的不同，没有燃烧室；不是原动机、是一种从动机；是部件、不是主机。
1.3.3 涡轮机械
涡轮机械也是流体机械的一种，既可以是原动机也可以是工作机，燃气轮机是原动机，涡轮 增压器是工作机。
第 6 页 共 37 页
6
1.4 内燃机废气能量的利用
内燃机涡轮增压匹配与控制
1.4.1 增压能量分析
从总体上来讲，发动机的各种增压都要消耗一定的能量。但其能量的来源及利用能量的方式 从本质上来讲都具有不同的特点。
（1）涡轮的质量流量等于压气机的质量流量加燃油喷入量（不考虑漏气）；即两者关系为：
GT
= GC
+Gf
=
GC
⎜⎜⎝⎛
1
+ αL0 αL0
⎟⎟⎠⎞
式中：GT——涡轮的质量流量； GC——压气机的质量流量； Gf——喷入的燃油质量； α——过量空气系数；
L0——燃烧一公斤燃料所需的理论空气量； 因为增压器压气机与涡轮共有转子轴，故有：
变压涡轮增压内燃机热力循环如图 1-6。与等压涡轮增压内燃机热力循环不同，变压涡轮增压 内燃机中气体从状态 4 进入变压涡轮中排气能量不会由于排气管突然变粗而膨胀损失，进入变压 涡轮前的气体压力在 P4 与 P1’之间变化。如不计气体流动中的摩擦损失，气体在涡轮中的膨胀从 开始排气时的 P4→P5 到最后的 P1’→P5（因为后面从气缸中排出的气体压力不断下降）。内燃机的 等容放热过程 4-1 可看成为涡轮的等容加热过程 1-4，然后为气体在涡轮内的等熵膨胀 4-5。3-6 为 等压放热。6-1 为气体在压气机中的等熵压缩。
图 1-7 涡轮增压中冷内燃机热力循环图
第 9 页 共 37 页
9
内燃机涡轮增压匹配与控制
图 1-8 等压涡轮增压时废气在流动中的特征参数
图 1-9 脉冲涡轮增压时废气在流动中的特征参数
第 10 页 共 37 页
10
1.4.3 增压发动机热量分配
增压内燃机热量分配见图 1-10。
内燃机涡轮增压匹配与控制
第 7 页 共 37 页
7
1.4.2 增压发动机热力循环
内燃机涡轮增压匹配与控制
（1）等压涡轮增压 内燃机等压涡轮增压是将各个气缸分别排出的废气汇总到容积足够大的排气总管中，使总
管中的气体压力不产生波动，即处于等压状态，然后驱动涡轮做功。这时涡轮增压器采用单通道 涡轮箱。等压涡轮增压内燃机热力循环图见图 1-5。它由内燃机基本循环 1-2-3’-3-4-1 和燃气轮 机循环 7-1-3-6-7 组成。
（1）提高转速；
（2）采用二冲程；
（3）最主要的途径为提高 Pme ；
z 提高 Pme 可有较好的经济指标，而在采用增压后 Pme 值可提高的幅度甚大。
z 很高的 Pme 值会使发动机的机械负荷也增加很多，还会引起它与涡轮增压器匹配工作中不
协三方面。
变化率等与作用于其上的外力总和。
③动量矩平衡律——对一给定的流体系统，其动量矩的矢量和的时间变化率，等于作用
于流体上的力矩同一方向上的力矩矢量和。
④能量守恒定律（能量守恒、热力学第一定律）。
热
学
⑤熵不等式（热力学第二定律）。
⑥气体状态方程——T = T (P,V ) 。（对理想气体 Pv=RT；对多变过程 pvn =const）
内燃机涡轮增压
匹配与控制
黄 若 教授
北京理工大学
二 00 八年七月
内燃机涡轮增压匹配与控制
第一讲 内燃机涡轮增压概述
1.1 内燃机增压与涡轮增压的概念
1.1.1 内燃机增压的目的
（1）强化、提高体积与重量功率密度； （2）改善排放（适应环境保护要求）； （3）高原恢复功率； z 柴油机几乎已经 100%采用涡轮增压来改善其性能； z 汽油机由于它的工作特点——压缩比低、容易爆震、排气温度高等使增压难度较大——
第 2 页 共 37 页
2
1.1.3 内燃机增压的实现方式
内燃机涡轮增压匹配与控制
（1）涡轮增压 （2）机械； （3）气波（惯性）； （4）电辅助等； 注意：除气波增压外，均可加中冷。
对涡轮增压器，研究工作主要集中在三个方面：
（1）设计研制出可与发动机变工况相匹配的机型。 （2）提高叶轮机本身的流动效率，减少磨擦等损失。 （3）提高增压器的材料性能，设计更合理的结构。 与此相适应的设计计算方法及各种增压方案，陶瓷材料与浮动轴承等方面，已有大量论文及
1.6 涡轮增压器的其他应用
（1）电辅助（或发电）涡轮增压； （2）微型涡轮动力装置（micro turbo-generator）； （3）燃料电池（Fuel Cell engines）； （4）涡轮制冷（Air cycle refrigeration）；
第 12 页 共 37 页
（2）压气机的有效功率等于涡轮的有效功率，即：
（1-2）
PC = PT
（3）压气机的转速等于涡轮的转速
nC = nT
式中： nC ——压气机转速；
（1-3） （1-4）
nT ——涡轮转速。
第 4 页 共 37 页
4
1.2.3 典型的涡轮增压器（图片）
内燃机涡轮增压匹配与控制
图 1-3 各种涡轮增压器
叶片式流体机械的基本方程式
叶片式流体机械内的流动，是可压缩（或不可压缩）粘性介质的三元非定常运动。描述这样
的流动的基本方程组包括：
①质量守恒定律——连续性方程。含义：包含在一流体系统中的流体质量在运动过程中
保持不变。
力
学
②动量平衡定律——运动方程（N-S 方程）。含义：对一给定的流体系统，其动量的时间
压气机将气体从状态 7（大气压力 PO）等熵压缩到状态 1（压力为 PC）之后进入内燃机。 按内燃机热力循环到达状态 4。气体在排气过程进入等压涡轮时由于排气门的节流损失和排气动 能在排气总管内的膨胀、摩擦、涡流等损失而变成热能，气体温度升高，体积膨胀而到达状态 5。 气体从 4-5 这部分能量没有利用，对内燃机来说相当于从状态 4 直接回到状态 1。气体在等压涡 轮中从状态 5 等熵膨胀到状态 6，然后排入大气。
（1）利用发动机以外的能源，来达到增压的目的。这种方式绝大部分用于短暂性目的。否则 是不经济的，主要用于改善发动机瞬态工况性能。
（2）利用发动机本身的能量 A、废气能量： （a）废气涡轮，有两种利用方式： ① 脉冲；② 等压； （b）气波增压，利用压力波的传递； B、机械功，例如机械增压 C、气流惯性能量，例如谐振增压及惯性增压。
往复式压气机——活塞式、隔膜式、斜盘式、电磁振动式、自由活塞式； 容积式：
回转式——螺杆式、罗茨式、滑片式、三角转子等； （2）流体机械（叶片式）特征 ①具有一个带叶片的转子（叶轮或转轮）； ②工作时介质对叶片连续绕流； ③介质作用于叶片的力是惯性力； ④有时具有一个静止的叶栅。
1.3.2 流体机械的工作原理
也日益广泛地采用涡轮增压。其增压比例全世界约 20%～30%；中国小于 10%。
1.1.2 内燃机增压原理
提高发动机充气密度。内燃机的升功率 PL 表达式为：
PL
=
Pe ⋅ n 300τ
（1-1）
式中： Pme ——标定工况下的平均有效压力（MPa）； n ——标定转速（rpm） τ ——冲程系数
因此，为了强化发动机，可以采取的措施：
至于涡轮增压器范围内，则主要集中在三个方面展开研究：
1. 研制出可与发动机变工况相匹配的机型。
2. 提高叶轮机本身的流动效率，减少磨擦。
3. 提高增压器的材质性能，及更合理的机构。
与此相适应的设计计算方法及各种增压器方案，陶瓷材料与空气轴承等各方面，已有大量论
文及资料发表。特别是车辆用涡轮增压器，要求更为苛刻，有很多问题需要解决。
定压增压所利 用的排气能量
图 1-5 等压涡轮增压内燃机热力循环图 （2）脉冲（变压）涡轮增压
因发动机各气缸按照一定间隔顺序点火工作，使发动机排气产生了脉冲，为了避免排气时各 气缸中的气流相互干扰，将彼此相隔一定发火间隔（或排气间隔）的气缸用一根公共的支管连接 起来，并通到涡轮的一个扇形区，这种排气支管与脉冲涡轮的增压器相联就构成脉冲涡轮增压。
内燃机涡轮增压匹配与控制图25匹配计算框图输入发动机的几何热力参数输入气门正时压气机流量特性和凸轮升程曲线数组计算压缩过程的始点初始值用预校法解常微分方程组曲轴转角增加一个步长计算发动机综合参数程序开始程序结束ptpknentk是否满足要求修正上述参数循环是否结束内燃机涡轮增压匹配与控制19232丛涡轮增压器来考虑匹配实际上就是用简易的方法来选用一台增压器或将增压器改型后使之适合于发动机要求
图 1-1 带有 EGR 与中冷的涡轮增压发动机工作原理图
第 3 页 共 37 页
3
内燃机涡轮增压匹配与控制
图 1-2 发动机与涡轮增压器工作原理示意图
1.2.2 涡轮增压器与发动机联合工作原理
假如把涡轮增压器当作主机、把整个发动机（包括全部气缸、全部燃烧室）作为增压器的燃 烧室，则整个系统可以看作为一台燃气轮机，只是发动机的燃烧是断续的、气体是脉动的而已。 此外，对普通涡轮增压系统，增压器与发动机没有机械功率与电功率联系。因此，根据质量守恒 定律有以下关系：
图 1-10 发动机的热量分配
1.5 增压中冷
（1）从增压器角度：降低进气温度，进一步增加进入气缸内的空气充量，进一步强化发动机； （2）从发动机角度：降低循环温度，特别是降低燃气的最高温度，有利于抑制、减少 NOX 的有害排放。
第 11 页 共 37 页
11
内燃机涡轮增压匹配与控制
图 1-11 带有增压空气冷却的涡轮增压发动机
为达到上述要求，出现了多种增压方式，除了普通废气涡轮增压外还有： 1） 旁通放气； 2） 可变几何涡轮增压器； 3） 超高增压：本质上，是一种发动机与燃气轮机并联工作的系统； 4） 顺序增压； 5） 两级增压； 6） 复合增压（涡轮增压+机械增压）； 7） 脉冲转换器及 MPC； 8） 气波增压； 9） 可变压缩机的发动机； 10）米勒系统：（低温增压方式——下止点前终止进气（进气门提前关闭；排气门提前关闭 角自动调节，使发动机的实际压缩比随负荷变动），使空气在气缸中膨胀以获得进一步冷却， 即：米勒增压系统的特点是增压空气的外部中冷与缸内冷却相结合，实现了可变压缩比与 不变的膨胀比，从而获得了良好的效果。
第 8 页 共 37 页
8
脉冲增压所利用 的排气能量
内燃机涡轮增压匹配与控制
图 1-6 脉冲涡轮增压内燃机热力循环图 为不使气流损失，支管的截面大致等于一个气缸盖排气道出口的截面积。对于四冲程内燃机， 排气门一般在下止点前 40°～70°CA 打开，而在上止点后 40°～60°CA 关闭。排气门的开启延 续角为 260°～310°CA。从理论上分析，排气间隔应是第一个气缸的排气门关闭以后第二个气缸 的排气门才开。四冲程内燃机的排气间隔只要 240°CA，二冲程内燃机的排气间隔角只要 120° CA 就足够了。根据上面推算，四冲程内燃机一侧的气缸数是 3 的倍数，如 6L，9L，12V，18V 等 内燃机则可用三个气缸公用一根脉冲排气支管与脉冲涡轮相连，对 8L，16V 等内燃机采用对称的 两个缸共用一根脉冲排气支管。四缸公用一根脉冲排气支管不存在排气空程。在两级增压时这种 排气方式常用于第一级增压的脉冲排气支管上。图 1-9 脉冲涡轮增压时废气在流动中的特征参数。 （3）涡轮增压中冷内燃机热力循环 涡轮增压中冷内燃机循环是在涡轮增压内燃机循环的基础上将压气机出口进入内燃机进气管 的空气预先进行冷却，即空气从状态 1’→3 变为 1→2，冷却带走的热量为 Q，以增加进入气缸 内的空气充量，降低循环温度，特别是降低燃气的最高温度，有利于抑制、减少 NOX 的有害排放。 图 1-7 为涡轮增压中冷内燃机热力循环
图 1-4 球轴承涡轮增压器剖面图
第 5 页 共 37 页
5
1.3 流体机械
内燃机涡轮增压匹配与控制
1.3.1 流体机械的特点
（1）流体机械是以流体（液体或气体）为工作介质与能量载体的机械设备。 （2）流体机械分类 可以分为原动机（将流体能量转换为机械能）与工作机（将机械能转换为流体能量）。 也可以按照流体与机械相互的方式分为容积式与叶片式： 叶片式：叶轮式压气机——径流式（离心式）；混流式；轴流式；
资料发表。目前对球轴承、空气轴承的应用研究开始受到重视。
对于车辆用涡轮增压器，要求更为苛刻，有很多问题需要解决。
1.2 涡轮增压器的基本理论
1.2.1 涡轮增压器的工作原理
涡轮增压器是： （1）旋转式叶轮机械，是一种流体机械； （2）利用发动机排出的废气热能、压力势能、速度动能工作； （3）涡轮吸收废气能量，驱动同轴的压气机对空气做功； （4）压气机是工作机，涡轮机是原动机。 注：与燃气轮机的不同，没有燃烧室；不是原动机、是一种从动机；是部件、不是主机。
1.3.3 涡轮机械
涡轮机械也是流体机械的一种，既可以是原动机也可以是工作机，燃气轮机是原动机，涡轮 增压器是工作机。
第 6 页 共 37 页
6
1.4 内燃机废气能量的利用
内燃机涡轮增压匹配与控制
1.4.1 增压能量分析
从总体上来讲，发动机的各种增压都要消耗一定的能量。但其能量的来源及利用能量的方式 从本质上来讲都具有不同的特点。
（1）涡轮的质量流量等于压气机的质量流量加燃油喷入量（不考虑漏气）；即两者关系为：
GT
= GC
+Gf
=
GC
⎜⎜⎝⎛
1
+ αL0 αL0
⎟⎟⎠⎞
式中：GT——涡轮的质量流量； GC——压气机的质量流量； Gf——喷入的燃油质量； α——过量空气系数；
L0——燃烧一公斤燃料所需的理论空气量； 因为增压器压气机与涡轮共有转子轴，故有：
变压涡轮增压内燃机热力循环如图 1-6。与等压涡轮增压内燃机热力循环不同，变压涡轮增压 内燃机中气体从状态 4 进入变压涡轮中排气能量不会由于排气管突然变粗而膨胀损失，进入变压 涡轮前的气体压力在 P4 与 P1’之间变化。如不计气体流动中的摩擦损失，气体在涡轮中的膨胀从 开始排气时的 P4→P5 到最后的 P1’→P5（因为后面从气缸中排出的气体压力不断下降）。内燃机的 等容放热过程 4-1 可看成为涡轮的等容加热过程 1-4，然后为气体在涡轮内的等熵膨胀 4-5。3-6 为 等压放热。6-1 为气体在压气机中的等熵压缩。
图 1-7 涡轮增压中冷内燃机热力循环图
第 9 页 共 37 页
9
内燃机涡轮增压匹配与控制
图 1-8 等压涡轮增压时废气在流动中的特征参数
图 1-9 脉冲涡轮增压时废气在流动中的特征参数
第 10 页 共 37 页
10
1.4.3 增压发动机热量分配
增压内燃机热量分配见图 1-10。
内燃机涡轮增压匹配与控制
第 7 页 共 37 页
7
1.4.2 增压发动机热力循环
内燃机涡轮增压匹配与控制
（1）等压涡轮增压 内燃机等压涡轮增压是将各个气缸分别排出的废气汇总到容积足够大的排气总管中，使总
管中的气体压力不产生波动，即处于等压状态，然后驱动涡轮做功。这时涡轮增压器采用单通道 涡轮箱。等压涡轮增压内燃机热力循环图见图 1-5。它由内燃机基本循环 1-2-3’-3-4-1 和燃气轮 机循环 7-1-3-6-7 组成。
（1）提高转速；
（2）采用二冲程；
（3）最主要的途径为提高 Pme ；
z 提高 Pme 可有较好的经济指标，而在采用增压后 Pme 值可提高的幅度甚大。
z 很高的 Pme 值会使发动机的机械负荷也增加很多，还会引起它与涡轮增压器匹配工作中不
协三方面。
变化率等与作用于其上的外力总和。
③动量矩平衡律——对一给定的流体系统，其动量矩的矢量和的时间变化率，等于作用
于流体上的力矩同一方向上的力矩矢量和。
④能量守恒定律（能量守恒、热力学第一定律）。
热
学
⑤熵不等式（热力学第二定律）。
⑥气体状态方程——T = T (P,V ) 。（对理想气体 Pv=RT；对多变过程 pvn =const）
内燃机涡轮增压
匹配与控制
黄 若 教授
北京理工大学
二 00 八年七月
内燃机涡轮增压匹配与控制
第一讲 内燃机涡轮增压概述
1.1 内燃机增压与涡轮增压的概念
1.1.1 内燃机增压的目的
（1）强化、提高体积与重量功率密度； （2）改善排放（适应环境保护要求）； （3）高原恢复功率； z 柴油机几乎已经 100%采用涡轮增压来改善其性能； z 汽油机由于它的工作特点——压缩比低、容易爆震、排气温度高等使增压难度较大——
第 2 页 共 37 页
2
1.1.3 内燃机增压的实现方式
内燃机涡轮增压匹配与控制
（1）涡轮增压 （2）机械； （3）气波（惯性）； （4）电辅助等； 注意：除气波增压外，均可加中冷。
对涡轮增压器，研究工作主要集中在三个方面：
（1）设计研制出可与发动机变工况相匹配的机型。 （2）提高叶轮机本身的流动效率，减少磨擦等损失。 （3）提高增压器的材料性能，设计更合理的结构。 与此相适应的设计计算方法及各种增压方案，陶瓷材料与浮动轴承等方面，已有大量论文及
1.6 涡轮增压器的其他应用
（1）电辅助（或发电）涡轮增压； （2）微型涡轮动力装置（micro turbo-generator）； （3）燃料电池（Fuel Cell engines）； （4）涡轮制冷（Air cycle refrigeration）；
第 12 页 共 37 页
（2）压气机的有效功率等于涡轮的有效功率，即：
（1-2）
PC = PT
（3）压气机的转速等于涡轮的转速
nC = nT
式中： nC ——压气机转速；
（1-3） （1-4）
nT ——涡轮转速。
第 4 页 共 37 页
4
1.2.3 典型的涡轮增压器（图片）
内燃机涡轮增压匹配与控制
图 1-3 各种涡轮增压器
叶片式流体机械的基本方程式
叶片式流体机械内的流动，是可压缩（或不可压缩）粘性介质的三元非定常运动。描述这样
的流动的基本方程组包括：
①质量守恒定律——连续性方程。含义：包含在一流体系统中的流体质量在运动过程中
保持不变。
力
学
②动量平衡定律——运动方程（N-S 方程）。含义：对一给定的流体系统，其动量的时间
压气机将气体从状态 7（大气压力 PO）等熵压缩到状态 1（压力为 PC）之后进入内燃机。 按内燃机热力循环到达状态 4。气体在排气过程进入等压涡轮时由于排气门的节流损失和排气动 能在排气总管内的膨胀、摩擦、涡流等损失而变成热能，气体温度升高，体积膨胀而到达状态 5。 气体从 4-5 这部分能量没有利用，对内燃机来说相当于从状态 4 直接回到状态 1。气体在等压涡 轮中从状态 5 等熵膨胀到状态 6，然后排入大气。
（1）利用发动机以外的能源，来达到增压的目的。这种方式绝大部分用于短暂性目的。否则 是不经济的，主要用于改善发动机瞬态工况性能。
（2）利用发动机本身的能量 A、废气能量： （a）废气涡轮，有两种利用方式： ① 脉冲；② 等压； （b）气波增压，利用压力波的传递； B、机械功，例如机械增压 C、气流惯性能量，例如谐振增压及惯性增压。
往复式压气机——活塞式、隔膜式、斜盘式、电磁振动式、自由活塞式； 容积式：
回转式——螺杆式、罗茨式、滑片式、三角转子等； （2）流体机械（叶片式）特征 ①具有一个带叶片的转子（叶轮或转轮）； ②工作时介质对叶片连续绕流； ③介质作用于叶片的力是惯性力； ④有时具有一个静止的叶栅。
1.3.2 流体机械的工作原理
也日益广泛地采用涡轮增压。其增压比例全世界约 20%～30%；中国小于 10%。
1.1.2 内燃机增压原理
提高发动机充气密度。内燃机的升功率 PL 表达式为：
PL
=
Pe ⋅ n 300τ
（1-1）
式中： Pme ——标定工况下的平均有效压力（MPa）； n ——标定转速（rpm） τ ——冲程系数
因此，为了强化发动机，可以采取的措施：
至于涡轮增压器范围内，则主要集中在三个方面展开研究：
1. 研制出可与发动机变工况相匹配的机型。
2. 提高叶轮机本身的流动效率，减少磨擦。
3. 提高增压器的材质性能，及更合理的机构。
与此相适应的设计计算方法及各种增压器方案，陶瓷材料与空气轴承等各方面，已有大量论
文及资料发表。特别是车辆用涡轮增压器，要求更为苛刻，有很多问题需要解决。
定压增压所利 用的排气能量
图 1-5 等压涡轮增压内燃机热力循环图 （2）脉冲（变压）涡轮增压
因发动机各气缸按照一定间隔顺序点火工作，使发动机排气产生了脉冲，为了避免排气时各 气缸中的气流相互干扰，将彼此相隔一定发火间隔（或排气间隔）的气缸用一根公共的支管连接 起来，并通到涡轮的一个扇形区，这种排气支管与脉冲涡轮的增压器相联就构成脉冲涡轮增压。
内燃机涡轮增压匹配与控制图25匹配计算框图输入发动机的几何热力参数输入气门正时压气机流量特性和凸轮升程曲线数组计算压缩过程的始点初始值用预校法解常微分方程组曲轴转角增加一个步长计算发动机综合参数程序开始程序结束ptpknentk是否满足要求修正上述参数循环是否结束内燃机涡轮增压匹配与控制19232丛涡轮增压器来考虑匹配实际上就是用简易的方法来选用一台增压器或将增压器改型后使之适合于发动机要求
图 1-1 带有 EGR 与中冷的涡轮增压发动机工作原理图
第 3 页 共 37 页
3
内燃机涡轮增压匹配与控制
图 1-2 发动机与涡轮增压器工作原理示意图
1.2.2 涡轮增压器与发动机联合工作原理
假如把涡轮增压器当作主机、把整个发动机（包括全部气缸、全部燃烧室）作为增压器的燃 烧室，则整个系统可以看作为一台燃气轮机，只是发动机的燃烧是断续的、气体是脉动的而已。 此外，对普通涡轮增压系统，增压器与发动机没有机械功率与电功率联系。因此，根据质量守恒 定律有以下关系：
图 1-10 发动机的热量分配
1.5 增压中冷
（1）从增压器角度：降低进气温度，进一步增加进入气缸内的空气充量，进一步强化发动机； （2）从发动机角度：降低循环温度，特别是降低燃气的最高温度，有利于抑制、减少 NOX 的有害排放。
第 11 页 共 37 页
11
内燃机涡轮增压匹配与控制
图 1-11 带有增压空气冷却的涡轮增压发动机