第二章-涡轮增压器.备课讲稿
增压技术第二章
缺点： 压气机叶轮-涡轮轮盘组件复杂，涡轮向压气机传热问题无法避免。 转子悬臂，力矩大，对动平衡要求高。
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四、增压器的轴承
2、轴承种类 1）滑动轴承
多油楔式 浮动式
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Байду номын сангаас21
四、增压器的轴承
2、轴承种类 1）滑动轴承
多油楔式 浮动式
优点：轴承内外存在间隙。工作时内圈的摩擦使外圈非同步转动，滑动轴 承的转速远低于轴的转速，寿命提高。 能够承受较大的不平衡负荷，对于震动和冲击不敏感。
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四、增压器的轴承
五、增压器的密封 气封：防止压气机端的压缩空气和涡轮端的废气泄漏 油封：防止增压器轴承处的润滑油泄露 密封装置常采用迷宫式密封
薄片装配式：由气封圈和外壳构成气 封间隙σ 整体式：由光滑的涡轮轴和带有沟槽 的壳体构成气封间隙σ
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2-2 离心式压气机
压气机工作原理 压气机结构 压气机特性 压气机参量 压气机的喘振与堵塞
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2-2 离心式压气机
二、压气机各组成部分的结构 3、扩压器：有许多叶片合叶盘组成，装在涡轮带动的轴上
无叶扩压器（缝隙式扩压器）适用于车用 叶片式扩压器 可变有叶扩压器
（1）无叶扩压器 实际上是一块环状平板，结构简单，制造方 便，但扩压度不大，常用于小型增压器，对 于流量变化不敏感。
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2-2 离心式压气机
组合脉冲增压（MPC）
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废气涡轮增压器结构
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废气涡轮增压器的原理
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定压涡轮增压
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脉冲涡轮增压
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MPC增压
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涡轮增压器结构
摩托车柴油发动机的涡轮增压器和增压阀零件原理讲解
摩托车柴油发动机的涡轮增压器和增压阀零件原理讲解摩托车柴油发动机的涡轮增压器和增压阀零件是提高发动机性能和燃烧效率的关键部件。
涡轮增压器通过压缩进气空气，增加了氧气供应，提高了燃烧效率，从而提高了发动机的功率和扭矩输出。
而增压阀则起到控制增压器工作的重要作用。
涡轮增压器是由两个主要部分组成的：涡轮和压气机。
涡轮与发动机的排气系统相连，受到排气气流的推动旋转，通过轴将能量传递给压气机。
压气机与进气系统相连，通过旋转产生高压气体，将其送入发动机燃烧室。
涡轮增压器的工作原理主要基于热力学原理和流体力学原理。
当发动机燃烧燃油时，产生的剧烈爆炸推动气缸活塞向下运动，产生排气气流。
这些高温高压的排气气流经过涡轮增压器的涡轮，使其旋转。
涡轮将一部分能量转化为机械能，带动轴转动。
轴上的压气机与涡轮相连，也随之旋转。
压气机内部的叶片通过流体力学原理将气体进行压缩，增加气体密度和压力。
而增压阀则位于涡轮增压器的进气系统上。
它的作用是控制涡轮增压器的工作状态，确保引入发动机的压缩空气的压力和温度在设定范围内。
增压阀通常由一个可调节的闸门或活塞组成，通过控制闸门的开启程度或活塞的运动来调整增压器的增压效果。
在发动机负荷较低或转速较低的情况下，增压阀会关闭或减小压力进入增压器，以避免过度增压。
这时进入燃烧室的压缩空气较少，发动机的动力输出会相应减小。
而在负荷较大或转速较高的情况下，增压阀会打开或增大压力进入增压器，以提供更多的压缩空气供给发动机。
这时发动机的动力输出会相应增加。
涡轮增压器和增压阀在摩托车柴油发动机中的应用带来了许多优势。
首先，涡轮增压器可以提高发动机的功率和扭矩输出，使摩托车具有更好的加速性能和爬坡能力。
其次，由于涡轮增压器可以增加进气空气的密度和压力，燃油燃烧更充分，燃烧效率更高，从而减少了废气排放和燃油消耗。
最后，增压阀的可调节功能使得发动机能够根据实际工况调整增压效果，提高了系统的稳定性和适应性。
然而，涡轮增压器和增压阀的应用也存在一些问题和挑战。
涡轮增压技术概论
10% EGR
4.0
20% EGR
114.9
Pressure Ratio (T-T)
3.5
3.0 98.2
2.5
78.6 2.0
1.5
58.9
1.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
m T/p Corp. (kg/sec. K/MPa)
EGR对进气压力的影响
5.0
环时，为了保证 发动机动力性能 不下降，每循环 所进入的氧气量 应当与不带EGR 时一样，也就是 仍然需要100g氧 气。
进气压力
20% EGR
80% 氮气
64% 氮气
16% 氧气 20% 氧气
125g EGR 0
400g 氧气 进气体积
100g 空气
如果不改变发动机
的排量，那么这时 候就要提高发动机 的进气压力，来保 证发动机进足够的 氧气、燃烧足够的 燃料、产生需要的 动力。
No EGR
4.5
Corp. Speed (rps/ K) 127.7
10% EGR
4.0
20% EGR 30% EGR
98.2
114.9
Pressure Ratio (T-T)
3.5
3.0
2.5
78.6 2.0
1.5
58.9
1.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
优点： 涡轮回收利用发动机高温废气的能量。这部分能量 如不被利用就白白的浪费掉了。提高热效率 发动机进气歧管通常比排气歧管的压力高，所以通 过泵气提高功率输出
2009年6月
MAN D0836 Euro2 6.9litre 206kW
《涡轮增压器介绍》PPT课件教案
2、涡轮增压中冷技术 涡轮增压可以提高空气的密度，空气密度的提高必然会使空气温度也同时
增高，发动机涡轮增压器的出风口温度也会随着压力增大而升高，温度提高反 过来会限制空气密度的提高，要进一步提高空气密度就要降低增压空气的温度。
中间冷却技术不是一项简单的技术，过热无效果白费工夫，过冷在进气管中形 成冷凝水会弄巧成拙。因此要将中冷器和涡轮增压器进行精确的匹配，使得压 缩空气达到要求的冷却温度。
增压器主要有三种:机械增压器,涡轮增压器,气波增压器。现今运用在汽车的增压 系统有两大主流：机械增压（Super Charge）、涡轮增（TurboCharge）。
机械增压器采用皮带与引擎曲轴皮带盘连接，利用引擎转速来带动机械增压器内
部叶片，以产生增压空气送入引擎进气歧管内，整体结构相当简单，工作温度界于 70℃-100℃，不同于涡轮增压器靠引擎排放的废气驱动，必须接触400℃-900℃的高 温废气。由于机械增压器采用皮带驱动的特性，因此增压器内部叶片转速与引擎转 速是完全同步的。
• 两级增压技术
பைடு நூலகம்
4、涡轮增压 机械增压技术 由于涡轮增压系统和机械增压系统分别拥有各自的优势和劣势，因此，由涡轮
增压器和机械增压器共同组成的双增压系统发动机同时具备了涡轮增压系统和机械 增压系统的双重技术优势，并且使整合在一起的这两种不同型式的增压系统实现了 优势互补。
发动机在较低转速下运行时，由机械增压器提供绝大部分的增压压力，发动机
四：异常噪音 1.漏气噪音： 发动机排气歧管、增压器涡轮、排气尾管，可依据废气痕迹检查。 发动机进气歧管、增压器压气机，可用肥皂水检查。
2.机械噪音： a. 不平衡量过大 b. 动平衡遭到破坏 c. 叶片擦壳 d. 紧固件松动
大众涡轮增压器经典讲义
售后技术服务部
在冬季里冰也能造成涡轮叶片的损坏
售后技术服务部
涡轮背面被打坏，由于铸造过程中的 材料缺陷
由于材料原因叶片打碎
售后技术服务部
油温过高或者油不符合0EM标准
售后技术服务部
检查增压压力
• 检查条件
• • 进排气管无泄漏 发动机温度不低于60℃
• 全负荷下测量增压压 力
• 以3档及2档从2000RPM开始全负 荷加速到3000RPM按测量仪M键， 规定值：1.500~1.650bar(1.6~1.7)
• 检查条件
• 自诊断已查出增压压力传感器故障
• 判断方法
• • • • 测量插头1和3之间的电压 打开点火开关规定值：不低于4.5V 将VAG1598/31接到控制单元线束 上，但不要连接控制单元。 触点1＋108、触点3＋98、触点4 ＋101检查导线之间是否短路（标 准值：小于1.5欧）;如果导线无故 障且插头1和3之间有电压应进一步 检查压力控制单元。 如导线无故障且1和3之间无电压更 换发动机控制单元。
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售后技术服务部
如果有涡轮增压器故障应如何去做？
• 测量该阀两触点之间的电阻 • 规定值：21～30欧（27～30欧） • 如未达到规定值更换空气再循环 阀。
售后技术服务部
检查增压压力调节阀压力单元
《柴油机涡轮机增压技术(第2版)》教学课件 第二章
排气的最大可用能E由三部分组成：
➢排气门打开时，气缸内气体等熵膨胀到大气压力所作的功Eb ➢活塞推出排气，排气得到的能量Ec ➢扫气空气所具有的能量Es
E Eb Ec Es
E1 ET EC Es
2. 能量传递中的损失及减少措施
总能量损失△E：
△E=△Ev+△EC +△ED +△EM +△EF +△Eh
增压带来参数的变化
b ↑，充量↑
Tb ↑，充量↓ 中增压以上的系统必须采用中冷
p0↑，→ p z ↑ 机械负荷↑（为了可靠，往往需
降低压缩比）
T ↑，→ 排温↑ 热负荷↑（机油温度、冷却水
0
温度↑）
2.2.2 对机械应力有关参数的影响
p0 相对压缩始压 pb
四冲程增压柴油机，一般
p0 pb
＝0.85～1.1。
?如何有效利用热焓
➢排气门早开→ 废气热焓大→ 增压压力高→ 发动机功率增加多； 指示功减少
➢合理设计排气管→ 有效合理利用废气能量，尤其是脉冲能量； 排气管复杂
➢提高涡轮增压器效率→ 有效合理利用废气能量 ➢减少膨胀功的损失：
中、低增压系统中，损失较小； 高增压系统，剩余膨胀功可通过齿轮传递到曲轴。
优点： 兼顾了脉冲增压和定压增压的优点，对于能量传递来讲， 接近于脉冲系统；对于涡轮效率而言，接近于定压系统。 燃烧室扫气量大，柴油机低工况性能改善，流通面积可 以减小，叶片振动应力降低等。
应用： 对4、8、16缸机，脉冲转换系统优于脉冲增压系统。
4． 多脉冲转换系统
优点：
（1）排气能量传递效率高； （2）涡轮前参数稳定，涡轮效率高； （3）柴油机扫气过程能顺利进行，泵气功损失小； （4）在宽广的运转范围内保持较高的排气能量传递效率， 使柴油机油耗率be曲线变化平坦； （5）加速性能好。
涡轮增压器工作原理
涡轮增压器工作原理涡轮增压器是一种常见的发动机增压装置，通过利用废气能量来提高发动机的进气效率。
它的工作原理基于涡轮机械原理和热力学原理，下面将详细介绍涡轮增压器的工作原理。
1. 涡轮增压器的组成涡轮增压器主要由两个关键部件组成：涡轮和压气机。
涡轮由多个叶片组成，通过废气的冲击力驱动涡轮高速旋转。
压气机则由多个叶片组成，通过涡轮的动力将空气压缩并送入发动机。
2. 工作原理涡轮增压器的工作原理可以分为两个阶段：废气驱动和压气机增压。
2.1 废气驱动当发动机燃烧燃料时，产生的废气被排出，并通过涡轮增压器的进气口进入涡轮室。
废气的高温高压状态使得废气具有较大的动能，当废气冲击到涡轮叶片上时，动能转化为涡轮的旋转能量。
涡轮的旋转带动压气机旋转，从而将空气压缩并送入发动机。
2.2 压气机增压涡轮增压器的压气机部份通过旋转的压气机叶片将空气压缩。
当废气驱动涡轮旋转时，涡轮和压气机密切连接，涡轮的旋转动力传递给压气机，使得压气机的叶片旋转，将进气空气压缩。
压缩后的空气经过增压器出口进入发动机，提高了进气密度和氧气含量，从而使得燃烧更加充分，提高了发动机的功率和扭矩输出。
3. 工作特点涡轮增压器的工作特点主要有以下几点：3.1 涡轮惯性涡轮的旋转惯性会导致涡轮增压器的响应滞后，即涡轮的旋转速度不能即将尾随发动机转速的变化。
这种滞后会造成所谓的“涡轮迟滞”现象，即发动机在低转速时，涡轮增压器的增压效果较差，需要一定的时间才干达到最佳增压效果。
3.2 过热问题涡轮增压器在工作过程中会产生大量的热量，需要通过涡轮增压器自带的润滑和冷却系统来降低温度。
如果涡轮增压器过热，可能会导致涡轮叶片变形或者损坏，影响其正常工作。
3.3 增压比涡轮增压器的增压比是指进气压力与出气压力之间的比值。
增压比越大，表示涡轮增压器能够将空气压缩得更高，提供更多的氧气供给发动机燃烧，从而提高功率输出。
然而，过高的增压比也会增加发动机的负荷和压力，可能导致发动机过热或者损坏。
涡轮增压器工作原理
涡轮增压器工作原理涡轮增压器是一种通过利用废气动力将空气压缩并送入发动机的设备，从而提高发动机的功率和效率。
它是现代内燃机中常见的一种动力增压装置，被广泛应用于汽车、卡车、船舶和飞机等领域。
涡轮增压器的工作原理涉及到许多复杂的物理和工程学原理，下面将对其进行详细介绍。
1. 基本原理。
涡轮增压器的基本原理是利用发动机排气产生的废气动能来驱动涡轮，涡轮再通过轴将压缩空气送入发动机。
当发动机运转时，排气在涡轮增压器中旋转涡轮叶片，使得涡轮旋转并带动压缩机旋转，从而将空气压缩并送入发动机。
通过这种方式，发动机可以在相同的排量下获得更多的空气，并且在燃烧时产生更大的动力。
2. 涡轮增压器的组成。
涡轮增压器通常由涡轮、压缩机、中间壳、轴承和涡轮增压器壳体等部件组成。
涡轮是涡轮增压器的核心部件，它由涡轮叶片和轮盘组成，能够高效转化排气动能为机械能。
压缩机位于涡轮的另一端，它由压缩机叶片和轮盘组成，能够将空气压缩并送入发动机。
中间壳用于连接涡轮和压缩机，并且起到密封作用。
轴承则用于支撑涡轮和压缩机的转动。
涡轮增压器壳体则用于固定涡轮增压器的各个部件，并且连接到发动机。
3. 工作原理。
当发动机运转时，排气进入涡轮增压器的涡轮部分，使得涡轮旋转。
涡轮的转动带动轴上的压缩机旋转，从而将空气压缩并送入发动机。
由于空气被压缩，发动机在燃烧时可以产生更大的动力。
此外，涡轮增压器还可以提高发动机的燃油经济性，因为在相同功率输出下，发动机可以更高效地利用燃料。
4. 优点和缺点。
涡轮增压器的工作原理使得发动机可以在不增加排量的情况下获得更大的功率输出，从而提高了发动机的功率密度。
此外，涡轮增压器还可以提高发动机的燃油经济性，因为在相同功率输出下，发动机可以更高效地利用燃料。
然而，涡轮增压器也存在一些缺点，例如在低转速下涡轮增压器的响应较慢，容易出现涡轮滞后现象，影响发动机的动力输出。
总的来说，涡轮增压器通过利用废气动能来提高发动机的功率和效率，是一种非常重要的动力增压装置。
涡轮增压器设计培训资料
工作原理
发动机排出的废气通过排气歧管 进入涡轮增压器的涡轮，驱动涡
轮旋转。
涡轮通过轴与增压器的压气机相 连，将旋转动力传递给压气机叶 片，使空气被压缩后进入发动机
气缸。
通过压缩空气，可以增加发动机 的进气量，提高燃烧效率，从而
提高发动机功率。
类型与分类
按增压方式
机械增压、废气涡轮增压、复合增压等。
THANKS
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04
涡轮增压器设计优化
空气动力学优化
总结词
提高进气压力和流量，降低涡轮增压 器内部阻力。
详细描述
通过改进进气道设计、优化涡轮叶片 形状和角度，减少空气流动过程中的 摩擦和阻力，提高进气压力和流量， 从而提高发动机的功率和扭矩。
热力学优化
总结词
降低增压器热负荷，提高冷却效率。
详细描述
通过优化增压器内部热交换器设计，改善冷却液的流动和热传导性能，降低增 压器热负荷，防止过热引起的性能衰减和零件损坏。
实现方法
效果评估
利用有限元分析和优化设计软件，进行多 目标优化和轻量化设计。
通过试验验证轻量化设计的可行性和优越 性，评估其对性能的影响。
06
设计软件与工具介绍
CAD软件
总结词
CAD软件是涡轮增压器设计过程中最常用的工具之一，用于创建和编辑涡轮增压器的三维模型。
详细描述
CAD软件提供了强大的建模和编辑功能，允许设计师根据设计需求创建精确的三维模型。通过CAD软 件，设计师可以方便地进行零件的组装、修改和优化，为后续的CFD分析和FEA分析提供基础数据。
强度高的材料
为了确保增压器的稳定 性和可靠性，应选用强
度高的材料。
制造工艺
铸造工艺
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导风轮
叶轮入口的轴向部分，叶片入口向旋转方向 前倾，直径越大处前倾越多。
作用：使气流以尽量小的撞击进入叶轮。
压气机叶轮的分类（根据轮盘的结构形式）
开式压气机叶轮
没有轮盘，流动损失大，叶轮效率低； 叶片刚性差，易振动。
涡轮增压器上较少采用
闭式压气机叶轮
既有轮盘又有轮盖， 流道封闭，流动损 失小，叶轮效率高；
2.1.2.2 压气机中的焓熵图
由于扩压器与蜗壳 不做功，因此其出 口状态的滞止焓相
等
蜗壳出口状 态
扩压器出口 状态
压气机实际耗功计算公式：
W bH 2 *H 1 *cp(T 2 *T 1 *)
工质的定压比热容
压气机定熵过程耗功计算公式： W ab d H 2 * s H 1 *cp(T 2 * s T 1 *)
压力升高，温度随压力 升高。
2.1.2.1 压气机中空气状态的变化
压气机蜗壳——动能 进一步转化为压力能 ——空气速度下降， 压力、温度上升。
压气机空气状态分析的要点
压气机中只有叶轮对空气做功，其他部件不 做功，仅存在工质能量的转化。
若不计传热损失，进气道出口空气总能量与 进气道进口空气总能量相同，即进气道出口 空气滞止温度等于环境空气滞止温度。
扩压器和蜗壳中空气总能量等于叶轮出口处 空气总能量，即叶轮出口处、扩压器出口处 和蜗壳出口处的滞止温度相同。
2.1.2.2 压气机中的焓熵图
环境状态：进 气道入口处的
滞止状态a
进气道出 口状态1
a——1有流动损失， 因此熵增；出口滞止 压力p1低于进口滞 止压力p1*
1*为进气道出口处的 滞止状态，因绝热，所
以焓与a点相同
2.1.2.2 压气机中的焓熵图
压气机定熵做功叶 轮出口滞止状态
压气机实际出口 状态2的滞止状态
压气机定熵做功 叶轮出口状态
4s*与1*两点间的焓 差即为定熵过程压气
机的压缩功
叶轮对空气做功， 空气压力升高
压气机出口 空气的动能
实际的定熵 压缩功
结论：Wb>Wabd，定熵过程耗功最少！
分类：变截面蜗壳、 等截面蜗壳。
变截面蜗壳
截面面积沿周向越接近出口越大，流动损失 小，效率较高。
外形尺寸小，应用广泛
等截面蜗壳
流通截面沿周向不变，截面面积按压气机最 大流量确定。
流动损失大，效率低。
蜗壳截面形状与出口形式
2.1.2 压气机工作原理
2.1.2.1 压气机中空气状态的变化
2.1.2.3 压气机的主要性能参数
增压比 空气流量 定熵效率 转速
增压比
压气机进口和出口的气体压力之比
b
pb p1
空气流量
单位时间内流经压气机的空气质量，kg/s 当压气机工作的环境状态不同于标准大气状
态时，其空气流量也不同。因此常用相似流 量或者折合流量代替。 相似流量：以马赫数作为相似准则推导出的 无量纲流量。 折合流量：将非标准大气状态下的流量折合 成标准大气状态下的流量。
叶片扩压器
在环形通道中加上若干导向叶片，使气流沿 叶片通道流动。
气流流动路线短，流动损失小，效率高。 叶片形成的通道使气流的流通面积迅速增大，
扩压能力强，尺寸小。 缺点：当流量偏离设计工况，叶片入口气流
将撞击叶片，使效率急剧下降。
叶片扩压器
2.1.1.4 压气机蜗壳
作用：收集从扩压器 出来的空气，将其引 导到发动机的进气管； 同时进一步将扩压器 出来的空气的动能转 化为压力能，有一定 的扩压作用。
结构复杂，制造困 难；
在叶轮高速旋转时 离心力大，强度差。
涡轮增压器上较少采用
半开式压气机叶轮
只有轮盖，性能介 于开式与闭式之间。
结构相对简单，制 造方便，且强度和 刚度都较高。
涡轮增压器中应用广泛
星形压气机叶轮
在半开式叶轮的轮 盘边缘叶片之间挖 去一块，减轻了叶 轮质量，减小了叶 轮应力，并保证了 一定的刚度，能承 受很高的转速。
但是扩压器和蜗壳效率低， 因此压气机效率低。
涡轮增压器不采用
径向叶片叶轮
叶片径向分布，不弯曲。 压气机效率比前弯叶片高，
比后弯叶片低。 刚度和强度最好，能承受较
高的圆周速度。
在增压比较低的涡轮增压器中得到较多应用
后弯叶片叶轮
叶片逆旋转方向弯曲。 做功能力最小。 空气压力的提高大部分都在
进气道——渐缩—— 少部分的压力能转化为 动能——Pa略有下降， 速度Ca略有上升， 温度Ta随之降低。
2.1.2.1 压气机中空气状态的变化
压气机叶轮—— 叶轮对空气做功—— 空气的压力、温度、 速度都上升。
2.1.2.1 压气机中空气状态的变化
扩压器流通截面渐扩 ——气体部分动能转化为 压力能——空气速度下降，
叶轮中完成，因此效率高， 应用较多。
前弯后曲式叶轮（后掠式叶轮）
叶片沿径向后弯的同时向旋转方向钱倾。 压气机效率高，高效范围广。
2.1.1.3 扩压器ຫໍສະໝຸດ 作用：将压气机叶轮出口的高速空气的动能 转变为压力能。
效率：
叶轮出口空气动能转换为压力能的转化量 扩压器效率=
定熵过程动能转化为压力能的转化量
第二章-涡轮增压器.
2.1.1 离心式压气机的结构
进气道 1 叶轮 2 压气机蜗壳 3 扩压器 4
2.1.1.1 进气道
将外界空气导向压气机叶轮。 渐缩形 分轴向进气道和径向进气道两种
为什么要做成渐缩形？
提示：流速增加，压力减小！
2.1.1.2 压气机叶轮
将涡轮提供的机械能转变为空气的压力能和 动能。
分类：
无叶扩压器 叶片扩压器
无叶扩压器
无叶扩压器是一环形通道。 气流在该通道中近似沿对数螺旋线的轨迹运
动，气流流动轨迹在任意直径处与切向的夹 角基本不变。 缺点：气流流动路线长，损失大，效率低， 出口流通面积小，扩压能力低。 优点：流量范围宽，结构简单，制造方便。 应用：经常处于变工况运行的小型涡轮增压 器。
多在小型涡轮增压器中应用
压气机叶轮的分类（按叶片的长短）
全长叶片叶轮
叶轮进口流动损失小，效率高 对于小直径叶轮，进口处气流阻塞较为严重
长短叶片叶轮
小型涡轮增压器多采用
压气机叶轮的分类（按叶片沿径向的弯曲 形式）
前弯叶片
叶片沿径向向旋转方向弯曲。
对空气的做功能力最强。
主要增加空气动能，对压力 能增加较少，要求空气的动 能更多的在扩压器和蜗壳中 转化为压力能。