内燃机二级增压
内燃机的增压技术
内燃机的增压技术摘要：内燃机的增压技术现在已经得到了广泛的应用，对于提高内燃机的经济性和动力性起着相当关键的作用。
内燃机的增压需要利用专门的增压系统，在进气过程中采用强制的方法，以一定的压缩比，将更多的新鲜充量送入气缸内，更多的燃料可以与其混合燃烧，产生更多的热量，输出更高的输出功率。
本文主要介绍了内燃机的多种增压方式，分析了内燃机增压的特点，并详细阐述了废气涡轮增压的工作原理和分类。
关键词：内燃机增压增压方式废气涡轮中图分类号：tk4一、概述内燃机性能的改善的过程中，提高内燃机功率，尤其是提高内燃机升功率，是十分重要的一项措施。
内燃机所能发出的最大功率是主要根据气缸内燃料所能放出的热量决定的。
如果进入气缸前，空气经过压缩，则发动机进气密度增大，在相同的气缸容积内，可以有更多的新鲜空气与燃料进行混合。
因此采用增压的方式后，每循环的供油量可以大大地增加，内燃机也可以获得更大的功率，改善了内燃机的性能。
二、内燃机的增压方式1、机械增压机械增压是使用曲轴带动一组机械传动设备来驱动压气机进行工作的。
机械增压系统的结构较为复杂，增压比小，输出功率也较小。
但近几年，机械增压技术重新有了新的应用与发展，主要原因有：1）现代制造工艺水平有了较大改进，为机械增压提供了良好的技术环境。
2）小排量的发动机在采用废气涡轮增压时有较大难度，采用机械增压更为适合。
3）机械增压的加速响应性能好。
2、废气涡轮增压废气涡轮增压使用用排气过程中所排出废气的剩余能量来驱动压气机工作的。
因为废气涡轮增压利用了排气能量，所以既可以使内燃机功率输出变大，又一定程度的减少了燃油消耗率。
使得内燃机的经济性与动力性都有所提高。
3.、除了上述两种增压方式外，还有复合增压、气波增压、动力涡轮增压等应用较少的增压方式。
三、废气涡轮增压器1、废气涡轮增压器工作原理在内燃机中，燃料所供给能量的20～45%都是由排气带走的。
废气涡轮增压很好地利用了排气的能量来提高内燃机功率。
内燃机两级涡轮增压技术的研究
内燃机两级涡轮增压技术的研究近年来，随着客户要求的提高，对整车动力性、经济性、舒适性提出更高的标准，同时为了兼顾日趋严格的法规要求，两级涡轮增压技术成为增压技术的研究热点和发展趋势。
论文针对某型号两级增压柴油机进行试验，结果表明，两级增压有效提高了柴油机全工况性能，尤其是低速工况及部分负荷工况的动力性和燃油经济性。
标签：两级增压；涡轮；发动机性能0 引言随着能源与环境问题日益明显，且为适应越来越严格的排放法规要求，对内燃机的动力性与经济性提出了更高的要求。
因此，内燃机节能减排是备受关注的重大科学问题，也是国家能源战略的重要环节。
通过两级涡轮增压降低内燃机的排量，是内燃机节能和减排的关键技术之一。
1 两级涡轮增压技术的研究现状两级增压系统（Two-stage System）两级增压技术将两台涡轮增压器（大小可异同、可有无放气阀、可废气涡轮或机械、电力驱动）联合运行，通过控制系统可以按不同顺序、不同比例的多种调节措施对空气进行一级或两级压缩。
某两级涡轮增压是两个WGT增压器进行串联，通过真空调节器对增压器的高、低压技术进行控制，从而满足内燃机各工况下进气量的需求。
因此，近年来两级涡轮增压成为内燃机增压领域受到关注的热点之一。
但两级增压匹配复杂且难度大，是两级增压技术研究的主要难点。
两级增压系统有大小、类型不同的两级增压器，两级增压器之间以及它们与发动机的气动联系更为复杂，对匹配提出了更高的要求。
另外，高低压两级增压器在不同发动机工况下的运行特性及变化趋势是不一致的。
2 两级增压器性能试验及验证2.1 两级增压器性能试验论文选用某型号两级涡轮增压柴油机为研究对象，发动机主要参数见下表：2.2 试验结果：（匹配两级增压器与VGT增压器的区别）2.3 试验总结从以上图示可以看出，为兼顾低速与高速的动力性，两级增压器是非常完美的一个选择。
低速段，通过增压器高压级的工作来满足动力性；高速段，通过增压器低压级的工作来满足动力性。
#内燃机原理内燃机的工作指标与性能
3、影响ηi的主要因素
从燃料燃烧可以释放出的热量和能够转换成指示功 的有效程度两方面分析：
（1）燃料热能释放的好坏 （2）热量损失的大小 （3）热能转换的有效程度
3.3内燃机的机械损失及机械效率
一、机械损失功率 二、机械损失功率的测定 三、影响机械损失功率及机械效率的因素
一、机械损失功率Nm
在内燃机工作过程中，不可避免地损失一部分功 或功率，这些功或功率的总和称为机械损失功或机械 损失功率。
返回
可见，指示功率与下列四个因素有关： （1）与一个循环内进入气缸的空气量iVsηvρs成正
比； （2）与燃烧时燃料热能利用的完善程度ηi成正比； （3）与单位时间内工作循环的重复频率成正比； （4）与过量空气系数成反比。
3、提高Ni的有效途径
提高指示功率Ni的有效途径: 提高增压度，增加进缸充量； 提高换气质量，减少废气残存量； 完善油气混合； 保证良好的燃烧过程。
说明：
（1）在有电力测功器的条件下，倒拖法是求Nm最迅 速、最简便的方法。
（2）适用于多缸高速小型内燃机的机械损失功率。
（3）不适用于大功率内燃机和涡轮增压内燃机。
（4）不能精确地测定pm或pi，数值比实际高出很多。
原因：内燃机在着火运转和不着火倒拖情况下，其 Nmf和Np二者存在较大差别。
（二）灭缸法（各缸轮流断油法）
摩擦损失功率－内燃机为克服运动部件之间的摩 擦而消耗的功率，约为指示功率Ni的10～15％。 注意：在机械损失中，摩擦损失所占的比例很大。
（1）活塞、活塞环与气缸套之间的摩擦损失功率， 约占全部摩擦损失功率的55～65％；
（2）主轴承、连杆轴承、凸轮轴轴承等的摩擦损失 功率，约占全部摩擦损失功率的35～45％。
增压技术
发动机性能提高要求1.较高的输出功率和较宽的速度范围2.良好的低速扭矩特性3.良好的加速性能4.良好的燃料经济性5.良好的低温启动性能6.低噪声、低污染7.发动机的制动性能8.尺寸小、重量轻、结构简单、工作可靠9.造价低、使用维护费用低10.使用寿命长内燃机的升功率公式：NL=Pe∙ n / τ其中，NL：单位气缸容积功率；Pe：平均有效压力；n：转速；τ：冲程数。
注：根据单位换算系数未表示提高内燃机的功率的方法有以下几种：增加内燃机的排量(即改变内燃机的结构尺寸)；提高内燃机的转速；采用二冲程内燃机；提高内燃机的平均有效压力Pe平均有效压力：Pe=Hu∙ηi∙ηm∙ηv∙ρs / (α∙L0)其中，Hu：燃料的低热值；α：过量空气系数；L0：燃烧1kg燃料所需要的理论空气量；ηi：发动机指示效率（0.43-0.50)；ηm：发动机机械效率（0.78-0.85）；ηv：发动机容积效率（0.80-0.90）；ρs：气缸中的充气密度。
提高Pe的主要途径是增加进入气缸的空气密度ρs用增压器来提高进气充量密度,从而增加进入气缸内的空气量, 这样就可在气缸内喷入更多的燃油来达到提高Pe的目的。
增压的定义凡是能将内燃机进气的空气密度提高到高于周围环境的空气密度的一切方法实现增压的装置称为压气机或增压器。
增压后的压力为增压压力，用pc来表示低增压pc<0.18MPa(平均有效压力pe=0.8～1.OMPa)中增压pc=0.18～0.25MPa(平均有效压力pe=0.9～1.5MPa)高增压pc=0.25～0.35MPa(平均有效压力pe=1.4～2.2MPa)超高增压pc>0.35MPa(平均有效压力pe>2.0MPa)增压度——指增压内燃机标定工况的输出功率（增值）与原功率的比值增压度υ=（Peb-Pe0）/Pe0式中：Peb和Pe0分别为增压前、后标定工况的功率。
四冲程增压柴油机的增压度可高达300%以上，而车用增压发动机的增压度一般在10%~60%之间。
热力发动机原理-增压
图7－7 定压涡轮增压四冲程柴油机的理想示图
③扫气空气所具有的功Ws：ig24i； ④脉冲能量转化为热能，使废气温度升高而获得附加功： ee′f′fe。 （3）定压涡轮增压系统的优点 ）定压涡轮增压系统的优点： ①在定压条件下，全周进气，效率较高； ②排气管系统简单成本低。 （4）主要缺点： ）主要缺点： ①脉冲能量利用率低； ②发动机低速扭矩特性和加速性能差。 2.脉冲涡轮增压系统 脉冲涡轮增压系统 为了更好地利用内燃机排气的脉冲能量，可采用脉冲涡轮增 压系统， （1）特点 ） ①把柴油机各缸的排气支管做得短而细，通常是2～3缸连接
②在二冲程柴油机上，如果采用脉冲增压系统，采用高效率 的涡轮增压器，排气能量的20%以上可加以利用，则有可能实现 纯涡轮增压。例如6EL390ZC柴油机就是纯涡轮增压。 ③这种增压方式有两种方案： a)一种是以涡轮增压为第一级，机械增压为第二级； b)另一种是以机械增压为第一级，涡轮增压为第二级。采用 第一种方案的较多。 在同样的压比下，a)方式机械传动的压气机消耗的压缩功较 少，且体积也比较小，但其加速性能稍差。在满负荷时，总压比 πk的大部分甚至全部由涡轮增压器提供，机械增压几乎不起作用 。在部分负荷时，ηTk ↓机械传动的压气机提供的压比增加；在 起动时则全靠机械增压。
一根排气管，每一根排气管均和涡轮一个进气口相连接，整个排 气管系的容积较小，排气管内的压力波动大。 ②脉冲增压系统中排气管 内压力波动情况如图7－8所示。 a理想情况下排气无损失 ，排气管被瞬时充满，压力瞬 时升高，缸内压力p等于管内 压力pr； b实际上气门不可能瞬时 开启，排气管内也不可能瞬时 充满，气门喉口处存在节流损 失，所以排气门打开后，要经 过一段时间t后，排气管内压 力pr才能接近p，
kr −1 kr Va
HXN5B型内燃机车柴油机增压压力控制策略
HXN5B型内燃机车柴油机增压压力控制策略发布时间：2021-04-21T01:47:24.155Z 来源：《中国科技人才》2021年第6期作者：米贵潘翼龙[导读] 2018年底，配属神华集团的1台HXN5B型机车在线路运行过程中，首次发生VTG故障报警，故障类型为增压压力超限，导致机车降功率运行。
中车戚墅堰机车有限公司常州 213011摘要：本文介绍了HXN5B型内燃机车增压压力超限的故障情况及可变几何涡轮增压系统的结构和工作原理，针对增压压力控制逻辑和超限故障模式进行了分析，提出了控制系统优化方案，经过验证，在机车发生轮对打滑后，可保证机车及柴油机安全可靠运行。
关键词：内燃机车；可变几何涡轮增压器；控制系统；优化；前言2018年底，配属神华集团的1台HXN5B型机车在线路运行过程中，首次发生VTG故障报警，故障类型为增压压力超限，导致机车降功率运行。
初步判断该故障与机车运用环境相关，故陆续在6台机车上加装了VTG数据记录仪，以分析故障的根本原因。
截止2019年底，累计记录到43次增压压力超限的故障，故障情况详见表1。
表1 增压压力超限故障统计情况1）故障时刻为外设数据记录仪的累计运行时间。
1故障时刻为外设数据记录仪的累计运行时间。
HXN5B型内燃机车装用了可变几何涡轮增压器（简称VTG增压器），以提高高压比柴油机部分负荷时的增压配套性能。
在机车运用过程中，VTG的控制是通过增压压力反馈信号来实现的。
因此，上述故障是VTG控制系统的问题引起。
2.HXN5B型内燃机车VTG系统简介VTG增压器包括增压器本体、执行机构及控制系统。
增压器本体是在常规增压器的基础上将固定喷嘴环替换成了可调喷嘴叶片。
执行机构包括步进电机、传动机构及测量喷嘴叶片转角的位置传感器。
控制系统包括控制器、电源模块、压力传感器、转速传感器及线缆。
VTG的工作原理是控制器根据增压压力目标值发送信号来控制步进电机，带动喷嘴环叶片转动以调节喷嘴环流通面积，从而满足增压器转速和增压压力的要求。
二级可调增压器旁通阀与喷油参数调节规律的仿真分析
关 键 词 ：柴 油机 ；二 级 增 压 ； 旁 通 阀 ；喷 油提 前 角 ； 调 节 规 律
Ｄ０Ｉ ：１ Ｏ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ － ２ ２ ２ ２ ． ２ ０ １ ３ ． Ｏ ｌ ＿ Ｏ １ ６
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｋ ４ ２ ｌ ＿ ８
机 性 能 的影 响 规 律 ， 得 到 两 者 的优 化 匹 配规 律 。计 算 结 果 表 明 ： 旁 通 阀 阀 门开 度 及 喷 油 参 数 直 接 影 响 二 级 可调 高
增 压 柴油 机 系统 的 燃 烧 和 换 气过 程 ； 高 转速 高 负荷 工 况 时 需 要 打 开 排 气 旁 通 阀 ， 并 适 当增 加 喷 油提 前 角 以 降低 过 高 的排 气 背压 ， 减 少 泵 气损 失 ， 且 转 速 越 高 放 气 阀 开 度越 大 、 喷 油 提 前 角越 大 ； 中低 转 速 高 负荷 工 况 时 ， 排 气 背 压 低 于进 气压 力 ， 泵气损失功小， 不需要打开排气旁通阀 ， 并 且 应 适 当减 小喷 油 提 前 角。
的增压 压 比范 围和空 气 流 量 范 围 ， 从 而克 服 了 单级
中冷 器作 为进气 冷 却 系统 ， 供 油 系 统采 用 电控 单体
泵， 可对 喷 油提 前 角及 喷 油 量进 行 实 时 调节 。利用
增 压器 压气 机特性 曲线 较窄 的缺 点 。但 是二 级增压
系统柴 油机 也存 在着 低 速 时 瞬态 性 能 比较差 、 高 速 时排气 背压 过高 、 燃油 经济性 较差 等 问题 。 目前 ， 国 内外 均 有研 究 人 员对 柴 油 机 的二 级增 压 技术 进行 研 究ｌ ＿ １ ］ 。北 京 理工 大 学 的魏 名 山 等人
内燃机增压
内燃机增压（大家好好看~）来源：杨勇YY╄→丗堺的日志第一章1.内燃机增压的分类及其特点答：（1）机械增压系统（增压器由内燃机的曲轴，通过机械传动系统直接驱动，称为机械增压系统；增压器常用罗茨式压气机或离心式压气机；机械增压系统通常作为扫气或低增压用，一般用于小功率内燃机）（2）废气涡轮增压系统（离心式压气机由内燃机排出的废气驱动涡轮来带动，称为废气涡轮增压系统；它的结构简单，工作可靠，适宜于专业工厂大批量生产，能保证质量，降低成本，又由于它利用了废气的一部分能量，因而可提高内燃机的功率及改善内燃机的经济性）（3）复合增压系统（除了采用废气涡轮增压器外还装有机械增压器，称为复合增压系统；复合增压系统能保证在起动和低转速负荷时仍有必需的扫气压力，它有两种基本形式：一种是串联增压系统，一种是并联增压系统）2.复合增压的两种形式。
串联增压系统，并联增压系统。
3.涡轮增压中二级增压的定义。
混流涡轮与混合涡轮增压器的各自特点。
空气经两台串联的涡轮增压器压缩后进入发动机，这类增压系统成为二级涡轮增压。
混流涡轮:这种涡轮的性能特点介于轴流式涡轮和径流式向心涡轮之间，与径流式向心涡轮相比，径向尺寸较小但轴向尺寸较大，其通流能力和效率明显提高。
混合涡轮: 该增压器不仅能利用柴油机废气驱动增压器，而且能够发电。
第二章1.气体动力学基本方程组的几个假设条件。
（1）将气体看成是理想的，忽略粘性力的影响;（2）将过程看成是绝热的，忽略热传导的影响；（3）在高速气流中，重力的作用比惯性力小的多，忽略重力的作用；（4）将气体当做是完全气体（在热力学中称为理想气体）2.定义：绝热过程，连续方程，能量方程，欧拉方程，动量方程，状态方程，声速，滞止参数，临界参数。
绝热过程: 系统和外界之间无热量交换的热力过程。
连续方程：如果管道流动是定常量，根据质量守恒定律，有ρ1u1A1=ρ2u2A2 这是通用的连续方程。
能量方程：加入热量q+对系统所做的功=系统能量的增加欧拉方程：将牛顿第二定律（力=质量*加速度）应用于运动流体，以单位质量来推导，所得到的方程，即为欧拉方程。
增压柴油机两级中冷方案研究
１ 冷 却 系统 结构
冷却 系统 采 用 高低 温 双 循 环 的 冷却 方 案 ， 动 发
机 冷 却液将 发 动机 的 散热量 和 一级 中冷 器 的散热 量 传 递 给高 温散 热器 ， 温 回路 冷 却 液 将 变 速 箱 油 热 低
交 换 器 、 动 机 油 热 交 换 器 以 及 二 级 中 冷 器 的 散 热 发
基 金 项 目 ： 十 一 五 ” 委 基 础 产 品研 究 （ ２ ０ ６ ９ ５ “ 部 Ｄ２ ２ ０ ２ ０ ）
冷却空气
翥 ｌ
Ｉ
器Ｉ 燃烧空气
图 １ 冷 却 系 统 结 构 示 意
散 热器 体积 的 减小 。 由于 中冷 器 不 占用 冷 却 风道 ，
故 可 以充分 利用 动 力 舱 内的 剩 余 空 间 布 置散 热器 ，
两级 中冷 方案 有 串联 和 并 联 两 种 ， 联 方 案 即 并
方法 之 一 即 是采 用 增 压 技 术 。近 年 来 ， 效 、 增 高 高
压 比 、 流 量 范 围 、 有 优 良 的 多 级 与 变 工 况 性 能 宽 具 的 涡 轮 增 压 器 设 计 已 成 为 增 压 技 术 主 要 的 发 展 方 向 ｕ 。 目前 车 用 增 压 柴 油 机 的 一 个 重 要 发 展 方 向 ］ 是 高 增 压 和 超 高 增 压 ， 级 增 压 比 可 达 ５ 采 用 多 单 ， 级 增 压 后 增 压 比 甚 至 更 高 。 但 由 此 也 带 来 诸 多 问 题 ， 高 的 增 压 比 使 压 气 机 出 口 温 度 剧 增 ， 中 冷 超 给 器 带来 很 大 的负 担 ， 且 在 动 力 舱 狭 小 的 空 间 内 ， 并 给 中冷 器 安 装 也 带 来 一 定 的 问 题 。 目前 对 于 此 问 题 的 解 决 方 法 主 要 有 两 种 ： 是 单 纯 加 大 中 冷 器 一
内燃机构造与原理内燃机增压
• （1）按规定使用“增压柴油机机油”。 • （2）柴油机起动后应怠速运转几分钟，避免
突然加大负荷。 • （3）定期清洁空气滤清器。
第四节 增压内燃机的结构特点
• （1）降低压缩比。12~14 • （2）增大过量空气系数。增大10﹪~30﹪ • （3）供油系统。增大柱塞直径、喷油器喷孔
直径、喷油压力，减小喷油提前角。 • （4）曲柄连杆机构。活塞强制冷却。 • 注意：排气管与涡轮必须弹性连接。
复习思考题
• 1.名词解释：增压度、增压比。 • 2.内Байду номын сангаас机的增压有几种类型？各有什么特点
？ • 3.定压增压系统和脉冲增压系统的工作原理
和结构特点有何不同？ • 4.柴油机采用废气涡轮增压后，其供油系统
第十章 内燃机增压
• 第一节 概述
• 增压不仅是目前内燃机提高升功率的最切实可行 的方法，而且也是高原低气压地区的内燃机防止 空气稀薄而导致功率下降，耗油上升的措施。（
海拔每升高1000m，功率就下降8 ﹪ ~10 ﹪ ，燃油消耗 率增加5 ﹪左右）
第十章 内燃机增压
• 第二节 内燃机增压
• 一、增压度与增压压比
• 问题：加速性及扭矩特性不 如非增压发动机。
涡轮增压技术
6
第三节 废气涡轮增压器
• 二、结构
废气涡轮：
轴流式 径流式 混流式
压气机：
离心式（压力可 达135~300kpa ）
按涡轮增压器的 能
第三节 废气涡轮增压器
• 二、结构
• 脉冲转换器
第三节 废气涡轮增压器
• 三、增压空气中 冷
第三节 废气涡轮增压器
•
（3）受制造增压器的耐热材料许用温度的
第四章内燃机的换气过程
第三节 提高内燃机充量系数的措施
一、四冲程内燃机的充量系数
二、提高充量系数的技术措施
一、四冲程内燃机的充量系数
1) 降低进气系统的阻力损失，提高气缸内进气终了压力pa。 2) 降低排气系统的阻力损失，减小缸内的残余废气系数ϕr。 3) 减少高温零件在进气过程中对新鲜充量的加热，以降低进气终了时的充量 温 4) 合理的配气正时和气门升程规律，在减小mr的同时增加m1，即增加pa，减 小 ϕ r。
二、提高充量系数的技术措施
1.降低进气系统的流动阻力 2.采用可变配气系统技术 3.合理利用进气谐振 4.降低排气系统的流动阻力 5.减少对进气充量的加热
1.降低进气系统的流动阻力
虽然充量系数的表达式中不直接反映进气流动过程，但所有损 失恰恰是由于流动造成的。按进气系统流动阻力的性质可分为 两类，一类是沿程阻力，即管道摩擦阻力，它与流速、管长、 管壁表面质量等有关；另一类是局部阻力，它是由于流通截面 的大小、形状以及流动方向的变化造成局部产生涡流所引起的 损失。在内燃机进气流动中，由于进气的管道粗短，壁面比较 光滑，其沿程阻力并不大，进气流动的局部阻力损失是主要损 失，是一系列不同的局部阻力叠加而成，尤其是在空气滤清器、 流道转弯处和进气门座圈处，因此，降低这些部位的局部阻力 损失，对降低进气系统的流动阻力，提高充量系数有显著的作 用。
•与进气系统一样，排气流通截面最小处是排气门座处，此处的 流速最高，压降最大，故在设计时应保证排气门处的良好流体动 力性能。排气道应当是渐扩型，以保证排出气体的充分膨胀。 •排气管也存在谐振现象，所希望的谐振效果是使排气门处的压 力降低，以利于排气。良好的歧管流型与结构也有助于降低排气 流动阻力，特别是对于高速多缸发动机，为避免排气压力波的互 相干涉，用多枝型排气管或多排气管结构来替代单排气管，可以 获得良好的低速转矩与充量系数。 •在排气管中往往还有消声器和排气后处理器(催化转化器)，设计 时应在保证良好的消声与降污效果的前提下，尽可能降低流动阻 力。
二级增压egr系统工作原理
二级增压egr系统工作原理
二级增压 EGR 系统是一种用于内燃机的排放控制技术，其工作
原理如下：
1. 二级增压，二级增压是指在原有的机械增压（如涡轮增压）
的基础上再增加一个压缩级，通过这种方式可以更充分地利用废气
能量，提高发动机的效率和动力性能。
2. EGR 系统，EGR 系统是废气再循环系统的简称，通过将一部
分废气重新引入发动机的进气道中，降低燃烧室温度，减少氮氧化
物的生成，从而降低排放物的排放。
二级增压 EGR 系统的工作原理主要包括以下几个方面：
1. 废气再循环，通过二级增压 EGR 系统，部分废气可以被再
循环到发动机的进气道中，与新鲜空气混合后进入燃烧室进行燃烧。
这样可以降低燃烧室温度，减少氮氧化物的生成，从而降低排放物
的排放。
2. 控制系统，二级增压 EGR 系统需要配备相应的控制系统，
通过传感器检测发动机工况和废气再循环率，实时调整废气再循环量，以确保发动机在不同工况下都能获得最佳的性能和排放。
3. 效率提升，通过二级增压技术，可以更充分地利用废气能量，提高发动机的效率和动力性能。
此外，废气再循环还可以降低燃料
的燃烧温度，减少氮氧化物的生成，从而降低对环境的影响。
总的来说，二级增压 EGR 系统通过废气再循环和增压技术的结合，可以有效降低内燃机的排放，提高燃烧效率，从而达到节能减
排的目的。
内燃机第六讲
二、汽油机的废气涡轮增压 废气涡轮增压在汽油机上的应用，经历了许多曲折，直到七十 年代以后，由于限制排放的要求，汽油机废气涡轮增压又再度引 起人们的重视。 在汽油机上增加一个涡轮增压器，相当于加大发动机的背压， 有助于HC、CO的燃烧过程在排气歧管内继续完成。增压后应用 较稀的混合气有助于抑制NOX的形成。 有试验证明，在一台四缸汽油机上，若原来的HC 、CO、 NOX的含量为100%，在增压以后，则分别下降31%、63%、和 71%。 增压将使汽油机压缩和燃烧时混合气的压力和温度增加，使 爆燃倾向增大。必须降低压缩比或使用高辛烷值燃料，或采用中 间冷却混合气和向气缸喷水等措施。实践证明，在使用辛烷值为 91的汽油时，汽油机的压缩比从8.6降到7.0，废气涡轮增压后的 最大功率可增加60%，一般增加40~50%。 汽油机增压时，增压器可以放在化油器之前，也可以放在
② 涡轮增压技术的应用范围愈来愈广。 先军用，后民用； 先四冲程，后二冲程； 先大型，后小型； 先柴油机，后汽油机。 据90年统计，美国80%以上的载重汽车已采用增压。 ③ 涡轮增压技术的理论愈来愈完善。 四、增压程度的表示方法： 增压程度的表示方法有两种： 1、 增压比πK 定义----压气机出口压力与大气压力之比。 πK=PK/P0 低增压 π k＜1.7 分类 中增压 1.7＜πk＜2.5 高增压 2.5＜πk
第三节 增压技术在柴油机上的应用
一、废气涡轮增压系统的实现 系统中，涡轮增压器与柴油机之间无任何机械联系。涡轮增压 器中，涡轮与压气机共一轴，废气涡轮部分地回收了柴油机的排 气能量，用所发生的功率驱动压气机。 1、确定系统形式 定压系统 系统分 脉冲系统 定压系统利用了排气的 等压能量，没能利用其脉冲 能量。涡轮的进气压力波动小，保持了全进气，工作效率高。 脉冲系统即利用了废气的等压能量，又利用了脉冲能量，提高 了增压效果，可以改善柴油机的部分负荷特性和加速性能。
基于GT-power的两级增压可变气门柴油机排放和燃烧简述
2018年6月西部皮革14理论与研究 作者简介：徐金源（1994-），男，汉族，山东省青岛市人，工学学士，长安大学汽车学院动力工程专业，研究方向：动力工程。
基于GT-power 的两级增压可变气门柴油机排放和燃烧简述徐金源（长安大学，陕西 西安 710064）摘 要：当今社会对限制发动机污染物的排放有了更高标准的要求，这对世界各国的汽车生产商来说都是一个巨大的挑战。
可变气门正时技术是汽车发动机发展中的一个重大突破，合理的气门关闭时刻对改进发动机燃烧、提高发动机动力性、降低燃油消耗和降低污染物的排放等方面都有影响。
本文在排放污染物的生成原理和两级增压与可变气门正时技术的基础上，运用GT-power 软件仿真模拟两级增压与进气门早关对柴油机燃烧与排放的影响。
关键词：柴油机；两级涡轮增压系统；可变气门正时；进气门早关；排放中图分类号：TK422 文献标志码：A 文章编号：1671-1602（2018）12-0014-01柴油发动机在早期主要应用于农业机械领域。
随着柴油机相关技术的发展与成熟，现代柴油机采用了高压共轨，涡轮增压中冷，EGR，VVT 等技术在排放、体积、重量、性能、油耗、噪声等方面都有了很大的突破，达到了汽油机的水平，已完全能够满足日益严格的排放法规的要求，在汽车领域得到了广泛的应用。
1 内燃机增压技术内燃机增压技术主要分为机械增压，废气涡轮增压和复合增压三种。
机械增压系统，依靠曲轴传递的动力来驱动增压器进行压缩空气，具有动力输出流畅，瞬态工况下响应快的优点。
但是由于机械增压需要耗费机械功，因此机械效率会降低，而且其只能增加有限的增压压力，所以现在单纯的机械增压运用的越来越少，一般用于低增压发动机或者与涡轮增压组成复合增压系统［1］。
2 可变气门正时技术发动机可变气门正时（Variable Valve Timing，简称VVT）技术，在提升发动机动力性和经济性方面有重要影响。
基于其他传统净化措施，采用VVT 技术可以进一步降低内燃机多工况下的排气汚染物。
船用二级增压柴油机工作过程计算模型简化研究
缸 数
缸 径／ ｍ ｍ
活 塞行 程／ ａ ｒ ｍ 气 缸 工 作顺 序
３ ８ ０
１ —Ｉ ５ — ３—＿ ６ — ２ —１ ４
柴油 机为 例 ， 应 用该 软件 建立 计算 仿真 模 型 ， 并 与 实际 测 量 数 据 和 参 考 数 据 进 行 对 比分 析 。Ａ Ｖ Ｌ
模 型各部 分元 件 ， 开展二级增压系统简化为一级增压 系统模 型的研 究工作。仿 真结果 表明 ， 爆发压力 、 平均有
效压力及 排气 温度 等参 数与试验结果相符 ， 验证 了将 二级增压 柴油机模 型简化为一级增压模 型的可行 。 关键词 ： 柴油机 ； Ａ Ｖ Ｌ Ｂ Ｏ Ｏ Ｓ Ｔ； ￣． 级增压 ； 工作过程
１ ． １ 主 要技 术参数 模型 柴油 机 主要 技 术参数 见 表 １ 。
１ ． ２ 模型 选择
针对 此型 号 柴油 机 采 用 零 维燃 烧 模 型 ， 燃 烧
模型采 用单 ｖ ｉ ｂ ｅ模 型 ， 缸 内 传 热 模 型 采 用 Ｗｏ ｓ —
ｃ ｈ ｎ ｉ １ ９ ７ ８换热 模 型 。
数值
算结果 ， 对 实验 值 和计算 值进 行 比较 ， 从 而 对发 动
机 的参数及 其 优化起 到 积极 的指 导作用 。 Ａ Ｖ Ｌ Ｂ Ｏ Ｏ Ｓ Ｔ软 件 是 能 够 对 内燃 机 热 力 循 环 过 程 进行模 拟 计算 的专 业 软 件 ， 以某 型 二 级增 压
四冲程 直立 式 二 级 燃 气涡炉增压 增压空气冷却
图 ２ 柴油 机 一 级 增 压 工 作 模 型
图 １ 柴 油 机 二 级增 压 工 作模 型
２ 计 算模 型 的 建 立
车用重型柴油机二级增压系统模拟及试验研究
燃 油 供 给 系 统
Ｂ ｏ ｓ ｃ ｈ高压 共 轨系 统
２ 模 拟 计 算
２ ． １ 模 型 建 立
本研 究 应用 模 拟计 算 及 试验 研 究 的手 段 ， 针 对 某重 型车用 柴油 机性 能开 发 目标 进行 了二级 增压 系 统 的匹配 ， 分析 了二 级 增 压对 车 用 重 型 柴油 机 性 能
１ ７ ． ５： １ ８ ． ６
１ １ ２
复合 增压 系统 和二 级增 压 系统 等 ， 其 中二级 增 压 是
一
个 可行 的发展 方 向［ ３ ］ 。 柴油 机匹 配二级增 压 系统可 以大 幅提 高进气 压
行程／ ｍｍ 最大扭矩／ Ｎ・ ｍ 最大扭矩转速／ ｒ・ ｍｉ ｎ ＿ １
本研究 采用 的二 级 增 压 系 统 布 置 方 案 见 图 １ 。 空气 首先 经过低 压 级 压气 机 压缩 ， 然后 经 高 压 级 压 气机 进一 步压缩 进入 中冷器 。低 速低 负荷工 况 时排
和排 放 的 影 响 ， 为 进 一 步 改 善 柴 油 机 性 能 提 供 了
依据。
标定功率转速／ ｒ・ ｍｉ ｎ
２ ５ ７
２ １ Ｏ Ｏ
允 许 采用更 高 的废 气再 循 环 （ Ｅ ＧＲ ） 量， 从 而 进 一 步 降低 ＮＯ 排放 ］ 。通 过对排 气旁 通 阀开 度 的控 制
可 以实现增 压压 力 在一 定 范 围 内的调 节 ， 使 得 柴 油 机与 二 级 增 压 系 统 在 全 工 况 范 围 实 现 良好 的 匹
气旁 通 阀完 全关 闭 ， 排 气 首先 经 高 压 级 涡轮 机 膨胀 做功， 然后 完 全 通 过 低 压 级 涡 轮 ， 最 后 排 至 大气 当 中。随着转 速 的增加 ， 排气 旁通 阀逐渐 打开 ， 部分 排 气经 旁通 阀直接 进 入低 压 级 涡 轮 ， 使 低压 级 承 担更 多 的膨胀功 ， 同时也 降低 了涡前压 力 ］ 。
相继涡轮增压的发展
２ 国外研 究情况
国 外 柴 油 机 相 继 增 压 技 术 的研 究 相 对 比较 成
熟 ， Ｔ Ｓ ＭＴＰｅ ｔ ｋ、 ｏ ｏ Ｍａｄ 、Ｋ—Ｗａｎｒ Ｍ Ｕ、Ｅ ｉ ｓ ｃ Ｖ ｌ 、 ｚａ ３ ｌｉ ｖ ｒｅ、
时， 只有一个 或少 数增压 器工 作 ， 以有 效 防止低工 可 况时压 气机 的喘振 ， 分 发 挥 小 涡 轮 的优 势 以提 高 充 发动机 的低 速响应 性 和 改善 涡 轮 迟 滞 现象 ， 改善 低 工况性 能 。随着工 况 的提 高 ， 其余 的增 压 器 相继 投 入工作 ， 大 了流 通 面积 以满 足 高工 况 的高 流 量要 增 求 ， 每台增 压器都 能在 高效 区工作 ， 以有效 降低 且 可
燃油 消耗率 。
Ｓ ｂ ｒ 、 ｏ ｅｗ ｌ等 公 司 使 用 相 继 增 压 技 术 ， 获 ｕ ａｕ Ｈ ｎｙ ｅｌ 均 得 了较好 的动力 性 和燃油 经济 性指标 。
早在 上个世 纪七 十年 代 ， Ｕ公 司在 其 １６ ＭＴ ３— １
０ ３系列 柴油 机上采 用 了相 继增 压 技术 。随后 ， 在 其
Ｋ ｅ ｏ ｄｓ Ｓ ｑ ｅ ｔａ ｒ ｃ ａ ｇｎ ； ｖ ｌ ｐ ｎ ｙ Ｗ ｒ ： ｅ ｕ ｎ ｉｌＴｕ ｂｏ ｈ ｒ ｉ ｇ Ｄｅ ｅｏ ｍｅ ｔ
引 言
随着 发 动 机行 业 的发 展 ， 发 动机 全 工况 性 能 对
为二 级 相继增 压 和三级相 继增 压 。二级相 继增 压通
３ ６和 ５ ８系列 机 上采 用 了相 继增 压 ， 得 性 能 明 ９ ３ 使
显改善 到 了九 十年 代初 期 ， 公 司 的 ５５系 列 相 该 ９
继增 压柴 油机实 现 了全工 况 优 化 控制 ， 被誉 为 九 十
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优点
1、能够消除涡轮迟滞； 2、可根据工况和海拔的变化精确控制 增压压力。
缺点
1、电机转速不足； 2、增压器轴承剧烈振动； 3、电机受高排温可靠性差； 4、电机变工况加速潜力不足。
基于VGT二级涡轮可调增压系统（R2T）
优点
1、大幅提高低速转矩； 2、有效避免了增压器效率降低、压气 机喘振、涡轮超温和超速等问题。
共同点：两者都需要更大的安装空间或者其他零件
区别： 1、电驱动压气机增压器可以拓宽增压特性图，叶片转动惯量小，而 且机械和热负荷也相对较低； 2、电驱动废气涡轮增压器在可能量回收这一方面较有优势，但此功 能比较复杂，其有效性仍需要验证。
05
技术展望
技术展望
电辅助二级增压系统可以解决涡轮 增压柴油机低速扭矩不足、加速响 应滞后和碳烟排放的问题，在二级 增压系统中应用前景巨大。
国内适用于电动增压器的压气机设 计方法还不成熟；高速电机技术复 杂 、 成本高昂 , 国内高速电机与世 界先进水平还有一定距离。
电辅助二级增压系统应用前景巨大，尽管 存在技术上的障碍 , 但是相信随着研究的进 一步深化, 这些问题终究会得到解决,电辅助 涡轮增压技术会越来越成熟。
谢谢！
敬请老师批评指正
采用二级增压技术可以进一步改善发动机排 放。增大空气供应量，配合合适的供油压力 和规律，使之尽可能完全燃烧，减少CO、 HC、PM 等物质的排放；降低燃烧温度，使 得氮氧化物生成减少。
02
国内外状况
国内研究现状
Domestic Research Situation
01 北京理工大学
A、设计了结构紧凑的二级增 压系统，将调节阀集成在高压 级涡轮壳内部； B、对普通二级增压系统匹配 方法进行了研究，建立了设计 工况点匹配和其他工况点的评 价计算模型； C、对不同海拔下柴油机可调 二级增压系统的经济性调节方 法进行了研究。
为解决机械增压高转速时输出 功率有限，涡轮增压低转速时 扭矩不足的问题，讲机械增压 器和涡轮增压器串联。
TST MC2T
EC2T
电辅助+涡轮增压的二级增压 模式，能够消除涡轮迟滞问题。
R2T
基于VGT二级涡轮可调增压系 统，主要用于海拔变化较大的 地区，军事应用较多。
普通二级增压系统（TST）
优点
国外研究现状
Overseas Research Situation
01 宝马公司
2004年宝马公司在其上市的 3.0L直列六缸共轨直喷式柴油 机上首次采用了二级废气涡轮 增压技术，这也是世界范围内 车用柴油机二级增压技术的首 次应用。
02 Wartsila公司
Wartsila公司在中速柴油机 上采用了米勒循环结合二 级可调涡轮增压的方案来 降低 NOx 排放。
技术意义
对要求升功率大的柴油机，需要采用高 压比增压系统，某些特种发动机需要达到 的压比甚至要达到 6 以上，这就有必要引 入二级可调增压技术。二级可调增压技术 可以通过合理设计高、低压级增压器，同 时调节排气阀开度协调高低压级增压器工 作条件，使其都在比较高的效率下运行， 同时降低自身的载荷，提高增压系统工作 可靠性。
二级增压技术
能源与动力工程学院
车辆工程
张斌
目录CONTENT
技术背景及意义 国内外状况 常用技术路线 主流研究方向
技术展望
01 技术背景及意义
技术背景
涡轮增压技术对于提高车用发动机动力性和经济性、降低发动机排 放具有重要的意义。在内燃机发展历程中，涡轮增压技术的出现，大幅 度提高了发动机的功率密度，并可以降低发动机燃油消耗率，被称为内 燃机发展史上的第二个里程碑。随着汽车工业的快速发展，汽车排气污 染已经成为影响大气质量的主要因素之一，各国均制定了越来越严格的 法规来限制汽车污染物的排放，采用涡轮增压技术降低发动机的排放， 正越来越受到人们的重视。
缺点
1、低速时，低压级涡轮做工较 弱，起不到增作用； 2、不能根据海拔和工况的变化 合理分配涡轮功，在高原环境下 排气能量不能够得到最大化利用。
04 主流研究方向
电辅助+涡轮增压系统
A 电驱动压气机增压器
分类
B 电动涡轮增压器
电驱动压气机增压器
工作原理：电动增压器安装于涡轮增压器的前面, 其压气机与废气涡轮增压器的压气机 组成一个二级增压系统,压气机由电子控制的电动机带动工作。当柴油机在低速区或急 加速运转时, 电动增压器迅速启动开始工作 ,协助涡轮增压器增加柴油机加速初期的空 气进气量 ,改善涡轮增压器响应滞后、柴油机低速扭矩不足以及烟度大等问题 ,还可提 高车辆的加速能力和排放性能 ;当发动机运行在中高转速区时,电动增压器停止工作 ,此 时 ,为避免产生不必要的进气阻力, 电动增压器的压气机部分被与其并联的空气管路短 接, 空气由并联管路直接进入废气涡轮增压器的压气机 。
03 大众公司
德国大众公司在 2005 年将新 研发的 TSI 双增压系统应用 到高尔夫车型上。TSI双增压 系统采用两级串联的增压方式， 第一级为罗茨式机械增压器， 第二级为废气涡轮增压器。
03 常用技术路线
常用技术路线
针对废气涡轮增压的涡轮迟滞 现象，串联一大一小两只涡轮 或并联两只同样的涡轮，在发 动机低转速的时候，较少的排 气即可驱动涡轮高速旋转以产 生足够的进气压力，减小涡轮 迟滞效应。
Domestic Research Situation
05 昆明理工大学
对 4100 增压中冷柴油机匹配 二级可变增压系统进行了研究， 获得了二级增压系统设计的方 法，得到了二级增压系统最佳 排气能量的分配比例。
国内研究现状
Domestic Research Situation
06 吉林大学
针对某车用重型柴油机进行了 二级增压系统匹配研究，研究 表明二级增压系统可以大幅度 提高柴油机的低速扭矩，改善 燃油经济性，拓宽柴油机燃油 经济运行区域，大幅度降低柴 油机 PM 排放。
电动涡轮增压器
工作原理：当发动机工作在启动、 低速大负荷、 加速工况时 , 电控单元发出控制信号, 电机启动驱动压气机工作, 电池中储存的电能转化为压气机的动能 , 提高进气压力 , 满 足发动机气缸燃烧所需的空气量要求 .当发动机转速上升到一定程度 , 压气机能够提供 足够的空气时 , 电机就可以关闭或脱开.当发动机工作在高速或大负荷工况时 , 电控单 元发出控制信号起动发电机 , 回收涡轮能量中的一部分通过发电机转化为电能储存在 蓄电池中。
国内研究现状
Domestic Research Situation
02 北京交通大学
A、提出了可调二级增压系统 方案、带旁通阀的可调二级增 压系统方案及二级相继增压系 统方案三种二级增压系统总体 方案；
B、对提出的二级增压系统总 体方案进行了比较与分析，建 立了航空汽油发动机与原机单 级增压系统匹配的仿真模 型。
国内研究现状
Domestic Research Situation
03 上海交通大学
对柴油机应用可调二级增压系 统进行了全工况的试验研究。
国内研究现状
Domestic Research Situation
04 天津大学
对一台六缸高压共轨柴油机进 行二级增压系统的计算匹配和 试验研究。
国内研究现状
1、能够提供高压比、宽流量； 2、有效提高柴油机进气压力 。
缺点
1、变工况适应能力不足； 2、低速转矩和瞬态工况响应性 较差。
机械+涡轮增压系统（MC2T）
优点
1、低速转矩足，高速功率输出大； 2、不存在涡轮迟滞，瞬态响应性最好。
缺点
机械增压在增压过程中会消耗一 部分发动机的功率。
电辅助+涡轮增压系统（EC2T）