涡轮增压PPT

作轮绕轴旋转，所以气流将沿相对速度w1的方向流入
工作轮叶片所形成的流道。
为减少流动损失，
需要将叶片前缘部分顺
空气流入的方向弯曲某
一角度，使与气流入口
角β1基本一致。
当空气进入工作轮 上叶片组成的流道后，
受离心力压缩被甩向工 作轮外缘，空气从回转 的工作轮上获得了能 量，使压力、温度，特
别是流速有较大增长。
同时混合气范围窄，造成单位数量混合气的发热量大。
汽油机增压系统比柴油机复杂 存在着“反应滞后”现象： 增压器在进气系统中与节气门串接
在一起，当节气门突然开启，要求混合气量迅速变化时，增压器供气 往往跟不上。
二、汽油机增压系统的常用措施
1）电控汽油喷射系统在增压汽油机上应用 2）为克服增压带来爆倾向的增大，可采用为消除爆 震的点火提前角自适应控制。 3）增压空气进行中冷，对增加充量、降低热负荷、 消除爆震均十分有利。 4）采用增压压力控制系统：汽油机容许的增压压力 常比柴油机低。可通过进气或排气的放气系统、进 气或排气的节流控制、可变喷嘴环截面的涡轮等。
涡轮机在喷嘴出口处，气体温度压力逐渐降低，气体流速增加
到c1。
气流在工作轮中向心流动的，
工作轮叶片之间的通道也是呈渐
缩的形状，气体在通道中继续膨
胀，在工作轮出口处压力下降到
p2，温度降低到T2，气体的绝对
速度下降到c2。c2远小于c1，说 明燃气在喷嘴膨胀中所获得的动
能已大部分传给了工作轮。
具有一定热能及压力能的燃
第七章 车用发动机的废气 涡轮增压
通过涡轮增压系 统对吸入的空气 进行压缩，增大 气体密度，从
而，增加每个进 气行程进入燃烧 室的空气量，增 加循环供油量， 提高升功率和升 扭矩，达到提高 燃烧效率、提高
整机使用经济性。
第一节 概述
增压目的：提高发动机功率
将空气压缩并供入气缸，用以提高充气密度、增 加进气量。例：奥迪1.8T发动机(110KW)比同排量不 增压的1.8输出功率(92KW)大了18KW.
胀功，用符号E2表示。该 面积由两部分组成。1）面 积2-4-5-1-2为活塞推出废 气所做的功；2）真正废气 中可用的能量仅为面积1-5e`-f`-1。量（面积b-e-5-b)，采用脉 冲增压系统。 特点：尽可能将气缸中的废气直接而迅速地送到涡轮机中。 结构：涡轮机尽量靠近气缸，把排气管作得短而细，并且为了减少 各缸排气中压力波的相互干扰，用几根排气支管将相邻发火气缸的 排气相互隔开。排气管内压力是周期性脉动的。由于涡轮是在进口 压力有较大波动的情况下工作的，所以称为脉冲增压系统。
空气从工作轮出来后，进入扩压器，扩压器为截面逐渐增大的 流道，空气流经扩压器时，它所具有的动能，大部分在这里转变为 压力能，气流的速度降低，而压力、温度升高。
扩压器由 无叶扩压器和 叶片扩压器组 成。
蜗壳作用 为收集从扩压 器流出的空 气，并继续进 行空气动能向 压力能的转变。
二、径流式涡轮机的工作原理
第四节 车用增压发动机的性能
一、涡轮增压器与柴油机联合运行的基本特点
涡轮增压器与柴油机通过空气流或燃气流来传递能量，之间 没有机械联系。涡轮机做功的能力来源于发动机排出废气的合 理组织，涡轮机的功率全部为压气机所消耗。
为使涡轮增压器与车用发动机能够良好配合，需要： 1）根据发动机的特定工况（如额定工况或最大扭矩工况），确 定其在压气机特性曲线上的位置（即根据发动机选用合适型号 的增压器）； 2）要解决发动机在整个运行区与增压器实现良好的配合。
点的温度和整个循环的平均温度，从而降低柴油机热负荷和排气 温度。
其他改动部分 加粗进气管、加强冷却系等
三、车用增压发动机性能
增压发动机具有升功率高、油耗较低、排污少等优点。
1）低速扭矩性能变化：低速由于增压压力不足，致使循环供 气量不足。增压后最大扭矩所在转速比非增压机型均有所 增加。通过放气调节可大大改善低速扭矩。
每一种涡轮增压器都有确定的工作范围，在小流量范围，压 气机受喘振限制；在大流量范围，压气机因效率下降受到限制； 在高速、高负荷区，增压器受到超速或超温的限制。因此，涡轮 增压器有一个确定的工作范围。
在允许的工作范围内，根 据与发动机联合运行的位置， 可以判断增压器与柴油机的配 合是否良好。
如果联合运行线与压气机特性曲线配合不够理想，需要进行
带中冷器的涡轮增压系统
中冷器
涡轮增压器换 气阀
空气再循环机械阀
增压压力限 制电磁阀 N75
增压压力调节装 置压力传感器 燃油压力调节器
增压压力控制
超速切断控制
1－活性碳罐 2－活性碳罐电磁阀 3－活性碳罐过滤器单向阀 4－空气滤清器 5－废气涡轮增压器 6－二次进气组合阀 7－燃油压力调节器 8－到制动助力器 9－单向阀
燃气在涡轮机中的流动
进气蜗壳的作用是引导柴油机的排气均匀地进和涡轮。根据 增压要求，可以有一个或多个进气口。
排气管中排出的气体具有 压力pt、温度TT、并以速度cT 经进气蜗壳流入喷嘴环。在 喷嘴环上均匀安装了具有一 定角度的叶片，使燃气经过 叶片间的通道后更具有方向 性，使气流更加均匀有序地 流入涡轮机工作轮。同时， 叶片间的通道面积渐缩，使 部分压力势能变为气体的动 能。
在柴油机排气阀开启瞬间，气缸中燃气状态为b，如果让燃气 在理想涡轮机中完全膨胀至大气压力时，涡轮机可能从废气中获得 的最大能量是b-f-1-b。
在排气初期，气缸中压力和排气管压力的压差较大，面积b-e5-b为废气由b膨胀到排气管内压力pT所消耗的能量E1，它转变为 热量加热废气，使实际进入涡轮的废气状态由e变为e`，在涡轮机内 沿e`－f`线膨胀到p0。面积2-4-e`-f`-2表示废气在恒压涡轮内的膨
2）加速性能变差：由于涡轮增压器与发动机没有机械联系，增 压器自身的惯性使其对突变负荷的响应能力变差，因此，增压 发动的加速性比非增压差。
为改善加速性，采用脉冲增压，减少进、排气管道容积；采 用放气调节或可变喷嘴；减少转子的转动惯量；采用较小的气 阀重叠角等。
3）经济性有所改善： 增压使功率范围扩大，而且高负荷的经济 运行范围也扩大了；在低负荷区，涡轮增压器的能量转换不 好，对低负荷经济性没有明显的好处。
第二节 废气涡轮增压的工作原理
根据废气在涡轮机中不同的流通方向,涡轮 增压器可分为径流式涡轮与轴流式涡轮两类。 大、中型柴油机采用轴流式涡轮增压器，而车 用发动机则应用径流式涡轮增压器。
一、离心式压气机的工作原理 空气在压气机中的流动
空气沿收敛的轴 向进气道流入时，气 流略有加速。
在工作轮入口处，气流的绝对速度是c1，由于工
可调叶片式涡轮增压器调整原理
可调叶片式涡轮增压器调整原理
第三节 废气能量的利用
一、恒压增压系统
结构特点：所有气缸的废气都接到一根排气总管中，然后再引向涡轮的整个喷嘴 环，由于排气总管截面和长度较大，同时各缸排气相互交替补充，使得排气管中 的压力波动很小，进入涡轮前的废气压力基本上恒定，故称为恒压增压系统。
与压缩前的压力之比.
k =
pk p0
< 1.6 1.6-2.5
低增压 pme=700-1000KPa 中增压 pme=1000-1500KPa
>2.5
高增压 pme>1500KPa
按增压结构形式分: 机械增压系统, 废气涡
轮增压, 组合式涡轮增压, 气波增压, 复合式发 动机等. 具体结构见表7-1中的比较.
刚开始排气时， 节流损失也很大，但 排气管压力pt迅速升 高，并接近气缸压 力，因则总的节流损 失便大降低。
两种增压系统的比较：
由于脉冲系统部分利用废气的脉冲能量，所以系统的可用有量 比恒压系统大。 脉冲增压系统中，pt波动较大，对气缸扫气有明显的好处。 脉冲增压系统中，排气管容积较小，当柴油机负荷改变时，排 气的压力波立刻发生变化，并迅速传递到涡轮机，引起增压器 较快地变动，所以脉冲增压的加速性能好。 从废气涡轮的效率来看，脉冲系统的涡轮平均绝热效率比恒压 系统的略低。 脉冲系统的废气瞬时流量也是周期变化的，其瞬时最大流量比 恒压系统的流量大。其涡轮尺寸较大，排气管结构也复杂。在 一台柴油机上，有时不得不采用几个废气涡轮增压器。
10－抽吸喷射泵 11－单向阀 12－真空储能罐 13－二次进气阀 14－曲轴箱排气装置 15－单向阀 16－增压空气冷却器
17－节气门控制单元 18－涡轮增压器换气阀 19－进气管
20－增压压力调节装置压 力传感器
21－增压压力限制电磁阀 22－机械式换气阀
23－曲轴箱排气装置压力 调节阀
24－二次进气泵电机
气，在喷嘴环通道中仅部分地得
到加速而转变为燃气的动能；而 从喷嘴环中流出的具有一定动能 及压力能的燃气，在工作轮中将 所具有能量的大部分转变为机械 功。
涡轮增压器的润滑：
转子的工作转速高达每分钟数万转至二十多万转，需要有 单独的润滑油供应管路，并为浮动轴承提供油膜支撑。
旁通阀式涡轮增压器
可调整叶片式涡轮增压器
局部调整，常用的办法是改变涡轮喷嘴环出口截面积，或改变压 气机通道截面积，可使联合运行线从压气机低效率区向高效率区 移动（向喘振线靠近）。
二、增压发动机在结构上的变动
增大供油量、调整供油系统 改变配气相位 减小压缩比、增大过量空气系数 设置分支排气管：原则是一根排气管所连各缸排 气必须不互相重叠。 冷却增压空气 一可提高充气密度；二可降低柴油机压缩始
增压度:指发动机在增压后增长的功率与增压 前的功率之比.
=
P k P= 0 P 1k
Pe 0
P e0
增压优点
减少缸数或气缸直径,减少整机外形尺寸和单 位功率的重量； 提高热效率,降低发动机油耗； 减少了排气污染及噪声； 降低了单位功率的造价； 对补偿高原功率损失十分有利.
增压分类 按增压比分类:压气机(增压器)压缩后的压力