汽车涡轮增压器构造和原理
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汽车涡轮增压器构造与原理
主讲：张 虹
2012，11
精品课件
车用涡轮增压技术概述
车用涡轮增压器增压的原理 车用涡轮增压的目的和作用 车用涡轮增压发展概况 汽车用涡轮增压器应用实例
精品课件
汽车增压技术发展背景
汽车技术发展：
节能，提高燃油经济性 降低排放 新能源、新材料的应用－纯电动、燃料电池、混合动力汽 车、替代燃料汽车等 系列化、模块化、轻量化、小型化、电子化
精品课件
废气涡轮增压原理图
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废气涡轮增压器原理图
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废气涡轮增压器结构图
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涡轮增压器总体结构
涡轮系统 压气机系统 中间体（轴承体） 转子轴承系统 润滑与冷却系统 密封与隔热系统 其他紧固小零件
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涡轮增压器转子轴承系统
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第一讲：涡轮增压器概述
涡轮增压器增压的原理 车用涡轮增压的目的和作用 涡轮增压发展概况 汽车用涡轮增压器应用实例
精品课件
汽车增压技术发展背景
发动机技术发展：
汽车发动机面临—低污染、低碳化、高品质的挑战 汽油机：采用提高压缩比、多气门和可变配气系统、增压技术、空燃 比传感器/氧传感器、直接喷射、稀混合气分层燃烧、EGR等技术，配 合三元催化剂等排气后处理技术 柴油机：采用轻质材料、超高压喷油、高增压、智能EGR、多气门 甲醇、乙醇、CNG、LPG、H2等代用燃料在内燃机上的开发应用会进一 步发展
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增压技术发展概况
涡轮增压的发展现状
转速一般为 十几万转/分，最高可达三十万转/分 压气机 单级压比达 3.5 – 4 ,最高达 5,绝热效率达 0.78— 0.80 涡轮绝热效率可达 80% 以上 整机效率可达 60% 以上 汽油机增压技术在国外普遍应用 可变几何截面涡轮增压器的应用 混流涡轮技术在国内外应用 滚动轴承技术在国内外应用 大、中功率柴油机在发达国家（我国）几乎全部实现增压
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发动机增压原理
所谓增压，就是借助于装在发动机上的专用增 压装置，预先压缩进入气缸的空气，以提高进 入气缸中的充气密度。
增压的作用十分明显，在气缸容积一定的情况 下，充气密度大，新鲜空气的绝对量大，就可 以喷入较多的燃料进行燃烧，发动机就能发出 更大的功率。
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发动机增压的原理
发动机增压方式：
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Biblioteka Baidu
增压技术发展概况
涡轮增压的发展方向
增压器向更高压比、高效率、高可靠性、使用流量范 围宽广的方向发展； 结构简单、体积小、重量轻并且造价低廉； 更好地适应各种车用动力在不同工况下的性能要求。 新技术包括：轿车汽油机增压技术、可变喷嘴涡轮 VNT、铁铝合金、滚动轴承、可擦涂层、混流式涡轮 、电子控制执行器总成、电控涡轮复合式发动机等。
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发动机增压的原理
发动机工作原理回顾
基本工作原理及其同空气增压系统的关系：
发动机是一种耗气机械，因为燃油需要与空气混合才能完成 燃烧冲程。 一旦空燃比达到某一值后，再增加燃油，除了将黑烟和未燃 尽的燃油排到大气中外，不会产生更多功率，发动机供油越 多，黑烟就越浓。 超过空燃比极限后，单纯增加供油量只会造成燃油消耗量过 多、大气污染、废气温度升高，并使发动机寿命缩短。 增加空气量的能力对发动机来说是多么重要。
机械增压 ：利用机械传动的增压器进行增压
发动机加速性好，发动机泵气损失小，发动机油耗高，多 用于二冲程发动机。
废气涡轮增压 ：利用发动机排气管排出的废气， 经过涡轮增压器的涡轮膨胀产生能量带动轴系旋转 ，并通过压气机将动能转换成压力能，重新将压缩 的气体进入到发动机气缸的过程。 气波增压：利用气体的压缩波和膨胀波来传递能量 的一种新型能量交换器。 复合增压：同时采用两种形式的增压方式
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第一讲：涡轮增压器概述
涡轮增压器增压的原理 车用涡轮增压的目的和作用 涡轮增压发展概况 汽车用涡轮增压器应用实例
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增压技术发展概况
涡轮增压的发展历史
1885年戴母勒提出增压概念 1905年波希申请并获得专利，在台架上实现增压 ，首先用于航空和船舶 40年代出现小型径流涡轮增压器----开始用于车 辆 70年代浮动轴承的出现和汽油机增压的突破---大量应用于汽车 80年代出现可变几何截面涡轮增压器 90年代后期可调二级增压
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车用增压特点
提高柴油机功率、减轻单位功率质量、减小外形尺寸、 降低燃油消耗和强化现有非增压柴油机的最有效的措施 之一。 涡轮增压中冷技术既是减少柴油机排放的有效措施。 促进轿车柴油机发展的主要因素是排放、功率密度、性 能、噪声和燃油经济性，因此在轿车柴油机和汽油机上 也越来越多地采用涡轮增压技术。 热负荷与机械负荷都有所提高，应采取相应措施。
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车用涡轮增压目的
强化发动机，提高发动机的平均有效压力Pe
发动机升功率Nl：
发动机进气密度增加，进入气缸的空气增多，所以允许喷入较 多的燃油，使发动机产生较多的功率并具有较高的燃烧效率。 增压后的功率可比原机提高60％~80%甚至更多，发动机的平均 有效压力可达到3Mpa
改善发动机的经济性
经济性：
增压后增加热效率，发动机功率上升，使发动机燃油经济性大 幅度增加。
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车用涡轮增压目的
降低发动机的排气污染及噪音
采用涡轮增压可使燃烧更充分，CO，HC及PM的排放降低 ，采用中冷可降低NOx排放。 发动机体积小，发射噪声的表面积小，涡轮的消声作用 。
高原或高温地带恢复发动机的功率
自然吸气的发动机，随着海拔高度的增加，其功率将下 降。涡轮增压器可使非增压发动机在高原上工作时得到 氧气补偿，在高原地区工作时比不增压发动机功率下降 要少得多。 涡轮增压器的自我补偿功能，对海拔高度变化有较高的 适应能力
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废气涡轮增压原理
涡轮增压器是一种利用发动机排气中的剩余 能量来工作的空气泵。 废气驱动涡轮叶轮总成，它与压气机叶轮相 连接，当涡轮增压器转子转动时，大量的压 缩空气被输送到发动机的燃烧室里。 由于增加了压缩空气的数量，就可以使更多 的燃油喷入到发动机里去，使发动机在尺寸 不变的条件下而产生更多的功率。
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汽车增压技术发展背景
涡轮增压技术的发展：
提高发动机功率、减轻单位功率质量、减小外形尺寸、降低燃油 消耗和强化现有非增压柴油机的最有效的措施之一。 涡轮增压中冷技术既是减少柴油机排放的有效措施。 促进轿车发动机发展的主要因素是排放、功率密度、性能、噪声 和燃油经济性，因此在轿车柴油机和汽油机上也越来越多地采用 涡轮增压技术。
主讲：张 虹
2012，11
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车用涡轮增压技术概述
车用涡轮增压器增压的原理 车用涡轮增压的目的和作用 车用涡轮增压发展概况 汽车用涡轮增压器应用实例
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汽车增压技术发展背景
汽车技术发展：
节能，提高燃油经济性 降低排放 新能源、新材料的应用－纯电动、燃料电池、混合动力汽 车、替代燃料汽车等 系列化、模块化、轻量化、小型化、电子化
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废气涡轮增压原理图
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废气涡轮增压器原理图
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废气涡轮增压器结构图
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涡轮增压器总体结构
涡轮系统 压气机系统 中间体（轴承体） 转子轴承系统 润滑与冷却系统 密封与隔热系统 其他紧固小零件
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涡轮增压器转子轴承系统
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第一讲：涡轮增压器概述
涡轮增压器增压的原理 车用涡轮增压的目的和作用 涡轮增压发展概况 汽车用涡轮增压器应用实例
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汽车增压技术发展背景
发动机技术发展：
汽车发动机面临—低污染、低碳化、高品质的挑战 汽油机：采用提高压缩比、多气门和可变配气系统、增压技术、空燃 比传感器/氧传感器、直接喷射、稀混合气分层燃烧、EGR等技术，配 合三元催化剂等排气后处理技术 柴油机：采用轻质材料、超高压喷油、高增压、智能EGR、多气门 甲醇、乙醇、CNG、LPG、H2等代用燃料在内燃机上的开发应用会进一 步发展
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增压技术发展概况
涡轮增压的发展现状
转速一般为 十几万转/分，最高可达三十万转/分 压气机 单级压比达 3.5 – 4 ,最高达 5,绝热效率达 0.78— 0.80 涡轮绝热效率可达 80% 以上 整机效率可达 60% 以上 汽油机增压技术在国外普遍应用 可变几何截面涡轮增压器的应用 混流涡轮技术在国内外应用 滚动轴承技术在国内外应用 大、中功率柴油机在发达国家（我国）几乎全部实现增压
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发动机增压原理
所谓增压，就是借助于装在发动机上的专用增 压装置，预先压缩进入气缸的空气，以提高进 入气缸中的充气密度。
增压的作用十分明显，在气缸容积一定的情况 下，充气密度大，新鲜空气的绝对量大，就可 以喷入较多的燃料进行燃烧，发动机就能发出 更大的功率。
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发动机增压的原理
发动机增压方式：
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增压技术发展概况
涡轮增压的发展方向
增压器向更高压比、高效率、高可靠性、使用流量范 围宽广的方向发展； 结构简单、体积小、重量轻并且造价低廉； 更好地适应各种车用动力在不同工况下的性能要求。 新技术包括：轿车汽油机增压技术、可变喷嘴涡轮 VNT、铁铝合金、滚动轴承、可擦涂层、混流式涡轮 、电子控制执行器总成、电控涡轮复合式发动机等。
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发动机增压的原理
发动机工作原理回顾
基本工作原理及其同空气增压系统的关系：
发动机是一种耗气机械，因为燃油需要与空气混合才能完成 燃烧冲程。 一旦空燃比达到某一值后，再增加燃油，除了将黑烟和未燃 尽的燃油排到大气中外，不会产生更多功率，发动机供油越 多，黑烟就越浓。 超过空燃比极限后，单纯增加供油量只会造成燃油消耗量过 多、大气污染、废气温度升高，并使发动机寿命缩短。 增加空气量的能力对发动机来说是多么重要。
机械增压 ：利用机械传动的增压器进行增压
发动机加速性好，发动机泵气损失小，发动机油耗高，多 用于二冲程发动机。
废气涡轮增压 ：利用发动机排气管排出的废气， 经过涡轮增压器的涡轮膨胀产生能量带动轴系旋转 ，并通过压气机将动能转换成压力能，重新将压缩 的气体进入到发动机气缸的过程。 气波增压：利用气体的压缩波和膨胀波来传递能量 的一种新型能量交换器。 复合增压：同时采用两种形式的增压方式
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第一讲：涡轮增压器概述
涡轮增压器增压的原理 车用涡轮增压的目的和作用 涡轮增压发展概况 汽车用涡轮增压器应用实例
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增压技术发展概况
涡轮增压的发展历史
1885年戴母勒提出增压概念 1905年波希申请并获得专利，在台架上实现增压 ，首先用于航空和船舶 40年代出现小型径流涡轮增压器----开始用于车 辆 70年代浮动轴承的出现和汽油机增压的突破---大量应用于汽车 80年代出现可变几何截面涡轮增压器 90年代后期可调二级增压
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车用增压特点
提高柴油机功率、减轻单位功率质量、减小外形尺寸、 降低燃油消耗和强化现有非增压柴油机的最有效的措施 之一。 涡轮增压中冷技术既是减少柴油机排放的有效措施。 促进轿车柴油机发展的主要因素是排放、功率密度、性 能、噪声和燃油经济性，因此在轿车柴油机和汽油机上 也越来越多地采用涡轮增压技术。 热负荷与机械负荷都有所提高，应采取相应措施。
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车用涡轮增压目的
强化发动机，提高发动机的平均有效压力Pe
发动机升功率Nl：
发动机进气密度增加，进入气缸的空气增多，所以允许喷入较 多的燃油，使发动机产生较多的功率并具有较高的燃烧效率。 增压后的功率可比原机提高60％~80%甚至更多，发动机的平均 有效压力可达到3Mpa
改善发动机的经济性
经济性：
增压后增加热效率，发动机功率上升，使发动机燃油经济性大 幅度增加。
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车用涡轮增压目的
降低发动机的排气污染及噪音
采用涡轮增压可使燃烧更充分，CO，HC及PM的排放降低 ，采用中冷可降低NOx排放。 发动机体积小，发射噪声的表面积小，涡轮的消声作用 。
高原或高温地带恢复发动机的功率
自然吸气的发动机，随着海拔高度的增加，其功率将下 降。涡轮增压器可使非增压发动机在高原上工作时得到 氧气补偿，在高原地区工作时比不增压发动机功率下降 要少得多。 涡轮增压器的自我补偿功能，对海拔高度变化有较高的 适应能力
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废气涡轮增压原理
涡轮增压器是一种利用发动机排气中的剩余 能量来工作的空气泵。 废气驱动涡轮叶轮总成，它与压气机叶轮相 连接，当涡轮增压器转子转动时，大量的压 缩空气被输送到发动机的燃烧室里。 由于增加了压缩空气的数量，就可以使更多 的燃油喷入到发动机里去，使发动机在尺寸 不变的条件下而产生更多的功率。
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汽车增压技术发展背景
涡轮增压技术的发展：
提高发动机功率、减轻单位功率质量、减小外形尺寸、降低燃油 消耗和强化现有非增压柴油机的最有效的措施之一。 涡轮增压中冷技术既是减少柴油机排放的有效措施。 促进轿车发动机发展的主要因素是排放、功率密度、性能、噪声 和燃油经济性，因此在轿车柴油机和汽油机上也越来越多地采用 涡轮增压技术。