第六章 废气涡轮增压解读
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〉3.5
700~1000 1000~1500 1500
2．按增压系统的机构分类 1）机械增压系统
2）废气涡轮增压系统
3）复合式发动机
4）组合式涡轮增压系统
5）气波增压系统
第二节 废气涡轮增压器的工作原理
车用涡轮增压器由离心式压气机和径流式涡轮机及中间体三部分组成
双涡轮增压系统示意 1-空气滤清器 2一进气旁通阀 3一中冷器 4一谐振室 5一增压压力传感器 6 一进气管 7一喷油器‘8一火花塞 9一涡轮增压器 10一排气 旁通阀 11一排气 旁通阀控制装置 12一排气管
若在整个增压过程中,
Tk
下降或保持为某一常数, 则
T0 const， Tk
此时
k pk C p0
pk k 成正比。 与 p0 0
通常, 为了不使 Tk 过高, 在增 压器与发动机之间设置一个中冷器,
对增压后的空气进行冷却, 称为中
间冷却。
（二） 增压度 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。
2．涡轮机特性曲线
（1）涡轮效率η T：涡轮将废气能量转换为机械功
的有效程度，即
η T＝ＷＴ／ｈＴ
一、离心式压气机的工作原理与特性 1．基本工作原理和主要参数 离心式压气机一般由进气道1、工作轮2、扩 压器3及出气蜗壳所组成。
压气机的主要参数为：
（1）空气的增压比π k=Pk/P0；
（2）流经压气机的空气每秒质量mk（kg/s）或容积
流量V0（m3/s）（相应于压气机的进口状态）；
第六章 车用发动 机的废气涡轮增 压概述
第一节 发动机增压概述
一、增压的基本概念
定义：利用增压器将空气或可燃混合气进行压 缩，
ຫໍສະໝຸດ Baidu再送入发动机气缸的过程。
作用：增加每循环进入气缸的新鲜充量密度，使实
际充量增加，从而达到提高发动机功率和改善经济
性的目的。
提高发动机单机功率的方法，根据
pe Vh i n Ne 103 [ kw ] 30 1. 改变发动机结构参数 — 缸数i，缸径D，冲程S, 冲程数;
N e k
pk i 1 2 hu i D m v Cm 4 R L0 Tk
N e k
pk Tk
增压空气在增压器中压缩是按多变过程进行的。
增压前 — 增压后 —
0 , p0 , T0 , v0
k , pk , Tk , vk
pk v 0 p0 v k
单涡轮增压系统示意图 l一进气旁通阀 2一节气门 3一进气管 4一空气滤清器 5一空气流量计 6一压气机 7一涡轮机 8一催化转换器 9～排气旁通阀 10一排气旁通阀控制装置 11一排气管
汽车用涡轮增压器结构 1一压气机蜗壳 2一无叶式扩压管 3一压气机叶轮 4一密封套 5一增压器轴 6一进气道 7一推力轴承 8一挡油板 9一浮动轴承 1 O一涡轮 机叶轮 11一出气道 1 2一隔热板 1 3一涡轮机蜗壳 14一中间体
堵塞：在某一增压器转速下，通过压气机的气体流
量随增压比的降低而增加。当流量增加到一定数值
后，压气机通道中的某个截面达到临界条件。当增
压比继续降低时，气体流量却不再增加，此时的气 体流量称为堵塞流量，它也是该转速下压气机所对 应的最大流量。
3．通用特性
流量折合成标准大气状态下的参数值。
二、径流式涡轮机的工作原理与特性 1．基本工作原理
k pk 0 p0
n
1 n
压力增长很多而密度增大不多。这主要是因为增压后温度 会升高的缘故, 若增压后温度不变, 则与p成线性关系。
pk 4 时, 才 pk 假定多变指数 n = 2, 则 p0
20
Tk k
则
pk
R
T0 0
p0
R
k T0 pk 0 Tk p0
而平均有效压力
hu i pe m v 0 L0
代入上式, 得未增压时发动机功率的分析式
1 hu i N e i D m v Cm 0 4 L0
2
增压后, 空气密度由未增压时的大气密度 变为增压后的密度
0
pk k R Tk
代入上式, 得到增压后的发动机功率分析式
N e k N e 0 N e k k 1 N e 0 N e 0
Ne-0、Ne-k——分别为增压前、后的功率。
目前车用：10%-60%范围内，大部分20%-30%
二、增压的分类
1．按增压比分类 πk Pe（kP)
低增压 中增压 高增压
超高增压
1.3~1.6 1.6~2.5 〉2.5
•增压比：增压后气体压力与增压前气体压力之比，即 πk=Pk/P0。 由公式
pe Vh i n Ne 103[ KW ] 30
因为
Vh
4
D2 s
30 Cm n s
sn Cm 30
代入上式
pe Cm Ne i D 4
2
（3）压气机转速nk； （4）压气机的绝热效率η η
ad-k；
ad-k：1kg空气的绝热压缩功had-k与实际压缩功hk
之比。
（5）压气机功率。
2．压气机特性曲线
（1）流量特性：表示在
压气机转速不变时，压气
机的增压比πk和绝热效率
η
ad-k随空气流量mk（或V0）
的变化关系。
（2）压气机的喘振与堵塞 在压气机的特性曲线上有一条喘振线，又称 为稳定工作边界。含义：当压气机工作在喘 振线右侧时，其工作是稳定的；而当处于喘 振线左侧时，压气机的功作就变得不稳定甚 至有危险了。因此，把出现喘振的工作点称 为喘振点，对应的流量就是喘振流量。 喘振是离心式叶轮机械所特有的一种异常工 作现象。
（受安装位置和自重的严格限制）
2 提高转速n及活塞平均运行速度Cm; （充气效率和机械效
率下降、燃料经济性、发动机运转可靠性、机件寿命、噪声
限制）
3 提高平均有效压力Pe。（最经济有效的方法）
增压 γk Pe Ne
其中 γk — 充量密度。
特性参数 （一） 增压比 k
700~1000 1000~1500 1500
2．按增压系统的机构分类 1）机械增压系统
2）废气涡轮增压系统
3）复合式发动机
4）组合式涡轮增压系统
5）气波增压系统
第二节 废气涡轮增压器的工作原理
车用涡轮增压器由离心式压气机和径流式涡轮机及中间体三部分组成
双涡轮增压系统示意 1-空气滤清器 2一进气旁通阀 3一中冷器 4一谐振室 5一增压压力传感器 6 一进气管 7一喷油器‘8一火花塞 9一涡轮增压器 10一排气 旁通阀 11一排气 旁通阀控制装置 12一排气管
若在整个增压过程中,
Tk
下降或保持为某一常数, 则
T0 const， Tk
此时
k pk C p0
pk k 成正比。 与 p0 0
通常, 为了不使 Tk 过高, 在增 压器与发动机之间设置一个中冷器,
对增压后的空气进行冷却, 称为中
间冷却。
（二） 增压度 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。
2．涡轮机特性曲线
（1）涡轮效率η T：涡轮将废气能量转换为机械功
的有效程度，即
η T＝ＷＴ／ｈＴ
一、离心式压气机的工作原理与特性 1．基本工作原理和主要参数 离心式压气机一般由进气道1、工作轮2、扩 压器3及出气蜗壳所组成。
压气机的主要参数为：
（1）空气的增压比π k=Pk/P0；
（2）流经压气机的空气每秒质量mk（kg/s）或容积
流量V0（m3/s）（相应于压气机的进口状态）；
第六章 车用发动 机的废气涡轮增 压概述
第一节 发动机增压概述
一、增压的基本概念
定义：利用增压器将空气或可燃混合气进行压 缩，
ຫໍສະໝຸດ Baidu再送入发动机气缸的过程。
作用：增加每循环进入气缸的新鲜充量密度，使实
际充量增加，从而达到提高发动机功率和改善经济
性的目的。
提高发动机单机功率的方法，根据
pe Vh i n Ne 103 [ kw ] 30 1. 改变发动机结构参数 — 缸数i，缸径D，冲程S, 冲程数;
N e k
pk i 1 2 hu i D m v Cm 4 R L0 Tk
N e k
pk Tk
增压空气在增压器中压缩是按多变过程进行的。
增压前 — 增压后 —
0 , p0 , T0 , v0
k , pk , Tk , vk
pk v 0 p0 v k
单涡轮增压系统示意图 l一进气旁通阀 2一节气门 3一进气管 4一空气滤清器 5一空气流量计 6一压气机 7一涡轮机 8一催化转换器 9～排气旁通阀 10一排气旁通阀控制装置 11一排气管
汽车用涡轮增压器结构 1一压气机蜗壳 2一无叶式扩压管 3一压气机叶轮 4一密封套 5一增压器轴 6一进气道 7一推力轴承 8一挡油板 9一浮动轴承 1 O一涡轮 机叶轮 11一出气道 1 2一隔热板 1 3一涡轮机蜗壳 14一中间体
堵塞：在某一增压器转速下，通过压气机的气体流
量随增压比的降低而增加。当流量增加到一定数值
后，压气机通道中的某个截面达到临界条件。当增
压比继续降低时，气体流量却不再增加，此时的气 体流量称为堵塞流量，它也是该转速下压气机所对 应的最大流量。
3．通用特性
流量折合成标准大气状态下的参数值。
二、径流式涡轮机的工作原理与特性 1．基本工作原理
k pk 0 p0
n
1 n
压力增长很多而密度增大不多。这主要是因为增压后温度 会升高的缘故, 若增压后温度不变, 则与p成线性关系。
pk 4 时, 才 pk 假定多变指数 n = 2, 则 p0
20
Tk k
则
pk
R
T0 0
p0
R
k T0 pk 0 Tk p0
而平均有效压力
hu i pe m v 0 L0
代入上式, 得未增压时发动机功率的分析式
1 hu i N e i D m v Cm 0 4 L0
2
增压后, 空气密度由未增压时的大气密度 变为增压后的密度
0
pk k R Tk
代入上式, 得到增压后的发动机功率分析式
N e k N e 0 N e k k 1 N e 0 N e 0
Ne-0、Ne-k——分别为增压前、后的功率。
目前车用：10%-60%范围内，大部分20%-30%
二、增压的分类
1．按增压比分类 πk Pe（kP)
低增压 中增压 高增压
超高增压
1.3~1.6 1.6~2.5 〉2.5
•增压比：增压后气体压力与增压前气体压力之比，即 πk=Pk/P0。 由公式
pe Vh i n Ne 103[ KW ] 30
因为
Vh
4
D2 s
30 Cm n s
sn Cm 30
代入上式
pe Cm Ne i D 4
2
（3）压气机转速nk； （4）压气机的绝热效率η η
ad-k；
ad-k：1kg空气的绝热压缩功had-k与实际压缩功hk
之比。
（5）压气机功率。
2．压气机特性曲线
（1）流量特性：表示在
压气机转速不变时，压气
机的增压比πk和绝热效率
η
ad-k随空气流量mk（或V0）
的变化关系。
（2）压气机的喘振与堵塞 在压气机的特性曲线上有一条喘振线，又称 为稳定工作边界。含义：当压气机工作在喘 振线右侧时，其工作是稳定的；而当处于喘 振线左侧时，压气机的功作就变得不稳定甚 至有危险了。因此，把出现喘振的工作点称 为喘振点，对应的流量就是喘振流量。 喘振是离心式叶轮机械所特有的一种异常工 作现象。
（受安装位置和自重的严格限制）
2 提高转速n及活塞平均运行速度Cm; （充气效率和机械效
率下降、燃料经济性、发动机运转可靠性、机件寿命、噪声
限制）
3 提高平均有效压力Pe。（最经济有效的方法）
增压 γk Pe Ne
其中 γk — 充量密度。
特性参数 （一） 增压比 k