第三章废气涡轮增压解析

k
式中： Pek 为增压后功率； Pe 0 为增压前功率。
一般车用发动机增压度在10%-60%的范围内。
2、增压比 k ：发动机增压后气体压力与增压前气体
压力之比，用来表示增压强度。
pk k p0
式中：
pk 为增压后气体压力； p0 为增压前气体压力。
（ 2 ）按增压系统结构来分： 3 、增压的种类： （A 1、机械增压： ）按增压度来分： 压气机由曲轴通过传动装置来驱动。 k 1.3 ~ 1.6 k 1.6 ~ 2.5 特点： 低增压： 中增压：
特殊转子，利用高压废气
脉冲迫使空气被压缩，从
而提高进气压力。
特点：结构简单，加 工方便，低速转矩性能好；
但体积大、噪音大，且易 受进、排气阻力的影响。
4、废气涡轮增压与其他增压方式相比 优点有：
（1）发动机结构无须做重大改变，且增压器
体积小、重量轻，且易实现高增压； （2）由于驱动能量来自废气，相对减少了机
二、进气增压： 定义：利用增压器将空气或可燃混合气压缩后送入发
动机气缸。 作用：增大每循环进入气缸新鲜气体的密度，使实际
充量增大，从而改善发动机的动力性和经济性。
1、增压度 k ：发动机增压后增加的功率与增压前功 率之比，用来表示增压后功率提高的程度。
Pek Pe 0 Pek 1 Pe 0 Pe 0
0.85）。
废气从涡轮入口状态到出口状态的总焓降 H T
涡轮进口气体滞止压力 p T 与出口气 （2）膨胀比 T ： 之比，反映废气在涡轮中作功能力的大小。 体静压力 p0
单位时间通过涡轮的气体质量。 （3）质量流量qmT ：
q T / P 相似流量： mT T T
式中： TT 为滞止温度；PT 为滞止压力。
n T
0
T
0 .6
qmT TT / PT
涡轮特性曲线
三、离心式压气机： 1、压气机结构：
工作轮 空气入口
扩压器
工作轮 外壳 2、压气机作用： 利用涡轮产生的 机械能压缩空气，使 进气压力增大。
外壳 扩压器
空气出口 离心式压气机结构
3、压气机的工作原理： T2 T3
Tk
T0
T1 c1 p1
废气入口
喷嘴叶片环
喷嘴叶片环
工作叶轮 涡轮壳 2、涡轮的作用： 将废气中的能量 尽可能多的转变成推 动涡轮转动的机械功。
涡轮壳 径流式废气涡轮结构 工作叶轮
废气出口
3、涡轮的工作过程（原理）： T1
T0 p0
T2 p1
p2 c2 Tr pr cr
喷嘴叶片环 工作叶轮 废气 出口
c0
废气 涡轮壳道 入口
压气机入口状态下
（2）质量流量 m k （kg/s)和容积流量 V0 （m3/s)。
p a 4' 4
多变
际压缩功之比，表明压气机
轴功转变为有用压缩功的程 度（一般为0.6-0.8）。 （4）压气机转速n：与涡轮转 速相等（几万～十几万转）。
绝热
b
压压压压压压压压
0 V
5、压气机特性曲线：
（1）堵塞：
进气道 工作轮
c2
p3
pk
c0 p0
大气
p2
c3
ck
扩压器
压气机 壳道
离心式压气机工作过程 （1）空气被吸入进气管 （2）机械能转变为气体压能与动能（工作轮） （4）动能进一步转变为压能（壳道）
（3）动能转变为压能（扩压器）
4、压气机主要参数：
pk （1）增压比 k p0
（3）压气机绝热效率 k ： 1kg空气绝热压缩功与实
qmT H T PT T 涡轮发出的功率： 1000
（4）涡轮转速n：与压气机转速相等（几万-十几万转）。
n / T 相似转速： T
式中： TT 为滞止温度。
（5）涡轮特性曲线：
a、膨胀比↑，流量↑；
T T
0.6
0.8
Байду номын сангаас
1.0
气阻：流速达到当地声速时，流量不再增 加，易发生在喷嘴叶片环出口处。 b、转速↑，效率↓； 0.8 c、膨胀比不变时，转速↑，流量↓； 流量不变时，转速↑，膨胀比↑。 1.0
k
mk
当 m k增大到一定程度时
（流速达到当地声速），
k
（2）喘振：
mk不在增大
大 小
流量（流速）过小，造成气
流与壁面分离而产生涡流，引发 强烈振荡，危机设备安全。 所以，离心式压气机的特点 是：转速高堵塞，转速低喘振。
c1
径流式废气涡轮工作简图 （1）废气进入涡轮壳道
可见，经过涡轮后，废气中的部分能量转变为推动涡轮
（2）废气压能转变为动能（喷嘴叶片环）
（3）动能转变为机械能（工作叶轮）
旋转的机械能。
4、涡轮特性：
（1）涡轮效率 T ：废气能量转化为机械功的有效程
度，即涡轮获得的轴功与废气总能量之比（一般为0.65-
it 而 pme mc s a 式中： a 为过量空气系数； s 为进气密度。
1、改变发动机的结构参数。如增加气缸数i，增大气 缸直径D、活塞行程S和减少冲程数τ等。 受到重量、体积、安装等条件的限制。
2、提高发动机转速n和活塞平均速度Cm 受到充量系数φc、ηm和机械强度、使用寿命、噪音等的 限制。 3、提高发动机平均有效压力pme 具体可通过减少过量空气系数φa、提高充量系数φc和 进气密度ρs来实现。
k 4.5 高增压： 超高增压： 160-170kPa) ，否则会使比油耗上升。 缺点：p k 2.5 ~ 4.5 k不宜过大（
B、废气涡轮增压： 原理：利用排气推动涡轮， 带动压气机压缩空气。 特点：充分利用废气能 量，可提高功率30%-50%， 降低油耗5%。
C、复合增压：
D、气波增压： 原理：曲轴驱动一个
械损失（泵气损失）和散热损失，提高了机械效
率和热效率（油耗降低5%-10%）； （3）能降低排气噪音和烟度。 缺点有： （1）增加了进、排管路，使加速反应滞后； （2）热复合严重，对大气温度和排气背压敏感。
第 2节
废气涡轮增压器基本结构和工作原理
一、基本结构：
二、径流式废气涡轮： 1、涡轮的结构：
第三章 发动机增压
本章要求：
了解：发动机增压方式。
理解：涡轮增压器的结构和工作原理。
掌握：离心式涡轮增压器的原理，增压发动
机的特点。
第 1节
发动机增压概述
一、提高发动机功率的方法可由下列公式给出：
pmeVs ni Pe 10 3 30
Pe iD2 Snpme / iD2Cm pme /