涡轮增压器结构原理

排出的废气
• 可以改善涡轮增压发动机的扭矩特 性.
压缩的助燃空 气
• 涡轮增压发动机的高海拔特性好。
• 涡轮增压发动机可在低排量的情况 下使用。
涡轮增压器的结构和功能
涡轮 :
涡轮将气压能转换成机械能，来驱 动压缩机。
空气由于受涡轮流量截面积的限制， 在进口和出口处产生压力差和温度 差。
进气管
涡轮增压器的结构和功能
排气管
涡轮将这个压力差转化为动力，来
驱动涡轮叶轮。
压缩机
排出的废 气
连接压缩机和涡轮 的公共轴
涡轮壳
涡轮叶轮
涡轮壳的种类
水冷的涡轮壳 :
在进行涡轮增压器设计时也要考虑 安全问题。
例如：轮船的轮机舱中,要避免因为 机器表面过热而引起火灾。
因此水冷涡轮壳或是由绝热 材料涂层的涡轮壳广泛应用于航海 作业中。
涡轮增压器的两种类型
1. 机械式涡轮增压器
2. 排气式涡轮增压器
涡轮增压器原理
1. 机械式涡轮增压器
助燃空气被由发动机驱动的压 缩机压缩。
但是增大的输出功率会损失一 部分，这是因为损失的部分需 要用来驱动压缩机。
四缸机械式涡轮增压发动机的示意图
压缩后的助燃空气 由发动机驱 动的压缩机
用来驱动机械式涡轮增压器的 功率占发动机输出功率的15%。
四缸排气式涡轮增压发动机的示意图
压缩机 涡轮
排出的废气
压缩后的助燃 空气
涡轮增压器的结构和功能
涡轮增压器是由公共轴连接的涡轮 和压缩机构成的。
排出的废气驱动涡轮，给压缩机提 供动力。
压缩机将助燃空气吸入，压缩后提 供给发动机。
压缩机 :
通常使用离心式压缩机
涡轮 :
涡轮增压器的涡轮是由涡轮叶轮和 涡轮壳构成的。
下限位点
曲柄轴
四冲程发动机的工作方式
四冲程活塞发动机
(柴油型/ 汽油型)
四冲程活塞发动机工作示意图
4. 排气冲程 : 当活塞从下限位
排 气
点运动到上限位点时, 排气阀 阀
打开，废气从排气阀排出。
进 气 阀
上限位点
排
进
气
气
阀
阀
基于上述原理, 我们可以通过 以下方法提高发动机的功率。
下限位点
➢ 增大汽缸的体积
因此，与具有同样输出功率的 不增压的发动机相比会燃料的 消耗量比较大。
这种方式不够经济。
Slide No.7
涡轮增压器原理
1. 排气式涡轮增压器
在排气式涡轮增压器中,用来驱 动涡轮的空气流，通常是一些 排出的废气。该涡轮驱动与它 同轴的压缩机。压缩机将助燃 空气吸入，压缩后提供给发动 机。
与机械式涡轮增压器不同的是， 排气式涡轮增压器的发动机上 没有连接其他的机械装置。
四冲程发动机的工作方式
四冲程活塞发动机
(柴油型 / 汽油型)
2.
压缩冲程
:
当活塞从下限位点
排 气
运动到上限位点时, 汽缸内物 阀
质的体积被压缩.
四冲程活塞发动机的工作示意图
进 气 阀
上限位点
3. 动力冲程 : 当活塞从上限位 点运动到下限位点时, a) 如果 是汽油发动机, 空气和燃料的 混合物就会被火花塞点燃。 b) 如果是柴油发动机, 燃料在高 压作用下压入汽缸 ，然后空气 混合后发生自燃.
进气管 压缩机
涡轮增压器的结构和功能
排气管
排出的废 气
连接压缩机和涡轮的 公共轴
涡轮壳
涡轮叶轮
Slide No.10
涡轮增压器原理
1. 排气式涡轮增压器的优点
• 燃料的消耗量低于不增压的发动机 （因为排气式涡轮增压器使用的是 废气作为动力）。wk.baidu.com
四缸排气式涡轮增压发动机的示意图
涡轮
压缩机
• 功率与负载的比率 (千瓦 / 千克) 要 高于不增压的发动机。
➢ 增大发动机的转速 ➢ 使用涡轮增压器
曲柄轴
发动机输出功率的改善
➢ 增大气缸的体积 :
因为体积增大后进入燃烧室里的空气会增多，所以会燃烧较多的燃料 释放出更大的能量，从而提高发动机的输出功率。我们可以通过增加气 缸的数量或是增大每个汽缸的体积来达到增大整个系统中气缸体积的目 的。
这种方式在大型 / 重型发动机中比较有效果.
发动机输出功率的改善
在上述两种方式中，发动机以自动送气的形式工作。在吸气冲程时，助 燃空气直接被吸入气缸内。
涡轮增压器:
使用涡轮增压器的发动机, 助燃空气在进入发动机
前就已经被压缩了。发动机吸入同样体积的空气，由于是高压气体,燃烧
室里进入了更大量的空气。因此，在发动机转速和气缸体积一样的条件
下，燃料的量增大，从而使发动机的输出功率增大。
由于考虑到燃料的消耗和损失, 这种增大气缸体积的方式并没有显著的 优点。.
➢ 增大发动机的转速 : 通过增加发动机的速率, 我们可以得到较大的输 出功率. 增加单位时间点火冲程的数量，可以达到增加发动机速率的目 的。考虑到机械稳定性极限，这种改善方法是由局限性的。
而且速度的增加还会使摩擦损失和抽吸损失以指数形式加大 ，同时 造成发动机效率下降。
四冲程发动机的工作方式
在了解涡轮增压器的原理之前,
我们应该先了解内燃机的工作
四冲程活塞发动机的工作示意图
方式.
排
进
气
气
排
进
四冲程活塞发动机
阀
阀
关
打
气
气
阀
阀
(柴油型 / 汽油型)
闭
开
两
上限位点
个
打 开
关 闭
阀
一个工作周期包含4个冲程，在 活塞
门
此过程曲柄轴会完成2周完整的
都
下限位点
关
旋转
闭
1. 吸气冲程 : 当活塞从上限位点 移到下限位点时, 进气阀打开, 空气 (柴油发动机) 或是空气 曲柄轴 和燃料的混合物 (汽油发动机) 从进气阀被吸入汽缸内.
水冷涡轮壳
涡轮壳的种类
带有废气阀门涡轮壳和水冷中间壳的涡轮增压器
涡轮装配件
排气管
涡轮壳
压缩机侧
中间壳
客户需要的装配孔 CIC
进气法兰
客户需要的装配孔
CIC
CIC – 客户界面特性