內(nèi)燃機(jī)的換氣過程

內(nèi)燃機(jī)的換氣過程第一頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日1第五節(jié)內(nèi)燃機(jī)的增壓內(nèi)燃機(jī)所能發(fā)出的最大功率受到氣缸內(nèi)所能燃燒的燃料的限制，而燃料量又受到每個(gè)循環(huán)內(nèi)氣缸所能吸人空氣量的限制。如果空氣能在進(jìn)入氣缸前得到壓縮而使其密度增大、則同樣的氣缸工作容積可以容納更多的新鮮充量，從而就可以多供給燃料，得到更大的輸出功率。這就是增壓的基本目的。內(nèi)燃機(jī)的增壓問題，涉及到增壓器本身、增壓器與內(nèi)燃機(jī)的匹配以及內(nèi)燃機(jī)為適應(yīng)增壓需要而進(jìn)行的必要調(diào)整等內(nèi)容，第二頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日2增壓器直觀認(rèn)識第三頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日3第四頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日4第五頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日5第六頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日6內(nèi)容提要一、增壓技術(shù)概述二、內(nèi)燃機(jī)的增壓方式三、增壓對經(jīng)濟(jì)性及動(dòng)力性能的影響四、發(fā)動(dòng)機(jī)增壓技術(shù)的優(yōu)勢與代價(jià)五、渦輪增壓器的工作特性六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介七、渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配八、內(nèi)燃機(jī)的增壓改造九、汽油機(jī)的增壓技術(shù)第七頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日7增壓技術(shù)萌生于19世紀(jì)，在20世紀(jì)初期得到初步應(yīng)用。隨著材料科學(xué)及制造技術(shù)的進(jìn)步，柴油機(jī)的渦輪增壓技木在20世紀(jì)中葉開始走向大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用、并逐步推廣到汽油機(jī)中。目前，大功率柴油機(jī)的絕大部分、車用柴油機(jī)的半數(shù)以上以及相當(dāng)比例的高性能汽油機(jī)，均采用了增壓技術(shù)。一般而言，增壓后的功率可比原機(jī)提高40%~60%甚至更多。發(fā)動(dòng)機(jī)的平均有效壓力可達(dá)到3MPa。事實(shí)上，增壓已經(jīng)成為發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化的一個(gè)十分重要而有效的技術(shù)手段。一、增壓技術(shù)概述第八頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日8二、內(nèi)燃機(jī)的增壓方式

根據(jù)方式的不同，內(nèi)燃機(jī)增壓可以分成四種類型：(1)機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸直接驅(qū)動(dòng)機(jī)械增壓器，實(shí)現(xiàn)對進(jìn)氣的壓縮。這種方式提出最早，但其優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)同樣突出。(2)排氣渦輪增壓壓氣機(jī)與渦輪同軸相連，構(gòu)成渦輪增壓器。渦輪在排氣能量的推動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)壓氣機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣增壓。(3)氣波增壓利用進(jìn)氣及排氣系統(tǒng)中的波動(dòng)效應(yīng)來壓縮進(jìn)氣，著名的氣波增壓器(Comprex)就是其中之一。(4)復(fù)合增壓由上述各種方式組合而成，如機(jī)械增壓與渦輪增壓的結(jié)合等。從實(shí)際應(yīng)用的情況來看，較為常見的是渦輪增壓和機(jī)械增壓，其中渦輪增壓占了絕大部分，而機(jī)械增壓則在近年來重新得到重視，發(fā)展較快。第九頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日9（一）機(jī)械增壓系統(tǒng)

增壓器由柴油機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的增壓系統(tǒng)稱為機(jī)械增壓系統(tǒng)。此時(shí)驅(qū)動(dòng)增壓器所需的能量由柴油機(jī)本身提供。

福特增壓式6.8升V-10氫內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)第十頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日10圖1-l機(jī)械增壓系統(tǒng)圖

1-排氣管；2-柴油機(jī)氣缸；3-曲軸；4-齒輪；5-壓氣機(jī)；6-進(jìn)氣管系統(tǒng)中的增壓器采用離心式，轉(zhuǎn)瓣式（羅茨式）、或其它型式的機(jī)械泵，由柴油機(jī)曲軸通過齒輪等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)或利用十字頭往復(fù)運(yùn)動(dòng)來帶動(dòng)。機(jī)械增壓工作原理圖

第十一頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日11第十二頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日12優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械增壓的特征，除了在低轉(zhuǎn)速便可獲得增壓外，增壓的動(dòng)力輸出也與曲軸轉(zhuǎn)速成一定的比例，即機(jī)械增壓引擎的油門反應(yīng)隨著轉(zhuǎn)速的提高，動(dòng)力輸出隨之增強(qiáng)，因此機(jī)械增壓引擎的操作感覺與自然氣極為相似，卻能擁有較大的馬力與扭力。

缺點(diǎn)：機(jī)械增壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)增壓器要消耗柴油機(jī)的有效功率，增壓壓力越高，驅(qū)動(dòng)增壓器所消耗的功率也越大。當(dāng)達(dá)到一定增壓壓力后，增壓器所消耗的功率將超過柴油機(jī)由于增壓而提高的功率。

因此機(jī)械增壓系統(tǒng)只適用于低增壓柴油機(jī)，一般單獨(dú)機(jī)械增壓壓力不超過0.15～0.17。這種增壓系統(tǒng)制造容易、成本低，運(yùn)轉(zhuǎn)范圍寬，柴油機(jī)加速和加載性能較好，且在啟動(dòng)與低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也能獲得一定的進(jìn)氣壓力，因而機(jī)械增壓在轎車發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用重新受到關(guān)注。

機(jī)械增壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)第十三頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日13（二）廢氣渦輪增壓系統(tǒng)

增壓器由柴油機(jī)排氣驅(qū)動(dòng)的廢氣渦輪所帶動(dòng)的增壓系統(tǒng)稱為廢氣渦輪增壓系統(tǒng)。中冷渦輪增壓kavachi發(fā)動(dòng)機(jī)

第十四頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日14圖1-2廢氣渦輪增壓系統(tǒng)

1-排氣管；2-柴油機(jī)氣缸；3-壓氣機(jī)；

4-進(jìn)氣管；5-渦輪該系統(tǒng)中的增壓器由廢氣渦輪和壓氣機(jī)兩部分組成，稱為廢氣渦輪增壓器。驅(qū)動(dòng)增壓器所需的功率由柴油機(jī)的排氣能量來提供，即柴油機(jī)的排氣驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器的渦輪，由渦輪帶動(dòng)同軸上的壓氣機(jī)來壓縮空氣，經(jīng)進(jìn)氣管送入氣缸。

第十五頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日15（三）復(fù)合增壓系統(tǒng)

compound-super-chargeddieselengine采用機(jī)械增壓器和廢氣渦輪增壓器聯(lián)合工作的增壓系統(tǒng)稱為復(fù)合增壓系統(tǒng)。

●

串聯(lián)增壓系統(tǒng)

●

并聯(lián)增壓系統(tǒng)

第十六頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日16串聯(lián)增壓系統(tǒng)圖1-3串聯(lián)增壓系統(tǒng)第十七頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日17（四）氣波增壓氣波增壓器是利用氣體的壓縮波和膨張波來傳遞能量的一種增壓器。它由一個(gè)轉(zhuǎn)子和兩個(gè)定子組成(圖1—6)。從發(fā)動(dòng)機(jī)排出的高壓燃?xì)饬鹘?jīng)定子，在轉(zhuǎn)子中對空氣進(jìn)行壓縮。被壓縮的空氣壓力、溫度升高后、從另一定子進(jìn)入氣缸。同時(shí)，空氣對高壓燃?xì)猱a(chǎn)生一個(gè)膨脹波、使燃?xì)鈮毫?、溫度下降。低壓燃?xì)鈴脑瓉淼亩ㄗ优湃氪髿?。轉(zhuǎn)子由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸通過傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，約消耗整機(jī)有效功率1．0％一1．5％。

圖1-6氣波增壓器工作原理圖第十八頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日18與渦輪增壓相比

優(yōu)點(diǎn)：低速運(yùn)行特性、經(jīng)濟(jì)性、加速性↑結(jié)構(gòu)簡單，制造方便缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)尺寸較大，在發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝位置受到一定的限制躁聲較大

第十九頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日19

從第二章中可知，內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性指標(biāo)(以有效功率Pe為代表)與經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)（以有效燃油消耗率be為代表）可以表示為

(4—7)(4—8)三、增壓對經(jīng)濟(jì)性及動(dòng)力性能的影響第二十頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日20假設(shè)增壓后發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n和過量空氣系數(shù)φa保持不變增壓后換氣過程形成正的泵氣功，指示熱效率ηit增加增壓度增加，ηm增加增壓度增加，ρa(bǔ)增加增壓度增加，φc增加所以Pebe第二十一頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日21四、發(fā)動(dòng)機(jī)增壓技術(shù)的優(yōu)勢與代價(jià)優(yōu)勢代價(jià)第二十二頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日22第二十三頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日23優(yōu)勢1)增壓器的質(zhì)量與尺寸都較小，內(nèi)燃機(jī)的總體質(zhì)量增加不大，而輸出功率可以以得到大幅度的提高，整機(jī)的比質(zhì)量減小、升功率相應(yīng)增大。采用增壓技術(shù)可降低內(nèi)燃機(jī)單位功率的造價(jià)，提高材料的利用率。對于大型柴油機(jī)而言，經(jīng)濟(jì)效益更加突出。第二十四頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日24優(yōu)勢2)由于與非增壓內(nèi)燃機(jī)相比，排氣可以在渦輪中獲得進(jìn)一步的膨脹，的排氣噪聲有所降低。第二十五頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日25優(yōu)勢3)增壓后，有利于內(nèi)燃機(jī)在高原稀薄空氣條件下恢復(fù)功率，以達(dá)到或接近平原性能。第二十六頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日26優(yōu)勢4)增壓后，由于壓縮終點(diǎn)溫度與壓力提高，滯燃期縮短，壓力升高比有所降低。燃燒柔和，燃燒噪聲有所降低。第二十七頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日27優(yōu)勢5)過量空氣系數(shù)較大，HC、CO和煙度排放降低第二十八頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日28優(yōu)勢6)技術(shù)適用性廣，從低速到高速、二沖程到四沖程、大缸徑到小缸徑．都有應(yīng)用第二十九頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日29代價(jià)1)增壓后缸內(nèi)工作壓力以及溫度提高，機(jī)械負(fù)荷及熱負(fù)荷加大，內(nèi)燃機(jī)的可靠性受到嚴(yán)峻的考驗(yàn)。2)低速時(shí)由于排氣能量不足，可能會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的低速轉(zhuǎn)矩受到影響以及車用發(fā)動(dòng)機(jī)十分不利。3)由于在渦輪增壓器中，從排氣能量的傳遞到進(jìn)氣壓力的建立需要內(nèi)燃機(jī)的加速響應(yīng)性能較非增壓機(jī)型差。4)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能的進(jìn)一步優(yōu)化．受到增壓器及中冷器的限制，其中增壓器的問題集中在材料、耐熱性能、潤滑、效率等方面，而中冷器則要求體積小、效率高、質(zhì)量輕。第三十頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日30采用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的利弊：

利：有效功率↑30%——50%

燃油消耗率↓10%

排氣凈化、降低躁聲，使在高原工作的內(nèi)燃機(jī)恢復(fù)功率

弊：機(jī)械負(fù)荷↑熱負(fù)荷↑排溫要<650度壓縮空氣溫度高，要采用中冷器發(fā)動(dòng)機(jī)要做相應(yīng)的改造第三十一頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日31內(nèi)容提要一、增壓技術(shù)概述二、內(nèi)燃機(jī)的增壓方式三、增壓對經(jīng)濟(jì)性及動(dòng)力性能的影響四、發(fā)動(dòng)機(jī)增壓技術(shù)的優(yōu)勢與代價(jià)五、渦輪增壓器的工作特性六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介七、渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配八、內(nèi)燃機(jī)的增壓改造九、汽油機(jī)的增壓技術(shù)第三十二頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日32渦輪增壓器由壓氣機(jī)和渦輪兩大部分組成。根據(jù)排氣在渦輪中流動(dòng)方向的不同，排氣渦輪增壓器可以分為兩大類，即徑流式渦輪增壓器和軸流式渦輪增壓器。一般大型柴油機(jī)多采用軸流式，以滿足大流量、高效率的要求；而車用發(fā)動(dòng)機(jī)多采用徑流式，以適應(yīng)高轉(zhuǎn)速及較高響應(yīng)性能的要求。增壓器的壓氣機(jī)部分，一般都采用單級離心式結(jié)構(gòu)。五、渦輪增壓器的工作特性第三十三頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日33按渦輪型式分類（軸流式和徑流式）

大型增壓器多采用軸流式渦輪（即燃?xì)庠跍u輪內(nèi)的流動(dòng)方向平行于轉(zhuǎn)子軸方向）圖2-1軸流式渦輪示意圖

圖2-2徑流式渦輪示意圖1-氣殼；2-工作輪；3-渦輪軸；4-噴嘴環(huán)；5-進(jìn)氣殼a）向心式（徑向進(jìn)氣軸相排氣）；b）離心式；c）混流式1-進(jìn)氣殼；2-噴嘴環(huán)；3-工作輪；4-排氣殼；5-渦輪軸小型增壓器則采用徑流式渦輪（燃?xì)庠跍u輪內(nèi)沿垂直于轉(zhuǎn)子軸軸線的徑向流動(dòng)）五、渦輪增壓器的工作特性第三十四頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日34第三十五頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日351.離心式壓氣機(jī)的工作過程五、渦輪增壓器的工作特性離心式壓氣機(jī)的功用是提高氣體的壓力，它主要由進(jìn)氣道、工作輪(含手風(fēng)輪)、擴(kuò)壓器和出氣蝸殼等部件組成。1進(jìn)氣道2工作葉輪3擴(kuò)壓器4壓氣機(jī)渦殼

離心式壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)第三十六頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日361.離心式壓氣機(jī)的工作過程壓氣機(jī)通道內(nèi)氣體狀態(tài)的變化五、渦輪增壓器的工作特性第三十七頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日37首先，新鮮充量沿截面收縮的軸向進(jìn)氣道進(jìn)人工作輪．氣流略有加速(圖4—14b中的位置1)。然后，氣流進(jìn)人工作輪上葉片組成的氣流通道。由于工作輪的轉(zhuǎn)速很高(一般為每分鐘幾萬轉(zhuǎn)．有時(shí)高達(dá)每分鐘幾十萬轉(zhuǎn))，離心力的作用使得新鮮充量得到了很大的壓縮，其壓力、溫度以及氣流速度均有較大程度的增加(圖中位置2)，這部分能量是由驅(qū)動(dòng)工作輪的機(jī)械功轉(zhuǎn)化而來，而機(jī)械功又是來源于與之間軸鈾相連的渦輪。第三十八頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日38然后，壓力提高了的氣體沿y作輪徑向流出，進(jìn)人擴(kuò)壓器和出氣蝸殼。由于兩者均是截面逐漸增大的通道，氣體所擁有動(dòng)能的大部分會(huì)在其中轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ堋⑦@樣，壓力得以進(jìn)一步升高．而氣流速度則相應(yīng)下降(圖中位置3、4)：同時(shí)，出氣蝸殼還兼有收集流出的氣體以便向內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣管輸送的目的。由此可見，新鮮充量在壓氣機(jī)中完成了一系列的功能轉(zhuǎn)換，并將渦輪機(jī)傳給壓氣工作輪的機(jī)械能，盡可能多地轉(zhuǎn)變?yōu)槌淞康膲毫δ?。第三十九頁，共一百六十八頁?022年，8月28日39***-----壓氣機(jī)的流量特性壓氣機(jī)的通流特性是指在一定環(huán)境條件下（、為一定時(shí)），在某一轉(zhuǎn)速時(shí)，增壓比和效率隨流量而變化的關(guān)系曲線。以流量為橫坐標(biāo)，增壓比和效率為縱坐標(biāo)，轉(zhuǎn)速為參變數(shù)繪出壓氣機(jī)的流量特性曲線。效率和流量的關(guān)系曲線以等效率線的形式畫在增壓比和流量的關(guān)系曲線上，以便于分析。壓氣機(jī)流量特性

2.離心式壓氣機(jī)的特性離心式壓氣機(jī)的特性曲線五、渦輪增壓器的工作特性第四十頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日40壓氣機(jī)特性曲線的變化主要特點(diǎn)：

2．較低轉(zhuǎn)速時(shí)，增壓特性線變化較平坦；轉(zhuǎn)速愈高，則增壓特性線變化愈陡削，這說明在高轉(zhuǎn)速時(shí)，較小的流量變化所對應(yīng)的增壓比的變化較大。1.在等轉(zhuǎn)速運(yùn)行線上，隨著空氣流量的增加，增壓比開始時(shí)是增加的，當(dāng)增加至某一值時(shí)，達(dá)最大值。之后再增壓便逐漸下降，所以，增壓特性線似馬鞍形狀。由圖中還可看出，在等轉(zhuǎn)速運(yùn)行線上，效率隨流量的變化也大致與增壓特性線相似。第四十一頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日413．有一條喘振線。它是不同轉(zhuǎn)速下壓氣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的最小流量點(diǎn)的連線，即壓氣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的邊界線。喘振線以左為喘振區(qū),此時(shí)壓氣機(jī)工作不穩(wěn)定。流過壓氣機(jī)的氣流開始振蕩，嚴(yán)重時(shí)，整臺壓氣機(jī)發(fā)生振動(dòng)并伴隨著特殊的尖叫聲。這種現(xiàn)象稱為喘振現(xiàn)象。喘振線以右為穩(wěn)定工作區(qū)。最小流量點(diǎn)的數(shù)值是隨著轉(zhuǎn)速的升高向增大的方向移動(dòng)。第四十二頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日42***壓氣機(jī)流量特性的成因以徑向葉輪為例，如壓氣機(jī)進(jìn)出口氣流速度相同，在沒有流動(dòng)損失情況下，有效功完全用來壓縮空氣，即

而

為葉輪出口處的輪周速度

為功率系數(shù)

壓比與絕熱壓縮功的關(guān)系為：可見，增壓比與流量無關(guān)，在特性曲線上是一條與橫坐標(biāo)平行的（a-a）直線。2.離心式壓氣機(jī)的特性第四十三頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日43可見，增壓比與流量無關(guān)，在特性曲線上是一條與橫坐標(biāo)平行的（a-a）直線。但實(shí)際流動(dòng)是有損失的，而且這種損失與流動(dòng)最直接合關(guān)。這些損失有以下兩部分。

1．流動(dòng)損失包括摩檫損失、渦流損失等。這種損失以表示，與氣流速度c有關(guān)。當(dāng)流量增大，c必然加快，相應(yīng)增大。則相應(yīng)用來提高壓力的絕熱壓縮功減少，壓比降低。所以，在特性線上、計(jì)及流動(dòng)損失后的壓比線為b—b所示第四十四頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日442．撞擊損失當(dāng)壓氣機(jī)離開設(shè)計(jì)工況時(shí)，氣流角度和葉片的幾何角度不能保持一致，產(chǎn)生撞擊現(xiàn)象。計(jì)及撞擊損失后，壓比與流量的關(guān)系線用c—B—c來表示。第四十五頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日45如圖所示，當(dāng)流量增大時(shí)，入口軸向分速增大，而—定，則氣流撞擊入口邊的背面；當(dāng)流量減小時(shí)，入口軸向分速減小，而不變，則撞擊入口邊的凹面。說明只要?dú)饬髌x設(shè)計(jì)工況，都會(huì)產(chǎn)生撞擊損失。

圖2-10轉(zhuǎn)速不變、流量變化時(shí)葉輪入口處的撞擊現(xiàn)象（a）設(shè)計(jì)工況（b）流量增大（c）流量減小第四十六頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日46***壓氣機(jī)的喘振與堵塞2.離心式壓氣機(jī)的特性流量過小過大喘振堵塞當(dāng)壓氣機(jī)的流量過小,氣體會(huì)在葉輪或擴(kuò)壓器入口出現(xiàn)邊界層分離,導(dǎo)致氣體回流.分離渦流迅速擴(kuò)展到壓氣機(jī)通道的其他部分,氣流出現(xiàn)強(qiáng)烈的振蕩,引起工作輪葉片強(qiáng)烈振動(dòng),產(chǎn)生很大的噪音,為壓氣機(jī)的喘振.當(dāng)流量超過設(shè)計(jì)工況到一定數(shù)值后,壓氣機(jī)的增壓比和效率均急劇下降,而流量卻不再增加,這一現(xiàn)象稱為壓氣機(jī)的堵塞.設(shè)計(jì)或選配時(shí)保證壓氣機(jī)具有寬廣的工作范圍,以滿足增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)要求.第四十七頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日47圖2-10轉(zhuǎn)速不變、流量變化時(shí)葉輪入口處的撞擊現(xiàn)象（a）設(shè)計(jì)工況（b）流量增大（c）流量減小第四十八頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日48圖2-11在一定轉(zhuǎn)速、不同流量下葉片擴(kuò)壓器的空氣流動(dòng)情況（a）設(shè)計(jì)工況（b）流量增大

（c）流量減小第四十九頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日49一般來說,葉片擴(kuò)壓器流道內(nèi)氣體分離的擴(kuò)大是壓氣機(jī)喘振的主要原因,而工作葉輪進(jìn)口處氣流分離的擴(kuò)大會(huì)使喘振進(jìn)一步加劇.如小型增壓器中普遍采用的無葉擴(kuò)壓器,不僅使工作流量范圍擴(kuò)大,又可避免壓氣機(jī)的喘振現(xiàn)象的發(fā)生.第五十頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日503.徑流式渦輪機(jī)的工作原理五、渦輪增壓器的工作特性**徑流式渦輪的結(jié)構(gòu)渦輪主要內(nèi)進(jìn)氣殼、噴嘴環(huán)、工作葉輪和排氣殼等部件組成。進(jìn)氣殼

(也稱蝸殼)的作用，是把發(fā)動(dòng)機(jī)排出的具有一定能量的廢氣，以盡量小的流動(dòng)損失和盡量均勺的分布引導(dǎo)到渦輪噴嘴環(huán)的入口。噴嘴環(huán)

又稱導(dǎo)向器，流通截面呈漸縮形，其作用是使具有一定壓力和溫度的燃?xì)馀蛎浖铀俨匆?guī)定的方向進(jìn)入工作葉輪。工作葉輪

(簡稱葉輪)是唯一承受氣體作功的元件．它與壓氣機(jī)葉輪同軸、把氣體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功向壓氣機(jī)輸出。排氣殼

收集葉輪排出的廢氣并送入大氣。第五十一頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日51**渦輪機(jī)工作原理噴嘴環(huán)上的導(dǎo)向葉片構(gòu)成的是漸縮曲線型通道，廢氣進(jìn)入噴嘴通道，在此彎曲的收縮通道內(nèi)廢氣膨脹，部分壓力能變成動(dòng)能，廢氣的絕對速度↑，溫度和壓力↓。工作輪葉片一般也組成收縮通道，在工作輪葉片中，燃?xì)饫^續(xù)膨脹，壓力溫度↓。當(dāng)氣流流過工作葉輪時(shí)，氣流轉(zhuǎn)彎，由于離心力作用的結(jié)果，在葉片凹面壓力得到提高，而凸面降低。產(chǎn)生帶動(dòng)工作葉輪旋轉(zhuǎn)的扭矩。3.徑流式渦輪機(jī)的工作原理第五十二頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日52**廢氣渦輪的特性曲線與壓氣機(jī)一樣，渦輪在變工況時(shí)氣流參數(shù)的變化是通過特性曲線來表示的。渦輪特性曲線表示了在各種工況下渦輪主要工作參數(shù)間的變化關(guān)系，是確定渦輪與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配合理與否的至要依據(jù)。渦輪性能曲線最常用的形式是表征渦輪通流能力的流量特性曲線和表征渦輪效率變化的效率特性曲線。

3.徑流式渦輪機(jī)的工作原理第五十三頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日53**廢氣渦輪的特性曲線3.徑流式渦輪機(jī)的工作原理n一定時(shí)，隨著流量的增加有一最佳效率值。每一轉(zhuǎn)速下，有相應(yīng)的流量及范圍。隨著流量的增加，有一最大值為A，再增大，流量不再增加，稱為廢氣的阻塞現(xiàn)象。發(fā)生流量阻塞的原因是噴嘴環(huán)或渦輪葉輪中某處氣流速度已達(dá)到了當(dāng)?shù)芈曀佟u輪實(shí)際工作時(shí)，由于噴嘴出口處流速最高。往往是該處先于葉輪發(fā)生流量阻塞。第五十四頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日54內(nèi)容提要一、增壓技術(shù)概述二、內(nèi)燃機(jī)的增壓方式三、增壓對經(jīng)濟(jì)性及動(dòng)力性能的影響四、發(fā)動(dòng)機(jī)增壓技術(shù)的優(yōu)勢與代價(jià)五、渦輪增壓器的工作特性六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介七、渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配八、內(nèi)燃機(jī)的增壓改造九、汽油機(jī)的增壓技術(shù)第五十五頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日55六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介廢氣渦輪增壓的兩種基本形式

渦輪增壓系統(tǒng)的兩種基本形式

a）定壓增壓系統(tǒng)（b）脈沖增壓系統(tǒng)第五十六頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日56六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介1.定壓渦輪增壓系統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)所有氣缸的排氣管都連接于一根排氣總管而排氣總管的容積又盡可能做得大。這樣一來，排氣管實(shí)際上就起了集氣箱作用。這時(shí)雖然各氣缸的排氣時(shí)間是岔開的，但由于集氣箱的穩(wěn)壓作用，因而在排氣總管內(nèi)的壓力振蕩是較小的?？梢哉J(rèn)為渦輪前排氣管內(nèi)壓力基本上是恒定的，即工質(zhì)在恒定壓力狀態(tài)下進(jìn)入渦輪。第五十七頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日57六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介1.定壓渦輪增壓系統(tǒng)***定壓增壓對內(nèi)燃機(jī)廢氣能量的利用2-0：增壓器進(jìn)氣過程0-a：增壓器充量的壓縮過程，a為增壓壓力a-3：增壓器等壓排氣3-a：內(nèi)燃機(jī)等壓吸氣過程a-c：壓縮過程c-z：燃燒過程z-b：膨脹過程b-5：排氣門打開時(shí)的定容排氣5-4：定壓排氣排氣管為恒定壓力4-e：渦輪進(jìn)氣e-f：渦輪中的膨脹f-2：渦輪等壓排氣第五十八頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日58排氣門打開時(shí)排氣等熵膨脹至大氣壓力時(shí)所作的功1－b－f－1排氣經(jīng)排氣門節(jié)流和排氣歧管中自由膨脹所損失的能量排氣在渦輪中進(jìn)一步膨脹所回收的能量1.定壓渦輪增壓系統(tǒng)***定壓增壓對內(nèi)燃機(jī)廢氣能量的利用第五十九頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日59活塞推出排氣使排氣增加的能量排氣中渦輪的可用能量掃氣空氣進(jìn)入渦輪后具有的能量排氣在渦輪中的膨脹功1.定壓渦輪增壓系統(tǒng)***定壓增壓對內(nèi)燃機(jī)廢氣能量的利用第六十頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日60活塞推出排氣使排氣增加的能量掃氣空氣進(jìn)入渦輪后具有的能量排氣在渦輪中的膨脹功損失的能量E1中的一小部分，轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，加熱排氣，使焓值增加而得到的附加能量渦輪前排氣的可用能量***定壓增壓對內(nèi)燃機(jī)廢氣能量的利用1.定壓渦輪增壓系統(tǒng)第六十一頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日61廢氣的擁有能分為：(b-e-5-b)(5-e-f-1-5)無論是變壓還是恒壓系統(tǒng)均在渦輪中膨脹做功恒壓系統(tǒng)、變壓系統(tǒng)的差別很大。恒壓系統(tǒng)中，由于排氣管壓力維持恒定，全部在節(jié)流中損失，損失而產(chǎn)生的熱量將用來加熱排氣管中的工質(zhì)，使溫度提高。渦輪功面積增加e-e’-f’-f-e.***定壓增壓對內(nèi)燃機(jī)廢氣能量的利用1.定壓渦輪增壓系統(tǒng)第六十二頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日62廢氣回收率占損失能量的比例為:

且廢熱回收的比例愈大.

當(dāng)增壓壓力較低，而渦輪增壓器的綜合效率又不很高時(shí)，恒壓系統(tǒng)就難以實(shí)現(xiàn)功率平衡要求。其原因就在于能量E1沒有很好地加以利用。

為了很好地利用E1，提出了脈沖增壓系統(tǒng)。第六十三頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日632脈沖增壓系統(tǒng)使排氣管中的壓力造成盡可能大的壓力波動(dòng)，渦輪增壓器盡量靠近氣缸；把排氣管做得短而細(xì)，盡量減小排氣管容積。為在一根排氣管中形成互不干擾的排氣脈沖波進(jìn)入廢氣渦輪機(jī)，要根據(jù)氣缸數(shù)按內(nèi)燃機(jī)的發(fā)火順序組成幾根排氣管，每根排氣管各自連接幾個(gè)氣缸(通常為2缸或3缸)。必須把渦輪的噴嘴環(huán)(即渦輪進(jìn)口)，根據(jù)排氣管的數(shù)目分組隔開，使它們互不干擾。如發(fā)火順序?yàn)閘—5—3—6—2—4的六缸四沖程增壓柴油機(jī)排氣管分組情況。六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介第六十四頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日64

兩種增壓系統(tǒng)在廢氣能量利用的區(qū)別（1）采用脈沖增壓可以對面積E1所示脈沖能量加以利用。在脈沖增壓系統(tǒng)中，由于排氣管容積很小，在排氣閥開啟后，排氣管中壓力迅速升高，形成了圖中所示的壓力波---排氣脈沖波。由于排氣管的壓力迅速提高，使氣體處于亞臨界流動(dòng)。排氣壓差的減小，使排氣節(jié)流損失下降，從而提高了對能量E1的利用率。且瞬時(shí)進(jìn)入渦輪的廢氣壓力較高，在渦輪內(nèi)瞬時(shí)膨脹功大。（2）排氣管截面細(xì)，氣流速度高，部分氣流的動(dòng)能可以在渦輪中加以利用。

可見，脈沖增壓系統(tǒng)比定壓增壓系統(tǒng)可以較好地利用內(nèi)燃機(jī)的廢氣能量。

第六十五頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日653．脈沖增壓系統(tǒng)和定壓增壓系統(tǒng)的比較和選用排氣能量的利用比較六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介脈沖增壓:排氣節(jié)流造成的排氣能量的損失比定壓增壓系統(tǒng)小,而且能利用排氣的脈沖能量。而定壓增壓不能利用脈沖能量。所以脈沖增壓對排氣能量的利用比定壓要好。但當(dāng)增壓比提高時(shí)，排氣管內(nèi)壓力升高，定壓系統(tǒng)的排氣能量損失有所下降。且脈沖能量在排氣能量中所占的比重降低，所以兩種系統(tǒng)對排氣能量的利用效果隨增壓比的提高而接近。當(dāng)增壓比小于2.5時(shí)，脈沖增壓對排氣能量的利用比定壓要好。第六十六頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日663．脈沖增壓系統(tǒng)和定壓增壓系統(tǒng)的比較和選用掃氣作用

比較定壓增壓系統(tǒng)：

脈沖增壓系統(tǒng)：

較小，組織良好掃氣有一定困難

因排氣前期高，排氣速度大，后期下降快，正處于氣門疊加期，

大，有利于掃氣第六十七頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日673．脈沖增壓系統(tǒng)和定壓增壓系統(tǒng)的比較和選用加速性能比較脈沖增壓的加速加載性能較好，由于脈沖增壓排氣管容積小，幾個(gè)工作循環(huán)后壓力很快上升，增壓器能迅速加速到規(guī)定轉(zhuǎn)速，保證柴油機(jī)掃氣的要求。而定壓增壓在柴油機(jī)加速加載時(shí)反應(yīng)性能差，即快速加速加載時(shí)，排氣能量不能快速增加，壓力因而也難于快速提高，造成短時(shí)間內(nèi)空氣流量不足，使柴油機(jī)冒煙。此外，在內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速減低時(shí)，脈沖增壓系統(tǒng)的可用能與定壓增壓系統(tǒng)的可用能之比增大，有利于改善內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性。第六十八頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日683．脈沖增壓系統(tǒng)和定壓增壓系統(tǒng)的比較和選用增壓器的效率比較定壓增壓由于進(jìn)入渦輪的壓力基本恒定，故渦輪效率較高。脈沖增壓：在開始排氣時(shí)排氣以很高的流速進(jìn)入渦輪，流動(dòng)損失增加；脈沖增壓渦輪為脈動(dòng)進(jìn)氣，進(jìn)入工作輪葉片的排氣流動(dòng)方向也是周期地改變，使氣流撞擊損失增加；脈動(dòng)的壓力有時(shí)還造成渦輪機(jī)的部分進(jìn)氣現(xiàn)象，因此渦輪效率較低。第六十九頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日693．脈沖增壓系統(tǒng)和定壓增壓系統(tǒng)的比較和選用增壓器的結(jié)構(gòu)比較定壓增壓系統(tǒng)排氣管結(jié)構(gòu)簡單，這對于氣缸數(shù)目很多的柴油機(jī)在結(jié)構(gòu)布置上尤為重要。而脈沖增壓系統(tǒng)排氣管要進(jìn)行分支，使排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，布置困難。第七十頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日70脈沖系統(tǒng)和定壓系統(tǒng)的選用

高增壓柴油機(jī)高，排出的廢氣能量回收比例大，故多采用定壓增壓。且渦輪前壓力恒定，渦輪效率提高。低增壓柴油機(jī)定壓系統(tǒng)低，節(jié)流損失大，采用脈沖增壓系統(tǒng)更好。高增壓柴油機(jī)變工況特別是出現(xiàn)低負(fù)荷情況下，用脈沖增壓系統(tǒng)更好。船用、發(fā)電用車用第七十一頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日71內(nèi)容提要一、增壓技術(shù)概述二、內(nèi)燃機(jī)的增壓方式三、增壓對經(jīng)濟(jì)性及動(dòng)力性能的影響四、發(fā)動(dòng)機(jī)增壓技術(shù)的優(yōu)勢與代價(jià)五、渦輪增壓器的工作特性六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介七、渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配八、內(nèi)燃機(jī)的增壓改造九、汽油機(jī)的增壓技術(shù)第七十二頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日72七、渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配內(nèi)燃機(jī)與渦輪增壓器只通過內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)排氣流動(dòng)聯(lián)系。內(nèi)燃機(jī)的工作特性參數(shù)是用轉(zhuǎn)速和負(fù)荷來表示的，不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下排氣的流量和溫度不同，即排氣的能量不同，通過增壓器轉(zhuǎn)換后，反過來影響進(jìn)氣狀態(tài)，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和排氣狀態(tài)，在穩(wěn)定狀態(tài)下達(dá)到一種平衡。內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍是從最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速到標(biāo)定轉(zhuǎn)速，負(fù)荷變化從零到滿負(fù)荷，要使增壓內(nèi)燃機(jī)有良好的性能，就必須使渦輪和壓氣機(jī)的聯(lián)合運(yùn)行在寬廣的范圍內(nèi)與內(nèi)燃機(jī)有良好的配合，彼此適應(yīng)，這就是所謂的渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配。第七十三頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日731.內(nèi)燃機(jī)使用特性的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換第七十四頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日74第七十五頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日752.聯(lián)合運(yùn)行線聯(lián)合運(yùn)行線

為了討論運(yùn)行線的聯(lián)合，以單級渦輪增壓系統(tǒng)為例

2發(fā)動(dòng)機(jī)某一工況下，對應(yīng)該工況功率所需的增壓力基本確定，因此，壓氣機(jī)提供的增壓壓力必須等于發(fā)動(dòng)機(jī)所需的增壓壓力。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，壓氣機(jī)所提供的空氣正好等于內(nèi)燃機(jī)所需的空氣量。因此，在穩(wěn)定工況下，壓氣機(jī)特性線上的流量和內(nèi)燃機(jī)所需的流量相等。

因此，可以將內(nèi)燃機(jī)的使用特性圖與壓氣機(jī)特性圖統(tǒng)一起來，構(gòu)成增壓器和內(nèi)燃機(jī)聯(lián)合后的工作運(yùn)行線。第七十六頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日76第七十七頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日773、聯(lián)合運(yùn)行線的限制

內(nèi)燃機(jī)增壓系統(tǒng)由壓氣機(jī)、渦輪及內(nèi)燃機(jī)等聯(lián)合運(yùn)行，它們之間的參數(shù)互相影響，十分復(fù)雜。各自的限制條件均反映在運(yùn)行線上。換句話說，聯(lián)合運(yùn)行線的限制條件是壓氣機(jī)、渦輪和內(nèi)燃機(jī)三者限制條件的綜合反映。

第七十八頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日783、聯(lián)合運(yùn)行線的限制

壓氣機(jī)的限制

1最高轉(zhuǎn)速限制線

發(fā)動(dòng)機(jī)按負(fù)荷特性運(yùn)行時(shí)，隨著負(fù)荷的增加，雖然發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變，但循環(huán)供油量增加，廢氣溫度和壓力都相應(yīng)提高，既渦輪進(jìn)口焓值增加，增壓器轉(zhuǎn)速增加。第七十九頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日79壓氣機(jī)的限制

1最高轉(zhuǎn)速限制線

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)按外特性運(yùn)行時(shí)，循環(huán)供油量變化不大，隨著負(fù)荷減小，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，流量增大，廢氣流量也增大，渦輪轉(zhuǎn)速升高。

當(dāng)增壓器轉(zhuǎn)速超過某一值后，離心力增加過大，以致超過葉輪機(jī)械強(qiáng)度所能承受的程度，就會(huì)發(fā)生事故。因此壓氣機(jī)有一條最高轉(zhuǎn)速限制線(曲線6)。第八十頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日80壓氣機(jī)的限制

2.喘振邊界線

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷或轉(zhuǎn)速降低都伴隨著流量的減少。若發(fā)動(dòng)機(jī)流量減少到壓氣機(jī)喘振邊界線以左，使壓氣機(jī)進(jìn)入喘振區(qū)，即無法工作。因此，壓氣機(jī)運(yùn)行受喘振邊界線的限制(如曲線5)。第八十一頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日81渦輪限制條件1.最高溫度限制線

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增加，轉(zhuǎn)速升高，都伴隨著排氣溫度升高。當(dāng)排氣溫度超過渦輪材料熱應(yīng)力承受的程度，就會(huì)發(fā)生事故。因此，渦輪有一條最高溫度限制線(如曲線7)。

第八十二頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日82渦輪限制條件2.最高轉(zhuǎn)速限制線

這與壓氣機(jī)一樣，轉(zhuǎn)速過高，離心力過大，以致超過葉輪材料強(qiáng)度所能承受的程度，就會(huì)發(fā)生事故。渦輪葉輪的材料優(yōu)于壓氣機(jī)葉輪，但渦輪工作溫度顯著高于壓氣機(jī)。所以增壓器最高轉(zhuǎn)速限制線應(yīng)根據(jù)壓氣機(jī)和渦輪的實(shí)際薄弱環(huán)節(jié)來確定。第八十三頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日83渦輪限制條件

3.噴嘴環(huán)出口流量阻塞線廢氣流經(jīng)渦輪，在噴嘴環(huán)出口處流通面積最小，流速最大。根據(jù)噴嘴流動(dòng)理論、喉部最大流速為當(dāng)?shù)匾羲?，即?dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)流量增大，以致噴嘴中的膨脹比為臨界膨脹比時(shí)，流經(jīng)渦輪的流量達(dá)到最大值。這時(shí)，即使發(fā)動(dòng)機(jī)流量再增大，渦輪的流量也不再增大，除非增大噴嘴環(huán)喉部流通而積。因此，渦輪有一條最大流量的限制線，也稱流量阻塞線(如曲線l0)。

不過，在增壓系統(tǒng)中，渦輪的流量范圍很寬，而且噴嘴環(huán)面積可以變動(dòng)，所以這條限制線一般不會(huì)出現(xiàn)。

第八十四頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日84發(fā)動(dòng)機(jī)的限制條件

1.冒煙限制線

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷降低時(shí)，廢氣溫度降低，渦輪轉(zhuǎn)速下降，壓氣機(jī)壓比和流量減少，然而按外特性運(yùn)行的柴油機(jī)供油量不變，造成低速冒煙，煙度超標(biāo)后，柴油機(jī)不能運(yùn)行。因而，運(yùn)行線受冒煙限制線的制約。（如曲線9）第八十五頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日85發(fā)動(dòng)機(jī)的限制條件

2.最低效率線

增壓系統(tǒng)的熱效率與發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率、渦輪增壓器的總效率有關(guān)。渦輪增壓器的總效率和壓氣機(jī)絕熱效率、渦輪絕熱效率及機(jī)械效率有關(guān)。尤其是壓氣機(jī)絕熱效率的高低對增壓系統(tǒng)的熱效率關(guān)系最為密切。若聯(lián)合運(yùn)行線在壓氣機(jī)的低效區(qū)工作，則發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、油耗率將會(huì)直接受損。因此，運(yùn)行線受壓氣機(jī)最低效率線的限制(見曲線8)。

第八十六頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日86綜合增壓系統(tǒng)的各組成件的限制條件，聯(lián)合運(yùn)行線受6條限制線的制約：即喘振邊界線：最高轉(zhuǎn)速線；最高溫度線；冒煙限制線；流量阻塞線及最低效率線。換句話說，聯(lián)合運(yùn)行線必須在這6條限制線之內(nèi)，工作才會(huì)正常。

第八十七頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日87聯(lián)合運(yùn)行線合理性判別

增壓系統(tǒng)的聯(lián)合運(yùn)行線即使在6條限制線以內(nèi)，仍不一定說明匹配合理。聯(lián)合運(yùn)行線的合理與否判別標(biāo)準(zhǔn)有以下兩條：1．運(yùn)行線在壓氣機(jī)特性線的高效區(qū)，即發(fā)動(dòng)機(jī)各使用工況都在壓氣機(jī)特性線的高效區(qū)。

2．為避免運(yùn)行線竄入喘振區(qū)，運(yùn)行線應(yīng)和喘振邊界線大致平行，并與其保持一定的距離，大體為設(shè)計(jì)工況流量的10％一15％★如果聯(lián)合運(yùn)行線不符合上述標(biāo)準(zhǔn)，就應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。第八十八頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日884、聯(lián)合運(yùn)行線的調(diào)整

為了達(dá)到匹配要求，盡管改變內(nèi)燃機(jī)的某些參數(shù)（如排氣管設(shè)計(jì)、配氣系統(tǒng)參數(shù)等），可使聯(lián)合運(yùn)行線的位置發(fā)生變動(dòng)，但改變渦輪增壓器的某些參數(shù)（如噴嘴環(huán)截面積、壓氣機(jī)葉片擴(kuò)壓器葉片安裝角等），也可以使聯(lián)合運(yùn)行線和喘振線位置發(fā)生移動(dòng)，達(dá)到滿意的效果。后者更方便。第八十九頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日894、聯(lián)合運(yùn)行線的調(diào)整

每個(gè)型號的渦輪增壓器都有其合適的使用流量范圍，通常是從喘振線到某一效率等值線或堵塞線所包括的區(qū)域**流量范圍的選擇若聯(lián)合運(yùn)行線在壓氣機(jī)喘振邊界線左邊較遠(yuǎn)的距離，如下圖中的曲線1所示位置，說明選取的壓氣機(jī)型號偏大，無法匹配，應(yīng)另選小一號的壓氣機(jī)。若聯(lián)合運(yùn)行線在線2所示的位置，則說明所選用的壓氣機(jī)太小，其流量可以勉強(qiáng)滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的要求，但壓氣機(jī)在低效區(qū)工作，增壓系統(tǒng)的熱效率不高，應(yīng)換取大一號壓氣機(jī)。

第九十頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日90平行移動(dòng)法

若聯(lián)合運(yùn)行線在喘振邊界線附近，但離喘振線距離大近，換一個(gè)型號、離高效區(qū)又太遠(yuǎn)。在這種情況下，可采取平行移動(dòng)法使壓氣機(jī)特性曲線相對原位置平移一個(gè)較小的距離。

水平移動(dòng)法

垂直移動(dòng)法

4、聯(lián)合運(yùn)行線的調(diào)整

第九十一頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日91平行移動(dòng)法

水平移動(dòng)法

4、聯(lián)合運(yùn)行線的調(diào)整

第九十二頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日92平行移動(dòng)法

垂直移動(dòng)法

增大壓氣機(jī)渦殼尺寸，減少無葉擴(kuò)壓器及集氣渦殼動(dòng)能對壓力能的轉(zhuǎn)換，可以減小壓氣機(jī)出口靜壓力，使壓氣機(jī)特性垂直下移，反之，上移。4、聯(lián)合運(yùn)行線的調(diào)整

第九十三頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日93轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)法

若聯(lián)合運(yùn)行線在喘振線附近，但又不平行，或大流量在工作區(qū)，小流量在喘振區(qū)；或大流量在喘振區(qū)，小流量在工作區(qū)。對采用有擴(kuò)壓器的壓氣機(jī)，可以改變擴(kuò)壓器葉片安裝角的方法使特性曲線轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，以適應(yīng)聯(lián)合運(yùn)行線的需要。當(dāng)擴(kuò)壓器葉片安裝角減小，流通面積縮小，同時(shí)，氣流進(jìn)入擴(kuò)壓葉片產(chǎn)生撞擊損失。這影響擴(kuò)壓器效率及壓氣機(jī)出口壓力，在大流量時(shí)表現(xiàn)更為突出，故壓氣機(jī)特性曲線順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。反之，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。但減小安裝角的方法是以降低效率為代價(jià)。

4、聯(lián)合運(yùn)行線的調(diào)整

第九十四頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日94利用噴嘴環(huán)出口面積的變化對渦輪增壓及內(nèi)燃機(jī)發(fā)生的一系列影響來實(shí)現(xiàn)的調(diào)節(jié)法。這種影響互相牽連和制約。對增壓器的影響當(dāng)噴嘴環(huán)出口面積減小，在發(fā)動(dòng)機(jī)及增壓器其它條件不變的情況下，噴嘴出口氣流速度增大，轉(zhuǎn)子速度升高，壓氣機(jī)出口壓力升高，壓氣機(jī)特性線上移。反之既下移。4、聯(lián)合運(yùn)行線的調(diào)整

第九十五頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日952、對內(nèi)燃機(jī)的影響

當(dāng)噴嘴環(huán)出口面積減小，內(nèi)燃機(jī)通流能力減小，使用特性線向減小流量方向移動(dòng)。反之，向增大流量方向移動(dòng)。

4、聯(lián)合運(yùn)行線的調(diào)整

第九十六頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日96噴嘴環(huán)面積的變動(dòng)對內(nèi)燃機(jī)排氣背壓有直接影響，這影響內(nèi)燃機(jī)的換氣品質(zhì)。另外，噴嘴環(huán)面積變化過大，大于15%以后，對反動(dòng)度有明顯的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)噴嘴環(huán)出口通流面積減小20％，反動(dòng)度將下降10％左右，這時(shí)渦輪效率下降約6%。噴嘴環(huán)出口通流面積變動(dòng)20％左右，可以認(rèn)為是調(diào)整的一個(gè)限度，否則要同時(shí)改變動(dòng)葉輪通流面積。

4、聯(lián)合運(yùn)行線的調(diào)整

第九十七頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日97在試驗(yàn)中，一般用負(fù)荷特性來尋找最佳噴嘴環(huán)出口通流面積，減小噴嘴環(huán)出口通流面積將增加活塞排氣推出功，使燃油消耗率增加，只是在高速、高負(fù)荷時(shí)由于渦輪功增大，壓縮空氣功增大，使進(jìn)入的空氣量增大．才使燃油消耗率下降，因此渦輪噴嘴環(huán)出口通流面積的選取在于高、低負(fù)荷工況下燃油稍耗率值之間的折衷。4、聯(lián)合運(yùn)行線的調(diào)整第九十八頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日984、聯(lián)合運(yùn)行線的調(diào)整

**聯(lián)合運(yùn)行線的調(diào)整調(diào)整渦輪增壓器的某些結(jié)構(gòu)參數(shù)，如增大渦輪噴嘴環(huán)出口截面積等，將發(fā)動(dòng)機(jī)的聯(lián)合運(yùn)行線向下移動(dòng)。對于書上的例子，將使其離開喘振線進(jìn)入正常區(qū)域。當(dāng)噴嘴環(huán)出口面積減小，在發(fā)動(dòng)機(jī)及增壓器其它條件不變的情況下，噴嘴出口氣流速度增大，轉(zhuǎn)子速度升高，壓氣機(jī)出口壓力升高，壓氣機(jī)特性線上移。反之既下移。第九十九頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日994、聯(lián)合運(yùn)行線的調(diào)整

**壓氣機(jī)堵塞的控制壓氣機(jī)堵塞現(xiàn)象的產(chǎn)生，是在某個(gè)流通截面下，氣體運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到了聲速而導(dǎo)致流量不再增加。臨界截面一般出現(xiàn)在葉片擴(kuò)壓器的進(jìn)口喉部附近，但當(dāng)葉輪進(jìn)口喉部面積過小時(shí)，也可能造成在葉輪喉口發(fā)生堵塞。因此，適當(dāng)增加葉片擴(kuò)壓器喉口面積和葉輪喉口面積，可以提高壓氣機(jī)的堵塞流量，從而擴(kuò)大壓氣機(jī)的工作流量范圍。第一百頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日1004、聯(lián)合運(yùn)行線的調(diào)整

**渦輪增壓器超速和增壓壓力的調(diào)整渦輪增壓器超速采用增大渦輪噴嘴面積的方法，減小渦輪前的排氣能量，可克服增壓器的超速問題。增壓內(nèi)燃機(jī)的功率尚未達(dá)到標(biāo)定值時(shí)，增壓器轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到允許的最大值，若繼續(xù)增加發(fā)動(dòng)機(jī)功率，增壓器將處于超速狀態(tài)，這是不允許的。第一百零一頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日1014、聯(lián)合運(yùn)行線的調(diào)整

**渦輪增壓器超速和增壓壓力的調(diào)整為避免渦輪增壓器超速，同時(shí)改善車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性放氣（廢氣旁通）可變幾何參數(shù)渦輪第一百零二頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日102第一百零三頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日103第一百零四頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日104第一百零五頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日105第一百零六頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日106第一百零七頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日107第一百零八頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日108內(nèi)容提要一、增壓技術(shù)概述二、內(nèi)燃機(jī)的增壓方式三、增壓對經(jīng)濟(jì)性及動(dòng)力性能的影響四、發(fā)動(dòng)機(jī)增壓技術(shù)的優(yōu)勢與代價(jià)五、渦輪增壓器的工作特性六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介七、渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配八、內(nèi)燃機(jī)的增壓改造九、汽油機(jī)的增壓技術(shù)第一百零九頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日109為了適應(yīng)增壓的要求，內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作參數(shù)要進(jìn)行適當(dāng)?shù)母膭?dòng)c1．壓縮比與過量空氣系數(shù)為了降低爆發(fā)壓力，增壓內(nèi)燃機(jī)應(yīng)適當(dāng)降低壓縮比。增壓比越高，壓縮比降低越大，但過高的降幅會(huì)惡化內(nèi)燃機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能，而且會(huì)引起冷起動(dòng)困難。對于汽油機(jī)而言，更容易誘發(fā)爆燃，故降低壓縮比更是比較普通的選擇；為了降低內(nèi)燃機(jī)的熱負(fù)荷和改善經(jīng)濟(jì)性。增壓內(nèi)燃機(jī)可適當(dāng)加大過量空氣系數(shù)，如車用柴油機(jī)的a：一般較小，增壓后一般將其增大10%~30%。八、內(nèi)燃機(jī)的增壓改造第一百一十頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日1102．供油系統(tǒng)為廠適應(yīng)增壓后功率增大的要求，需要增加每循環(huán)的供油量。對于增壓柴油機(jī)而言，為了使供油持續(xù)期近似不變，常采用以下方法：增大柱塞直徑、增加供油速率、提高噴油比例、加大噴孔直徑等，這些措施也可保證燃油噴注在空氣密度提高的情況下有足夠的貫穿距離。同時(shí)，適當(dāng)?shù)販p小噴油提前角，可以限制最高爆發(fā)壓力的增長?；推魇狡蜋C(jī)在增壓后．也需要對量孔、供袖泵、點(diǎn)火角調(diào)整裝置等處進(jìn)行調(diào)整。八、內(nèi)燃機(jī)的增壓改造第一百一十一頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日1113．配氣系統(tǒng)利用增壓壓力比排氣壓力高的有利條件，應(yīng)合理地加大配氣系統(tǒng)的氣門疊開角。以增加氣缸掃氣，從而降低內(nèi)燃機(jī)的熱負(fù)荷。增壓柴油機(jī)的試驗(yàn)表明，氣門疊開角每增加10o（CA）活塞平均溫度降低4o（CA）。合理增大氣門疊開角，除了降低發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷以外，還由于氣缸內(nèi)廢氣掃除徹底和進(jìn)氣終點(diǎn)溫度的降低，使充量系數(shù)增大。此外，由于降低了排氣溫度，渦輪的工作條件也在一定程度上得到了改善；但當(dāng)增壓壓力較高(如pb＞300kPa)和采用進(jìn)氣中冷技術(shù)后，氣門疊開角反而和非增壓相差不多，主要是為了防止低負(fù)荷時(shí)的排氣倒流以及過大的活塞頂上的避讓坑。八、內(nèi)燃機(jī)的增壓改造第一百一十二頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日1124．進(jìn)排氣系統(tǒng)進(jìn)排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要與增壓系統(tǒng)的要求相一致。如脈沖系統(tǒng)，為了使排氣期間各缸的排氣不致于互相干擾，要求同一排氣文管所連各缸內(nèi)的排氣不能重疊或盡可能地減小重要如發(fā)火次序?yàn)?-5-3-6-2-4的六缸機(jī)，可以來用1、2、3缸和4、5、6缸各連一根排氣管，每一根管內(nèi)相鄰兩缸間的工作夾角為240o(CA)，與排氣脈沖波的持續(xù)時(shí)間大致相同，排氣間干擾不大。增壓內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣管容積希望盡可能大一些效率和改善發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。八、內(nèi)燃機(jī)的增壓改造第一百一十三頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日1135．增壓空氣的冷卻將增壓器出口空氣進(jìn)行冷卻，一方面可以進(jìn)一步提高內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣管內(nèi)空氣的密度，從而提高內(nèi)燃機(jī)的功率輸出；另一方面可以降低內(nèi)燃機(jī)壓縮始點(diǎn)的溫度和整個(gè)循環(huán)的平均溫度、從而降低內(nèi)燃機(jī)的排氣溫度、熱負(fù)荷以及N02排放：為達(dá)到這一目的，一般利用中冷器、用循環(huán)冷卻水或冷卻風(fēng)扇氣流對增壓后的充量進(jìn)行間接冷卻。利用冷卻風(fēng)扇或車輛運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的高速氣體流動(dòng)來冷卻增壓空氣的“空一空”中冷方式，可以獲得比較好的冷卻效果、且布置較為靈活，近年來在車用發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用較多。八、內(nèi)燃機(jī)的增壓改造第一百一十四頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日114內(nèi)容提要一、增壓技術(shù)概述二、內(nèi)燃機(jī)的增壓方式三、增壓對經(jīng)濟(jì)性及動(dòng)力性能的影響四、發(fā)動(dòng)機(jī)增壓技術(shù)的優(yōu)勢與代價(jià)五、渦輪增壓器的工作特性六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介七、渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配八、內(nèi)燃機(jī)的增壓改造九、汽油機(jī)的增壓技術(shù)第一百一十五頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日115

從排氣能量利用的觀點(diǎn)看，汽油機(jī)的渦輪增壓與柴油機(jī)相比并沒有本質(zhì)的區(qū)別，但長期以來，渦輪增壓技術(shù)除了在賽車發(fā)動(dòng)機(jī)和高性能轎車發(fā)動(dòng)機(jī)中得到應(yīng)用外，在其他應(yīng)用領(lǐng)域，其普及性遠(yuǎn)不如柴油機(jī)。究其原因，是由于兩種發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過程中的不同特點(diǎn)所決定的。限制汽油機(jī)增壓的主要技術(shù)障礙是爆燃、混合氣的控制、熱負(fù)荷和增壓器的特殊要求等方面，現(xiàn)分述如下。九、汽油機(jī)的增壓技術(shù)第一百一十六頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日116汽油機(jī)增壓后，由于混合氣壓縮始點(diǎn)的壓力、溫度增高，以及燃燒室受熱零件熱負(fù)荷提高等原因，將促使爆燃的發(fā)生。為此，必須采用降低壓縮比、推遲點(diǎn)火時(shí)刻、采用進(jìn)氣中冷等技術(shù)措施，但相應(yīng)會(huì)帶來熱效率下降、排溫過高、成本增加等不利影響。正因?yàn)槿绱耍蜋C(jī)的增壓比一般比柴油機(jī)低得多，一般不超過2，這樣，功率最高增加幅度約為40%~50%，而燃油經(jīng)濟(jì)性則不一定有所改善。1．爆燃第一百一十七頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日117爆燃控制：（即點(diǎn)火提前角控制）應(yīng)用點(diǎn)火提前角自適應(yīng)控制系統(tǒng)克服由于增壓而增加的爆燃傾向。利用爆震傳感器檢測爆燃信息，并傳送給ECU，電控單元?jiǎng)t發(fā)出指令推遲點(diǎn)火時(shí)刻以消除爆震。待爆震消除后，自適應(yīng)地加大點(diǎn)火提前角，使發(fā)動(dòng)機(jī)在最理想的狀況下工作。爆震傳感器1—爆燃傳感器2—切換閥控制電磁閥3—ECU

4—進(jìn)氣管絕對壓力傳感器5—空氣流量計(jì)

6—噴嘴環(huán)控制電磁問7—噴嘴環(huán)驅(qū)動(dòng)氣室

8—切換閥驅(qū)動(dòng)氣室

第一百一十八頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日118汽油機(jī)采用定質(zhì)變量調(diào)節(jié)，化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行增壓時(shí)，氣體流經(jīng)化油器喉口的壓力足變化的，不僅難于精確供應(yīng)一定濃度的混合氣，還增加了一些如增壓方案的選揮、化油器的密封、加速響應(yīng)性能等新問題。電控汽油噴射技術(shù)的應(yīng)用，為增壓技術(shù)在汽油機(jī)中的應(yīng)用掃除了大障礙。2．混合氣的調(diào)節(jié)第一百一十九頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日119汽油機(jī)的過量空氣系數(shù)?。紵郎囟雀?，膨脹比小，排氣溫度也比柴油機(jī)高200o~300oC。增壓后．汽油機(jī)的整體溫度水平提高，熱負(fù)荷問題加重。同時(shí)，為避免可燃混合氣的損失，一般氣門疊開角不大，燃燒室的掃氣作用不明顯，因此，增壓汽油機(jī)的排氣門、活塞、渦輪等處的熱負(fù)荷均比增壓柴油機(jī)嚴(yán)重。為此，汽油機(jī)在進(jìn)行渦輪增壓時(shí)，一般都采用渦輪前放氣的調(diào)節(jié)方案，以抑制發(fā)動(dòng)機(jī)高速、高負(fù)荷時(shí)增比壓力的過度增長，這不僅是限制最高燃燒壓力的需要，也是抑制爆燃、降低熱負(fù)荷的需要。3．熱負(fù)荷第一百二十頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日120抑制爆震燃燒和降低熱負(fù)荷汽油機(jī)的最大增壓壓力主要受爆震的限制，而爆震加劇的最大原因是由于熱負(fù)荷增加。對一臺汽油機(jī)要進(jìn)行渦輪增壓首要問題是防止發(fā)生爆震燃燒。方法1.降低壓縮比2.減小點(diǎn)火提前角3.對增壓空氣進(jìn)行中冷第一百二十一頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日121抑制爆震燃燒和降低熱負(fù)荷1.降低壓縮比2.減小點(diǎn)火提前角3.對增壓空氣進(jìn)行中冷可改善排放，壓縮比從8.5下降到6.5，HC降低50%，氮氧化合物減少30％～40％，但壓縮比下降，使熱效率下降。推遲點(diǎn)火提前角有助于防止爆燃，但過晚點(diǎn)火，使后燃加劇，使有效功率下降，排溫升高，對渦輪不利。理想的點(diǎn)火提前角是調(diào)整到即將爆震而尚未爆震時(shí)，動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性均最好。中冷使指示功率增大，熱負(fù)荷降低，防止爆震。第一百二十二頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日122汽油機(jī)增壓比低、流量范圍廣、熱負(fù)荷高、最高轉(zhuǎn)速高且轉(zhuǎn)速變化范圍大c這就要求增壓器體積要小、耐高溫性能要好、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，同時(shí)效率還要保證在一定的范圍內(nèi)，還要求有增壓調(diào)節(jié)裝置。因此，要求是很苛刻的，這就造成它的成本比柴油機(jī)用增壓器要高。實(shí)際上，汽油機(jī)增壓技術(shù)的應(yīng)用與進(jìn)步，很大程度上取決于高性能渦輪增壓器的發(fā)展情況c在這方面，已經(jīng)有較多的適合于汽油機(jī)增壓的渦輪增壓器產(chǎn)品可供選擇，除此之外，有些新技術(shù)還在進(jìn)一步的發(fā)展中，如陶瓷渦輪轉(zhuǎn)子、可變截面渦輪增壓器等。4．對增壓器的特殊要求第一百二十三頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日123

總體而言，汽油機(jī)的增壓技術(shù)在過去的20年中獲得了重大的突破，各種裝備增壓汽油機(jī)的高性能轎車陸續(xù)維出。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，1990年全世界的增壓汽油機(jī)已經(jīng)占到廠汽油機(jī)總量的15%。隨著電子控制技術(shù)以及發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用，以及高性能增壓器的不斷出現(xiàn)，汽油機(jī)增壓技術(shù)的發(fā)展將有一個(gè)新的局面。第一百二十四頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日124補(bǔ)充一：車用柴油機(jī)對增壓系統(tǒng)的要求車用柴油機(jī)的增壓度還不高，從廢氣能量利用程度考慮應(yīng)采用變壓增壓系統(tǒng)。

車用柴油機(jī)是在相當(dāng)廣泛的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷范圍內(nèi)變化，為了使低負(fù)荷時(shí)仍具有良好的掃氣應(yīng)采用變壓增壓系統(tǒng)。

從瞬間反應(yīng)來看，當(dāng)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速突然變化時(shí)，對于恒壓系統(tǒng)主要由于排氣管容積較大，顯然需要較長的時(shí)間才能反應(yīng)氣缸狀態(tài)的變化，使瞬間反應(yīng)遲緩。變壓系統(tǒng)由于排氣管小而短，改善了反應(yīng)。

一、增壓系統(tǒng)1.車用柴油機(jī)應(yīng)以采用變壓系統(tǒng)為宜

第一百二十五頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日1252.柴油機(jī)和渦輪增壓器的最佳匹配點(diǎn)應(yīng)放在低速扭矩最大處。一、增壓系統(tǒng)對于車用柴油機(jī)一般在外特性上額定轉(zhuǎn)速的50％一60％處出現(xiàn)最大平均有效壓力，匹配點(diǎn)就選在該點(diǎn)，使渦輪增壓器的效率在該點(diǎn)達(dá)到最大值，保證充氣量達(dá)到最大，而在全負(fù)荷時(shí)渦輪增壓器的效率反而略低一些，充氣量也就低一些，來保證有較好適應(yīng)性系數(shù)的可能性。3.車用發(fā)動(dòng)機(jī)室的空間很小，因此要求增壓器的體積小。4.車用柴油機(jī)的變工況多，起動(dòng)性和加速性很重要。因而增壓器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)盡量小，質(zhì)量要輕。

5.車用柴油機(jī)的變工況范圍廣，因此需要壓氣機(jī)的高效區(qū)也相應(yīng)地寬廣。同時(shí)與柴油機(jī)的配合運(yùn)行線離喘振邊界線應(yīng)遠(yuǎn)一些，以避免出現(xiàn)突然的變工況時(shí)，進(jìn)入喘振區(qū)。6.渦輪增壓器的工作可靠，價(jià)格低廉。第一百二十六頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日126二、對廢氣渦輪的要求

1.車用柴油機(jī)相對其他類型柴油機(jī)而言，它的流量較小，又要具有較高效率，而且高效區(qū)較寬廣，因此一般采用徑流渦輪。2.渦輪所用的噴嘴環(huán)有整體式，可調(diào)噴嘴環(huán)和無葉噴嘴環(huán)三種。無葉噴嘴實(shí)質(zhì)上是渦殼的一部分，其出口截面根據(jù)所需噴嘴面積決定。由于無葉噴嘴環(huán)有結(jié)構(gòu)筒單、尺寸小、重量輕以及變工況適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合于車用柴油機(jī)需要，因而大部分車用柴油機(jī)用無葉噴嘴的結(jié)構(gòu)。

第一百二十七頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日1273.由于車用柴油機(jī)的匹配點(diǎn)選擇在低速時(shí)出現(xiàn)最大輸出功率，這時(shí)流量較小，因此噴嘴環(huán)的流通面積或噴嘴角要小；但另一方面，在柴油機(jī)高速時(shí)往往使渦輪超速，使氣缸的最大爆發(fā)壓力超過允許值。因而最理想情況是低速時(shí)具有較小的噴嘴環(huán)面積而當(dāng)高速時(shí)又有較大的噴嘴環(huán)面積。也就是采用可調(diào)噴嘴環(huán)或稱可變幾何參數(shù)渦輪，是車用增壓的一個(gè)重要發(fā)展方向，但在非設(shè)計(jì)工況時(shí)，因效率低，部分抵消它的優(yōu)越性，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

二、對廢氣渦輪的要求

第一百二十八頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日128三、對壓氣機(jī)的要求對于車用柴油機(jī)來說，低轉(zhuǎn)速時(shí)，增壓器的轉(zhuǎn)速也相應(yīng)降低，流入氣缸的空氣量就少，為了避免柴油機(jī)低速時(shí)冒黑煙，除了在燃油供應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)適當(dāng)采取措施外，壓氣機(jī)應(yīng)盡量做到在低轉(zhuǎn)速時(shí)仍有較大的空氣量供應(yīng)給柴油機(jī)。為此，壓氣機(jī)應(yīng)盡最量提高其絕熱效率，并且使高效區(qū)盡量寬廣，以便壓氣機(jī)在低流量點(diǎn)和大流量點(diǎn)都接近較高的效率區(qū)域。但近年來出現(xiàn)的一種后彎(掠)式壓氣機(jī)葉輪能同時(shí)滿足這兩種工況。后彎葉輪的流量范圍有顯著的改善，穩(wěn)定運(yùn)行邊界及劇烈喘振線均移向更低的流量區(qū)，還顯示出它有較寬廣的和較高的效率特性曲線。第一百二十九頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日129三、對壓氣機(jī)的要求2.由于車用柴油機(jī)的工況頻繁變化，壓氣機(jī)的擴(kuò)壓部分也應(yīng)以無葉擴(kuò)壓器結(jié)構(gòu)為宜，這樣可以避免因工況而產(chǎn)生喘振現(xiàn)象。

第一百三十頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日130補(bǔ)充二：渦輪增壓柴油機(jī)的扭矩特性及其改善措施一．車用增壓柴油機(jī)的扭矩特性要求車用柴油機(jī)渦輪增壓主要不在于其能在最高轉(zhuǎn)速時(shí)有盡量大的輸出功率，而是在于低轉(zhuǎn)速時(shí)產(chǎn)生更大的扭矩，或提供更大的牽引力，以利于提高在大負(fù)荷下的起步和爬坡能力。一般車用柴油機(jī)有兩個(gè)動(dòng)力指標(biāo)：速度系數(shù)

適應(yīng)性系數(shù)或扭矩儲(chǔ)備系數(shù)

第一百三十一頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日131動(dòng)力指標(biāo)1．速度系數(shù)

既表示柴油機(jī)的最高轉(zhuǎn)速與柴油機(jī)最大扭矩時(shí)的轉(zhuǎn)速之比。最大扭矩時(shí)的轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的55％一60％。：55％一60％2．適應(yīng)性系數(shù)或扭矩儲(chǔ)備系數(shù)

即表示柴油機(jī)的最大扭矩和最高轉(zhuǎn)速時(shí)的扭矩之比。

絕大多數(shù)生產(chǎn)廠對柴油機(jī)在額定轉(zhuǎn)速的60％處能獲得20%的扭矩增加就很滿意。一般扭矩儲(chǔ)備系數(shù)

第一百三十二頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日132一般車用柴油機(jī)與廢氣渦輪增壓器匹配在60%的額定轉(zhuǎn)速處，此時(shí)扭矩最大，增壓器效率最高。農(nóng)用、建筑機(jī)械工作條件差，匹配點(diǎn)轉(zhuǎn)速要求低50%，而高

第一百三十三頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日133二、渦輪增壓柴油機(jī)的扭矩特性

一般，四沖程柴油機(jī)在增壓后，在之間，采取適當(dāng)措施，其扭矩特性就能滿足車用柴油機(jī)的特殊要求，但隨著增壓壓力的不斷提高，渦輪增壓柴油機(jī)的扭矩特性就越來越差。恒壓增壓系統(tǒng)柴油機(jī)扭矩特性最差

燃?xì)饬髁繙p少，增壓比減小

明顯減少

扭矩減小。

采用較大的氣門重疊角有助于改善扭矩特性。因?yàn)檗D(zhuǎn)速降低一半時(shí)，較大的氣門重疊角能使通過柴油機(jī)的空氣流量大于全負(fù)荷流量的一半，因此壓力的下降程度比以上所說的要少些。第一百三十四頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日134變壓增壓系統(tǒng)

比恒壓增壓系統(tǒng)有利得多，因?yàn)椴裼蜋C(jī)在低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，各個(gè)排氣脈沖之間的時(shí)間間隔增大，每個(gè)氣缸排氣流過渦輪的時(shí)間相應(yīng)延長，使排氣壓力波的波谷既深又寬。相當(dāng)于縮小渦輪的等效流通面；也相當(dāng)于提高了渦輪效率，這兩項(xiàng)因素都使柴油機(jī)在低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，增壓壓力的降低程度不像恒壓增壓系統(tǒng)那樣明顯?？傊瑢τ谝话阍鰤翰裼蜋C(jī)在采用變壓增壓系統(tǒng)、低速匹配以后，再加上燃油供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男Ｕ?，使隨著轉(zhuǎn)速降低而供油量有適當(dāng)?shù)脑黾樱敲从锌赡軡M足車用柴油機(jī)的一般要求。第一百三十五頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日135三、提高渦輪增壓柴油機(jī)的扭矩措施

1.在車用柴油機(jī)中提高扭矩特性的最常用的方法是采用放氣。

在高轉(zhuǎn)速時(shí)采用放走一部分廢氣或在壓氣機(jī)后放走一部分空氣。旁通閥由增壓空氣控制。柴油機(jī)在高負(fù)荷時(shí)排氣流量很大，這時(shí)增壓壓力加大，將旁通閥打開，部分燃?xì)饫@過渦輪直接進(jìn)入渦輪后的排出管，以防止渦輪增壓器的超速和供應(yīng)過高的增壓壓力，在調(diào)試時(shí)應(yīng)保證在時(shí)旁通閥完全關(guān)閉，其余工況則旁通閥有相應(yīng)的開度。

第一百三十六頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日136第一百三十七頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日137第一百三十八頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日138用放掉增壓空氣的辦法也可以達(dá)到同樣目的。但從效果來看，放掉一部分排氣比放掉一部分增壓空氣更有利?？墒遣还茉趺凑f在柴油機(jī)高負(fù)荷下運(yùn)行，放掉一部分排氣總會(huì)降低渦輪增壓器的效率，但對于車用柴油機(jī)高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間不長，因此還是有效的。第一百三十九頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日1391采用匹配方法。2表示在排氣放氣情況下，可在較大的平均有效壓力范圍內(nèi)具有最高扭矩儲(chǔ)備。3是采用可調(diào)噴嘴環(huán)面積措施，得到最好的效果。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。且噴嘴環(huán)在高溫下工作，必須在噴嘴葉片安裝環(huán)間留有較大徑向間隙。當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速下降，排氣溫度降低，徑向間隙間出現(xiàn)嚴(yán)重漏氣現(xiàn)象，惡化葉柵中的流動(dòng)狀態(tài)，使渦輪效率明顯下降，只在特殊場合下應(yīng)用。

第一百四十頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日1402.采用復(fù)合增壓提高扭矩特性

通過利用內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣管中的不穩(wěn)定流動(dòng)，回收進(jìn)氣過程中加速氣流的大部分動(dòng)能，這對渦輪增壓柴油機(jī)特別有利。

第一百四十一頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日141包括諧振管的諧振系統(tǒng)與柴油機(jī)的進(jìn)氣管相連接。為了更好地利用不穩(wěn)定流動(dòng)，將進(jìn)氣相位互不重疊的氣缸組成一個(gè)諧振系統(tǒng)，把六缸柴油機(jī)分兩組，亦即用兩個(gè)獨(dú)立的諧振系統(tǒng)，它們通過穩(wěn)壓箱同渦輪增壓器相連。第一百四十二頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日142諧振系統(tǒng)由諧振室和諧振管組成，氣缸的進(jìn)氣頻率越接近固有率，壓力波動(dòng)就越強(qiáng)烈，兩個(gè)頻率相同時(shí)就產(chǎn)生共振。共振時(shí)，活塞在前半部進(jìn)氣沖程中所做的功轉(zhuǎn)化為諧振管中的動(dòng)能；在后半部進(jìn)氣沖程中，這個(gè)動(dòng)能使氣缸的進(jìn)氣管內(nèi)的壓力升高，在正壓力波的作用下，氣缸內(nèi)的氣體壓力要高于渦輪增壓器出口壓力，使充氣效率提高。

由于利用進(jìn)氣管內(nèi)空氣的波動(dòng)，在等于和低于共振轉(zhuǎn)速的整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)柴油機(jī)的充氣效率提高，改善其扭矩特性。

第一百四十三頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日143復(fù)合增壓的主要性能：

充氣效率和供氣量更接近于車用柴油機(jī)的工作要求。

在車用柴油機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，泵吸損失減少，使比油耗比一般增壓低。柴油機(jī)在一個(gè)較小的空氣流量范圍內(nèi)工作，從而使柴油機(jī)和渦輪增壓器更好的匹配。

第一百四十四頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日144補(bǔ)充三：車用增壓柴油機(jī)的熱負(fù)荷及解決途徑

車用增壓柴油機(jī)的熱負(fù)荷問題增壓柴油機(jī)，其新鮮充量的溫度是壓氣機(jī)出口溫度的函數(shù)，比非增壓高，即使是低增壓度，也要高60一80℃。壓縮始溫的增加，造成工作循環(huán)各特征點(diǎn)溫度的相應(yīng)提高。同時(shí)，循環(huán)供油量增加以后，固然用于轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ臒崃吭黾印５c此同時(shí)，損失的熱量也增加。這表現(xiàn)在機(jī)油溫度、冷卻水溫度及排氣溫度顯著提高。這對柴油機(jī)和渦輪增壓器都存在熱負(fù)荷過大的問題，會(huì)出現(xiàn)氣缸蓋“鼻梁骨”斷裂、燃燒室鑲塊燒裂、活塞環(huán)燒結(jié)、卡死、活塞燒裂等現(xiàn)象。渦輪轉(zhuǎn)子也會(huì)因熱負(fù)荷過大而損壞，如密封環(huán)燒結(jié)、葉片變形等。隨著增壓度的提高，熱應(yīng)力問題更加突出。在增壓匹配試驗(yàn)中，如何解決熱負(fù)荷過大是極其重要的一個(gè)問題。增壓內(nèi)燃機(jī)的熱負(fù)荷表現(xiàn)形式很多，比較集中地反映在排氣溫度上。第一百四十五頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日145二影響熱負(fù)荷的主要因素

1氣缸工質(zhì)

增加，熱負(fù)荷增大。

氣缸工質(zhì)包括充氣量和循環(huán)供油量。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，增壓空氣密度增大，充氣量增加，循環(huán)供油量增大，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增大。2冷卻掃氣量

增加，可以降低，減輕熱負(fù)荷。

為此，增加柴油機(jī)的進(jìn)、排氣門疊開角，增大進(jìn)、排氣管的壓力差，增大進(jìn)、排氣門的時(shí)間、截面等都有利于降低熱負(fù)荷。第一百四十六頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日146二影響熱負(fù)荷的主要因素

3降低壓縮空氣溫度

這不僅可增大進(jìn)氣密度，而且可以降低工作循環(huán)各特征的溫度，減小熱負(fù)荷。

4排氣始溫

增大壓縮比．改善燃燒過程是降低實(shí)踐證明，合理組織供油、燃燒過程對降低熱負(fù)荷有很大潛力。

的重要措施。第一百四十七頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日147三降低熱負(fù)荷的主要措施

1.適當(dāng)增大進(jìn)、排氣門疊開角每增加疊開角10度，可以降低排氣溫度5度左右。但過大的增加疊開角，會(huì)發(fā)生活塞與氣門相碰現(xiàn)象。第一百四十八頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日148三降低熱負(fù)荷的主要措施

2.增大疊開期內(nèi)的進(jìn)、排氣管壓力差計(jì)算表明，每增加壓力差0.01MPa，可以增加掃氣量0.02g／循環(huán)·缸。第一百四十九頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日149進(jìn)氣管:適當(dāng)加大進(jìn)氣管容積，增加進(jìn)氣壓力平穩(wěn)度，可以改善掃氣過程，降低排氣溫度。排氣管:

合理設(shè)計(jì)與選擇排氣管形狀和尺寸，可以有效地降低增壓系統(tǒng)的熱負(fù)荷。

增大的主要途徑是合理設(shè)計(jì)進(jìn)、排氣歧管。

三降低熱負(fù)荷的主要措施

第一百五十頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日150三降低熱負(fù)荷的主要措施

a為旁置式，流動(dòng)阻力??；b為中置式，雖對稱布置，但氣流拐彎太急促。試驗(yàn)表明，后者不如前者。

第一百五十一頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日151合理設(shè)計(jì)配氣凸輪

在設(shè)計(jì)中有可能承受氣門機(jī)構(gòu)慣性力的條件下，盡可能使氣門快啟快閉，以增加時(shí)間—截面。盡量擴(kuò)大進(jìn)、排氣門的面積

在氣缸蓋上位置允許的情況下，力所能及地?cái)U(kuò)大進(jìn)、排氣門的而積。增加搖臂比

增大氣門端臂長和推桿端臂長之比可有效地增加氣門升程，這比改變凸輪形線更簡單。

三降低熱負(fù)荷的主要措施

3.增大進(jìn)、排氣門的時(shí)間—截面

第一百五十二頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日152三降低熱負(fù)荷的主要措施

4．增壓中冷對增壓空氣進(jìn)行中間冷卻可有效地降低排溫，緩解熱負(fù)荷，尤其是中增壓度以上的增壓系統(tǒng)，幾乎是必不可少的措施。增壓中冷使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣密度有可能進(jìn)一步提高。在不增加熱負(fù)荷情況下，可提高功率16％一20％，是車用柴油機(jī)增加系列產(chǎn)品，擴(kuò)大功率覆蓋面的有力措施。另外，增壓中冷還有利于降低排放中Nox的含量，改善環(huán)境保護(hù)。

第一百五十三頁，共一百六十八頁，2022年，8月28日153用柴油機(jī)冷卻水冷卻空氣。這種方式雖不另設(shè)水路，簡化結(jié)構(gòu)，但冷卻水溫度較高的增壓系統(tǒng)不宜采用，只適于船用和固定發(fā)電的增壓柴油機(jī)。

用外源水冷