發(fā)動機廢氣渦輪增壓

車用發(fā)動機的廢氣渦輪增壓提高發(fā)動機的有效功率的主要途徑在結(jié)構(gòu)方面如增加氣缸數(shù)、增大氣缸直徑、活塞行程；在工作過程方面采用二沖程工作過程，提高充量系數(shù)，改善燃燒過程，提高指示效率，優(yōu)化空燃比。提高機械效率方面減少摩擦副的摩擦損失，合理設(shè)計風(fēng)扇、水泵、機油泵、電動機等輔助系統(tǒng)。在運行方面適當(dāng)提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速或活塞平均速度；增壓的概念

增壓是將空氣壓縮并供入氣缸，用以提高充氣密度、增加進氣量的一項措施。增壓的目的在于提高功率，伴隨著空氣量增加，相應(yīng)地增加循環(huán)供油量，即可增加功率發(fā)動機增壓的特點

1)可以減少缸數(shù)或氣缸直徑，減少整機外形尺寸和單位功率的重量，這對提高車輛使用經(jīng)濟性很有意義。

2)提高了熱效率，降低了發(fā)動機的油耗率。

3)減少了排氣污染及噪聲。

4)降低了單位功率的造價。

5)對補償高原功率損失十分有利。6)零部件的機械負荷和熱負荷增加

概念：增壓度——發(fā)動機在增壓后增長的功率與增壓前的功率之比

增壓比——指增壓后氣體壓力與增壓前氣體壓力之比，簡稱壓比中冷度

增壓后的空氣先在中間冷卻器中冷卻后，再進入氣缸——增壓中冷。用中冷度反映中間冷卻程度，定義中冷器前后空氣溫度差與中冷器前空氣溫度的比值為中冷度：增壓的結(jié)構(gòu)形式及分類機械式增壓1—排氣管2—氣缸3—曲軸4—齒輪副5—壓氣機6—進氣管廢氣渦輪增壓

1—排氣管2—渦輪殼體3—渦輪4—轉(zhuǎn)子軸5—壓氣機6—集氣器7—進氣管單級渦輪增壓恒壓增壓脈沖增壓脈沖轉(zhuǎn)換；多脈沖轉(zhuǎn)換二級渦輪增壓復(fù)合式增壓其他增壓方式

慣性增壓和氣波增壓氣波增壓優(yōu)缺點原理：由曲軸驅(qū)動一個特殊的轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子中廢氣直接與空氣接觸，利用高壓廢氣的脈沖氣波(膨脹波與壓縮波)，迫使空氣壓縮，以提高進氣壓力

優(yōu)缺點：

1．與渦輪增壓相比，可改善低速扭矩2．結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、對主要件（轉(zhuǎn)子、軸承)的材料及工藝要求不高3．加速性好4．工況范圍大5．尺寸與重量比較大，必須由曲軸驅(qū)動，往往受安裝位置的限制6．噪聲大中冷器廢氣的溫度可通過增壓器的熱傳導(dǎo)提高進氣的溫度；空氣在被壓縮的過程中密度會升高，溫度也升高，從而影響發(fā)動機的充氣效率。有數(shù)據(jù)表明，在相同的空燃比條件下，增壓空氣的溫度每下降１０℃，發(fā)動機功率就能提高３％～５％。如果未經(jīng)冷卻的增壓空氣進入燃燒室，除了會影響發(fā)動機的充氣效率外，還很容易導(dǎo)致發(fā)動機燃燒溫度過高，造成爆震等故障，而且會增加發(fā)動機廢氣中的ＮＯｘ的含量，造成空氣污染。中冷器常分為風(fēng)冷式和水冷式風(fēng)冷式中冷器散熱芯體流通管和散熱片利用外界空氣對通過中冷器的空氣進行冷卻。

優(yōu)點：組成部件少，結(jié)構(gòu)相對簡單。

缺點：冷卻效率比水冷式低，一般需要較長的連接管路，空氣通過阻力較大。風(fēng)冷式中冷器因其結(jié)構(gòu)簡單和制造成本低而得到了廣泛應(yīng)用，大部分渦輪增壓發(fā)動機使用的都是風(fēng)冷式中冷器，例如華泰特拉卡ＴＣＩ越野車和一汽－大眾寶來１．８Ｔ轎車搭載的發(fā)動機都使用了風(fēng)冷式中冷器。水冷式中冷器優(yōu)點：冷卻效率較高，安裝位置比較靈活，無需使用很長的連接管路，使得整個進氣管路更加順暢。缺點：是需要１個與發(fā)動機冷卻系統(tǒng)相對獨立的循環(huán)水系統(tǒng)與之配合，故制造成本較高，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。冷卻液將壓縮空氣冷卻后溫度會升高，因此需要１個獨立的散熱器為冷卻水降溫。水冷式中冷器的應(yīng)用比較少，一般用在發(fā)動機中置或后置的車輛上，以及大排量發(fā)動機上，例如奔馳S400CDI轎車和奧迪A8TDI轎車搭載的發(fā)動機都使用了水冷式中冷器。廢氣渦輪增壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理1—壓氣機蝸殼2—壓氣機葉輪3—密封套4—推力軸承5—擋油板6—隔熱板7—卡環(huán)8—渦輪機葉輪9—渦輪機蝸殼

離心式壓氣機的工作原理

壓氣機中氣流參數(shù)的變化括壓器的工作壓氣機的絕熱效率空氣的壓縮過程空氣的壓縮功耗功最小的是可逆絕熱過程，所需的絕熱壓縮功：實際壓縮是多變過程，所需的壓縮功：絕熱效率壓縮到同一壓力時，在理想壓氣機中壓縮空氣的絕熱壓縮功與在實際壓氣機中消耗的實際壓縮功之比壓氣機功率壓氣機的特性曲線在不同轉(zhuǎn)速下壓氣機的壓力比及效率與空氣流量之間的關(guān)系壓氣機壓比流量特性分析最高效率：當(dāng)?shù)绒D(zhuǎn)速線從大流量向小流量變化時，壓比與效率最初有所提高；隨著流量減少到某值，壓比與效率達到最高；在這以后，流量繼續(xù)減少，壓比與效率反而略有下降。喘振：當(dāng)流量進一步減少到某一值后，壓氣機工作開始不穩(wěn)定，氣流發(fā)生強烈地脈動，稱為喘振。喘振線：將各種轉(zhuǎn)速下的喘振點連接起來，就可以確定一條不穩(wěn)定工作的邊界線，稱為喘振線。等效率曲線：中間是高效率區(qū)，高效率區(qū)一般比較靠近喘振邊界線，沿高效率區(qū)向外，效率逐漸下降，特別在大流量及低壓比區(qū)，效率下降很多。

提高高效率區(qū)的流量范圍無葉擴壓器的壓氣機提高高效率區(qū)的流量范圍后掠式工作輪通用特性曲線通用特性曲線徑流式渦輪機的工作原理渦輪機中氣流參數(shù)的變化渦輪機效率、功率及渦輪增壓器總效率渦輪機效率渦輪機阻塞燃氣在渦輪機中流動，隨著膨脹比增大，流量增加，當(dāng)膨脹比增加到某一臨界值時，流量達到最大值渦輪機流量特性雖然受阻塞現(xiàn)象的限制，但渦輪機的工作范圍常比壓氣機大得多。一種渦輪機可以和多種不同的壓氣機配套使用第三節(jié)廢氣能量的利用自然吸氣的活塞式內(nèi)燃機，間斷燃燒而能做到從高溫吸熱，熱效率高，但不能做到完全膨脹。渦輪式機械能完全膨脹，適應(yīng)的轉(zhuǎn)速高，單位功率的體積與重量比較小。但工作溫度不可能太高。兩者合理結(jié)合，有利于能量的充分利用四沖程渦輪增壓發(fā)動機理論示功圖恒壓增壓系統(tǒng)與脈沖增壓系統(tǒng)恒壓與脈沖增壓系統(tǒng)比較脈沖系統(tǒng)部分利用了廢氣的脈沖能量，系統(tǒng)的可用能量比恒壓系統(tǒng)大脈沖增壓系統(tǒng)對氣缸中掃氣有明顯的好處脈沖系統(tǒng)的加速性能較好——排氣管容積小，負荷改變時，排氣的壓力波立刻發(fā)生變化，并迅速傳遞到渦輪機，引起增壓器轉(zhuǎn)速較快地變動脈沖系統(tǒng)的渦輪平均絕熱效率比恒壓系統(tǒng)的略低脈沖渦輪的尺寸較大，其排氣管的結(jié)構(gòu)復(fù)雜第四節(jié)車用增壓發(fā)動機的性能渦輪增壓器與柴油機聯(lián)合運行的基本特點一是根據(jù)發(fā)動機的特定工況(如額定工況或最大扭矩工況)，確定其在壓氣機特性曲線上的位置(即根據(jù)發(fā)動機選用合適型號的增壓器)；二是要解決發(fā)動機在整個運行區(qū)與增壓器實現(xiàn)良好的配合。增壓器選用根據(jù)發(fā)動機特定工況時所需的空氣流量(包括掃氣空氣量)及壓比，判斷該工況在某一壓氣機特性曲線上的位置，使該點落在壓氣機特性曲線的高效率區(qū)葉片機的高效率窄，不可能使發(fā)動機所有工況都處在壓氣機的高效率區(qū)工作，只能顧及到柴油機的某些特定的工況車用柴油機選配增壓器時，常以最大扭矩工況作為設(shè)計工況，把最大扭矩點的工況放在高效率區(qū)確定渦輪增壓器的工作范圍小流量——壓氣機受喘振大流量——效率下降過多，高速、高負荷——機械強度允許轉(zhuǎn)速，

——渦輪機葉片承受的溫度最大扭矩點的匹配

渦輪增壓器的工作范圍渦輪增壓器與柴油機聯(lián)合運行區(qū)增壓發(fā)動機在結(jié)構(gòu)上的變動增大供油量、調(diào)整供油系改變配氣相位合理地增加氣閥重疊角。減小壓縮比、增大過量空氣系數(shù)設(shè)置分支排氣管冷卻增壓空氣設(shè)置分支排氣管車用增壓發(fā)動機性能低速扭矩性能:一般渦輪增壓柴油機在低速時扭矩性能差：低速時增壓壓力不足，致使循環(huán)供氣量不足增壓發(fā)動機的扭矩儲備不好，也可以說是因為高速、高負荷區(qū)的廢氣能量過高，或壓氣機供氣量過多解決措施采用脈沖增壓，充分利用低速時的脈沖能量，使增壓器與柴油機在較低轉(zhuǎn)速下實現(xiàn)最佳配合以及采用低速氣門定時車用增壓發(fā)動機性能車用增壓發(fā)動機性能解決措施放氣調(diào)節(jié)：高速運行時放掉渦輪機前一部分廢氣，或者放掉壓氣機后一部分增壓空氣。加速性能變差渦輪增壓器與發(fā)動機沒有機械聯(lián)系，增壓器自身的慣性使其對突變負荷的響應(yīng)能力變差解決措施脈沖增壓減少進、排氣管道容積；放氣調(diào)節(jié)或可變噴嘴環(huán)；減少轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量；采用較小的氣閥重疊角利用車輛上的制動空氣系統(tǒng)的高壓空氣向壓氣機工作輪進行噴射，可以起到幫助增壓器加速的作用經(jīng)濟性改善影響經(jīng)濟性改善的因素負荷率：增壓使功率范圍擴大，高負荷的經(jīng)濟運行范圍擴大了；而在低負荷區(qū)，增壓器的能量轉(zhuǎn)換不好，進、排氣阻力及換氣損失增加，對低負荷經(jīng)濟性沒有明顯作用。轉(zhuǎn)速：保持原有功率和較高扭矩的情況下，適當(dāng)降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速與車輛參數(shù)合理配合增壓中冷壓氣機效率影響經(jīng)濟性改善的因素——負荷率影響經(jīng)濟性改善的因素—增壓中冷

影響經(jīng)濟性改善的因素—壓氣機效率降低了排氣污染及噪聲起動與制動有一定困難起動時，無高溫排氣，使渦輪機無法工作，壓氣機也不能供氣。這時增壓柴油機在起動瞬時的進氣壓力及溫度均不高，加上增壓柴油機的壓

縮比較低，使起動時壓縮終點的溫度降低，造成著火與起動的困難按增壓后的功率配置的載貨汽車發(fā)動機的制動力不足——采用排氣制動廢氣渦輪增壓的類型廢氣渦輪增壓的類型a．恒壓渦輪增壓系統(tǒng)b．脈沖渦輪增壓系統(tǒng)

恒壓增壓系統(tǒng)與脈沖增壓系統(tǒng)恒壓與脈沖增壓系統(tǒng)比較脈沖系統(tǒng)部分利用了廢氣的脈沖能量，系統(tǒng)的可用能量比恒壓系統(tǒng)大脈沖增壓系統(tǒng)對氣缸中掃氣有明顯的好處脈沖系統(tǒng)的加速性能較好——排氣管容積小，負荷改變時，排氣的壓力波立刻發(fā)生變化，并迅速傳遞到渦輪機，引起增壓器轉(zhuǎn)速較快地變動脈沖系統(tǒng)的渦輪平均絕熱效率比恒壓系統(tǒng)的略低脈沖渦輪的尺寸較大，其排氣管的結(jié)構(gòu)復(fù)雜廢氣能量的利用1．廢氣的最大可用能

四沖程增壓柴油機理論示功圖渦輪增壓器與柴油機聯(lián)合運行的基本特點一是根據(jù)發(fā)動機的特定工況(如額定工況或最大扭矩工況)，確定其在壓氣機特性曲線上的位置(即根據(jù)發(fā)動機選用合適型號的增壓器)；二是要解決發(fā)動機在整個運行區(qū)與增壓器實現(xiàn)良好的配合。增壓發(fā)動機在結(jié)構(gòu)上的變動增大供油量、調(diào)整供油系改變配氣相位合理地增加氣閥重疊角。減小壓縮比、增大過量空氣系數(shù)設(shè)置分支排氣管冷卻增壓空氣設(shè)置分支排氣管廢氣渦輪增壓對發(fā)動機性能的影響

1．低速轉(zhuǎn)矩性能變差

2．加速性能變差3.經(jīng)濟性改善

3．降低排氣污染和噪聲

4．起動與制動有一定困難增壓對發(fā)動機性能的影響1.低速扭矩性能:一般渦輪增壓柴油機在低速時扭矩性能差：低速時增壓壓力不足，致使循環(huán)供氣量不足增壓發(fā)動機的扭矩儲備不好，也可以說是因為高速、高負荷區(qū)的廢氣能量過高，或壓氣機供氣量過多解決措施采用脈沖增壓，充分利用低速時的脈沖能量，使增壓器與柴油機在較低轉(zhuǎn)速下實現(xiàn)最佳配合以及采用低速氣門定時車用增壓發(fā)動機性能車用增壓發(fā)動機性能解決措施放氣調(diào)節(jié)：高速運行時放掉渦輪機前一部分廢氣，或者放掉壓氣機后一部分增壓空氣。2.加速性能變差渦輪增壓器與發(fā)動機沒有機械聯(lián)系，增壓器自身的慣性使其對突變負荷的響應(yīng)能力變差解決措施脈沖增壓減少進、排氣管道容積；放氣調(diào)節(jié)或可變噴嘴環(huán)；減少轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量；采用較小的氣閥重疊角利用車輛上的制動空氣系統(tǒng)的高壓空氣向壓氣機工作輪進行噴射，可以起到幫助增壓器加速的作用3.經(jīng)濟性改善影響經(jīng)濟性改善的因素負荷率：增壓使功率范圍擴大，高負荷的經(jīng)濟運行范圍擴大了；而在低負荷區(qū)，增壓器的能量轉(zhuǎn)換不好，進、排氣阻力及換氣損失增加，對低負荷經(jīng)濟性沒有明顯作用。轉(zhuǎn)速：保持原有功率和較高扭矩的情況下，適當(dāng)降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速與車輛參數(shù)合理配合增壓中冷壓氣機效率4.降低了排氣污染及噪聲5.起動與制動有一定困難起動時，無高溫排氣，使渦輪機無法工作，壓氣機也不能供氣。這時增壓柴油機在起動瞬時的進氣壓力及溫度均不高，加上增壓柴油機的壓

縮比較低，使起