第三章發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓全

第三章發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓EngineExhaust-gasTurboSupercharging什么是增壓增壓就是利用增壓器將空氣或可燃混合氣進(jìn)行壓縮，再送入氣缸的過(guò)程。第一節(jié)概述

提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率的措施由公式：可得到而提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率有以下途徑：1）：改變發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)；2）：提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或活塞平均速度；3）：提高發(fā)動(dòng)機(jī)的平均有效壓力。(3-1)(3-2)增壓度與增壓比增壓度：發(fā)動(dòng)機(jī)在增壓后，其增長(zhǎng)的功率與增壓前功率之比。

增壓比：增壓后進(jìn)入氣缸的氣體壓力pk與大氣壓力po之比。

1)按增壓比增壓分類(lèi):低增壓：＝1.3～1.6，＝700～1000kPa；中增壓：＝1.6～2.5，＝1000～1500kPa；高增壓：＞2.5，＞1500kPa；超高增壓＞4.5～5.5，＝2500～3500kPa。機(jī)械增壓系統(tǒng)、廢氣渦輪增壓、復(fù)合式發(fā)動(dòng)機(jī)、組合式渦輪增壓系統(tǒng)、氣波增壓系統(tǒng)。

2）按增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式分：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(duì)進(jìn)氣的壓縮。

圖3-1(1)機(jī)械增壓系統(tǒng)

Super-Charging(2)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)Turbo-Charging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。紅色為高溫廢氣，藍(lán)色為新鮮空氣廢氣渦輪增壓器增壓的原理

(３)復(fù)合增壓系統(tǒng)將廢氣動(dòng)力渦輪與廢氣渦輪增壓器串聯(lián)起來(lái)工作，稱(chēng)為復(fù)合式增壓系統(tǒng)。

(4)組合增壓系統(tǒng)

組合式渦輪增壓系統(tǒng)由廢氣渦輪增壓與進(jìn)氣慣性增壓組合而成。(５)氣波增壓系統(tǒng)

曲軸驅(qū)動(dòng)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迫使空氣在互相不混合的情況下受到壓縮。利用進(jìn)氣及排氣系統(tǒng)中的波動(dòng)效應(yīng)來(lái)壓縮進(jìn)氣，從而提高進(jìn)氣壓力。增壓的實(shí)際應(yīng)用1.常見(jiàn)的是渦輪增壓T和機(jī)械增壓S2.T發(fā)動(dòng)機(jī)、FSI發(fā)動(dòng)機(jī)與TSI發(fā)動(dòng)機(jī)

FSI（FuelStratifiedInjection）-發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)。TSI（Turbo-chargingStratifiedInjection）---渦輪增壓和缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)。

TSI（TurboSuperchargingstratifiedInjection或TwinchargingstratifiedInjection）---渦輪機(jī)械增壓和缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)。渦輪增壓的優(yōu)點(diǎn)1.比質(zhì)量小、升功率大；2.油耗降低5%-10%；3.降低排氣噪聲和煙度。渦輪增壓的缺點(diǎn)1.加速性能差；2.熱負(fù)荷與機(jī)械負(fù)荷大；3.低速時(shí)轉(zhuǎn)矩受影響。第三節(jié)廢氣渦輪增壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

離心式壓氣機(jī)徑流式渦輪中間體

按廢氣在渦輪機(jī)中不同的流動(dòng)方向，分為徑流式廢氣渦輪增壓器和軸流式廢氣渦輪增壓器。廢氣渦輪增壓器一、徑流式渦輪的工作原理1燃?xì)庠跍u輪機(jī)中的流動(dòng)

徑流式渦輪機(jī)主要由進(jìn)氣渦殼、噴嘴葉片輪、工作葉輪及進(jìn)、出氣道組成。渦輪效率、膨脹比、氣體流量、渦輪轉(zhuǎn)速等

(1)渦輪效率(2

)膨脹比

渦輪效率為渦輪機(jī)軸上的有用功與廢氣所擁有的能量的比

膨脹比為渦輪進(jìn)口氣體滯止壓力與渦輪出口氣體靜壓力之比2.渦輪機(jī)特性曲線(xiàn)

1)渦輪機(jī)工作參數(shù)(4)渦輪轉(zhuǎn)速n相似流量為氣體質(zhì)量流量，為滯止溫度，為氣體滯止壓力。

相似轉(zhuǎn)速渦輪機(jī)所發(fā)出的功率(3

)氣體質(zhì)量流量

2）渦輪機(jī)特性曲線(xiàn)圖3–9渦輪機(jī)的特性渦輪機(jī)特性曲線(xiàn)：以相似流量為橫坐標(biāo)，以膨脹比為縱坐標(biāo)，以相似轉(zhuǎn)速為參變量的一組曲線(xiàn)。

二、離心式壓氣機(jī)的工作原理與特性圖3–10離心式壓氣機(jī)簡(jiǎn)圖1—進(jìn)氣道；2—工作輪；3—擴(kuò)壓器；4—出氣蝸殼壓氣機(jī)中氣流參數(shù)的變化進(jìn)氣道工作輪出氣蝸殼擴(kuò)壓器壓氣機(jī)主要參數(shù)：

1）增壓比2）流經(jīng)壓氣機(jī)的每秒質(zhì)量流量或容積流量3）壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速

4）壓氣機(jī)的絕熱效率定義為1kg空氣的絕熱壓縮功與實(shí)際壓縮功之比。

壓氣機(jī)特性曲線(xiàn)：圖3–13離心式壓氣機(jī)的流量特性(１)壓氣機(jī)的流量特性

壓氣機(jī)的流量特性是表示壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速不變時(shí)，壓氣機(jī)的絕熱效率和增壓比隨空氣流量的變化關(guān)系。(2)壓氣機(jī)的喘振與堵塞

壓氣機(jī)的喘振當(dāng)壓氣機(jī)工作在喘振線(xiàn)右側(cè)時(shí)，其工作是穩(wěn)定的；而當(dāng)處于喘振線(xiàn)左側(cè)時(shí)，壓氣機(jī)的工作就變得不穩(wěn)定甚至有危險(xiǎn)了。壓氣機(jī)的堵塞當(dāng)增壓比繼續(xù)降低時(shí)，氣體流量卻不再增加，此時(shí)的氣體流量稱(chēng)為堵塞流量，它也是該轉(zhuǎn)速下壓氣機(jī)所對(duì)應(yīng)的最大流量。壓氣機(jī)特性曲線(xiàn)：壓氣機(jī)通用特性

根據(jù)氣體流動(dòng)相似原理，采用相似參數(shù)來(lái)繪制壓氣機(jī)特性曲線(xiàn)，這樣所得到的特性曲線(xiàn)就不受環(huán)境條件變化的影響，所以稱(chēng)之為壓氣機(jī)的通用特性曲線(xiàn)。小結(jié):1、增壓概念、增壓系統(tǒng)分類(lèi)

2、廢氣渦輪增壓器結(jié)構(gòu)及其組件（徑流式渦輪、離心式壓氣機(jī)）工作原理、工作參數(shù)和特性曲線(xiàn)第四節(jié)廢氣渦輪增壓的類(lèi)型

一、廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的基本類(lèi)型

圖3–14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)１）定壓增壓系統(tǒng)

把各缸的排氣管部通向一根排氣總管上。２）脈沖增壓系統(tǒng)

幾個(gè)氣缸連接一根排氣管。３）定壓增壓系統(tǒng)和脈沖增壓系統(tǒng)的比較1.廢氣能量利用的效果脈沖增壓對(duì)廢氣能量的利用比定壓增壓要好。

２.內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)的掃氣作用脈沖增壓掃氣作用比定壓增壓要好。３.內(nèi)燃機(jī)的加速性能脈沖增壓的加速性能比定壓增壓要好。４.增壓器效率與增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)定壓增壓系統(tǒng)的效率較高。與定壓系統(tǒng)相比，脈沖系統(tǒng)的尺寸較大，排氣管的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

結(jié)論：在低增壓時(shí)，采用脈沖增壓是較為有利的；而在高增壓時(shí)，則是兩種系統(tǒng)同時(shí)存在、各有所長(zhǎng)。二、改善車(chē)用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩特性的途徑（一）排氣旁通（二）進(jìn)氣旁通部分增壓空氣返回到壓氣機(jī)入口或大氣中，減少進(jìn)入氣缸的空氣量使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力適當(dāng)降低，以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求。（三）可變截面渦輪１.雙蝸殼通道渦輪；２.可變蝸殼通道流通截面渦輪；３.變噴嘴環(huán)流通截面渦輪第五節(jié)汽油機(jī)增壓概述一、汽油機(jī)增壓的特點(diǎn)從廢氣能量利用的觀點(diǎn)看，汽油機(jī)的渦輪增壓與柴油機(jī)相比并沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，但長(zhǎng)期以來(lái)，渦輪增壓技術(shù)除了在賽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)和高性能轎車(chē)發(fā)動(dòng)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)。限制汽油機(jī)壓的主要技術(shù)障礙：

１.爆燃

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，限制汽油機(jī)增壓。

采用降低壓縮比、推遲點(diǎn)火時(shí)刻、中冷技術(shù)解決。

帶中冷器的廢氣渦輪增壓系統(tǒng)圖中藍(lán)色的為進(jìn)氣管，紅色的為排氣管。２.混合氣的調(diào)節(jié)

汽油機(jī)采用變量調(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)化油器喉口的壓力是變化的，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擇、化油器的密封、加速響應(yīng)性能等新問(wèn)題。３.熱負(fù)荷

汽油機(jī)的過(guò)量空氣系數(shù)小，燃燒溫度高，膨脹比小，廢氣溫度也比柴油機(jī)高200℃～300℃。增壓后，汽油機(jī)的整體溫度水平提高，熱負(fù)荷問(wèn)題加重。４.對(duì)增壓器的特殊要求

汽油機(jī)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，這就造成它的成本比柴油機(jī)用增壓器要高。二、汽油機(jī)渦輪增壓的主要技術(shù)措施１.降低壓縮比

汽油機(jī)增壓由于受爆燃的限制，必須降低壓縮比。２.增壓壓力控制系統(tǒng)

汽油機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍比柴油機(jī)寬，從低速到高速進(jìn)氣流量變化范圍大，渦輪增壓器的特性很難完全滿(mǎn)足各種工況的要求，可能出現(xiàn)低速時(shí)增壓壓力不足，高速對(duì)增壓壓力過(guò)高的情況，出現(xiàn)爆燃，為此，必須對(duì)汽油機(jī)增壓壓力進(jìn)行控制。３.減小增壓后的“反應(yīng)滯后”現(xiàn)象

采用脈沖渦輪增壓、增壓器前置方案、帶旁通閥的控制系統(tǒng)、減小進(jìn)排氣管長(zhǎng)度及容積、提高壓縮比及可變點(diǎn)火正時(shí)等措施，來(lái)減小“反應(yīng)滯后”現(xiàn)象。４.燃料供給系統(tǒng)的調(diào)整

汽油泵

采用由電動(dòng)油泵和燃油壓力調(diào)節(jié)閥聯(lián)合工作的方法，來(lái)滿(mǎn)足增壓所需的供油壓力和供油量。

點(diǎn)火提前角的調(diào)整

采用了電子控制裝置來(lái)自動(dòng)推遲點(diǎn)火提前角。三、汽油機(jī)廢氣渦輪增壓器的布置在直接噴射式汽油機(jī)上增壓時(shí)，一般燃油在增壓器之后噴入，也有的在壓氣機(jī)前吸入一小部分燃油。第六節(jié)車(chē)用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的性能一、增壓前后發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性的變化

增壓后平均指示壓力提高。增壓后機(jī)械效率提高。增壓后內(nèi)燃機(jī)的充量系數(shù)是增大的。二、增壓內(nèi)燃機(jī)性能估算（忽略）

三、廢氣渦輪增壓對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)其它性能的影響１.降低排氣污染和噪聲通常增壓柴油機(jī)為富氧燃燒，有害氣體HC和CO的排放量一般為非增壓機(jī)的1／3~l／2，如果措施得當(dāng)（例如采用高噴射率并延遲噴射），NOx排放量也顯著降低。2.低速轉(zhuǎn)矩性能變差

主要是由于低速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣能量低，增壓器增壓壓力不高，致使循環(huán)供氣量不足，轉(zhuǎn)矩增量明顯比高速時(shí)低。采用脈沖增壓，充分利用低速時(shí)的脈沖能量，使增壓器與柴油機(jī)在較低轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)最佳配合，以及采用低速氣門(mén)定時(shí)等，是可以改善其低速轉(zhuǎn)矩的。3.加速性能變差

由于廢氣渦輪增壓器與內(nèi)燃機(jī)沒(méi)有機(jī)械聯(lián)系，增壓器自身的慣性使其對(duì)突變負(fù)荷的響應(yīng)能力變差，因此，增壓內(nèi)燃機(jī)的加速性能比非增壓內(nèi)燃機(jī)的差。為了改善加速性能，可以采用脈沖增壓系統(tǒng)，減少進(jìn)、排氣管道容積，采用放氣調(diào)節(jié)或可變噴嘴，減少轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，采用較小的氣門(mén)重疊角等。另外．利用車(chē)輛上空氣制動(dòng)系統(tǒng)的高壓空氣向壓氣機(jī)工作輪進(jìn)行噴射。4.起動(dòng)與制動(dòng)有一定困難

柴油機(jī)起動(dòng)時(shí)，因無(wú)高溫