发动机废气涡轮增压技术资料

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1、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。第三章发动机废气涡轮增压增压：为提高平均有效压力以增加气缸内封存气体密度的方法。（广义上，凡是能够将内燃机进气密度提高到高于周围环境密度的一切方法，都称为增压。）目的：通过增加充气量，以提高功率，改善经济性和排放性提高发动机功率的途径：第一节概述改变结构参数。增加i、Vh(D、S)，减少τ，但体积和重量增加提高转速。但充量系数和机械效率减少，机件寿命减少，噪音大提高平均有效压力Pme。提高平均有效压力Pme方法：减少过量空气系数、提高充量系数、增加充气密度（增压）增压度φk：发动机在增压后增长的功率与增压前功率之比

2、φk范围为10%~60%。大部分为20%~30%。增压比k：进入气缸的气体压力Pk与大气压力P0之比增压的范围:低增压：k＝1.3~1.6（内燃机平均有效压力pme＝0.7～10MPa）中增压：k＝1.6~2.5（pme＝1.0～1.5MPa）高增压：k＞2.5（pme＞1.5MPa）；超高增压：k＞4.5~5.5（pme>2.5~3.5MPa）。增压中冷技术增压空气温度增加，在柴油机中引起增压条件下进气密度减小，即在保持不变过量空气系数下，意味着功率下降，不然需要进一步提高增压压力，但柴油机机械负荷又要增加。虽然气缸内工质温度提高有利于柴油机的燃烧，但却使燃烧室内受热

3、零件的热负荷增加，排温过高，NOx增加。汽油机中增压温度升高，除与柴油机一样功率下降外，最主要的是爆震倾向增加。一般，当增压空气的压力超过1.5MPa时，就值得采用中冷。解决空气温度过高的办法就是采用中冷器冷却增压后的空气。增压空气温度每降低20K，涡轮前的废气温度约可降低20K，燃油消耗率可减少3g/kW.h。内燃机增压的优缺点改善了发动机性能：提高了内燃机机械效率；提高了内燃机的指示热效率；改善了燃烧过程。增加了发动机的升功率；扩大了内燃机高原适应性：有利于降低有害气体排放和噪声。(HC降低，高负荷的NOx降低，空气充足使碳烟有所降低；温度高使着火延迟期缩短）增加了柴油机的机

4、械负荷；增加了柴油机的热负荷；增加了汽油机的爆燃倾向。优点：缺点：１、机械增压由曲轴经过齿轮增速箱驱动压气机。机械增压增压压力高，压气机消耗的功率大。为使内燃机机械效率不要过分下降，增压压力Pk不能过高。Pk<160~170kPa主要用途：提高发动机低速转矩机械增压器的种类机械增压所用的压气机除离心式压气机外，在车用内燃机上常用容积式压气机：罗茨式；螺杆式；转子活塞式。２、废气涡轮增压废气涡轮增压利用内燃机排气中能量来实现增压，油耗率可低5%～10%。质量功率和体积功率比非自然吸气内燃机明显改善，一般可提高功率20%-50%，易实现高增压。可降低排气噪声和烟度。废气涡轮增压的分类

5、废气涡轮增压器主要由压气机和废气涡轮组成。压气机主要是离心式的。废气涡轮分：轴流式；径流式；斜流式（混流式）。由于发动机排气能量利用的不同，有两种经典的、基本的增压形式：脉冲涡轮增压；等压涡轮增压。3、复合增压4、气波增压气波增压是通过气波增压器利用气体质点和压力波的反射特性，使排气和进气之间进行直接的能量交换，以增大进气密度。气波增压对内燃机工况反应迅速，使气波增压的加速性好，且低速时空气的压缩程度高，低速转矩好。工作温度低，不需要耐高温材料。但体积大，噪声大，安装位置受到一定限值。匹配要求高，防止窜烟。５、谐波增压—ACIS双增压器顺序增压多缸发动机上使用两台增压器。在低速时

6、，使用一台增压器以提高废气能量利用效率，改善低速反应性能。在中高速时，使用两台增压器以保证发动机功率输出。第二节增压器径流式涡轮的工作原理燃气在涡轮机中的流动：废气在进气涡壳的引导下均匀地进入涡轮，并推动涡轮高速旋转，实现压力能与机械能的转换，低压废气从涡轮中心轴向流出。喷嘴叶片环上均匀安装带有一定倾角的叶片组成多个渐缩通道，使部分压力能转变为动能，便于高速气流均匀而有序地进入涡轮叶轮。离心式压缩机工作原理主要参数：压气机转速增压比k=pk/p0质量流量mk或容积流量V0压气机转速nk每分钟可达几万转甚至十几万转压气机的绝热效率压气机特性曲线压气机转速不变时，各特性与空气流量间

7、的关系压气机的喘振与堵塞压气机流量很小时，气流会出现强烈的振荡，引起工作轮叶片强烈振动，并产生很大的噪声，压气机的出口压力显著下降，并伴随很大的压力波动，此现象称为压气机的喘振。当压气机工作在喘振线右侧时，其工作是稳定的；而当处于喘振线左侧时，压气机的工作就变得不稳定甚至有危险了。随着流量和转速的增加，喘振点对应的增压比是向增大方向移动的在压气机的某一转速下，通过压气机的气体流量随增压比的降低而增加。当流量增加到一定数值后，压气机通道中的某个截面达到临界条件。当增压比继续降低时，