第3章 发动机废气涡轮增压

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1、第三章发动机废气涡轮增压EngineExhaust-gasTurboSupercharging主要内容概述废气能量的利用（自学）废气涡轮增压器的基本结构和工作原理废气涡轮增压的类型汽油机增压概述车用增压发动机的性能第一节概述增压:利用增压器将空气或可燃混合气进行压缩，再送入发动机气缸的过程。增压后，每循环进入气缸内的新鲜充量密度增大，使实际充气量增加,提高发动机功率和改善经济性。增压分类:按增压比（增压后气体压力与增压前气体压力之比）低增压：＝1.3～1.6，＝700～1000kPa；中增压：＝1.6～2.5，＝1000～1500kPa；高增

2、压：＞2.5，＞1500kPa；超高增压＞4.5～5.5，＝2500～3500kPa。(1)机械增压系统发动机输出轴直接驱动机械增压器，实现对进气的压缩。增压器有：离心式压气机、罗茨式压气机、螺旋转子式压气机或滑片转子式压气机等。用于小功率发动机。图3-1按增压系统的结构形式：罗茨式压气机(2)废气涡轮增压系统压气机与涡轮同轴相连，构成涡轮增压器。涡轮在排气能量的推动下旋转，带动压气机工作，实现进气增压。广泛应用于柴油机。涡轮增压的原理红色为高温废气，蓝色为新鲜空气废气涡轮增压器(３)复合增压系统将废气动力涡轮与废气涡轮增压器串联起来工作，称

3、为复合式增压系统。(4)组合增压系统组合式涡轮增压系统由废气涡轮增压与进气惯性增压组合而成。在该增压系统中，除废气涡轮增压器外，还有由稳压箱、共振管、共振室等构成的进气惯性增压系统，利用压力峰值,进一步提高增压后的进气压力。(５)气波增压系统所谓气波增压，是由曲轴驱动一个特殊转子，在转子中废气直接与空气接触，利用高压废气的脉冲气波迫使空气在互相不混合的情况下受到压缩．利用进气及排气系统中的波动效应来压缩进气。从而提高进气压力。增压的优点1.比质量小、升功率大2.降低造价、提高材料利用率3.排气噪声降低、燃烧噪声降低4.有利于高原等稀薄条件工作

4、5.排放降低6.适用性广增压的缺点1.热负荷与机械负荷大2.低速时转矩受影响3.加速响应性差4.增压器对发动机性能优化的限制第三节废气涡轮增压器的基本结构和工作原理一、径流式涡轮的工作原理1燃气在涡轮机中的流动离心式压气机径流式涡轮中间体废气从工作叶轮转子的外缘由进气蜗壳流入，经过一系列工作路径后从涡轮中心轴向流出。在涡轮工作叶轮中，叶片之间的通道也是呈渐缩状，气体在通道中将继续膨胀。当气流流过工作叶轮叶片时，气流转弯。由于离心力作用的结果，在叶面的凹面上压力得到提高，而在凸面则降低。作用在叶片表面的压力的合力，产生了转矩。此时，在工作轮出口

5、处压力、温度以及速度均下降，而出口处的气体速度已经大大小于进口速度，气体膨胀所获得的动能已大部分传给了工作叶轮。涡轮效率为涡轮机轴上的有用功　　与废气所拥有的能量　　的比2.涡轮机特性曲线1)涡轮机参数(1)涡轮效率膨胀比为涡轮进口气体滞止压力　　与涡轮出口气体静压力　　之比(2)膨胀比(4)相似转速(3)相似流量相似流量为气体质量流量，为滞止温度，为气体滞止压力。n为涡轮转速相似转速涡轮机所发出的功率2）涡轮机特性曲线图3–9涡轮机的特性涡轮机特性曲线：以相似流量为横坐标，以膨胀比为纵坐标，以相似转速为参变量的一组曲线。转速一定，相似流量随

6、膨胀比的增大而增大，直到达到流量最大值，即达到了当地声速，即使再继续增大膨胀比，该处的气流速度仍维持当地声速，涡轮流量也不会再增加。二、离心式压气机的工作原理与特性图3–10离心式压气机简图1—进气道；2—工作轮；3—扩压器；4—出气蜗壳基本工作原理：空气沿收敛型的轴向进气道略有加速地进入工作轮，并沿着工作轮上叶片所构成的通道流动，由于工作轮中的空气随工作轮一起旋转，工作轮的机械能传递给气体，转变为气体的动能，使气体运动的线速度增大，使之能克服气体微团所受径向压差的作用，而沿着螺旋线轨迹向轮缘方向运动，达到了增压的目的。主要参数：1）增压比2

7、）流经压气机的每秒质量流量或容积流量3）压气机转速4）压气机的绝热效率定义为1kg空气的绝热压缩功与实际压缩功之比。压气机特性曲线：图3–13离心式压气机的流量特性(１)压气机的流量特性压气机的流量特性是表示压气机转速不变时，压气机的增压比和绝热效率随空气流量的变化关系。(1)压气机的喘振与堵塞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。压气机的堵塞当增压比继续降低时，气体流量却不再增加，此时的气体流量称为堵塞流量，它也是该转速下压气机所对应的最大流量。10ZJ型涡轮增压

8、器废气涡轮增压器结构涡轮增压器的结构涡轮增压套件半开式工作轮第四节废气涡轮增压的类型一、废气涡轮增压的类型图3–14涡轮增压系统的两种基本形式a）定压增压系统b）脉