內(nèi)燃機(jī)增壓技術(shù)優(yōu)秀課件

內(nèi)燃機(jī)增壓技術(shù)第一頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日西華大學(xué)XIHUAUNIVERSITY交通與汽車工程學(xué)院SchoolofTransportaionAndAutomotiveEngineering

增壓技術(shù)TurbochargerTechnology潘鎖柱

博士Dr.Pan西華大學(xué)交通與汽車工程學(xué)院Email:Tel:Address：ICELab課程名稱CourseName第二頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日參考書籍

渦輪增壓與渦輪增壓器，朱大鑫，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992

柴油機(jī)渦輪增壓技術(shù)，陸家祥主編，北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999

燃?xì)廨啓C(jī)與渦輪增壓內(nèi)燃機(jī)原理與應(yīng)用，林建生,譚旭光主編，天津:天津大學(xué)出版社,2005

內(nèi)燃機(jī)增壓技術(shù)，宋守信，同濟(jì)大學(xué)出版社，1993第三頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日第一章內(nèi)燃機(jī)增壓概論What？Why？How？Development？第四頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日什么是增壓？

內(nèi)燃機(jī)增壓——就是借助于裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的專用的增壓裝置，預(yù)先壓縮進(jìn)入氣缸的空氣，以提高進(jìn)入氣缸的充氣密度。增壓的作用是十分明顯的，在氣缸容積一定的情況下，充氣密度越大，新鮮空氣的絕對(duì)量越大，就可以噴入更多的燃料進(jìn)行燃燒，發(fā)動(dòng)機(jī)就能發(fā)出更大的功率。達(dá)到提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率和改善經(jīng)濟(jì)性、排放性的目的。第五頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-1發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的目的和作用發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度的主要?jiǎng)恿χ笜?biāo)：升功率：提高升功率的方式：提高標(biāo)定轉(zhuǎn)速提高平均有效壓力peX√第六頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-1發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的目的和作用平均有效壓力：第七頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-1發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的目的和作用非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)：

ηi；

ηm；

ηv；（額定負(fù)荷）。對(duì)于非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)化主要依靠減小a來(lái)實(shí)現(xiàn)。但過(guò)分減小a會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熱應(yīng)力提高，燃燒惡化，冷卻系統(tǒng)帶走的熱量增加，使指示效率下降。一般認(rèn)為a減小的極限是1.1。因此，非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化的極限是pe。

唯一能大幅度提高pe的辦法是提高氣缸中的充氣密度ρs。即采用增壓技術(shù)。第八頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-1發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的目的和作用增壓度λ：增壓后的發(fā)動(dòng)機(jī)功率與不增壓時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)功率之比。第九頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-1發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的目的和作用增壓程度的劃分第十頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-1發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的目的和作用理想氣體狀態(tài)方程：增壓后空氣溫度上升，使空氣密度減小，即空氣密度比的上升小于壓比的上升，從而影響增壓效果。為了增強(qiáng)增壓效果，需采用近期冷卻措施，即中冷技術(shù)。中冷技術(shù)除提高進(jìn)氣密度外，還可降低排氣溫度，并有利于改善發(fā)動(dòng)機(jī)熱負(fù)荷。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，增壓中冷發(fā)動(dòng)機(jī)的比例在逐步提高。第十一頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-1發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的目的和作用增壓對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能的影響：動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放特性動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的影響：第十二頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-1發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的目的和作用動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的影響：假定增壓前后n和α保持不變。1.增壓后，部分排氣能量被利用，進(jìn)氣得到壓縮，換氣過(guò)程形成正的泵氣功，指示熱效率ηi略有增加。2.機(jī)械效率ηm也隨著增壓度的提高有所提高。3.增壓后，ρs增加，若采用中冷技術(shù)，ρs會(huì)更高。4.因?yàn)橛袙邭庾饔?，缸?nèi)殘余廢氣系數(shù)降低，減少對(duì)進(jìn)氣的加熱作用，充氣系數(shù)ηv提高。第十三頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-1發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的目的和作用動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的影響：根據(jù)公式，發(fā)動(dòng)機(jī)增壓后，升功率NL將與ηi、ηm、ρs、ηv的乘機(jī)成正比增加。燃油消耗率be有所降低，燃油經(jīng)濟(jì)性得以改善。內(nèi)燃機(jī)增壓的目的主要在于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，并降低排放，不在于提高經(jīng)濟(jì)性。第十四頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-1發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的目的和作用排放性能的影響柴油機(jī)增壓后對(duì)排放、噪音的影響（1）CO：增壓后，燃料霧化、混合均有所改善，CO消除反應(yīng)加快，排放中CO含量有所減少。柴油機(jī)中CO是燃料不完全燃燒的產(chǎn)物，主要是在局部缺氧或低溫下形成的。由于柴油機(jī)在過(guò)量空氣系數(shù)a>l條件下燃燒，故車用柴油機(jī)的CO排放較低。采用渦輪增壓后，可供燃燒的空氣增多，并且增壓柴油機(jī)大多數(shù)工況負(fù)荷較大，柴油機(jī)缸內(nèi)溫度能保證燃料更充分燃燒，CO排放可進(jìn)一步降低。第十五頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-1發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的目的和作用排放性能的影響柴油機(jī)增壓后對(duì)排放、噪音的影響（2）THC：增壓后，由于較非增壓富氧，缸內(nèi)溫度較高，燃燒反應(yīng)加快，因而HC消除反應(yīng)增強(qiáng)，排放中HC含量減少。柴油機(jī)排氣中的HC是由原始燃料分子、分解的燃料分子以及再化合的中間化合物所組成；小部分HC是由潤(rùn)滑油生成。增壓時(shí)，由于進(jìn)氣密度增加，可以改善油束的形成，提高燃油霧化質(zhì)量，減少沉積于燃燒室壁面上的燃油，使HC減少：增壓還可提高柴油機(jī)整個(gè)燃燒循環(huán)的平均介質(zhì)溫度和氧化反應(yīng)速率，降低未燃HC排放。第十六頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日Ф-T圖第十七頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日傳統(tǒng)柴油噴霧燃燒與排放物生成過(guò)程第十八頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-1發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的目的和作用排放性能的影響柴油機(jī)增壓后對(duì)排放、噪音的影響（3）NOx：生成條件高溫、富氧、高溫下的停留時(shí)間。對(duì)于自然吸氣柴油機(jī)，如果只簡(jiǎn)單地采用增壓措施，可能會(huì)因?yàn)檫^(guò)量空氣系數(shù)增大和燃燒溫度的升高而導(dǎo)致NO增加。實(shí)際應(yīng)用中：1）減小壓縮比，可以降低壓縮終了的介質(zhì)溫度，從而降低燃燒火焰溫度；2）推遲噴油定時(shí)，可以縮短滯燃期，減少油束稀薄火焰區(qū)的燃料蒸發(fā)和混合，降低最高燃燒溫度。3）EGR技術(shù)，降低燃燒溫度，減少氧的濃度。4）中冷技術(shù)，降低進(jìn)氣溫度，減少NOx排放。增壓中冷柴油機(jī)可降低Nox達(dá)60%。第十九頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-1發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的目的和作用排放性能的影響柴油機(jī)增壓后對(duì)排放、噪音的影響（4）PM：生成條件高溫、缺氧。1）增壓后，可顯著增大進(jìn)氣密度，增加缸內(nèi)可用的空氣量，過(guò)量空氣系數(shù)α增加，PM排放降低。2）增壓后，缸內(nèi)壓力增加，燃料濕壁現(xiàn)象等減少，有利于降低PM排放。3）同時(shí)采用高壓燃油噴射、共軌電控噴射、低排放燃燒室和中心噴嘴四氣閥技術(shù)，并提高燃油霧化質(zhì)量，改善燃燒過(guò)程，則可有效地控制PM排放。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，采用增壓中冷技術(shù)的柴油機(jī)可降低PM排放的45％。第二十頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-1發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的目的和作用（5）噪音：燃燒噪音、進(jìn)排氣系統(tǒng)噪音和機(jī)械噪音1）增壓后，滯燃期縮短，壓升率降低，燃燒噪音減小。2）增壓器的設(shè)置，進(jìn)排氣噪音也有所減少。如增壓器的渦輪機(jī)可以衰減排氣所產(chǎn)生的噪音。穩(wěn)定工況可降低噪音3-5dB,低負(fù)荷降低噪音效果較差。第二十一頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-1發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的目的和作用排放性能的影響汽油機(jī)增壓后對(duì)排放、噪音的影響（1）NOX：1）雖然增壓后，缸內(nèi)氧氣含量增多，火焰前鋒富氧，火焰溫度升高，會(huì)導(dǎo)致NOX含量增多。2）但可燃混合氣經(jīng)壓縮后溫度升高，汽油機(jī)工作過(guò)程各特征點(diǎn)的溫度上升，燃料霧化、蒸發(fā)、與空氣混合得到改善，并配合降低壓縮比降低燃燒溫度，最終可使NOX生成量減少。第二十二頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-1發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的目的和作用排放性能的影響汽油機(jī)增壓后對(duì)排放、噪音的影響（2）THC:增壓后缸內(nèi)溫度升高,且燃燒室內(nèi)紊流加強(qiáng),使氧化反應(yīng)速度加快,同時(shí)減少了壁面激冷層的厚度,使激冷層中HC的含量減少。排氣溫度升高,使未燃HC在排氣管及渦輪中可繼續(xù)進(jìn)行氧化反應(yīng),使HC的排放量減少。第二十三頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-1發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的目的和作用排放性能的影響汽油機(jī)增壓后對(duì)排放、噪音的影響（3）CO：主要受過(guò)量空氣系數(shù)α變化的影響，增壓后的α最佳范圍與非增壓基本一致，但由于排氣溫度高，CO的氧化在后續(xù)過(guò)程中（后燃階段）繼續(xù)進(jìn)行，故：CO排放量減少。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明:汽油機(jī)增壓后，HC、CO、NOX含量分別下降：31%、63%、71%。第二十四頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日序號(hào)基本參數(shù)G6135G1G6135ZGG6135ZQ6135k-9a1缸徑mm1352徑駛mm1501403總排量L12.88124進(jìn)氣方式

自然吸氣增壓自然吸氣515min標(biāo)定功率kW

205

標(biāo)定轉(zhuǎn)速r/min

2200

1h標(biāo)定功率kW162184

154.5標(biāo)定轉(zhuǎn)速r/min22002200

22006最大扭矩N.m800900≥1000750最大扭矩轉(zhuǎn)速r/min14001400130015407燃油消耗率標(biāo)定工況g/kW.h236230≤228246全負(fù)荷最低g/kW.h225215≤2102418廢氣排放COg/kW.h2.81.71.613.6CH0.30.20.20.36NOX14.413.513.721

煙度（全負(fù)荷速度特性）FSU3.232.54.5910整機(jī)噪聲（LW）dB(A)115115-11611811起動(dòng)溫度oC-10-5512外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）mm1425×640×12601326.5×640×12921518×796×152913整機(jī)凈重kg105011001160非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)與渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)功率、油耗、排放比較第二十五頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日第一章內(nèi)燃機(jī)增壓概論

§1-2內(nèi)燃機(jī)的增壓方式

根據(jù)驅(qū)動(dòng)增壓器所用能量來(lái)源不同,增壓方法基本分為:1、機(jī)械增壓2、排氣渦輪增壓3、氣波增壓4、復(fù)合增壓第二十六頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日

§1-2內(nèi)燃機(jī)的增壓方式

1.機(jī)械增壓系統(tǒng)壓氣機(jī)由內(nèi)燃機(jī)曲軸通過(guò)傳動(dòng)裝置直接驅(qū)動(dòng)的增壓方式。1.1機(jī)械增壓形式及工作原理

壓氣機(jī)可為離心式、羅茨式和刮片式等。目前采用較多的是螺桿式、羅茨式和汪克爾式等型式。發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)傳動(dòng)裝置第二十七頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日

§1-2內(nèi)燃機(jī)的增壓方式螺桿式效率最高，屬于內(nèi)部壓縮的緣故，且相同條件下其外形尺寸和重量最小，螺旋式為第二位。第二十八頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日

§1-2內(nèi)燃機(jī)的增壓方式1.2機(jī)械增壓的特點(diǎn)1）內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速變化可直接導(dǎo)致壓氣機(jī)流量變化，加速響應(yīng)性好；2）采用高速調(diào)節(jié)、脫開(kāi)控制技術(shù)，可獲得好的低速扭矩性；3）對(duì)排氣系統(tǒng)無(wú)干擾，可用于高排氣背壓的特殊場(chǎng)合；第二十九頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日

§1-2內(nèi)燃機(jī)的增壓方式4）發(fā)動(dòng)機(jī)功率消耗大；驅(qū)動(dòng)附件損失增加；機(jī)械效率下降，油耗增加；5）增壓器泄漏多，噪音大，效率低。6）泵氣損失小，這是由于機(jī)械增壓時(shí)排氣背壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于渦輪增壓。第三十頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日

§1-2內(nèi)燃機(jī)的增壓方式1.3應(yīng)用范圍機(jī)械增壓時(shí)ps一般不超過(guò)0.17MPa，否則壓氣機(jī)耗功過(guò)多，be增加。例如：12V150發(fā)動(dòng)機(jī)，機(jī)械增壓ps=0.17MPa時(shí)，壓氣機(jī)消耗功率達(dá)81-90kW。一般采用機(jī)械增壓后，be要增加3%-5%。因此，機(jī)械增壓多應(yīng)用于增壓比要求不高的內(nèi)燃機(jī)。二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)

轎車用汽油機(jī)特殊用途發(fā)動(dòng)機(jī)（如潛艇發(fā)動(dòng)機(jī)）第三十一頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日

§1-2內(nèi)燃機(jī)的增壓方式2.廢氣渦輪增壓利用排氣能量使排氣在渦輪中進(jìn)一步膨脹做功，用于驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)的增壓方式。2.1廢氣渦輪增壓的結(jié)構(gòu)形式及工作原理壓氣機(jī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)軸第三十二頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日

§1-2內(nèi)燃機(jī)的增壓方式2.1廢氣渦輪增壓的結(jié)構(gòu)形式及工作原理排氣渦輪增壓按結(jié)構(gòu)形式可分為：?jiǎn)渭?jí)渦輪增壓一臺(tái)渦輪和一臺(tái)壓氣機(jī)組成的或幾臺(tái)渦輪增壓器并聯(lián)的渦輪增壓系統(tǒng)。定壓增壓脈沖增壓二級(jí)渦輪增壓空氣經(jīng)兩臺(tái)串聯(lián)的渦輪增壓器壓縮后進(jìn)入氣缸的增壓方式。第三十三頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日

§1-2內(nèi)燃機(jī)的增壓方式2.1廢氣渦輪增壓的結(jié)構(gòu)形式及工作原理單級(jí)渦輪增壓-定壓增壓各缸排氣匯入一根較粗排氣管中，在進(jìn)入渦輪的方式。第三十四頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日

§1-2內(nèi)燃機(jī)的增壓方式2.1廢氣渦輪增壓的結(jié)構(gòu)形式及工作原理單級(jí)渦輪增壓-脈沖增壓各缸排氣通過(guò)各自較細(xì)排氣歧管分別進(jìn)入渦輪的方式。第三十五頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日

§1-2內(nèi)燃機(jī)的增壓方式2.1廢氣渦輪增壓的結(jié)構(gòu)形式及工作原理二級(jí)渦輪增壓1）兩級(jí)壓氣機(jī)串聯(lián)并各自由排氣渦輪驅(qū)動(dòng)，每級(jí)壓氣機(jī)后都裝有中冷器。2）兩級(jí)串聯(lián)的壓氣機(jī)葉輪與兩級(jí)串聯(lián)的渦輪葉輪裝在同一根軸上，第一級(jí)壓氣機(jī)后無(wú)中冷器。第三十六頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日

§1-2內(nèi)燃機(jī)的增壓方式2.2廢氣渦輪增壓的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1）發(fā)動(dòng)機(jī)重量和體積增加很少的情況下，提高功率20-50%，高增壓甚至可提高100%。2）充分利用內(nèi)燃機(jī)廢氣能量，燃油經(jīng)濟(jì)性提高。其中，由廢氣能量回收可提高經(jīng)濟(jì)性3-4%,另外，再加上減小了機(jī)械損失和散熱損失，提高了機(jī)械效率和熱效率，增壓后be可降5-10%。3）具有較強(qiáng)的高原適應(yīng)能力。4）噪聲、排放降低，有利于環(huán)保。第三十七頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-2內(nèi)燃機(jī)的增壓方式2.2廢氣渦輪增壓的特點(diǎn)缺點(diǎn)：1）加速性、瞬態(tài)響應(yīng)性較差。2）熱負(fù)荷較嚴(yán)重。3）對(duì)排氣背壓、大氣溫度較敏感。第三十八頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日250kW–50kW=

200kW輸出250kW輸出，達(dá)到節(jié)能效果50kW優(yōu)點(diǎn)：渦輪回收利用發(fā)動(dòng)機(jī)高溫廢氣的能量。這部分能量如不被利用就白白的浪費(fèi)掉了。提高熱效率發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管通常比排氣歧管的壓力高，所以通過(guò)泵氣提高功率輸出柴650℃，汽800℃機(jī)械增壓與渦輪增壓的比較第三十九頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-2內(nèi)燃機(jī)的增壓方式機(jī)械增壓排氣溫度低（裝排氣管），熱負(fù)荷低，加速性好。缺點(diǎn)是油耗高。渦輪增壓油耗低的多，臺(tái)架試驗(yàn)加速性比原機(jī)多2-3s，裝車后由于儲(chǔ)備功率大，整車加速性未變壞，扭矩特性與機(jī)械增壓相同。第四十頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-2內(nèi)燃機(jī)的增壓方式2.3應(yīng)用范圍各種類型內(nèi)燃機(jī)。第四十一頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-2內(nèi)燃機(jī)的增壓方式3復(fù)合增壓在某些發(fā)動(dòng)機(jī)上，除了應(yīng)用渦輪增壓以外，同時(shí)還應(yīng)用機(jī)械驅(qū)動(dòng)式增壓器，這種增壓方法稱為復(fù)合增壓，它有兩種型式：1）串聯(lián)增壓；2）并聯(lián)增壓。3.1串聯(lián)增壓串聯(lián)增壓的機(jī)構(gòu)形式及工作原理第四十二頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-2內(nèi)燃機(jī)的增壓方式3.2并聯(lián)增壓

3.2.1并聯(lián)增壓的機(jī)構(gòu)形式及工作原理第四十三頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-2內(nèi)燃機(jī)的增壓方式3.3復(fù)合增壓的特點(diǎn)1）綜合利用了廢氣渦輪增壓的優(yōu)點(diǎn)；2）起動(dòng)性能好；3）低速、低負(fù)荷時(shí)，仍能提供足夠的增壓壓力；4）結(jié)構(gòu)復(fù)雜。3.4應(yīng)用范圍大型柴油機(jī)。第四十四頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-2內(nèi)燃機(jī)的增壓方式4氣波增壓（又稱Comprex增壓器）利用氣體的壓縮波和膨脹波來(lái)傳遞能量的一種能量交換器。第四十五頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-2內(nèi)燃機(jī)的增壓方式氣波增壓的優(yōu)點(diǎn)：1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝方便，對(duì)材料要求低。2）扭矩特性比渦輪增壓好。（扭矩儲(chǔ)備系數(shù)高達(dá)1.7，由于低速時(shí)仍有較大的增壓壓力，特別適合拖拉機(jī)和工程機(jī)械）3）加速性能好。4）工況變動(dòng)范圍大。（不像渦輪增壓有喘振、阻塞、超溫、超速等限制）第四十六頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-2內(nèi)燃機(jī)的增壓方式氣波增壓的缺點(diǎn)：1）尺寸、重量大。2）由曲軸驅(qū)動(dòng)，消耗功率，且安裝的位置受限制。3）燃?xì)馀c空氣直接接觸時(shí)有傳熱，綜合效率較低，全負(fù)荷油耗高。4）氣波增壓利用不定常氣流工作，噪聲大。第四十七頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-2內(nèi)燃機(jī)的增壓方式性能比較突加負(fù)荷響應(yīng)能力比較氣波增壓與渦輪增壓比較第四十八頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日第一章內(nèi)燃機(jī)增壓概論

§1-3汽油機(jī)增壓1．汽油機(jī)的廢氣渦輪增壓1.1汽油機(jī)增壓的主要技術(shù)障礙熱負(fù)荷（1）汽油機(jī)的過(guò)量空氣系數(shù)小，燃燒溫度高、膨脹比小、排氣溫度比柴油機(jī)高出200～300°C。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。（2）增壓后，循環(huán)供油量增多。由于轉(zhuǎn)化為有效功的熱當(dāng)量增多，相應(yīng)的熱損失也增加，冷卻水、機(jī)油及排氣溫度相應(yīng)提高。第四十九頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-3汽油機(jī)增壓1．汽油機(jī)的廢氣渦輪增壓1.1汽油機(jī)增壓的主要技術(shù)障礙熱負(fù)荷（3）汽油機(jī)吸入的是混合氣，因而進(jìn)、排氣門開(kāi)啟不能過(guò)大。即：不能用掃氣來(lái)冷卻燃燒室，故：汽油機(jī)增壓后，燃燒室、活塞、氣門及渦輪等零、部件熱負(fù)荷很大。（4）渦輪增壓前，一般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)增壓壓力的過(guò)度增長(zhǎng)。第五十頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-3汽油機(jī)增壓暴燃（1）汽油機(jī)增壓后，混合氣壓縮后的壓力、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。（2）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。（3）汽油機(jī)的增壓一般比柴油機(jī)低得多，一般功率最高增加幅度約為40%‐50%。第五十一頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-3汽油機(jī)增壓1.1.3混合氣的調(diào)節(jié)

（1）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)增化油器喉口的壓力是變化的，不僅難于精確的供應(yīng)一定濃度的混合氣，還增加了一些新問(wèn)題。如：增壓方案選擇、化油器密封、加速性能等。傳統(tǒng)化油器使用增壓技術(shù)后難以精確控制混合氣的濃度。（2）電控汽油噴設(shè)技術(shù)的應(yīng)用，為增壓技術(shù)在汽油機(jī)中的應(yīng)用掃除了一大障礙。第五十二頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-3汽油機(jī)增壓1.1.4對(duì)增壓器的特殊要求（1）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。（2）

要求增壓器體積小、耐高溫、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、效率在一定范圍內(nèi)，并要求有增壓調(diào)節(jié)裝置。（3）電子控制技術(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)促進(jìn)了汽油機(jī)增壓技術(shù)的應(yīng)用。第五十三頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-3汽油機(jī)增壓1.1.5汽油機(jī)渦輪增壓的對(duì)策汽油機(jī)增壓爆燃的解決措施降低壓縮比ε中冷技術(shù)其他措施：燃燒室結(jié)構(gòu)、高辛烷值汽油、推遲點(diǎn)火、爆燃傳感器反饋控制汽油機(jī)增壓熱負(fù)荷高的對(duì)策渦輪轉(zhuǎn)子和壓氣機(jī)采用耐熱材料中冷裝置降低壓氣機(jī)出口溫度GDI技術(shù)，可加大掃氣第五十四頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-3汽油機(jī)增壓1.1.5汽油機(jī)渦輪增壓的對(duì)策汽油機(jī)與增壓器匹配的對(duì)策增壓壓力的控制1）進(jìn)氣減壓閥和排氣放氣閥2）變截面的渦輪3）高負(fù)荷向排氣管噴水，降低增壓器轉(zhuǎn)速和增壓壓力4）采用雙渦輪增壓器響應(yīng)滯后的控制對(duì)渦輪增壓器的慣性、點(diǎn)火正時(shí)、增壓壓力控制系統(tǒng)，進(jìn)排氣系統(tǒng)的長(zhǎng)度和直徑以及節(jié)氣門位置進(jìn)行良好匹配。第五十五頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-3汽油機(jī)增壓2.化油器式汽油機(jī)增壓的混合氣控制2.1增壓器位于化油器之前第五十六頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-3汽油機(jī)增壓特點(diǎn)：1）由于增壓器放在前面，則必須應(yīng)用價(jià)格最貴的壓力式化油器；2）通常化油器不能感受由于增壓壓力變化而引起的空氣密度變化，因此不能保證不斷提供具有合適空燃比的混合氣；3）化油器處在增壓器之后，節(jié)氣門關(guān)閉時(shí)，限制增壓器排氣，容易導(dǎo)致增壓器喘震。第五十七頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-3汽油機(jī)增壓2.2增壓器位于化油器之后第五十八頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-3汽油機(jī)增壓特點(diǎn)1）由于在化油器和發(fā)動(dòng)機(jī)之間間隔了一個(gè)增壓器，因此，化油器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工況變化的敏感程度變差；2）混合氣自化油器開(kāi)始要經(jīng)歷較長(zhǎng)的管路，故特別容易在增壓器中發(fā)生液體燃料沉積。低負(fù)荷時(shí)，汽化不良的燃料，將在增壓器中分化，重餾分沉積在擴(kuò)壓器壁上，進(jìn)入氣缸的是輕餾分。當(dāng)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，沉淀的重餾分燃料重新進(jìn)入氣缸，造成混合氣過(guò)濃，破壞發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。第五十九頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-3汽油機(jī)增壓2.3中置所謂中置，即將化油器拆成兩部分，將喉管、浮子室及其附件置于增壓器前，節(jié)氣門及其附件置于增壓器后。第六十頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-3汽油機(jī)增壓特點(diǎn)1）克服了壓氣機(jī)前置方案中，因進(jìn)氣壓力和密度變化而引起的高速貧油、低速富油的缺點(diǎn)；2）具有壓氣機(jī)前置方案的啟動(dòng)迅速，怠速平穩(wěn)，加速反應(yīng)快的特點(diǎn)；第六十一頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-3汽油機(jī)增壓3）通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)暮砉苤睆健？煞奖愕卣{(diào)整所需的扭矩和功率；4）雖然同樣存在汽油沉積的現(xiàn)象，但已大為減輕，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作沒(méi)有明顯影響。第六十二頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-3汽油機(jī)增壓2.4電控汽油噴射技術(shù)，為增壓技術(shù)在汽油機(jī)中的應(yīng)用掃除了化油器不能很好進(jìn)行合適空燃比控制的障礙，為汽油機(jī)增壓技術(shù)發(fā)展開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)新局面。第六十三頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日第一章內(nèi)燃機(jī)增壓概論

§1-4廢氣渦輪增壓器工作原理及結(jié)構(gòu)分類殼體：壓氣機(jī)殼、渦殼、中間殼轉(zhuǎn)子總成：增壓葉輪、渦輪、浮動(dòng)軸承、止推軸承其他：調(diào)節(jié)閥、卡箍、密封環(huán)等1．渦輪增壓器結(jié)構(gòu)壓氣機(jī)渦輪第六十四頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-4廢氣渦輪增壓器工作原理及結(jié)構(gòu)分類1．渦輪增壓器結(jié)構(gòu)1、發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣推動(dòng)渦輪葉輪使之旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)壓氣機(jī)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)。2、壓氣機(jī)葉輪強(qiáng)制吸進(jìn)空氣，經(jīng)壓縮后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)。3、被壓縮(并被冷卻后)的空氣進(jìn)入氣缸，參與燃燒做功。4、燃燒后的廢氣從排氣管排出，進(jìn)入渦輪，再重復(fù)(1)的動(dòng)作。第六十五頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-4廢氣渦輪增壓器工作原理及結(jié)構(gòu)分類2．不同的渦輪增壓器結(jié)構(gòu)及工作原理2.1軸流式渦輪增壓器

從柴油機(jī)排出的廢氣，經(jīng)過(guò)柴油機(jī)排氣管沿近似與葉輪軸平行的方向?qū)霚u輪進(jìn)氣殼（15），流經(jīng)噴嘴環(huán)（11，14）進(jìn)行膨脹。使廢氣的壓力和溫度下降。而流速顯著提高，具有高速的氣流按一定方向進(jìn)入渦輪工作葉片（10）通道。在其中廢氣繼續(xù)膨脹，同時(shí)一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械功。這些機(jī)械功被壓氣機(jī)所吸收，以提高空氣的壓力，然后將空氣經(jīng)柴油機(jī)進(jìn)氣管導(dǎo)入氣缸內(nèi)。以達(dá)到增壓的目的。

第六十六頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-4廢氣渦輪增壓器工作原理及結(jié)構(gòu)分類2.2徑流式渦輪增壓器

從柴油機(jī)排出的廢氣，沿大致與轉(zhuǎn)子軸（2）垂直的方向?qū)霚u輪進(jìn)氣殼（7）中，流經(jīng)噴嘴環(huán)（8）進(jìn)行膨脹。使廢氣的壓力和溫度下降，而流速顯著提高，具有高速的氣流按一定方向進(jìn)入渦輪工作葉片（9）通道。在其中廢氣繼續(xù)膨脹，同時(shí)一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械功，這些機(jī)械功被壓氣機(jī)所吸收，以提高空氣的壓力，然后將空氣經(jīng)柴油機(jī)進(jìn)氣管導(dǎo)入氣缸內(nèi)以達(dá)到增壓的目的。第六十七頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-4廢氣渦輪增壓器工作原理及結(jié)構(gòu)分類2.3徑流式與軸流渦式的比較

徑流渦輪增壓器廣泛應(yīng)用于中、小功率柴油機(jī)上，因?yàn)樵谛×髁繒r(shí)，徑流渦輪比軸流渦輪有更多的優(yōu)點(diǎn):1）效率高。尤其在在小流量且采用可調(diào)噴嘴環(huán)時(shí)，徑流渦輪的效率較高。而軸流渦輪由于噴嘴和工作葉片都較短，能量損失較大，效率較低。2）徑流渦輪的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于精密鑄造，成本較低。（噴嘴環(huán)葉片出口處不用扭轉(zhuǎn)，徑流級(jí)設(shè)計(jì)也較簡(jiǎn)單）第六十八頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-4廢氣渦輪增壓器工作原理及結(jié)構(gòu)分類3）徑流渦輪的單級(jí)膨脹比較大，即單級(jí)徑流渦輪在高效率下所能完成的膨脹功比單級(jí)軸流渦輪的大，同時(shí)徑流渦輪能在較小的外形尺寸下，得到較大的功率。4）徑流渦輪較易于安裝可調(diào)噴嘴，以實(shí)現(xiàn)噴嘴流道截面面積的變化，有利于渦輪增壓器和發(fā)動(dòng)機(jī)的配合工作。（寬廣的工況范圍與發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到良好的匹配，車用發(fā)動(dòng)機(jī)增壓后得到較理想的扭矩特性）第六十九頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-4廢氣渦輪增壓器工作原理及結(jié)構(gòu)分類5）工作輪速度損失系數(shù)對(duì)效率的影響小。故工作輪的表面加工質(zhì)量可差一些，降低成本。6）工作輪外廓與殼體間的間隙影響小，因工作時(shí)存在離心力，漏氣損失減小。（數(shù)據(jù)顯示：間隙變化1%，徑流式效率變化0.7-1%，軸流式效率變化2-2.5%）第七十頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-4廢氣渦輪增壓器工作原理及結(jié)構(gòu)分類缺點(diǎn):1）由于離心力的作用使掃氣時(shí)背壓較高。2）徑流式工作輪進(jìn)口處呈平板形，空氣動(dòng)力學(xué)性能差。當(dāng)不采用可調(diào)噴嘴環(huán)時(shí)，對(duì)變工況的適應(yīng)性差。3）徑流渦輪的工作輪和高溫氣流接觸面積大，使工作輪的平均溫度高、溫度梯度大，導(dǎo)致熱應(yīng)力較大、軸承熱負(fù)荷高。4）徑流渦輪的噴嘴葉片，容易被氣流中的雜質(zhì)、顆粒和水滴等在離心力的作用下所打傷和侵蝕。5）需設(shè)置多級(jí)渦輪時(shí)因結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常受到限制。第七十一頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-4廢氣渦輪增壓器工作原理及結(jié)構(gòu)分類3．根據(jù)增壓器渦輪轉(zhuǎn)子軸的布置型式不同的分類轉(zhuǎn)子：渦輪的工作輪、壓氣機(jī)工作輪同裝在一根轉(zhuǎn)軸上，形成的旋轉(zhuǎn)部份。1.外支承式2.內(nèi)支承式3.內(nèi)外支承式4.懸臂支承式第七十二頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-4廢氣渦輪增壓器工作原理及結(jié)構(gòu)分類3.1外支承式兩個(gè)軸承位于轉(zhuǎn)軸的兩端1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖第七十三頁(yè)，共八十四頁(yè)，2022年，8月28日§1-4廢氣渦輪增壓器工作原理及結(jié)構(gòu)分類2)特點(diǎn)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性好；

軸承遠(yuǎn)離葉輪，軸向空間大，便于考慮油水氣的密封；

軸承可采用單獨(dú)的潤(rùn)滑系統(tǒng)，減小軸承受高溫氣體的影響；

因?yàn)樵鰤浩鬏S中部可以加工成大尺寸，剛性較大，而在支承軸頸處便可以適當(dāng)作得小些