增壓技術(shù)簡介

1、第3章發(fā)動機增壓技術(shù) 增壓技術(shù)的應(yīng)用源于高效、價廉的廢氣渦輪增壓器 對內(nèi)燃機低油耗、高功率的需求以及日益嚴(yán)格的排放法規(guī)限制 內(nèi)容1、增壓技術(shù)和方式；2、渦輪增壓系統(tǒng)；3、渦輪增壓柴油機的特點和性能；4、渦輪增壓汽油機；5、渦輪增壓器及其調(diào)節(jié)。31 增壓技術(shù)和增壓方式 一、增壓技術(shù)：1、定義：將空氣或可燃混合氣進行預(yù)壓縮再送人汽缸。2、作用：增壓后，每循環(huán)進入汽缸的新鮮充量密度增大，使實際充氣量增加，從而達(dá)到提高發(fā)動機功率和改善經(jīng)濟性的目的。3、方法：根據(jù)公式Kc常數(shù)，pe有效壓力，Vs工作容積。提高內(nèi)燃機功率的措施分析：（動作系數(shù)z=C） 1)增加汽缸排量，即汽缸工作容積Vs 或汽缸數(shù)i 2)

2、增加轉(zhuǎn)速n，也即提高活塞平均速度cm。 3)增加平均有效壓力PeicKcPeDZPeVsniNem203. 0增壓技術(shù)分析： 1)增加汽缸排量，即汽缸工作容積Vs 或汽缸數(shù)i。則內(nèi)燃機重量和尺寸 ； 2)增加轉(zhuǎn)速n，也即提高活塞平均速度cm。則運動件的慣性力和機械應(yīng)力（慣性力轉(zhuǎn)速2 ） 而且 活塞平均速度超過一定值充氣效率機械損失和機械磨損 ； 3)增加平均有效壓力Pe根據(jù)平均有效壓力公式其中：e是有效熱效率，Hu是燃料的熱值， v為充氣系數(shù)，s是空氣密度， 是過量空氣系數(shù)，L0是理論空燃比14.7 。 可見：采用增壓的方法提高進氣壓力Ps， 采用中間冷卻的方法降低Ts， 是提高平均有效壓力P

3、e的有效手段。sveLoHuKcPeRTsPsS增壓技術(shù)和增壓方式4、度量：增壓后內(nèi)燃機功率的增加程度可用增壓度表示，其定義為增壓后與增壓前的內(nèi)燃機功率之比值，即增壓后與增壓前標(biāo)定工況下平均有效壓力之比值：式中：s增壓后汽缸進氣密度； e增壓前汽缸進氣密度。因為車用發(fā)動機增壓不僅要求功率增加，而且還要在較大的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷范圍內(nèi)滿足動力性、經(jīng)濟性、排放與成本等多方面的要求，所以車用內(nèi)燃機的增壓度不高，大約在1060的范圍內(nèi)，大部分在2030。esPeoPeNeoNe增壓技術(shù)和增壓方式目前，增壓程度的劃分尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，通常以增壓壓力pk或增壓比k(增壓器后和增壓器前的空氣壓力比)的大小來劃分增壓范圍

4、： 低增壓： pk 017 MPa 或k 17： 中增壓： pk =O18025 MPa或k=1825； 高增壓： pk =026035 MPa或k=2635； 超高增壓：pk035 MPa 或k35。 隨著增壓壓力的增加，進入汽缸的空氣溫度也會升高，相應(yīng)地減緩了空氣密度的增加，影響了增壓的效果，因此，增壓壓力較高時，通常要采取進氣冷卻措施，即所謂中冷的方法，將壓氣機出口的增壓空氣先經(jīng)過冷卻器降溫后再輸入汽缸。中冷可以提高充氣密度、降低內(nèi)燃機排氣溫度，并有利于降低內(nèi)燃機的熱負(fù)荷。增壓方式二、 增壓方式：按實現(xiàn)增壓所提供的能量方式可分為：機械增壓、廢氣渦輪增壓、復(fù)合增壓和氣波增壓4種基本類型。

5、廢氣渦輪增壓系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛。(1)機械增壓 通常由內(nèi)燃機曲軸通過齒輪來驅(qū)動增壓器，將氣體壓縮并送人發(fā)動機汽缸，機械增壓一般采用離心式壓氣機，在車用內(nèi)燃機上還常采用羅茨式、螺桿式和轉(zhuǎn)子活塞式等多種容積式壓氣機。 機械增壓一般只在增壓比不高時或某些特殊情況下采用。磨刀不誤砍柴功磨刀不誤砍柴功增壓方式(2)廢氣渦輪增壓 特點：內(nèi)燃機排出的廢氣經(jīng)渦輪膨脹做功后再排往大氣； 渦輪發(fā)出的功率驅(qū)動壓氣機。因此，在渦輪增壓內(nèi)燃機工作時，渦輪和壓氣機兩者的功率必須保持平衡，以保證內(nèi)燃機發(fā)出預(yù)定功率時所需要的增壓壓力和空氣流量。圖32渦輪增壓系統(tǒng)1排氣管；2渦輪殼；3渦輪；4轉(zhuǎn)子軸；5壓氣機；6集氣器；7進氣管

6、渦輪增壓的主要優(yōu)點有： 1) 重量體積增加很少的情況下，一般可提高功率20%50，而且容易實現(xiàn)高增壓 2) 渦輪增壓后經(jīng)濟性有明顯提高。油耗率可降低5%10； 3)可降低排氣噪聲和煙度，減少了對環(huán)境的污染。 渦輪增壓也有一些缺點：如加速性能較差；熱負(fù)荷問題較嚴(yán)重；對大氣溫度和排氣背壓較敏感。增壓方式(3)復(fù)合增壓 1)機械增壓和渦輪增壓組成的復(fù)合增壓 串連復(fù)合增壓：進入汽缸的空氣經(jīng)兩級壓縮，第一級用渦輪增壓，經(jīng)中冷后空氣再進行第二級機械增壓(常為羅茨式壓氣機)。這種方式用于高增壓柴油機上，并可以改善低速轉(zhuǎn)矩特性和加速性。 并聯(lián)復(fù)合增壓：機械增壓和渦輪增壓并行向柴油機汽缸供給增壓空氣，機械增壓可

7、以彌補渦輪增壓器的供氣不足。復(fù)合增壓系統(tǒng)(機械增壓+渦輪增壓)(a)串聯(lián)系統(tǒng) (b)并聯(lián)系統(tǒng)E內(nèi)燃機；T渦輪；k壓氣機增壓方式并聯(lián)復(fù)合增壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多用于實現(xiàn)純渦輪增壓較 困難的二沖程柴油機。主要原因是： 掃氣空氣量大，壓氣機消耗的功率較多；掃氣過程中新鮮空氣和排氣的摻混使排氣溫度降低，排氣能量減少；要求有較大的進排氣壓力差，但排氣溫度不高，致使渦輪和壓氣機的功率難于達(dá)到平衡。渦輪功率不足，就需要供給一部分附加能量，通常由增加一級機械傳動的壓氣機補其不足。純渦輪增壓的實現(xiàn)：排氣可用能量約占燃料能量的15左右。在二沖程柴油機上，如果采用脈沖增壓系統(tǒng)來提高排氣能量傳遞效率，并采用高效率的渦輪增

8、壓器，則20以上的排氣能量可以加以利用，這樣就有可能實現(xiàn)純渦輪增壓。如6EL390ZC柴油機就是純渦輪增壓二沖程柴油機。增壓方式圖34復(fù)合增壓(渦輪增壓+諧振系統(tǒng)) 1渦輪增壓器； 2連接管； 3穩(wěn)壓箱； 4共振管； 5共振室； 6進氣管； 7汽缸2)渦輪增壓和諧振系統(tǒng)組成的復(fù)合增壓： 渦輪增壓與進氣動態(tài)效應(yīng)相結(jié)合的復(fù)合增壓系統(tǒng)，如圖。 空氣先在渦輪增壓器l中壓縮，經(jīng)連接管2進入穩(wěn)壓箱3，使諧振系統(tǒng)的壓力波動不致影響壓氣機的工作，然后進入諧振系統(tǒng)(由諧振管4和諧振室5組成)，進一步壓縮后流入內(nèi)燃機進氣管6。 六缸內(nèi)燃機可分成兩個獨立的諧振系統(tǒng)。 將進氣相位不重疊的汽缸與一個諧振系統(tǒng)相連接，可以

9、更好地利用諧振系統(tǒng)的動能。增壓方式渦輪增壓和諧振系統(tǒng)組成的復(fù)合增壓 諧振增壓原理：諧振系統(tǒng)的固有頻率取決于：音叉原理，水擊現(xiàn)象系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)(諧振管長度直徑d以及諧振室的容積y) 空氣壓力波傳播速度(音速)。內(nèi)燃機各汽缸周期性的吸氣過程對進氣系統(tǒng)會產(chǎn)生激振，當(dāng)這一激振的某一階諧波與諧振系統(tǒng)的固有頻率一致時，便產(chǎn)生共振，這時諧振室內(nèi)的壓力振幅達(dá)到最大值，從而實現(xiàn)慣性增壓。實現(xiàn)共振時的內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速稱為諧振轉(zhuǎn)速ncs，這時內(nèi)燃機的容積效率，可達(dá)最大值，一般可通過調(diào)整諧振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)來控制諧振轉(zhuǎn)速，可把希望得到最大有效轉(zhuǎn)矩Memax 的轉(zhuǎn)速定為產(chǎn)生共振的轉(zhuǎn)速，以改善內(nèi)燃機容積效率變化曲線。為提高低速扭

10、矩性能提供了可能，從而改善渦輪增壓柴油機的扭矩特性。試驗表明，這種增壓方式可提高最大有效轉(zhuǎn)矩28。增壓方式渦輪增壓和諧振系統(tǒng)組成的復(fù)合增壓諧振系統(tǒng)的諧振頻率f可近似地按下式計算：式中：F諧振管截面積；L諧振管長度；V諧振室容積；a空氣壓力波傳播速度。當(dāng)F不變時，減小諧振室容積，而增加諧振管長度，可獲得同一諧振頻率。為使諧振系統(tǒng)獲得最佳效果，要盡可能減少管道的流動阻力與壓力損失。諧振管管徑不宜過細(xì)，管接口、管壁要光滑，彎頭要少和彎管曲率半徑要大等。LVFaf2渦諧復(fù)合增壓方式的主要優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)較簡單，不需要專門的控制系統(tǒng)；內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)矩特性可獲得明顯改善；加速性能 也可得到改善；（因為進氣系統(tǒng)的容

11、積較大，可縮短響應(yīng)時間。）缺點：進氣管系尺寸較大，在內(nèi)燃機上不易布置；較適合在3、6缸內(nèi)燃機上采用。增壓方式氣波增壓(4)氣波增壓：涇渭分明 工作原理：利用氣體質(zhì)點和壓力波以及壓力波的反射特性，使廢氣和新鮮充量接觸，在相互不混合前提下，直接將廢氣能量傳給低壓氣體，并提高其壓力實現(xiàn)增壓。空氣的壓縮過程和排氣的膨脹過程在轉(zhuǎn)子葉道內(nèi)分別以壓縮波和膨脹波的形式完成。氣波增壓器主要由轉(zhuǎn)子、空氣定子和燃?xì)舛ㄗ铀M成。轉(zhuǎn)子上裝有許多直葉片，形成許多梯形截面的葉道。轉(zhuǎn)子支撐在軸承上，與定子都不接觸，柴油機曲軸驅(qū)動轉(zhuǎn)子。 氣波增壓器結(jié)構(gòu)較簡單、適應(yīng)工況變動范圍較大、加速性和低速轉(zhuǎn)矩特性較好，適用于載貨汽車和工程

12、機械等柴油機，但由于體積、重量較大，效率不高，且難于良好匹配，所以，迄今應(yīng)用不廣。圖35氣波增壓系統(tǒng)1活塞；2轉(zhuǎn)子；3傳動皮帶；4高壓排氣；5高壓進氣；6低壓進氣口；7低壓排氣口渦輪增壓系統(tǒng)渦輪增壓系統(tǒng)的基本類型32 渦輪增壓系統(tǒng)一、渦輪增壓系統(tǒng)的基本類型 根據(jù)排氣能量的利用方式分為兩種基本類型：定壓渦輪增壓系統(tǒng)脈沖(變壓)渦輪增壓系統(tǒng)(1)定壓渦輪增壓系統(tǒng) 定壓渦輪增壓系統(tǒng)(見圖36(a)的特點是：渦輪前的排氣壓力基本上保持恒定，把各缸的排氣管都通向一根排氣總管上，且排氣總管的容積要足夠大，應(yīng)能起穩(wěn)定壓力的作用。雖然各汽缸的排氣時間互有差異，壓力波動較大，但匯集到排氣總管后，互相混合減速和滯

13、止，基本保持恒定壓力。然后，排氣按定壓由排氣總管導(dǎo)人渦輪機的噴嘴環(huán)。渦輪增壓系統(tǒng)(2)脈沖渦輪增壓系統(tǒng)脈沖渦輪增壓系統(tǒng)（如圖36(b)）的特點是：把各缸的排氣歧管做得短而細(xì)，渦輪增壓器盡量靠近汽缸，并且?guī)讉€汽缸(通常2個缸或3個缸)連接一根排氣管，這樣在每一根排氣管中就形成幾個連續(xù)的互不干擾的排氣脈沖波(或稱排氣壓力波)進入廢氣渦輪機中；同時把渦輪的噴嘴環(huán)根據(jù)排氣管的數(shù)目分組隔開，使它們互不干擾。由于渦輪處在進氣壓力波動較大的條件下工作，所以該系統(tǒng)又稱為變壓式渦輪增壓系統(tǒng)。渦輪增壓系統(tǒng)的基本類型1)、在定壓渦輪增壓系統(tǒng)中，排氣總管容量大，有壓力平衡作用。廢氣流入排氣總管造成了強烈的節(jié)流和不可逆

14、膨脹損失，能量傳遞效率較低。特別是在降低增壓比、加大噴嘴環(huán)的流通截面時，渦輪機前的排氣總管壓力p下降，能量損失更大。試驗結(jié)果表明：二、 定壓式和脈沖式渦輪增壓系統(tǒng)的比較和選擇 =1516時，只能利用排氣總能量的1215；3.0后，可增加到3035。定壓式和脈沖式渦輪增壓系統(tǒng)的比較和選擇在脈沖渦輪增壓系統(tǒng)中，不存在大容積的排氣總管，理論上不應(yīng)出現(xiàn)不可逆膨脹損失。初始排氣時有很大壓降，氣門端背壓p上升很快，見圖(a)；再加上流人渦輪機的排氣有較高的動能，一部分在渦輪機中轉(zhuǎn)化為機械功。所以脈沖渦輪增壓系統(tǒng)能量傳遞效率較高。排氣脈沖波與發(fā)動機的掃氣性能a、脈沖渦輪增壓系統(tǒng) b、定壓渦輪增壓系統(tǒng)Pe排氣

15、門開啟后的缸內(nèi)壓力，Pk排氣門外背壓，pb增壓壓力隨著增壓比增加脈沖能量在排氣能量中所占比重減小，這兩種增壓系統(tǒng)的能量傳遞效率逐漸接近。定壓式和脈沖式渦輪增壓系統(tǒng)的比較和選擇2)脈沖增壓系統(tǒng)對汽缸掃氣有明顯好處。在氣門重疊掃氣期間，脈沖系統(tǒng)已經(jīng)排空， p正處于波谷（見圖)，因此即使在低增壓和高增壓的部分負(fù)荷工況，仍有足夠的掃氣壓力差p-p，保證汽缸內(nèi)良好的掃氣。而在定壓渦輪增壓系統(tǒng)中由于p波動小，掃氣壓力差就大為減小，不容易保證汽缸的掃氣。3)在脈沖渦輪增壓系統(tǒng)中，排氣管容積較小，當(dāng)發(fā)動機負(fù)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)速較快的變動，所以其加速性能較好。而

16、在排氣總管容積較大的恒壓渦輪增壓系統(tǒng)中，渦輪前壓力變化比較緩慢，加速性能較差，特別在低增壓時，排氣能量的利用程度較低，加速性能就更差，同時其轉(zhuǎn)矩特性也變差。定壓式和脈沖式渦輪增壓系統(tǒng)的比較和選擇4) 脈沖系統(tǒng)的渦輪平均絕熱效率比定壓系統(tǒng)的略低。因為定壓系統(tǒng)在渦輪前的壓力恒定，噴嘴環(huán)為全周穩(wěn)定入流；而脈沖系統(tǒng)在渦輪前的廢氣壓力和溫度都是周期性變化的，進入工作輪葉片的氣流方向也周期性地改變；而工作輪葉片的安裝角都是固定的，氣流和葉片不斷發(fā)生沖擊和氣流分離，從而造成局部氣流的撞擊損失。此外在有些情況下，渦輪機還存在著部分進氣損失。5)脈沖系統(tǒng)的廢氣瞬時流量也是周期性變化的，其瞬時最大流量比定壓系統(tǒng)的

17、流量(相當(dāng)于脈沖系統(tǒng)的平均流量)大，因此，脈沖渦輪的尺寸較大。其排氣管的結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜，受每根排氣管連接汽缸數(shù)目的限制，在一臺柴油機上有時不得不采用幾個廢氣渦輪增壓器，這就使得整個增壓系統(tǒng)變得復(fù)雜，柴油機的輪廓尺寸加大。 綜上所述：中、小型發(fā)動機多為低增壓，采用脈沖渦輪增壓較為有利。大型柴油機增壓比較高，則宜采用定壓渦輪增壓。但考慮到車用柴油機大部分時間在部分負(fù)荷(此時增壓壓力較低)下工作，對其轉(zhuǎn)矩特性和加速性能要求比較高，即便是在高增壓的車用柴油機上仍常采用脈沖渦輪增壓系統(tǒng)。33 渦輪增壓柴油機的特點和性能：一、 渦輪增壓柴油機的特點：增壓度越高，柴油機的機械負(fù)荷和熱負(fù)荷越高。機械負(fù)荷的標(biāo)志為

18、最高燃燒壓力pz，而熱負(fù)荷的標(biāo)志是活塞溫度及渦輪前廢氣溫度Tt。 增壓柴油機的特點：為了保證增壓柴油機在高機械負(fù)荷、熱負(fù)荷的條件下，能可靠耐久地工作，所采取的“發(fā)動機主要熱力參數(shù)的選取、結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料、工藝等方面的措施”。 渦輪增壓柴油機的特點(1)主要參數(shù)的選取 為了降低爆發(fā)壓力pz ，在增壓發(fā)動機中可以適當(dāng)降低壓縮比。在低增壓時壓縮比可降低一個單位（比非增壓柴油機）隨著增壓比提高，可以多降低一些，一般可取=1214低于11是不太合適的。因為：壓縮比過低，柴油機的經(jīng)濟性惡化，工作粗暴，特別是pz 太低引起冷啟動困難。如：135型柴油機增壓時壓縮比從16下降到14。增壓柴油機適當(dāng)加大過量空氣系

19、數(shù) ，可降低柴油機的熱負(fù)荷和改善經(jīng)濟性。在低速及中速柴油機上，由于非增壓時的=1822較大，因此增壓后的過量空氣系數(shù)可以和原來的一樣。在高速柴油機上，非增壓時 =1117較小，因此在使用增壓系統(tǒng)后，一般要將放大1030，以免受熱零件溫度過高。渦輪增壓柴油機的特點和性能（2）供油系統(tǒng)分析：、 柴油機增壓以后，要求增加每循環(huán)的供油量。注意連鎖效應(yīng)：每循環(huán)的供油量供油持續(xù)角使燃燒過程柴油機指示效率i=W/Q 縮小供油持續(xù)角的方法有：a、增大柱塞直徑；b、增加供油速率(噴油泵凸輪廓線較陡)，不同增壓度下的供油速率c、提高噴油壓力以及加大噴油嘴噴孔直徑等。（提高噴油壓力和增大噴孔直徑還可以增加油束的射壓

20、，保證在汽缸空氣密度增大的情況下有足夠射程，以適應(yīng)油束和氣流及燃燒室尺寸之間配合的需要。）供油系統(tǒng) 、因為增壓柴油機壓縮終點的溫度和壓力均增高；壓縮終點的溫度和壓力著火延遲期存在著減小供油提前角的可能性。供油提前角的減小可能使爆發(fā)壓力降低；但是：爆發(fā)壓力燃澆時間比油耗g 排氣管廢氣溫度T。注意必須：減小供油提前角，縮短供油持續(xù)時間，重新調(diào)整油束與氣流的配合，強化著火后的燃燒等措施結(jié)合起來，使p與g、T的矛盾得到合理解決才是可行的。 此外，還要注意，在增壓度提高后，供油量加大，高壓油管及噴嘴進油孔處要保證具有足夠大的流通截面，以適應(yīng)供油量加大的需要，否則也會引起柴油機功率不足，比油耗和排氣溫度升

21、高等。配氣機構(gòu) (3)配氣機構(gòu) 為了提高柴油機的掃氣能力，清除燃燒室廢氣，提高充氣效率v，及降低熱負(fù)荷。增壓發(fā)動機一般采用較大的氣門重疊角，利用活塞在上止點附近增壓壓力pk和廢氣渦輪前工質(zhì)壓力pt的壓力差進行掃氣。在定壓渦輪增壓系統(tǒng)中，氣門重疊角的選取既要考慮高負(fù)荷時掃氣的要求，又要兼顧低負(fù)荷時排氣倒流的可能性。因為這時增壓器工作偏離設(shè)計工況，渦輪增壓器綜合效率及增壓壓力都降低， pt就有可能大于pk ，引起排氣倒流人汽缸和進氣管，從而使進氣管強烈發(fā)熱，并在其中形成積焦和油垢。在脈沖渦輪增壓系統(tǒng)中，掃氣期間排氣管內(nèi)壓力正好處在脈沖壓力的低壓階段，進排氣管具有較大的壓力差來進行掃氣，就是在發(fā)動機

22、部分負(fù)荷時這種狀況還將保留，使其在低負(fù)荷時仍能獲得良好的掃氣效果，因而脈沖增壓系統(tǒng)可以采用較大的氣門重疊角，一般在110130之間。配氣機構(gòu)而實踐表明：在脈沖渦輪增壓系統(tǒng)，隨著增壓壓力的提高，特別是高轉(zhuǎn)速柴油機(n2 000 rrain)，氣門重疊角反而應(yīng)取得小一些，以防止發(fā)動機在低速和低負(fù)荷時排氣倒流，以及避免在活塞頂部開過深的氣門凹坑(因為高增壓柴油機為了增加進、排氣門的時間截面值，一般均取較大的氣門升程)。因此，在增壓壓力接近300 kPa時，采用和非增壓時差不多的氣門重疊角。由右圖可知：135Z發(fā)動機重疊角增大時廢氣溫度和耗油率下降，空氣流量增加。當(dāng)重疊角大于116時，各參數(shù)變化已平穩(wěn)

23、。主要參數(shù)的選取、進排氣系統(tǒng)：脈沖渦輪增壓系統(tǒng)中，各缸排氣應(yīng)該互不干擾，所以排氣管的連接有一定的順序：見表。對于增壓柴油機：排氣管一般均采用耐熱鑄鐵制造。（熱負(fù)荷大，防開裂）進氣管容積盡可能大。（減少進氣壓力的脈動，提高 壓氣機效率和改善發(fā)動機性能）空氣濾清器也相應(yīng)增大，以免壓氣機進口壓力損失過大，引起柴油機性能惡化。 位置應(yīng)使排氣管最短，同時又不使壓氣機受到排氣管加熱的影響。 渦輪增壓柴油機的特點和性能（）、冷卻增壓空氣：作用：提高進氣密度，從而提高柴油機功率；降低柴油機壓縮始點的溫度和柴油機的熱負(fù)荷和排氣溫度。試驗數(shù)據(jù)表明：增壓空氣每降低10，柴油機的平均溫度可降低2530。在增壓比為15

24、2時，冷卻增壓空氣提高了空氣流量1018。冷卻增壓空氣的方法：用水和空氣在中間冷卻器中進行間接冷卻。被壓縮的空氣經(jīng)中冷器后進入柴油機，渦輪增壓器所壓縮的空氣通過空氣渦輪驅(qū)動軸流式風(fēng)扇提供冷卻空氣?？諝鉁u輪的葉片就裝在風(fēng)扇的邊緣，（類似手電鉆），使結(jié)構(gòu)緊湊，稱為輪緣空氣渦輪風(fēng)扇。冷卻增壓空氣盡管是降低熱負(fù)荷最合理的措施之一，但它只有在增壓壓力較高時(pk200 kPa)才適用。1增壓器；2取氣管；3渦輪風(fēng)扇4進氣管；5中冷器；6進氣歧管7發(fā)動機；8排氣歧管二、渦輪增壓柴油機的性能：總體上，增壓柴油機具有升功率高、油耗較低、排污較少等優(yōu)點。可是從車輛應(yīng)用的角度，對增壓柴油機在不同運行工況的整機性能

25、還需要作進一步分析。 (1)經(jīng)濟性改善 車用增壓柴油機可以改善經(jīng)濟性，但在不同運行區(qū)不一樣。非增壓柴油機最大轉(zhuǎn)矩點的平均有效壓力為p=800900 kPa，進一步提高p，將由于空氣量不足而冒煙。而同一排量的增壓柴油機在最大轉(zhuǎn)矩點p=1 100l 300 kPa。增壓使指示功率和有效功率都提高了(機械效率也提高了) 如圖。增壓與非增壓內(nèi)燃機經(jīng)濟性比較 實線一增壓虛線一非增壓 (a)同一排量等油耗范圍大渦輪增壓柴油機的性能比較同一功率的增壓與非增壓內(nèi)燃機：增壓機排量小(缸數(shù)少或缸徑小)，機械損失低，油耗低。這一特點，有利于中型、輕型載貨汽車及經(jīng)常處于中等或部分負(fù)荷運轉(zhuǎn)的車輛。同樣功率下，增壓后可以

26、減少排量，降低機械損失。所以油耗低，等油耗區(qū)大。如圖。高負(fù)荷的經(jīng)濟運行范圍也擴大了；低負(fù)荷區(qū)，渦輪增壓器的能量轉(zhuǎn)換較差，柴油機進、排氣阻力及換氣損失增加，此時增壓沒有好處。顯然這一特點，有利于經(jīng)常高速滿載運行的長途重型載貨汽車。增壓與非增壓內(nèi)燃機經(jīng)濟性比較 實線一增壓虛線一非增壓(b)同一功率等油耗范圍大增壓可以在保持原有功率和較高轉(zhuǎn)矩的情況下，適當(dāng)降低內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速，從而減少機械損失和磨損，不僅改善了整機的經(jīng)濟性(見圖314)，而且使可靠性及使用壽命提高，維修費用降低。所以一般非增壓機改增壓機后，轉(zhuǎn)速均有所降低，這時，車輛后橋傳動比也應(yīng)作相應(yīng)改動。合理配合才能實現(xiàn)。Pe相同n下降，ge下降渦輪增

27、壓柴油機的性能(2)降低排氣污染和噪聲 通常增壓柴油機在較充足的過量空氣中工作，有害氣體的排放量一般為非增壓機的1/31/2，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，尤其在采用增壓中冷以后，對減少有害排放物更為有利（圖）。增壓柴油機由于著火滯燃期縮短，壓力升高率降低，可以使燃燒噪聲減少。由于渦輪增壓器的設(shè)置，進、排氣噪聲也有所減少。在穩(wěn)定的高負(fù)荷工況，增壓柴油機總的噪聲級（取決于機械噪聲水平）比非增壓低（），在低負(fù)荷工況降低噪聲的效果沒有這么明顯。渦輪增壓柴油機的性能 (3)低速轉(zhuǎn)矩性能變差渦輪增壓柴油機低速時發(fā)動機排出的廢氣能量低增壓壓力不高，循環(huán)供氣量不足，轉(zhuǎn)

28、矩增量明顯比高速時低。影響了車輛的加速性能及爬坡能力。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等，是可以改善其低速轉(zhuǎn)矩的。如圖所示。不過，增壓后最大的轉(zhuǎn)矩所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速比非增壓機型均有所增加，這對改善載貨汽車的牽引性能是不利的。(4)加速性能變差 由于廢氣渦輪增壓器與內(nèi)燃機沒有機械聯(lián)系，增壓器自身的慣性使增壓內(nèi)燃機的加速性能差。在加速過程中增壓壓力上升緩慢，轉(zhuǎn)速增加時間較長，煙度也會增加。為了防止加速時冒煙，需要加裝增壓壓力未達(dá)到規(guī)定值時的限制供油量的裝置，進一步延緩了加速過程。脈沖增壓系統(tǒng)采用減少進、排氣管容積，放氣調(diào)節(jié)或可變噴嘴，

29、減小氣門重疊角等可以改善加速性能。另外，利用車輛上空氣制動系統(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。圖317增壓柴油機帶負(fù)荷加速時各參數(shù)變化情況(5)啟動與制動有一定困難增壓柴油機在啟動瞬時的進氣壓力及溫度均不高，再加上壓縮比較低，造成著火與啟動困難。由于增壓會造成載重汽車緩速制動力不足?？刂婆艢忾T的開閉可以提高制動力。渦輪增壓汽油機 汽油機增壓更困難。因為容易爆燃，用得少。電控技術(shù)促成了汽油機增壓的發(fā)展。一、汽油機渦輪增壓的特點： 1)、增壓度較低。汽油機增壓的增壓度受限于爆燃和熱負(fù)荷。為提高增壓度可采用下述方法：a、適當(dāng)改變?nèi)紵倚螤?；b、降低壓縮比；c、使用較高辛烷值

30、汽油；d、采用中冷技術(shù)等。 2)、汽油機壓縮比較低(=69)，過量空氣系數(shù)范圍也較窄(=085105)，燃料經(jīng)濟性較差。3)、汽油機進混合氣，故不能用加大掃氣量來冷卻受熱零件，所以增壓后熱負(fù)荷偏高。 4)、汽油機由于壓縮比低，氣缸壓力也低，燃燒后的膨脹做功（放熱）不充分，所以汽油機排溫較高，對廢氣渦輪的耐熱強度就有更高要求。5)汽油機速度范圍較寬，功率和廢氣能量差別也很大，渦輪增壓器與汽油機的匹配較柴油機困難，對增壓器的性能有更高的要求。汽油機增壓器的布置：分為前置方案、后置方案及混合布置方案。 由于增壓器布置方案不同，其工作特點和技術(shù)要求就有明顯差別。a）前置方案(1)增壓器前置方案： 如圖

31、(a)增壓器布置在化油器之前。優(yōu)點： 1)化油器安裝位置不變，化油器喉管流通截面也不用改變，混合氣流程短，原發(fā)動機易改裝。 2)汽油機回火時，不易損壞壓氣機葉輪。3)向溫度較高的壓縮空氣中噴入燃油，有助于燃油的霧化及均勻混合，而燃油的汽化又對混合氣起冷卻作用。 4)增壓器發(fā)生故障而不能運轉(zhuǎn)時，容易與汽油機脫開，恢復(fù)原機運行。汽油機增壓器的布置缺點： 1)化油器處在增壓壓力狀態(tài)下工作，必須嚴(yán)格密封否則會向外泄漏燃油。 2)化油器的供油量對空氣密度的變化不敏感，因此，在低增壓時混合氣過濃，而在高增壓時，混合氣又過稀。混合氣很難隨工況變化而加以調(diào)整。 3)供油系統(tǒng)比較復(fù)雜，汽油泵的供油壓力必須隨增壓

32、壓力提高而增加，供油量才能適應(yīng)增壓的要求。(2)增壓器后置方案：如圖(b)增壓器布置在化油器之后。(b)后置方案汽油機增壓器的布置 優(yōu)點： 1)化油器處于環(huán)境壓力及溫度下工作，因此可能采用通常的泵油系統(tǒng)。 2)混合氣經(jīng)過壓氣機攪動，霧化和混合更好。同時，進入壓氣機的?昆合氣進一步汽化吸熱，使混合氣溫度下降，從而減少了壓氣機的耗功。 3)化油器供油特性易于滿足增壓要求，但由于通過化油器的空氣容積流量增大，化油器喉管截面應(yīng)加大，主供油系的量孔尺寸也應(yīng)隨之加大。 4)化油器的調(diào)整工作比較簡單。 缺點： 1)汽油機回火時，容易損壞壓氣機葉輪。 2)燃油中的重餾分在汽油機低負(fù)荷時，將沉積在擴壓器壁上，在

33、增壓壓力作用下有可能外泄，容易著火；同時，汽油機轉(zhuǎn)速增加時，又將卷入汽缸使混合氣過濃不能正常工作。此外，當(dāng)進氣管真空度較大時，容易把增壓器中的潤滑油吸出來并卷入汽缸。3)混合氣經(jīng)過的路線長，從化油器到汽油機進氣門的管道容積大，使汽油機的怠速性、加速性和啟動性變壞。汽油機增壓器的布置(3)混合布置方案 該方案是把化油器主供油系放在壓氣機的進口處，而將節(jié)氣門以下部分置于壓氣機的后端，把怠速及加速燃油各用一根油管引到節(jié)氣門之后。該方案具有增壓器后置方案的全部優(yōu)點，同時又克服了后置方案中節(jié)氣門開度較小時，壓氣機竄機油的缺點，并改善了怠速性、加速性和啟動性。 在直接噴射式汽油機上增壓時，一般燃油在增壓器

34、之后噴入，也有的在壓氣機前噴人一小部分燃油，經(jīng)過壓氣機改善了霧化，并降低了壓氣機出口溫度，增加了汽油機的充氣系數(shù)，但這種布置方式結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。二、汽油機渦輪增壓的主要技術(shù)措施(1)降低壓縮比 汽油機增壓由于受爆燃的限制，必須降低壓縮比，使用高辛烷值燃料，采用中間冷卻混合氣和向汽缸噴水等技術(shù)措施。 試驗數(shù)據(jù)表明，在使用辛烷值為90的汽油時，汽油機的壓縮比從86降到70，廢氣渦輪增壓后的最大功率可增加4050。若使用辛烷值為100的汽油，壓縮比可保持不變，而功率可增加一倍左右。 在燃料辛烷值保持不變時，增壓后的許用壓縮比可用下式估算其近似值如何選定一個最佳的增壓后的許用壓縮比，首先要根據(jù)汽油機使用

35、工況和匹配方案初步選定，再通過汽油機臺架試驗和汽車道路試驗，從動力性、經(jīng)濟性，汽油機的機械負(fù)荷和熱負(fù)荷以及增壓器的使用壽命等全面衡量后確定。 00ppkk式中：0非增壓時的許用壓縮比； k增壓后的許用壓縮比。二、汽油機渦輪增壓的主要技術(shù)措施(2)增壓壓力控制系統(tǒng) 汽油機運行轉(zhuǎn)速范圍比柴油機寬，從低速到高速進氣流量變化范圍大，渦輪增壓器的特性很難完全滿足各種工況的要求，可能出現(xiàn)低速時增壓壓力不足，高速時增壓壓力過高的情況。此外，汽油機過量空氣系數(shù)范圍窄、排溫高，渦輪入口的廢氣可用能大，再加上為了避免爆震及限制熱負(fù)荷，使汽油機允許的增壓壓力比柴油機要低。為此，必須對汽油機增壓壓力進行控制。(3)減小增壓后的“反應(yīng)滯后”現(xiàn)象增壓后，當(dāng)節(jié)氣門突然開啟時空氣流量變化很大，渦輪機“反應(yīng)滯后”，增壓器供氣往往跟不上，“反應(yīng)滯后”現(xiàn)象比增壓柴油機更為嚴(yán)重。為此可采用脈沖渦輪增壓系統(tǒng)、增壓器前置方案、帶旁通閥的控制系統(tǒng)、減小進排氣管長度及容積、提高壓縮比及可變點火正時等措施，減小“反應(yīng)滯后”現(xiàn)象。(4)燃料供給系統(tǒng)的調(diào)整 1)化油器 在增壓器后置方案中，增壓后通過化油器喉管處的空氣量增加因此化油器的喉管流通截面積也應(yīng)增加，增加的幅度應(yīng)與增壓后