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废气涡轮增压

Yuning
目录

Ⅰ、基础知识：
一、增压的可行性及特点
二、增压的衡量指标
三、发动机增压的种类
Ⅱ、废气涡轮增压
一、理论基础
（一）废气能量的利用
（二）增压空气的中冷
二、压气机构造
三、离心式压气机工作原理
四、离心式压气机工作特性
五、涡轮机构造与工作原理
Ⅲ、增压的特点及与内燃机匹配
一、对车用增压器的要求
二、增压器与内燃机的匹配
Ⅳ、车用内燃机增压的特殊问题及改善措施
一、车用内燃机增压的特殊问题
二、增压内燃机优化措施

Ⅰ、基础知识：
一、增压的可行性及特点
内燃机的有效功率为：

式中:Pme——平均有效压力(kPa)；
Vs——工作容积(m³)；
i——内燃机全缸数；
n——内燃机转速(r／min)；
τ——冲程数。
要提高内燃机的单机功率，可通过提高内燃机的平均有效压力Pme来实现。要提高平均有效压力Pme，通过控制过量空气系数，提高充气效率和增加进入气缸的充气密度，可以实现提高内燃机的动力性。
内燃机采用进气增压，就是提高进入气缸的充量密度的有效途径，使进入气缸的新鲜气量增加，这就可以燃烧更多的燃料，使平均有效压力提高，从而提高有效功率。
增压技术在柴油机上得到了广泛的应用，汽油机增压的许多问题也已经得到了成功的解决。增压发动的特点是：
1)功率相同时，发动机的空间尺寸减小，重量轻，对于提高发动机的经济性更有意义。
2)在达到额定输出功率时，摩擦损耗相对较小，在部分负荷时，增压发动机的工况更接近最大效率设计工况点。
3)通过增压器的合理设计，可以将转短特性改进为低速高转矩，这对车用内燃机很有利。
4)随行驶地区海拔高度升高而导致的功率下降(海拔每上升1000m功率下降10％)，可通过增压来弥补。
5)通过增压可以使排放降低。对于增压汽油机，通过最合适的燃烧室形状设计和在涡轮机内的后燃，可以降低HC值；在低负荷范围可降低NOx，当然在高负荷时NOx会有所升高。对于柴油机，增压后NOx略有上升，但由于空气过量，烟度有所下降。
6)降低噪声。柴油机增压后，由于混合器工作温度升高，着火延迟期缩短，燃烧过程变得柔和，对直喷式柴油机更为有利。另外，通过换气管内的波动削平和消声，也使噪声减小；表面辐射噪声也有所下降。
7)经济性得到改善。由于增压后平均有效压力提高，机械损失相对减少，在高负荷区，机械效率得到提高；在低负荷区，由于进、排气阻力和换气损失增加，经济性受到影响。在相同功率时，增压机比非增压机的排量要小，机械损失也相对减小。因此，增压机比非增压机的比油耗要小、等油耗的经济运行区扩大；另一方面，排量不变时降低转速，机械损失也减小，热效率得到提高。
8)增压机的主要零部件的机械负荷和热负荷增加。
二、增压的衡量指标
衡量指标主要有增压度和增压比。
1、增压度
增压度φ是指内燃机在增压后的标定功率和增压前的标定功率的差值，与增压前标定功率的比值。增压度表明增压后功率增加的程度。

式中—增压后、增压前的标定功率。
增压度取决于所采用的增压系统，采用中冷可使增压度提高。汽油机的增压度受到爆燃的限制。柴油机的增压度受燃烧最高压力的限制，通常以降低压缩比来补偿。
现代四冲程柴油机的增压度可达3以上，而车用柴油机的增压度不高，一般只有0.1—0.6左右。因为车用柴油机要同时考虑车辆的动力性、经济性、排放和成本等多方面要求。
2、增压比
增压比是指增压器出口压力与环境条件下大气压力(或增压器进口压力)的比值，简称压比，用QUOTE表示。

式中QUOTE—增压器出口压力；
QUOTE一环境条件下大气压力。
通常QUOTE<0.15MPa为低增压；0.15MP<QUOTE<0.25MPa为中增压；0.25MPa<QUOTE<0.35MPa，QUOTE>0.35MPa为超高增压。
三、发动机增压的种类
按增压的工作原理，内燃机增压可分为：机械式增压、容积式(进气管)增压、气波增压、废气涡轮增压及复合增压。
Ⅱ、废气涡轮增压
废气涡轮增压在1905年由瑞士人(Bechi)提出，20世纪20年代开始用于柴油机。近年来，汽油机增压也颇受重视，应用增多。
一、理论基础
1、废气能量的利用
为了说明四行程汽油机废气能量利用情况，将其理论示功图表示在图右上。图中3—a为吸气过程，进气压力为入QUOTE；a-c-z-b是压缩、燃烧、膨胀过程；b—5—4是排气过程，由于废气涡轮的存在，排气背压为QUOTE；2-3-a-0为压缩进入气缸所需之能量，由于QUOTE3-a-5-4为充量更换正功；i—g’—3—2为压缩扫气空气所需之能量，故压气机消耗的总能量为i-g’-a-o。
在发动机排气门打开时，气缸中燃气状态为b如果让这些燃气在理想的内燃机或涡轮机中不出现任