汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile第二篇第二篇 动力输出与能量利用动力输出与能量利用 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile第七章第七章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压 7.1 7.1 发动机增压的基本方法与原理发动机增压的基本方法与原理 提高提高发动机的有效功率发动机的有效功率和和平均有效压力平均有效压力的途径的途径 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile（1 1）改改变变发发动动机机的的结结构构参参数数，如如增增加加气气缸缸数数、增大气缸直径、活塞行程和减少行程数等；增大气缸直径、活塞行程和减少行程数等；（2 2）提高发动机转速或活塞平均速度；）提高发动机转速或活塞平均速度；（3 3）提高发动机的平均有效压力）提高发动机的平均有效压力。汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile发动机增压的概念和特点发动机增压的概念和特点所谓增压，就是利用增压器将空气或可燃所谓增压，就是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混合气进行压缩，再送入发动机气缸的过程。程。 特点：（1 1）尺寸减小，质量减轻）尺寸减小，质量减轻（2 2）摩擦损耗相对较小）摩擦损耗相对较小（3 3）可可将将扭扭矩矩特特性性改改进进为为低低速速高高扭扭矩矩这这对对车车用机非常有利用机非常有利（4 4）可进行高原功率补偿补）可进行高原功率补偿补汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile（5 5）排放降低）排放降低（6 6）降低噪声。）降低噪声。 （7 7）机械损失减少，经济性得到改善）机械损失减少，经济性得到改善 （8 8）零部件的机械负荷和热负荷增加）零部件的机械负荷和热负荷增加几个概念：几个概念： 增压度增压度发动机在增压后增长的功率与发动机在增压后增长的功率与增压前的功率之比增压前的功率之比 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile增压比是指增压后气体压力与增压前气体压力之比，简称压比 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile增压的结构形式及分类机机械械式式增增压压 11排气管排气管 2 2气缸气缸 3 3曲轴曲轴 44齿轮副齿轮副 5 5压气机压气机 6 6进气管进气管 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile2 2废气涡轮增压废气涡轮增压 11排气管排气管 2 2涡轮壳体涡轮壳体 3 3涡轮涡轮 4 4转子轴转子轴 5 5压气机压气机 6 6集气器集气器 7 7进气管进气管 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile3气波增压 1发动机 2转子 3带轮驱动 4高压排气 5高压空气 6低压空气 7低压排气 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile4复合式增压和组合式涡轮增压 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile7.2 废气涡轮增压器的基本结构和工作原理废气涡轮增压器的基本结构和工作原理11压气机蜗壳压气机蜗壳 22压气机叶轮压气机叶轮 33密封套密封套44推力轴承推力轴承 55挡油板挡油板66隔热板隔热板 77卡环卡环 88涡轮机叶轮涡轮机叶轮 99涡轮机蜗壳涡轮机蜗壳 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile径流式涡轮径流式涡轮 1.燃气在涡轮机中的流动 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile2.2.涡轮机特性曲线涡轮机特性曲线 1）涡轮效率 2）膨胀比 3）气体流量 无量纲的相似流量 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile4）涡轮转速 涡轮机所发出的功率 涡轮机特性曲线是以相涡轮机特性曲线是以相似流量为横坐标，以膨似流量为横坐标，以膨胀比为纵坐标，以相似胀比为纵坐标，以相似转速为参变量的一组曲转速为参变量的一组曲线，线， 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile涡轮机的阻塞涡轮机的阻塞当当转转速速一一定定时时，相相似似流流量量随随膨膨胀胀比比的的增增大大而而增增大大，直直到到达达到到流流量量最最大大值值，喷喷嘴嘴环环或或涡涡轮轮叶叶片片轮轮中中某某处处气气流流速速度度已已经经达达到到了了当当地地声声速速，即即使使再再继继续续增增大大膨膨胀胀比比，该该处处的的气气流流速速度度仍仍维维持持当当地地声声速速，涡涡轮轮流流量量也也不不会会再再增增加加，这这种种现现象象称称为为涡涡轮轮机机的的阻阻塞塞现现象象，这这时时的的流流量量称称为为阻阻塞塞流流量。量。 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile离心式压气机的工作原理与特性离心式压气机的工作原理与特性 1基本工作原理和主要参数 进气道进气道 2 2工作轮工作轮 3 3扩压器扩压器 4 4出气蜗壳出气蜗壳 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile 压气机中气流参数的变化 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile压气机的主要参数（1）增压比 （2）流经压气机的每秒质量流量 （3）压气机转速 （4）压气机的绝热效率 （5）压气机功率 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile 的推导过程：1kg 空气的绝热压缩功与实际压缩功之比 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile按理想情况，将1kg空气从压缩到，耗功最小的是绝热过程，所需的绝热压缩功为由于实际压缩是多变过程，伴随着摩擦和流动损失，所以将1kg空气从压缩到消耗的实际压缩功为 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile故压气机的绝热效率 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile1 1）压气机的流量特）压气机的流量特性性压压气气机机转转速速不不变变时时，压压气气机机的的增增压压比比 和和 绝绝 热热 效效 率率随随空空气气流流量量的的变变化化关系关系 2 2压气机特性曲线压气机特性曲线 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile2 2）压气机的喘振与堵塞）压气机的喘振与堵塞 1 1）喘振现象）喘振现象2 2）喘振原因）喘振原因3 3）避免喘振）避免喘振堵塞堵塞 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile3）压气机通用特性折合流量 折合转速 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile7.37.3废气涡轮增压的类型与废气能量的利用废气涡轮增压的类型与废气能量的利用废气涡轮增压的类型废气涡轮增压的类型 1 1定压涡轮增压系统定压涡轮增压系统 2 2脉冲涡轮增压系统脉冲涡轮增压系统 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile废气能量的利用废气能量的利用 1 1废气的最大可用能废气的最大可用能 图图7.14 7.14 四冲程增四冲程增压柴油机理论示功压柴油机理论示功图图 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile2 2影响脉冲能量利用的因素影响脉冲能量利用的因素 1 1）排气门开启定时）排气门开启定时 2 2）排气门流通面积）排气门流通面积 3 3）排气门开启规律）排气门开启规律 4 4）排气管流通面积）排气管流通面积 5 5）排气管长度）排气管长度 6 6）涡轮当量流通面积）涡轮当量流通面积 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile7.4 废气涡轮增压对发动机性能的影响废气涡轮增压对发动机性能的影响 废气涡轮增压对发动机动力性和经济性的影响废气涡轮增压对发动机动力性和经济性的影响 增压前后发动机参数对比增压前后发动机参数对比汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile说明1） 过量空气系数在增压前后保持不变，则增过量空气系数在增压前后保持不变，则增压后的供油量将相应增大，以适应空气质量增加的需要，压后的供油量将相应增大，以适应空气质量增加的需要，同时配气定时也要进行适当的调整，这样可以保证热效率同时配气定时也要进行适当的调整，这样可以保证热效率基本不变或略有提高基本不变或略有提高 2）进气进气密度的变化密度的变化 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile机械效率变化（提高）机械效率变化（提高） 由于增压后平均指示压力提高，而平均机械损失压力基本由于增压后平均指示压力提高，而平均机械损失压力基本保持不变（在转速相同的前提下），那么机械效率在增压后将保持不变（在转速相同的前提下），那么机械效率在增压后将是增加的是增加的 增压后充量系数增压后充量系数变变化化汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile车用增压柴油机经济性运行特点车用增压柴油机经济性运行特点 指示功率和有效功率都得到提高指示功率和有效功率都得到提高 改善高负荷区的运行经济性改善高负荷区的运行经济性 在低负荷区，涡轮增压器的能量转换较差，在低负荷区，涡轮增压器的能量转换较差，柴油机进、排气阻力及换气损失增加，增柴油机进、排气阻力及换气损失增加，增压对经济性没有明显的好处压对经济性没有明显的好处 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile改善废气涡轮增压发动机转矩特性的途径改善废气涡轮增压发动机转矩特性的途径 保证发动机在低速时具有较高的增压压力和较高的转矩，保证发动机在低速时具有较高的增压压力和较高的转矩，而在高速时增压压力又不致过高，防止发动机热负荷过而在高速时增压压力又不致过高，防止发动机热负荷过大和涡轮增压器超速大和涡轮增压器超速 1排气旁通 2 2进气旁通进气旁通3 3可变截面涡轮可变截面涡轮 1 1）双蜗壳通道涡轮）双蜗壳通道涡轮 2 2）可变蜗壳通道流通截面涡轮）可变蜗壳通道流通截面涡轮 3 3）变喷嘴环流通截面涡轮）变喷嘴环流通截面涡轮 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile废气涡轮增压对发动机其他性能的影响 1降低排气污染和噪声 2低速转矩性能变差 3加速性能变差 4起动与制动有一定困难 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile7.5 汽油机增压汽油机增压 汽油机增压的特点 1爆燃 增压比一般比柴油机低得多，功率最高增加幅度为增压比一般比柴油机低得多，功率最高增加幅度为40%40%5050 2混合气的调节 电控汽油喷射技术的应用，为增压技术在汽油机电控汽油喷射技术的应用，为增压技术在汽油机中的应用扫除了一大障碍中的应用扫除了一大障碍 3热负荷 4对增压器的特殊要求 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile汽油机涡轮增压的主要技术措施 1降低压缩比 2增压压力控制系统 3减小增压后的“反应滞后”现象4燃料供给系统的调整 汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile汽油机废气涡轮增压器的布置 图图7.16 7.16 增压器配置方案增压器配置方案（a a）后置式后置式 （b b）前置式前置式 （c c）中置式中置式FF化油器化油器 KK压气机压气机 TT涡轮涡轮 DD发动机发动机汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile本章小结本章小结发动机废气涡轮增压技术的成熟，使车用发动机废气涡轮增压技术的成熟，使车用发动机的动力性、经济性与排放性能有了发动机的动力性、经济性与排放性能有了很大的改善很大的改善 废气涡轮增压是车用发动机普遍应用的技废气涡轮增压是车用发动机普遍应用的技术术废气涡轮增压改善了发动机性能，但在低废气涡轮增压改善了发动机性能，但在低速使须做改进速使须做改进汽车发动机原理汽车发动机原理第第7 7章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压Hubei Automotive Industry Institute湖北汽车工业学院汽车工程系湖北汽车工业学院汽车工程系HuBei Automotive Industries Institute Dep. of AutomobileHuBei Automotive Industries Institute Dep. of Automobile