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汽车发动机原理废气涡轮增压第1页/共47页 27-2本章要求：了解：发动机增压方式。理解：涡轮增压器的结构和工作原理。掌握：离心式涡轮增压器的原理，增压发动机的特点。 第三章 发动机废气涡轮增压第2页/共47页 27-3一、提高发动机功率的方法可由下列公式给出：第一节 发动机增压概述而 1、改变发动机的结构参数。如增加气缸数i，增大气缸直径D、活塞行程S和减少冲程数τ等。 受到重量、体积、安装等条件的限制。 式中： 为过量空气系数； 为进气密度。 第3页/共47页 27-4 利用增压器将空气或可燃混合气压缩后送入发动机气缸。定义： 2、提高发动机转速n和活塞平均速度Cm。 3、提高发动机平均有效压力pme。 受到充量系数ηv、ηm和机械强度、使用寿命、噪音等的限制。 具体可通过减少过量空气系数φa、提高充量系数ηv和进气密度ρs来实现。二、进气增压： 增大每循环进入气缸新鲜气体的密度，使实际充量增大，从而改善发动机的动力性和经济性。作用：第4页/共47页 27-5 发动机增压后气体压力与增压前气体压力之比，用来表示增压强度。 发动机增压后增加的功率与增压前功率之比，用来表示增压后功率提高的程度。1、增压度 ： 式中： 为增压后功率； 为增压前功率。 一般车用发动机增压度在10%-60%的范围内。 2、增压比 ： 式中： 为增压后气体压力； 为增压前气体压力。 第5页/共47页 27-6 （1）按增压度来分：3、增压的种类：低增压： 中增压：高增压：超高增压：第6页/共47页 27-7 （2）按增压系统结构来分：A、机械增压：特点：缺点： 压气机由曲轴通过传动装置来驱动。pk不宜过大（160-170kPa)，否则会使比油耗上升。第7页/共47页 27-8B、废气涡轮增压： 利用排气推动涡轮，带动压气机压缩空气。原理： 充分利用废气能量，可提高功率30%-50%，降低油耗5%（增压度通常在3-5，若要提高则需采用多级串联）。特点：第8页/共47页 27-9C、复合增压： Charge-Air CoolerExhaust ReservoirAir ReservoirAir restrictor resp. Valve TurbochargerInjection ValvesIntake ManifoldThrottleMechanical SuperchargerEnvironmentAir FilterMufflerCatalystWastegateExhaust ManifoldCylinderConnection第9页/共47页 27-10D、气波增压： 曲轴驱动一个特殊转子，利用高压废气脉冲迫使空气被压缩，从而提高进气压力。原理： 结构简单，加工方便，低速转矩性能好；但体积大、噪音大，且易受进、排气阻力的影响。特点：第10页/共47页 27-114、废气涡轮增压与其他增压方式相比优点有： （1）发动机结构无须做重大改变，且增压器体积小、重量轻，且易实现高增压； （2）由于驱动能量来自废气，相对减少了机械损失（泵气损失）和热损失，提高了机械效率和热效率（油耗降低5%-10%）； （3）能降低排气噪音和烟度； （1）增加了进、排管路，使加速反应滞后； （2）热复合严重，对大气温度和排气背压敏感；缺点有：第11页/共47页 27-12第二节 废气涡轮增压器基本 结构和工作原理一、基本结构：后处理系统废气涡轮第12页/共47页 27-13二、径流式废气涡轮：喷嘴叶片环工作叶轮涡轮壳废气入口废气出口1、涡轮的结构：喷嘴叶片环工作叶轮涡轮壳2、涡轮的作用： 将废气中的能量尽可能多的转变成推动涡轮转动的机械功。径流式废气涡轮结构第13页/共47页 27-143、涡轮的工作过程（原理）：径流式废气涡轮工作简图c0c1c2crp0p1p2prT0T1T2Tr（1）废气进入涡轮壳道（2）废气压能转变为动能（喷嘴叶片环）（3）动能转变为机械能（工作叶轮） 可见，经过涡轮后，废气中的部分能量转变为推动涡轮旋转的机械能。冲动力矩反动力矩第14页/共47页 27-154、涡轮特性： 废气能量转化为机械功的有效程度，即涡轮获得的轴功与废气总能量之比（一般为0.65-0.85）。（1）涡轮效率 ：废气从涡轮入口状态到出口状态的总焓降