1、发动机涡轮增压技术发动机涡轮增压技术学习目标：学习目标：了解了解 涡轮增压技术发展史涡轮增压技术发展史1 掌握涡轮增压的基本原理掌握涡轮增压的基本原理2 掌握掌握涡轮增压新技术涡轮增压新技术3 掌握掌握增压中冷技术增压中冷技术4一、涡轮涡轮增压压技术发术发展史1905年，瑞士工程师年，瑞士工程师Alfred Buchi首先提出了涡轮增压的概念。首先提出了涡轮增压的概念。20世纪世纪50年代初，涡轮增压技术由船舶领域应用的车用领域。年代初，涡轮增压技术由船舶领域应用的车用领域。1953年，美国年，美国Garrett公司将其涡轮增压器安装在公司将其涡轮增压器安装在Caterpillar（卡特彼勒）
2、公司的（卡特彼勒）公司的D9发动机上，在提高柴油机功率和改善燃发动机上，在提高柴油机功率和改善燃油经济性方面取得良好效果。油经济性方面取得良好效果。从从20世纪世纪60年代起，国外开始在车用柴油机上大量采用涡轮增压年代起，国外开始在车用柴油机上大量采用涡轮增压技术。技术。20世纪世纪70年代末，汽油机涡轮增压技术取得突破性进展。年代末，汽油机涡轮增压技术取得突破性进展。20世纪世纪80年代中期该技术大量应用和推广。年代中期该技术大量应用和推广。1.基本原理为了提高发动机的输出功率Pe，由式：可知，通过下列方法可提高功率：1）加大气缸总排量iVs，即增加气缸数i，增大气缸直径D和行程S；2）提高
3、转速n或活塞平均速度Cm；3）提高平均有效压力pme；31 03 0m esePV inP提高平均有效压力提高平均有效压力pme最有效的方法最有效的方法?提高进入气缸空气的压力提高进入气缸空气的压力，降低进入气缸空气的温度是提高平，降低进入气缸空气的温度是提高平均有效压力均有效压力pme最有效的方法。最有效的方法。二、涡轮增压的基本原理增压的衡量指标_增压度增压度增压度是指发动机增压后增长的功率与增压前的功率之比：增压度小于1.9时，为低增压；在1.92.5范围内，为中增压；在2.53.5范围内，为高增压；大于3.5时为超高增压。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
4、压度受到爆燃燃烧的限制。柴油机的增压度受到燃烧最高爆发压力的限制，通常以降低压缩比来补偿。e kPeoP1ekeoekeoeoPPPPP涡轮增压发动机涡轮增压发动机_1分钟视频分钟视频2.原理图视频视频C:Userswlg123Desktop2019wlg-新技术试讲资料新技术试讲资料第第7节发动机涡轮增压技术节发动机涡轮增压技术G6涡轮增压配介绍涡轮增压配介绍.flv大众集团经典的1.8T发动机所采用的涡轮增压器涡轮增压器涡轮增压器(Turbo)6分钟-视频C:Userswlg123Desktop2019wlg-新技术试讲资料第7节发动机涡轮增压技术长城汽车涡轮增压发动机_.flv 3.涡轮
5、增压目的强化发动机强化发动机改善发动机的经济性改善发动机的经济性降低发动机的排气污染及噪音降低发动机的排气污染及噪音高原或高温地带恢复发动机的功率高原或高温地带恢复发动机的功率4 4、增压压力调节方式、增压压力调节方式增压压力调节方式增压压力调节方式l旁通式涡轮增压器旁通式涡轮增压器l可调叶片式涡轮增压器可调叶片式涡轮增压器汽油机的增压度受到爆燃燃烧的限制。汽油机的增压度受到爆燃燃烧的限制。柴油机的增压度受到燃烧最高爆发压力的限制柴油机的增压度受到燃烧最高爆发压力的限制为什么要调节为什么要调节增压压力增压压力？1 1).旁通式涡轮增压器旁通式涡轮增压器2 2).可调叶片式涡轮增压器可调叶片式涡
6、轮增压器发动机转速低时发动机转速低时发动机转速高时发动机转速高时5、增压压中冷技术术1)增压中冷方案：增压中冷方案：闭式空闭式空-水中冷：中冷器中冷却介质采用发动机冷却系统中的循环水。该方水中冷：中冷器中冷却介质采用发动机冷却系统中的循环水。该方案结构与布置简单，但不能将增压空气温度冷却较低。案结构与布置简单，但不能将增压空气温度冷却较低。分开式空分开式空-水中冷：中冷器采用独立的冷却介质。该方案可提高中冷器的冷水中冷：中冷器采用独立的冷却介质。该方案可提高中冷器的冷却效率，能较低的降低空气的温度。结构复杂些，布置上会增加难度。却效率，能较低的降低空气的温度。结构复杂些，布置上会增加难度。共用
7、冷却风扇空共用冷却风扇空-空中冷：中冷器装在发动机冷却系散热器前或后，依靠风空中冷：中冷器装在发动机冷却系散热器前或后，依靠风扇和车辆行驶时空气气流冷却增压空气。该方案由于它的最少能量消耗扇和车辆行驶时空气气流冷却增压空气。该方案由于它的最少能量消耗而得到广泛应用而得到广泛应用独立冷却风扇空独立冷却风扇空-空中冷：中冷器带有独立的冷却风扇，它可由直流电动机空中冷：中冷器带有独立的冷却风扇，它可由直流电动机或空气涡轮带动或空气涡轮带动2)涡轮增压中冷技术的重要性涡轮增压中冷技术的重要性 排放物方面：排放物方面：A 由于燃烧温度低，减少了由于燃烧温度低，减少了NOx的排放。的排放。B 由于燃烧完全
8、，降低了由于燃烧完全，降低了CO的排放。的排放。发动机方面：发动机方面：A 较低的热负荷。较低的热负荷。B 较低的气缸压力。较低的气缸压力。C 更大的功率。更大的功率。D 低的燃油消耗率。低的燃油消耗率。三、涡轮涡轮增压压新技术术1、双涡轮增压技术、双涡轮增压技术 在讨论双涡轮增压技术前，我们先了解一个涡轮增压在讨论双涡轮增压技术前，我们先了解一个涡轮增压遇到的不利现象遇到的不利现象“迟滞现象迟滞现象”。当驾驶员踩油门踏板，发动机转速发生改变。由于涡轮当驾驶员踩油门踏板，发动机转速发生改变。由于涡轮机和压缩机有惯性，不能及时跟上这个速度的变化，这机和压缩机有惯性，不能及时跟上这个速度的变化，这
9、个现象称为个现象称为“迟滞现象迟滞现象”。“迟滞现象迟滞现象”使发动机延迟使发动机延迟增加或减少输出功率。这样如果你越急加速，就会感觉增加或减少输出功率。这样如果你越急加速，就会感觉发动机越使不上劲。发动机越使不上劲。使用双涡轮增压，就是采用使用双涡轮增压，就是采用2个相互独立的涡轮增压器的增压系个相互独立的涡轮增压器的增压系统。当发动机在统。当发动机在2个涡轮增压器的共同作用时，进气效率大幅提个涡轮增压器的共同作用时，进气效率大幅提升，增压效果更加显著，动力性得到很大提升。升，增压效果更加显著，动力性得到很大提升。另一方面，在发动机转速较低时，只有一个低速涡轮工作，这时另一方面，在发动机转速
10、较低时，只有一个低速涡轮工作，这时较少的排气即可驱动这只涡轮高速旋转以产生足够的进气压力，较少的排气即可驱动这只涡轮高速旋转以产生足够的进气压力，当发动机转速提升以后，高速涡轮工作继续进入高增压值的状态，当发动机转速提升以后，高速涡轮工作继续进入高增压值的状态，提供一个连贯的强劲动力。提供一个连贯的强劲动力。这样双涡轮增压技术在提高发动机动力性的同时，可以改善涡轮这样双涡轮增压技术在提高发动机动力性的同时，可以改善涡轮增压的增压的“迟滞现象迟滞现象”。但是，双涡轮增压发动机并不能完全消除但是，双涡轮增压发动机并不能完全消除“涡轮迟滞涡轮迟滞”现象，毕现象，毕竟，涡轮增压器叶轮的惯性作用依然存在
11、。在实际使用中，双涡竟，涡轮增压器叶轮的惯性作用依然存在。在实际使用中，双涡轮增压发动机通常都装备在直列轮增压发动机通常都装备在直列6缸或缸或V型等排量较大的发动机型等排量较大的发动机上。上。双涡轮增压系统双涡轮增压系统空气空气滤清器滤清器中冷器中冷器涡轮涡轮增压器增压器增压压力传增压压力传感器感器排气旁通阀及排气旁通阀及控制装置控制装置涡轮发动机的代表车型涡轮发动机的代表车型宝马宝马750Li配备的是配备的是V8 Twin Turbo发动机发动机双涡轮增压发动机双涡轮增压发动机 2.可变涡轮叶片技术可变涡轮叶片技术 为为使使涡轮增压发动机在高低转速下都能保证良好的增压效果，涡轮增压发动机在高
12、低转速下都能保证良好的增压效果，VGT(Variable Geometry Turbocharger）可变截面涡轮增压）可变截面涡轮增压技术或者技术或者VNT（可变喷嘴环增压器）便应运而生。（可变喷嘴环增压器）便应运而生。在柴油发动机领域，在柴油发动机领域，VGT可变截面涡轮增压技术早已得到了很广泛的可变截面涡轮增压技术早已得到了很广泛的应用。由于汽油发动机的排气温度要远远高于柴油发动机，达到应用。由于汽油发动机的排气温度要远远高于柴油发动机，达到1000C左右（柴油发动机为左右（柴油发动机为400C左右），而左右），而VGT所使用的硬件所使用的硬件材质很难承受如此高温的环境，因此这项技术也迟
13、迟未能在汽油机上材质很难承受如此高温的环境，因此这项技术也迟迟未能在汽油机上应用。应用。近年来，博格华纳与保时捷联手克服了这个难题，使用了耐高温的航近年来，博格华纳与保时捷联手克服了这个难题，使用了耐高温的航空材料技术，从而成功开发出了首款搭载可变截面涡轮增压器的汽油空材料技术，从而成功开发出了首款搭载可变截面涡轮增压器的汽油发动机，保时捷则将这项技术称为发动机，保时捷则将这项技术称为VTG（Variable Turbine Geometry）可变涡轮叶片技术。）可变涡轮叶片技术。可变涡轮增压器（VNT）图中涡轮外围的红色叶片图中涡轮外围的红色叶片就是导流叶片就是导流叶片一般的涡轮并没有导流一般的涡轮并没有导流叶片的结构叶片的结构1分钟视频分钟视频C:Userswlg123Desktop2019wlg-新技术试讲资料第7节发动机涡轮增压技术G6涡轮增压配介绍.flv可调涡轮增压器系统可调涡轮增压器系统3、两级涡轮增压两级涡轮增压四、涡轮增压技术的应用四、涡轮增压技术的应用涡轮发动机的代表车型涡轮发动机的代表车型一汽大众一汽大众迈腾装备的迈腾装备的是是2.0TSI发发动机动机大众大众TSITSI发动机增压技术发动机增压技术机械增压器结构图机械增压器结构图谢谢 谢！谢！-
