对此的详细内容将在7.3一节中进行说明，在此部分简要对涡轮增压系统的结构和特征进行说明。涡轮增压器通过润滑油或冷却液等进行冷却。中型、大型发动机主要使用涡轮为轴流式、压缩器为半径流动式的涡轮增压器。柴油机利用可变涡轮增压器大幅度降低涡轮迟滞现象。在降低涡轮迟滞方面，还有电动辅助涡轮增压器方法。这是在涡轮增压器上配备电动机，在排放废气流不足的涡轮迟滞范围利用电动机辅助驱动涡轮，以此方法减小涡轮迟滞。......
2023-06-28
柴油机增压系统：作用与工作原理
【摘要】：以防止燃烧压力过大，保证柴油机工作可靠，延长使用寿命，但过低的压缩比将造成起动困难。否则，将严重影响柴油机零部件的工作可靠性。图1-58 柴油机废气涡轮增压系统图1-60所示为气波增压器的工作原理。
提高柴油机动力的有效方法是增加进入气缸的空气量和燃料。要使燃料达到完全燃烧，空气质量和燃料的质量要有一定的比例。1kg轻柴油完全燃烧，理论上需要14.22kg的空气，但实际供入气缸的空气量要多，否则达不到良好的燃烧。增加喷入气缸的燃料只要燃油系统的主要部件设计得合理就可以做到，要增加充入气缸的空气量则必须在柴油机上安装增压器。
常用的柴油机增压系统主要有机械增压、废气涡轮增压和复合增压三大类。
（1）机械增压系统（图1-57）机械增压就是利用柴油机的动力以机械的方式驱动压气机工作而增加进气压力的一种增压方式。
机械增压器压缩机的驱动力来自柴油机曲轴，有齿轮驱动和传动带驱动两大类。机械增压器的压气机部分与涡轮增压器的压气机相似，只是驱动部分改为齿轮或传动带轮驱动。其主要目的是增加进入气缸空气的压力和密度，达到在同等气缸容积的条件下多喷油并提高输出功率以省油。
图1-57 机械增压系统结构示意图
优点：除了在低转速便可获得良好的增压效果外，柴油机的动力输出也与曲轴转速成正比，即机械增压柴油机的动力随着转速的提高而快速提高，没有滞后感。因此，机械增压柴油机的操作感觉与自然进气柴油机极为相似，能获得较大的动力、转矩和较好的加速性。
缺点：损耗了柴油机本身的动力，在高速时柴油机的增压效率没有涡轮增压系统高。
机械增压系统在小型乘用车（轿车）上的应用较为广泛。
（2）废气涡轮增压系统 柴油机的废气涡轮增压系统（图1-58）利用柴油机排出的废气达到增压目的。增压器与柴油机无任何机械联系，压气机由内燃机废气驱动的涡轮来带动。一般增压压力可达0.18～0.20MPa，高增压机的增压压力可达0.3MPa左右。如此高的增压压力也将使气体温度大大升高，因此，较高增压柴油机需要增设中冷器来给高温压缩空气进行冷却。
涡轮增压器实际上就是一个空气压缩机。它是利用柴油机排出的废气作为动力来推动涡轮室内的涡轮（位于排气道内），涡轮又带动同轴的叶轮（位于进气道内），叶轮压缩由空气滤清器管道送来的新鲜空气，再送入气缸。当柴油机转速加快时，废气的排出速度与涡轮转速也同步加快，空气压缩程度就得以加大，柴油机的进气量就相应地得到增加，提高了柴油机的输出功率。
柴油机增压后，其性能显著变化，机械负荷及热负荷大为提高，要求柴油机结构也要相应地改变。
①适当地减少压缩比。以防止燃烧压力过大，保证柴油机工作可靠，延长使用寿命，但过低的压缩比将造成起动困难。
②供油系统的变化。增压后由于进气量的增加，可燃烧更多的燃料，要求供油量增加，同时要求增大喷油压力，加大喷油器喷孔的直径。此外，增压后压缩压力和温度的增加，将使燃料着火落后期缩短，为防止最大燃烧压力过高，应减少供油提前角，但如供油提前角过小，会使燃烧恶化。
③进、排气系统的变化。增压后柴油机气缸进气量增加，为减小进气阻力，应适当加大进气流通截面积；为了改善扫气效果，增加充气量，以降低热负荷，应增加气门重叠角；有的增压系统还要求将排气管分支，以充分利用废气能量并改善扫气效果。此外，由于气门机构零件的工作温度升高，变形加大，必须相应加大气门间隙，以保证配气机构正常工作。
④此外，增压柴油机的润滑系统、冷却系统以及主要运动机件的结构强度都应适当的加强。否则，将严重影响柴油机零部件的工作可靠性。
（3）复合增压系统 复合增压系统（图1-59）即废气涡轮增压和机械增压并用，大功率（船用）柴油机上用得较多。复合增压系统柴油机的输出功率大、燃油消耗率低、噪声小，但结构过于复杂，系统布置相对困难，在中小功率柴油机上应用较少。
（4）气波增压器 气波增压器是使两种气体工质直接接触并通过压力波来传递能量的压力转换器。它利用柴油机废气能量使进入气缸的气体增压。气波增压器由空气定子、燃气定子和转子组成。空气定子与内燃机进气管连通，燃气定子与排气管连通。转子由柴油机曲轴通过传动带驱动，驱动功率为内燃机功率的1%～1.5%。
图1-58 柴油机废气涡轮增压系统
图1-60所示为气波增压器的工作原理。当转子按图示箭头方向转动时，转子上由叶片组成的轴向气道与高压燃气入口接通，遂产生压缩波。压缩波以声速沿气道传播，并将燃气能量传递给充满气道内的空气，使其压力和密度升高并向前流动。高压空气出口设在高压燃气入口的斜对面，并沿转动方向向前错开一个角度。当气道与高压空气出口接通时，高压空气供入内燃机进气管。在燃气到达气道长度约2/3处时，气道恰好转过高压燃气入口，燃气停止流入气道。当气道与低压燃气出口接通时，燃气继续膨胀并经排气总管排入大气，气道内的压力继续下降。
当气道与低压空气入口接通时，由于气道内处于负压，新鲜空气自大气被吸入气道。气道转过低压空气入口和低压燃气出口后，气道内遂充满新鲜充量。转子继续转动又开始下一个相同的循环。
图1-59 柴油机复合增压系统
图1-60 气波增压器的工作原理
气波增压器提供的增压压力在整个内燃机转速范围内变化不大，能量转换过程也不受转子惯性的影响，因此气波增压器具有良好的速度和负荷响应特性，比较适合汽车柴油机增压的要求，增压压力与大气压力之比可达2.5∶1。但气波增压器运转噪声大，结构不如涡轮增压器紧凑，故应用较少。
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