6第三章 换气机构和增压系统(6)

例如某四冲程六缸柴油机发火顺序为1-5-3-6-2-4，各缸发火间隔为720°/6=120°曲柄转角。按上述原则分组就得到，1、2、3缸为一组，4、5、6缸为另一组，见图3-2-5。

3）脉冲增压与等压增压的比较

（1）排气可用能的传递效率ηE

ηE定义为ηE=ET/(E1+E2)。其中ET为涡轮前废气拥有的可用能。ηE的大小代表了从柴

油机排气阀到涡轮喷咀环之前这一段排气系统工作的良好程度。脉冲增压由于节流损失减少了，它相对于等压增压可多利用一些脉冲能，ηE较高。但随着增压度的提高，pT提高，E1在E1+E2中所占比例变小，这一优势就逐渐减小了。而等压增压的脉冲能E1复热回收比 E1/E1却因增压度的提高有所提高。因此，脉冲增压排气可用能传递效率ηE在低增压时明显高于等压增压，但随着增压度的提高，等压增压的ηE与脉冲增压的ηE差别不断减小。在高增压时，二者的差别就消失了。

（2）涡轮增压器的综合效率ηTk

在脉冲增压柴油机中，涡轮前的废气压力波动较大，气流进入涡轮叶轮叶片相对速度的方向、大小在一个排气脉冲内不断变化，而且有的涡轮喷咀环是部分进气。因此，脉冲涡轮的效率ηT较等压涡轮的低。由于涡轮增压器的综合效率ηTk=ηT.ηk.ηm，而脉冲增压与等压增压的压气机效率ηk、增压器机械效率ηm差别不大，所以，脉冲涡轮增压器的综合效率 ηTk也就比等压增压的ηTk低。

（3）涡轮增压系统的有效性指标K

K定义为：K=ηE.ηTk。K代表了整个增压系统效果好坏的程度（系统总的效率）。当柴油机增压度不高时，脉冲增压的ηE远高于等压增压，尽管其ηTk较低，但K还是明显高于等压增压。但当柴油机增压度较高时，哪种增压方式更有效就不那么明显了。当柴油机发展到高增压时，脉冲增压的ηE高于等压增压不多，由于其ηTk较低，就使得等压增压系统的K较脉冲增压大。低速柴油主机因此均改为等压增压。

（4）部分负荷时的K值

当柴油机在部分负荷工况运转时，由于pT较低，E1在E1+E2中所占的比例变大，脉冲增压的ηE高于等压增压较多，使其K值较高。也就是说，在部分负荷工况运转时，脉冲增压方式比等压增压方式有效。这是一些增压度相当高的中速机仍采用脉冲增压的原因。

（5）扫气性能

当柴油机在满负荷工况下运转时，两种增压方式均能很好地扫气，但在低负荷时，情况就不一样了。脉冲增压系统由于排气管内形成脉冲波，前期压力较高，使排气管中燃气排空很快，后期排气管内的压力会出现波谷（如图3-2-6所示），使扫气背压较低。因此即使在低负荷时，扫气质量仍然很好。而等压增压系统由于部分负荷时pT有所降低，E1/(E1+E2)的比值较大，节流损失加大，ηE比脉冲增压下降快。这使涡轮获得能量减少、扫气压力ps下降均比脉冲增压快。而其pT在排气过程中波动很小，不会出现压力波谷。所以扫气压差ps-pT迅速变小，使扫气质量迅速恶化，甚至出现废气倒流的现象。因此在部分负荷工况下，等压增压方式的扫气质量比脉冲增压方式的差。

（6）加载性能

脉冲增压柴油机的排气管容积小，其中压力建立较快，涡轮前废气压力可随柴油机的加载而迅速上升。等压增压由于排气管容积大。当柴油机加载时，虽然从气缸中排出的废气温度压力已经开始升高，但在容积较大的排气管中废气的压力温度升高得较慢，涡轮增压器转速跟不上柴油机的加载，不能迅速及时地增大供气量，以满足柴油机因加载喷油量增大而增大的空气需要量，出现了较大的滞后现象。因此其加载性能较脉冲增压差。这就是发电机组的柴油机发展到高增压仍采用脉冲增压的原因。

（7）其它

脉冲涡轮由于间歇进气、部分进气，其叶轮叶片容易发生较强的共振，在叶片根部产生较大的附加应力。等压涡轮叶片振动则小得多。为了有效地利用废气的脉冲动能，脉冲增压对排气系统的布置、构造和加工等都有较严格的要求。如要求排气管尽量短而细、光滑且弯头少。因此脉冲增压对气口、管道的清洁程度较敏感。脉冲增压的涡轮离排气阀很近，燃气中的燃烧产物较容易污损涡轮。所以其维护管理工作量较大。

3．废气涡轮增压的其它几种方式

可见，缸数为6、9、12、18的柴油机采用脉冲增压方式，每三缸连一根排气支管，各缸扫排气可互相不干扰，保证良好的扫气；而排气能量的传递效率ηE高；又能对涡轮连续供气，涡轮效率较高，接近等压增压的涡轮效率。所以，气缸数为3的倍数时，采用脉冲增压性能很好。即使柴油机的增压度达到高增压时，其部分负荷性能好的优点仍很突出。 但缸数为4、8、16和5、7、10缸的柴油机情况就不同了，就会出现二缸接一根排气支管或一缸接一根排气支管的情况。例如四冲程4、8、16缸柴油机，为了避免扫气时受干扰，连在同一排气支管的排气间隔应大于每缸的排气时间（约240°曲柄转角），即只能把排气间隔为360°的两缸连一根排气支管，供给一个涡轮进口，这样必将有停止供气的间歇期，因此排气管在柴油机的每一循环中将发生充满、抽空的过程，使排气的超临界阶段较长，气流流经排气阀的节流损失增加；涡轮间歇进气、部分进气引起的损失也较大，涡轮效率较低；由于涡轮叶片承受周期性冲击增大，还会引起涡轮叶片的振动，容易造成疲劳断裂。这些问题在高增压时更加显著。

为了解决上述矛盾，脉冲增压技术发展中出现了其它几种

增压方式，如下面介绍的脉冲转换增压、多脉冲增压以及模件

式脉冲转换增压等。

1）脉冲转换增压

图3-2-7中，A和B为细的排气支管，每根排气支管连接两个排气期

不相重叠的气缸。A、B分别通过收缩管与混合管相连接——构成了引射

喷咀，然后再与涡轮的一个进口连接。当连接排气支管A的某缸排气阀开

启时，排气支管内压力迅速升高，形成一个压力波，减少了排气阀处的节

流损失。排气压力波很快到达收缩管。气体流经收缩管时加速进入混合管，

部分压力能转换为动能。此时接于B管的某缸正处于排气末期和扫气时期，在收缩管处的气流已经减弱，所以排气支管A来的高速气流加速了B管来的气流，使B管的收缩管口压力下降——产生一个膨胀波，使B管压力下降。即A管对B管产生引射（抽吸）作用。这有助于B管扫气缸的扫气，改善了扫气效果；减少了排气末期活塞的推出功。两股气流在混合管混合后，便较稳定连续地进入涡轮，减少了涡轮由于间歇进气引起的损失。

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