摘要：增壓技術(shù)就是提高進(jìn)氣密度，增加每循環(huán)進(jìn)氣量，多噴油以提高平均有效壓力，使柴油機(jī)輸出功率增加。而采用增壓器不僅可以提高柴油機(jī)的功率還可以改善熱效率，提高經(jīng)濟(jì)性，減少排放中的有害成分，降低噪聲。

（一）增壓方式

根據(jù)驅(qū)動(dòng)增壓器所用能量來(lái)源的不同，增壓方法可分為以下四種。

1．機(jī)械增壓系統(tǒng)

機(jī)械增壓系統(tǒng)的增壓器由柴油機(jī)通過(guò)齒輪、皮帶、鏈條等傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，將空氣壓縮后送入氣缸，如圖1所示。增壓器采用離心式或羅茨式壓氣機(jī)。機(jī)械增壓系統(tǒng)的特點(diǎn)是：不增加柴油機(jī)的排氣背壓，但其要在柴油機(jī)上安裝一套傳動(dòng)裝置，而且還要消耗柴油機(jī)的有效功率，使柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性有所下降。但它可以改善柴油機(jī)的低速轉(zhuǎn)矩特性。另外，機(jī)械增壓器與柴油機(jī)容易匹配，結(jié)構(gòu)比較緊湊，機(jī)械的響應(yīng)也比較快。機(jī)械增壓系統(tǒng)多用于小型柴油機(jī)上，增壓壓力一般不超過(guò)（0.15～0.17）MPa。當(dāng)增壓壓力提高時(shí)，驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)耗功過(guò)大，會(huì)使機(jī)械效率明顯下降，經(jīng)濟(jì)性惡化。

2．廢氣渦輪增壓系統(tǒng)

廢氣渦輪增壓器由渦輪機(jī)和壓氣機(jī)組成，如圖2所示。將柴油機(jī)排出的廢氣引入渦輪機(jī)，利用廢氣所包含的能量推動(dòng)渦輪機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)與其同軸安裝的壓氣機(jī)葉輪工作，新鮮空氣在壓氣機(jī)內(nèi)增壓后進(jìn)入氣缸。廢氣渦輪增壓器與柴油機(jī)沒(méi)有機(jī)械聯(lián)系，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。

柴油機(jī)采用廢氣渦輪增壓后，由于其熱效率和機(jī)械效率的提高，燃油消耗率下降，柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性得到改善；同時(shí)由于其重量增加比其功率增加小得多，柴油機(jī)單位功率的重量降低，使得比重量減輕而功率增加；其次，柴油機(jī)工作在較大的過(guò)量空氣系數(shù)情況下，燃燒較完全，排氣污染得到改善。故廢氣渦輪增壓系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。

3．復(fù)合增壓系統(tǒng)

1．廢氣渦輪增壓柴油機(jī)理論示功圖的分析

圖5為廢氣渦輪增壓四沖程柴油機(jī)的理論示功圖。從圖中可以看出，經(jīng)壓氣機(jī)加壓后，柴油機(jī)的進(jìn)氣壓力為廢氣渦輪增壓系統(tǒng)壓氣機(jī)的出口壓力p_b。圖中3-a為進(jìn)氣過(guò)程，a-c-z’-x-b為柴油機(jī)的壓縮、燃燒和膨脹過(guò)程。由于廢氣渦輪的存在，排出氣體的最終壓力為p_r，由于增壓柴油機(jī)的進(jìn)氣壓力高于排氣壓力，即p_b＞p_r，因此3-a-5-4-3所包圍的面積為氣體所做的正功，成為柴油機(jī)理論功的一部分。圖中2-3-a-0-2所包圍的面積為壓氣機(jī)壓縮進(jìn)入柴油機(jī)氣缸空氣所需的能量。3-2-i-g’-3所包圍的面積為壓縮掃氣空氣所需的能量。故壓氣機(jī)所消耗的總能量為a-0-i-g’-a。柴油機(jī)可以利用的全部廢氣能量的面積為b-e-f-i-g-5-b。這部分能量又被人為地分為兩部分：即面積b-e-5-b為“脈沖功能”；面積e-f-i-g-e為“定壓能”。

（2）脈沖增壓系統(tǒng)

脈沖增壓系統(tǒng)的特點(diǎn)是盡可能將氣缸中的廢氣直接而迅速地送到渦輪機(jī)中，從而盡可能多地利用定壓系統(tǒng)中未利用的廢氣脈沖動(dòng)能。故其需要將渦輪盡可能地靠近氣缸，排氣管做得短而細(xì)，并且為減少各缸排氣管中壓力波的相互干擾，用幾根排氣管將相鄰發(fā)火的氣缸的排氣相互隔開。由于排氣管的容積小，當(dāng)氣缸開始排氣時(shí)，排氣管中的壓力就迅速地提高；并且在一根排氣管中沒(méi)有別的氣缸同時(shí)排氣，隨著廢氣流入渦輪，排氣管內(nèi)壓力便迅速下降，氣缸內(nèi)的廢氣壓力也隨著迅速地下降，然后下一個(gè)氣缸排氣，排氣管內(nèi)的壓力又再次迅速升高和降低。于是，形成了排氣管內(nèi)壓力的周期性波動(dòng)，渦輪進(jìn)口處的壓力也隨之波動(dòng)，所以稱為脈沖增壓系統(tǒng)。

在脈沖增壓系統(tǒng)中，要得到良好的排氣脈沖波，以及迅速降低排氣門初開后的廢氣壓力，以增加掃氣效果，每根排氣管所連接的氣缸排氣時(shí)間應(yīng)相互錯(cuò)開，互不重疊（或重疊很少）。例如，四沖程柴油機(jī)的排氣持續(xù)角大約為240°，因此每根排氣管連接氣缸數(shù)不應(yīng)該超過(guò)：720°/240°＝3個(gè)。同一組氣缸數(shù)少于3個(gè)固然不會(huì)產(chǎn)生排氣的干擾，但廢氣不能連續(xù)供給，使廢氣傳遞過(guò)程可用能損失加大，渦輪間歇進(jìn)氣、部分進(jìn)氣引起的損失加大，使渦輪效率下降，所以同一組中的氣缸數(shù)以3個(gè)為最佳。例如，某六缸四沖程柴油機(jī)發(fā)火順序?yàn)?-5-3-6-2-4，各缸發(fā)火間隔角為720°/6＝120°，按上述原則分組得到1缸、2缸、3缸為一組，4缸、5缸、6缸為另一組。

綜上所述，脈沖增壓系統(tǒng)相對(duì)于定壓增壓系統(tǒng)在廢氣能量利用方面有著明顯的優(yōu)點(diǎn)。但是隨著增壓壓力的提高，脈沖增壓在廢氣能量利用方面的優(yōu)越性逐漸減少；由于脈沖增壓的排氣管容積較小，當(dāng)柴油機(jī)負(fù)荷變化時(shí)，排氣壓力波能立刻發(fā)生變化，并迅速傳遞到渦輪，因而加速性能較好；但脈沖增壓系統(tǒng)的廢氣瞬時(shí)流量是周期性變化的，其瞬時(shí)最大流量比定壓系統(tǒng)的流量（相當(dāng)于脈沖增壓系統(tǒng)的平均流量）大。因此脈沖渦輪的尺寸較大，排氣管結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜，并受每根排氣管連接氣缸數(shù)目的限制。所以，在低增壓時(shí)，采用脈沖增壓系統(tǒng)較為有利；而在高增壓時(shí)，則宜采用定壓系統(tǒng)。