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第十章 柴油机的增压 第一节 柴油机的增压系统 一、增压概述 （一）增压的目的 增压技术是提高柴油机功率最有效的措施之一，目前已广泛应用于船舶柴油机上。 根据： 可知，有效功率只与平均有效压力、气缸工作容积、柴油机转速、冲程系数及气缸数等参数有关，故提高柴油机功率的措施，可以归纳为三个方面。 1．增加工作容积 加大、和，均能增加气缸工作容积，但这一措施会加大柴油机总重量和总尺寸，使造价增加，并给维修工作带来困难。 2．增加单位时间内的工作循环次数 提高（或活塞平均速度）和采用二冲程柴油机（使=1），皆可增加单位时间内的工作循环次数，但是，此措施会导致柴油机机械负荷和热负荷的增大，充气系数和机械效率的下降，使燃油燃烧恶化，影响柴油机工作可靠性和使用寿命。 3．提高平均有效压力 由可知，要提高可通过提高机械效率或者提高平均指示压力来达到，但的变化范围很小，从减少机械损失来提高是有限的，所以的提高主要是依靠提高。 由燃烧理论得知，增加每一工作循环的喷油量，能提高，但必须相应地增加气缸充气量，以确保燃油完全燃烧。在气缸容积不变的条件下，欲增加气缸充气量，必须增加进气密度，即先将空气进行压缩，然后使之进入气缸。 所谓增压，就是指通过提高柴油机进气压力来增加气缸的充气量。这样，可以相应地增加喷入气缸的燃油量，提高柴油机平均有效压力，从而有效地提高柴油机功率。 （二）中冷的作用 中冷即将经压缩的空气，在进入气缸前进行中间冷却，以降低进气温度，增大进气密度。中冷配合增压，可进一步增大气缸充气量。中冷器（即增压空气中间冷却器）往往以舷外水作为冷却介质。 二、柴油机增压系统 提高进气压力的方法一般是用空气压缩机来完成。通常把这一设备称为增压器，而把实现增压所设置的成套附件及管路系统称为增压系统。根据驱动增压器不同的能量来源，增压系统通常可分为三类。 （一）机械增压系统 增压器由柴油机直接驱动的增压系统称为机械增压系统。此时驱动增压器所需的能量由柴油机本身提供，如图10-1所示。 系统中的增压器采用离心式，转瓣式（罗茨式）、或其它型式的机械泵，由柴油机曲轴通过齿轮等传动机构直接驱动或利用十字头往复运动来带动。 机械增压系统驱动增压器要消耗柴油机的有效功率，增压压力越高，驱动增压器所消耗的功率也越大。当达到一定增压压力后，增压器所消耗的功率将超过柴油机由于增压而提高的功率，因此机械增压系统只适用于低增压柴油机，一般单独机械增压压力不超过0.16～0.17。这种增压系统制造容易、成本低，运转范围宽，柴油机加速和加载性能较好，且在启动与低速运转时也能获得一定的进气压力。 （二）废气涡轮增压系统 增压器由柴油机排气驱动的废气涡轮所带动的增压系统称为废气涡轮增压系统，如图10-2所示。 图10-l 机械增压系统图 图10-2 废气涡轮增压系统 1-排气管；2-柴油机气缸；3-曲轴； 1-排气管；2-柴油机气缸；3-压气机； 4-齿轮；5-压气机；6-进气管 4-进气管；5-涡轮 该系统中的增压器由废气涡轮和压气机两部分组成，称为废气涡轮增压器。驱动增压器所需的功率由柴油机的排气能量来提供，即柴油机的排气驱动涡轮增压器的涡轮，由涡轮带动同轴上的压气机来压缩空气，经进气管送入气缸。 显然，废气涡轮增压器与柴油机无任何机械联系，驱动增压器不仅不消耗柴油机的有效功，而且能够回收利用废气中的一部分能量来实现增压。涡轮从废气中利用的能量越多，其做功的能力越大，则增压压力越高，柴油机功率也就越大。废气涡轮增压可使增压压力达到0.25甚至更高。增压压力较高时，由于会使增压空气的温度也随之升高而降低实际充气量，所以常在系统中装设空气中间冷却器。中间冷却器装于压气机出口和柴油机进气管之间。 （三）复合增压系统 采用机械增压器和废气涡轮增压器联合工作的增压系统称为复合增压系统。 对于二冲程柴油机，它是依靠扫气箱和排气管之间的压力差来进行换气的。由于换气时间变短，所需的换气空气量又大，所以扫气压差也大，致使压气机消耗的功率较大，涡轮增压器很难实现压气机和涡轮的功率平衡，特别是在低负荷或怠速运转时，这种不平衡更为严重。因此，早期的二冲程柴油机多采用复合增压系统。 复合增压系统有串联和并联两种基本型式。 1．串联增压系统 图10-3所示是串联式复合增压系统。它是由废气涡轮增压器和机械增