所以面积3?a?5?4?3所示的泵气功是正功。
排气拥有的最大可用能为排气的能量1?b?f?1。它是排气由排气阀开启时的状态b在理想的涡轮中完全膨胀到大气压力时所具有作功能力。
定压增压系统废气涡轮的可用能量为面积i?g?e'?f'?i，用E2表示。它由如下三部分组成：
（1）真正从废气中取得的能量为面积1?5?e'?f'?i，由于定压增压系统排气管容积较大，高速气流通过排气阀时产生强烈节流，大量的动能因气体分子相互撞击、摩擦和形成涡流而损失，因此，排气拥有的最大可用能量1?b?f?1中的5?b?e?5基本上是损失的能量，用E1表示，称为脉冲能量损失。损失的能量加热了气体，提高了涡轮前的废气温度，使其容积增大了?V（点
e?e'），故涡轮前的气体状态为e'点。面积e?e'?f'?f?e表示损失能量5?b?e?5中的回收
部分。
（2）柴油机活塞推出的废气在涡轮中膨胀作功的能量为面积2?4?5?1?2。
（3）在进、排气重叠角范围内，扫气空气给予涡轮的功用面积i?g?4?2?i表示，这部分能量来自压气机。
压气机每循环消耗的总能量为面积i?g'?a?o?i。其中3?a?o?2?3为压缩充满气缸的空气所需要的功，而i?g'?3?2?i为压缩扫气空气所需要的功。为便于分析，将其画在纵坐标p轴的左侧。
在涡轮增压器中，涡轮和压气机处于同一轴上，因此压气机所消耗的功率NK必须等于涡轮发出的功率Nr，即NK?Nr。故足够的排气能量才能保证足够的压气机能量，才能得到所需的增压压力和空气流量。
三、脉冲废气涡轮增压
脉冲涡轮增压系统的布置原理如图10-9所示。其特点是各缸通过短而细的排气支管与容 积很小的排气管相连接，而后再接到涡轮进口，一般每3个气缸连到一根排气管。由于排气管容 容积很小，排气管中压力波动较大，涡轮前的压力波动也较大，故也称之为变压增压系统。 采用脉冲增压可以对图10-8中面积5?b?e?5(E1)所示脉冲能量加以利用。在脉冲增压系统中，由于排气管容积很小，在排气阀开启后，排气管中压力迅速升高，形成了图 10-10所示的压力波---排气脉冲波。排气压差的减小，使排气节流损失下降，从而提高了对能量E1的利用率。
图10-9 脉冲废气涡轮增压系统图 图10-10 排气脉冲波
四、两种废气涡轮增压系统的比较
（1）定压增压系统排气管结构简单，这对于气缸数目很多的柴油机在结构布置上尤为重要。而脉冲增压系统排气管要进行分支，使排气系统结构复杂，布置困难。
（2）定压增压由于进入涡轮的压力基本恒定，故涡轮效率较高。脉冲增压涡轮为脉动进气，所以涡轮鼓风损失、窜气损失较大，涡轮效率较低。
（3）脉冲增压不仅能利用排气的定压能量，而且能利用排气的脉冲能量，进行有效扫气，尤其在柴油机起动和低负荷运转时，这一优点特别重要。而定压增压不能利用脉冲能量。
（4）脉冲增压的加速加载性能较好，由于脉冲增压排气管容积小，几个工作循环后压力很快上升，增压器能迅速加速到规定转速，保证柴油机扫气的要求。即加速加载性能好、而定压增压
在柴油机加速加载时反应性能差，即快速加速加载时，排气能量不能快速传到涡轮，增压 压力因而也难于快速提高，造成短时间内空气流量不足，使柴油机冒烟。
（5）高增压柴油机排出的废气中，定压能量所占比例相对较大，故多采用定压增压。
五、脉冲增压系统排气管分支和脉冲转换增压
（一）排气管分支
在脉冲涡轮增压系统中，如果所有气缸的排气均排入一根排气管中，则由于排气压力波的存在，会产生扫排气的互相干扰。采用排气管分支的目的就是要尽量避免这种干扰而影响废气能量的利用。
图10-11为某四冲程6缸柴油机排气压力波图，其发火顺序为 1?5?3?6?2?4。其中图a)为6个缸共用一根排气管时的排气压力波图。当第1缸排气后，经过120°CA，第5缸开始排气，而此时第1缸正处于扫气阶段，所以第5缸的排气压力波对第1缸的扫气形成高背压，使第1缸扫气受阻。凡多缸柴油机，某一缸正在扫气，另一缸却在排气，若将这两个气缸的排气管接在一起，正在排气的脉冲波就会对另一缸的扫气产生干扰。为了避免这种干扰，必须将上述扫、排气相近的气缸排气管分开。
排气管分支的原则是一根排气管所连各气缸的排气相位应互不重叠或重叠很小。一般四冲 程柴油机排气持续期以240°CA计，二冲程柴油机以120°CA计，则第一根排气管所连气缸数最多分别为720?/240??3和360?/120??3。同时，所连气缸的排气相位必须合理均匀错开。
图10-11 6缸柴油机压力波形图
a）6缸共一根排气管；b）3缸共一根排气
由分支原则可知，对于气缸数是3的倍数的柴油机，采用脉冲增压是有利的。此时每3个发火间隔角相差240°CA（四冲程机）或120°CA（二冲程机）的气缸连一根排气管，既可避免各缸扫、排气的互相干扰，又可以保证排气压力波的连续性，使涡轮连续进气，以提高涡轮的效率。例如，可将图10-11中1、2、3缸连一根排气管，而4、5、6缸连另一根排气管，使扫气阶段进气系统压力PK（即扫气压力）大于排气管内压力Pr，因此不会对扫气产生影响。
对于气缸数不是3的倍数的柴油机，例如 4、5、7、8、10、16缸柴油机，采用脉冲增压是
图10-12 脉冲转换器简图
F、W、Y-压力测量部位；fP-排气支管截面；
fE-引射喷嘴截面；fM-混合管截面
不利的，称为“不利”气缸数。例如四冲程8缸柴油机排气管的分支可以把发火间隔角为360°CA的每两个气缸连一根排气管；或将发火间隔角为180°CA的每4个气缸连一根排气管，分别称为双脉冲增压和四脉冲增压。
双脉冲增压系统虽然不会发生排气压力波对扫气的干扰，但是由于两个压力波之间有较长的低压期，涡轮将间歇进气，引起较大的鼓风损失和驱气损失，使涡轮效率下降较多。另一方面，排气管内有较大的抽空和充满能量损失，使排气能量损失较大。 四脉冲增压系统可以向涡轮连续供气，涡轮效率也相对较高，但由于一根排气管所连4个气缸的发火间隔角为180°CA，该角度小于排气持续角，所以排气压力波会对扫气过程后期产生干扰，甚至产生废气倒流的现象。 （二）脉冲转换增压
脉冲转换增压是解决不利气缸数柴油机采用脉冲增压时的不利因素的有效措施。 1．简单脉冲转换器增压
简单脉冲转换器适用于不利气缸数为4、8、16缸的柴油机。它是把发火间隔为360°CA的两个气缸连接一根排气管，并与另一根排气管通过脉冲转换器连到涡轮的一个进口，所以有4个180°CA的排气脉冲依次进入涡轮，其结构如图10-12所示。
现以四冲程8缸柴油机为例进行分析，该机发火顺序为1?4?7?6?8?5?2?3，其中1、8缸和2、7缸的排气支管分别通过引射喷嘴连到一个混合管，该混合管与涡轮的一个进口相连。 由图可知，当第7缸开始排气时，废气在引射喷管的最小截面FE处被加速，部分压力能变为动能，在喷管出口形成低压区，此时比第7缸提前180°CA排气的第1缸正好处于扫气阶段，因而第7缸的排气对第1缸的扫气产生抽吸作用，加速了第1缸的扫气和排空。当然，第1、7缸的混合气压力波到达涡轮后会反射，反射的压力波要经过l、8缸的引射喷嘴进入排气支管，可能干扰第1缸的扫气。因此，连接于同一脉冲转换器上的相继发火缸的发火间隔角一般不小于180°CA，这样，反射的压力波对扫气的干扰也只能发生在扫气接近结束时，对扫气的影响较小，所以它特别适用于4、8、16缸柴油机。 2．多脉冲转换增压
多脉冲转换增压系统是将排气重叠的气缸连到一根排气支管，然后再将数根排气支管通过一个多脉冲转换器连到涡轮进口。系统布置因机型不同而有区别，图10-13是某V18柴油机所采用的多脉冲转换器。该系统的设计思想是：在保持脉冲增压系统排气能量通过压力波传递的前题下，设法使涡轮全圆周连续进气和增加一个涡轮进口所连接的气缸数，以增大涡轮的相对通流面积。这样就可以不产生反射压力波或减小反射压力波的幅值。因为一个涡轮进口连接多个气缸，则相对于一个气缸的排气而言，其通流截面也相对较大，图 10-14为某7缸柴油机多脉冲转换增压系统布置简图。
多脉冲转换增压系统消除了简单脉冲转换器，增压对排气管长度、发火间隔角、进排气重叠角和柴油机转速的限制。
现在，中速柴油机上又发展了一种“单管脉冲转换器增压系统”，其布置与定压增压相似（见 图10-15），但排气总管容积较小，而且各缸排气经单管脉冲转换器（喷管）（图10-15a）（排入总管，排气流速增高压力下降，对其它缸排气起抽吸作用并利用了部分排气中的脉冲能量。总管再经一个扩压器与增压器入口相连，确保增压器按定压工作。这种增压系统排气管布置简单，又不受柴油机缸数限制，其工作性能优于多脉冲转换增压系统。图10-15b）为某9缸机几种不同的增压系统布置情况。各种系统均有其自身的特点：脉冲系统适用于缸数为3的倍数的中、低增
压系统。定压系统适用于高增压柴油机，与电动鼓风机配合已成为近代船舶柴油机的常用系统。多进口脉冲与单管脉冲转换系统既然能有效地利用废气的脉冲能量，又能使涡轮有稳定的进气压力和连续的流量，兼有脉冲增压和定压增压的优点，前者适用于4、8、16缸柴油机，后者不受柴油机缸数的限制。
图10-14 多脉冲增压系统简图
图10-13 多脉冲转换器设计实例 图10-15 某9缸机单管脉冲转换系统
第三节 废气涡轮增压器的分类和结构
一、废气涡轮增压器分类及型号 （一）分类方法
废气涡轮增压器由压气机和涡轮两个主要部分及支承装置、密封装置、冷却系统、润滑系统所组成。其分类方法通常有三种：
图10-16 轴流式涡轮示意图 图10-17 径流式涡轮示意图
1-气壳；2-工作轮；3-涡轮轴； a）向心式（径向进气轴相排气）；b）离心式；c）混流式 4-喷嘴环；5-进气壳 1-进气壳；2-喷嘴环；3-工作轮；4-排气壳；5-涡轮轴