發(fā)動機原理第七章發(fā)動機增壓.ppt

本章要求： 了解： 發(fā)動機增壓方式。 理解： 渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理。 掌握： 離心式渦輪增壓器的原理，增壓發(fā)動機的 特點。 第七章 發(fā)動機增壓 增壓： 為提高平均有效壓力以 增加氣缸內(nèi)封存氣體密度 的方法。 （廣義上，凡是能夠?qū)?nèi)燃機進氣密度提高到高于周圍環(huán)境密 度的一切方法，都稱為增壓。） 目的： 通過增加充氣量，以 提高功率 ，改善經(jīng)濟性和排放性 提高發(fā)動機功率的途徑： 310 30 inVPN he e 第一節(jié) 發(fā)動機增壓的基本知識 改變結(jié)構(gòu)參數(shù)。增加 i、 Vh(D、 S)，減少 ，但體積和重量 增加 提高轉(zhuǎn)速。但充氣效率和機械效率減少，機件壽命減少， 噪音大 提高平均有效壓力 Pe。 提高平均有效壓力 Pe 方法： 減少過量系數(shù) 提高充氣效率 增加充氣密度 （增壓） 增壓度 k：發(fā)動機在增壓后增長的功率與增壓前功率 之比 k為范圍 10%60%。大部分為 20%30%。 增壓壓比 k：進入氣缸的氣體壓力 Pk與大氣壓力 P0之比 增壓的范圍 : 低增壓： k 1.31.6 （內(nèi)燃機平均有效壓力 pe 0.7 1.0MPa） 中增壓： k 1.62.5 （內(nèi)燃機平均有效壓力 pe 1.0 1.5MPa） 高增壓： k 2.5 （ pe 1.5MPa）； 超高增壓： k 3.5 （ pe2.0MPa）。 內(nèi)燃機增壓的優(yōu)缺點 改善了發(fā)動機性能： 提高了內(nèi)燃機機械效率； 提高了內(nèi)燃機的指示熱效率； 改善了燃燒過程。 增加了發(fā)動機的比功率； 擴大了內(nèi)燃機高原適應(yīng)性： 有利于降低有害氣體排放和噪聲。 (HC降低，高負荷的 NOx降低，空氣充足使碳煙有 所降低；溫度高使著火延遲期縮短） 增加了柴油機的 機械負荷； 增加了柴油機的 熱負荷。 優(yōu)點： 缺點： 按照實現(xiàn)增壓所提供的能量可分： 機械增壓； 廢氣渦輪增壓； 氣波增壓； 復合增壓 諧波增壓（汽油機） 第二節(jié) 發(fā)動機增壓的類型 、機械增壓 由曲軸經(jīng)過齒輪增速箱驅(qū) 動壓氣機。 機械增壓增壓壓力高，壓 氣機消耗的功率大。為使 內(nèi)燃機機械效率不要過分 下降，增壓壓力 Pk不能過 高。 Pk 160170KPa 主要用途：提高發(fā)動機低 速扭矩 機械增壓器的種類 機械增壓所用的壓氣機除 離心式 壓氣機外，在車用內(nèi) 燃機上常用容積式壓氣機： 羅茨式；螺桿式；轉(zhuǎn)子活塞式 。 、廢氣渦輪增壓 廢氣渦輪增壓利用 內(nèi)燃機排氣中能量 來實現(xiàn)增壓，比機 械增壓經(jīng)濟性好， 比非增壓自然吸氣 式內(nèi)燃機燃油好率 可低 5% 10%。 質(zhì)量功率和體積功 率比非自然吸氣內(nèi) 燃機明顯改善，因 而在內(nèi)燃機上得到 廣泛應(yīng)用。 廢氣渦輪增壓的分類 廢氣渦輪增壓器主要由壓 氣機和廢氣渦輪組成。 壓氣機主要是離心式的。 廢氣渦輪分： 軸流式； 徑流式 ； 斜流式（混流式）。 由于內(nèi)燃機排氣能量利 用的不同，有兩種經(jīng)典 的、基本的增壓形式： 脈沖渦輪增壓； 等壓渦輪增壓。 、氣波增壓 氣波增壓是通過氣波增壓器利 用氣體質(zhì)點和壓力波的反射特 性，使排氣和進氣之間進行直 接的能量交換，以增大進氣密 度。 氣波增壓對內(nèi)燃機工況反映迅 速，使氣波增壓的加速性好， 且低速時空氣的壓縮程度高， 低速扭矩好。工作溫度低，不 需要耐高溫材料。但體積大， 噪聲大，安裝位置受到一定限 值。匹配要求高，防止竄煙。 氣波增壓器轉(zhuǎn) 子展開圖 、復合增壓 機械增壓與廢氣渦輪增壓組合。 諧波增壓與廢氣渦輪增壓組合。 、諧波增壓 ACIS 雙增壓器順序增壓 多缸發(fā)動機上使用兩臺增壓器。 在低速時，使用一臺增壓器以提高廢氣能量利用效率，改善低速 反映性能。 在中高速時，使用兩臺增壓器以保證發(fā)動機功率輸出。 第三節(jié) 增壓器 可變進氣道增壓器； 可變噴嘴環(huán)增壓器； 可變渦輪喉口截面增壓器； 可變?nèi)~片增壓器； 廢氣放氣增壓器； 進氣回流增壓器； 射流渦輪增壓器； 斜流渦輪增壓器； 可變進氣道增壓器 低速時使用一個進氣 通道；高速時，進氣 量大，使用兩個通道， 可以改善增壓發(fā)動機 的過渡性能。 可變進氣道增壓器性能 可變噴嘴環(huán)增壓器 低速時，噴嘴角 度小，流通截面 ??；高速時噴嘴 角度大，流通截 面能保證渦輪從 廢氣中獲取足夠 能量達到壓氣機 的需求。 各噴嘴環(huán) 1通過軸銷 2固定在渦殼 5上，再經(jīng)傳動桿 3與噴嘴控制盤 4相 連。轉(zhuǎn)動噴嘴控制盤即可改變噴嘴環(huán)的角度。 通過調(diào)整渦殼 5與渦 輪葉輪 6之間的噴嘴 環(huán)角度來調(diào)整渦輪流 通截面。 可變噴嘴環(huán)增壓器特性 左圖中 是噴嘴環(huán)角 度以此減小的情況。隨著 內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速下降，壓氣機 的增壓壓力不但沒有下降， 反而提升到高轉(zhuǎn)速水平， 從而保證增壓內(nèi)燃機的低 速性能。 可調(diào)噴嘴環(huán)用于增壓器與 內(nèi)燃機的高速匹配。通過 可調(diào)噴嘴環(huán)改善低速性能。 可變渦輪喉口截面增壓器 1.壓氣機； 2.可變喉口截面調(diào)整板； 3.調(diào)整板及調(diào)整機構(gòu)； 4.操縱 機構(gòu)； 5.操縱機構(gòu)控制電磁閥； 6.渦輪； A.最小喉口截面； B.最大 喉口截面 低速 高速 可變渦輪喉口截面增壓器工作原理 可變渦輪喉口截面增壓器是再廢氣量不變的情況下 改變進入渦輪的狀態(tài)參數(shù)，從而改變從廢氣中獲取 能量的大小。小喉口截面將使進入渦輪的廢氣加速， 作用在渦輪葉片上的沖擊力增加（此時渦輪效率將 有所降低），空氣增壓壓力增加，從而滿足內(nèi)燃機 在低速小負荷時的需要。內(nèi)燃機在高速大負荷時， 可以保證渦輪在高速范圍運行，這時喉口截面處于 最大位置，排氣背壓最小，渦輪效率最大。 可變喉口截面控制板可以由電磁閥進行無級調(diào)整。 可變?nèi)~片增壓器 可變噴嘴環(huán)技術(shù)類似，通過壓氣機結(jié)構(gòu)（葉片角度）的變化，來 調(diào)整增壓壓力與發(fā)動機轉(zhuǎn)速負荷的匹配關(guān)系。 多個可變?nèi)~片，效率高，但結(jié)構(gòu)復雜，成本高、體積大。 三菱多閥 VG增壓器 本田可變?nèi)~片增壓器 廢氣放氣增壓器 車用增壓內(nèi)燃機為獲得低 速大扭矩和良好的加速性 能，渦輪增壓器一般按內(nèi) 燃機低速、小流量設(shè)計。 轎車用增壓器設(shè)計轉(zhuǎn)速為 內(nèi)燃機標定轉(zhuǎn)速的 40%左 右。 公共汽車、重型車用的增 壓器設(shè)計轉(zhuǎn)速為內(nèi)燃機標 定轉(zhuǎn)速的 60%左右。 高速時，將會使增壓壓力 過高，增壓器超速，柴油 機爆發(fā)壓力過大，汽油機 容易引起爆震。 為此，設(shè)計增壓器常增加 廢氣放氣閥，在高速時將 一部分廢氣旁通掉，加以 控制增壓壓力。 廢氣 放氣 增壓 器工 作原 理 廢氣門 3與增壓器 2的渦輪并聯(lián)地連接在內(nèi)燃機 1的排氣管上。廢氣門的閥門 固定在膜片上，膜片上部通大氣，并受彈簧的作用，下部與壓氣機出口的 增壓空氣相通。平時，彈簧將廢氣門的閥門壓在閥座上，內(nèi)燃機排氣管來 的廢氣不能經(jīng)閥門旁通到渦輪出口的排氣管內(nèi)。 一旦增壓壓力對膜片的作用超過彈簧的預緊力，廢氣門打開，一部分廢氣 不經(jīng)渦輪直接從渦輪出口排入大氣中。渦輪作功減小，空氣的增壓壓力回 落，以實現(xiàn)空氣增壓壓力的自動調(diào)節(jié)。 進氣回流增壓器 為避免由于負荷突變及環(huán)境變 化而使壓氣機出現(xiàn)喘振而損壞 增壓器，在增壓器的壓氣機進 口裝上整體式的回流閥。 當進氣管壓力低于某一值時， 作用在回流閥上的進氣管壓力、 彈簧壓力和壓氣機出口的空氣 增壓壓力不平衡，回流閥頂開， 壓氣機出口的空氣通過回流閥 和回流通道進入壓氣機進口， 以增加通過壓氣機的空氣量。 第四節(jié) 增壓中冷技術(shù)（選） 增壓空氣 溫度增加 ，在柴油機中引起 增壓條件下進氣密 度減小 ，即在保持不變過量空氣系數(shù) 下，意味著功率 下降，不然需要進一步提高增壓壓力，但柴油機機械負 荷又要增加。雖然氣缸內(nèi)工質(zhì)溫度提高有利于柴油機的 燃燒，但卻使燃燒室內(nèi)受熱零件的 熱負荷增加，排溫過 高， NOx增加 。汽油機中增壓溫度升高，除與柴油機一 樣功率下降外，最主要的是爆震傾向增加。 一般，當增壓空氣的壓力超過 0.15MPa時，就值得采用 中冷。 解決空氣溫度過高的辦法就是采用中冷器冷卻增壓后的 空氣。 增壓空氣溫度每降低 20K，渦輪前的廢氣溫度約可降低 20K，燃油消耗率可減少 3g/kW.h。 增壓中冷方案： 閉式空水中冷 ：中冷器中冷卻介質(zhì)采用內(nèi)燃機冷卻系 統(tǒng)中的循環(huán)水。該方案結(jié)構(gòu)與布置簡單，但不能將增壓 空氣溫度冷卻較低。 分開式空水中冷 ：中冷器采用獨立的冷卻介質(zhì)。該方 案可提高中冷器的冷卻效率，能較低地降低空氣地溫度。 結(jié)構(gòu)要復雜些，布置上會增加難度。 共用冷卻風扇空空中冷 ：中冷器裝在內(nèi)燃機冷卻系水 散熱器前或后，依靠風扇和車輛行駛時地空氣氣流冷卻 增壓空氣。該方案由于它的 最少能量消耗而得到廣泛 應(yīng)用。 獨立冷卻風扇空空中冷 ：中冷器帶有獨立地冷卻風扇， 它可由直流電動機或空氣渦輪帶動。