發(fā)動機廢氣渦輪增壓技術(shù)資料.ppt

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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。,第三章發(fā)動機廢氣渦輪增壓,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：,第一節(jié)概述,改變結(jié)構(gòu)參數(shù)。增加i、Vh(D、S)，減少τ，但體積和重量增加提高轉(zhuǎn)速。但充量系數(shù)和機械效率減少，機件壽命減少，噪音大提高平均有效壓力Pme。提高平均有效壓力Pme方法：減少過量空氣系數(shù)、提高充量系數(shù)、增加充氣密度（增壓）,增壓度φk：發(fā)動機在增壓后增長的功率與增壓前功率之比φk范圍為10%~60%。大部分為20%~30%。增壓比?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＝1.3~1.6（內(nèi)燃機平均有效壓力pme＝0.7～10MPa）中增壓：?k＝1.6~2.5（pme＝1.0～1.5MPa）高增壓：?k＞2.5（pme＞1.5MPa）；超高增壓：?k＞4.5~5.5（pme>2.5~3.5MPa）。,增壓中冷技術(shù),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1.5MPa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。,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)動機的升功率；擴大了內(nèi)燃機高原適應性：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；增加了汽油機的爆燃傾向。,優(yōu)點：,缺點：,１、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<160~170kPa主要用途：提高發(fā)動機低速轉(zhuǎn)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。,２、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，油耗率可低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，一般可提高功率20%-50%，易實現(xiàn)高增壓。可降低排氣噪聲和煙度。,,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）。,由于發(fā)動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。,3、復合增壓,,4、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)燃機工況反應迅速，使氣波增壓的加速性好，且低速時空氣的壓縮程度高，低速轉(zhuǎn)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。,５、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，改善低速反應性能。在中高速時，使用兩臺增壓器以保證發(fā)動機功率輸出。,第二節(jié)增壓器,,徑流式渦輪的工作原理,燃氣在渦輪機中的流動：廢氣在進氣渦殼的引導下均勻地進入渦輪，并推動渦輪高速旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)壓力能與機械能的轉(zhuǎn)換，低壓廢氣從渦輪中心軸向流出。噴嘴葉片環(huán)上均勻安裝帶有一定傾角的葉片組成多個漸縮通道，使部分壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，便于高速氣流均勻而有序地進入渦輪葉輪。,離心式壓縮機工作原理,主要參數(shù)：壓氣機轉(zhuǎn)速增壓比?k=pk/p0質(zhì)量流量mk或容積流量V0壓氣機轉(zhuǎn)速nk每分鐘可達幾萬轉(zhuǎn)甚至十幾萬轉(zhuǎn)壓氣機的絕熱效率,壓氣機特性曲線,壓氣機轉(zhuǎn)速不變時，各特性與空氣流量間的關(guān)系,,壓氣機的喘振與堵塞壓氣機流量很小時，氣流會出現(xiàn)強烈的振蕩，引起工作輪葉片強烈振動，并產(chǎn)生很大的噪聲，壓氣機的出口壓力顯著下降，并伴隨很大的壓力波動，此現(xiàn)象稱為壓氣機的喘振。當壓氣機工作在喘振線右側(cè)時，其工作是穩(wěn)定的；而當處于喘振線左側(cè)時，壓氣機的工作就變得不穩(wěn)定甚至有危險了。隨著流量和轉(zhuǎn)速的增加，喘振點對應的增壓比是向增大方向移動的,在壓氣機的某一轉(zhuǎn)速下，通過壓氣機的氣體流量隨增壓比的降低而增加。當流量增加到一定數(shù)值后，壓氣機通道中的某個截面達到臨界條件。當增壓比繼續(xù)降低時，氣體流量卻不再增加，此時的氣體流量稱為堵塞流量，也是該轉(zhuǎn)速下壓氣機所對應的最大流量。,,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，流通截面小；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①～④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?？勺兒砜诮孛婵刂瓢蹇梢杂呻姶砰y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)燃機為獲得低速大轉(zhuǎn)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。,第三節(jié)汽油機增壓技術(shù),一、汽油機增壓的特點1、爆燃混合氣壓縮后的壓力、溫度增高，將促使爆燃的發(fā)生。2、混合氣的調(diào)節(jié)傳統(tǒng)化油器使用增壓技術(shù)后難以精確控制混合氣的濃度。3、熱負荷汽油機的過量空氣系數(shù)小，燃燒溫度高。增壓后，汽油機的整體溫度水平提高，熱負荷問題加重。4、對增壓器的特殊要求汽油機增壓比低、流量范圍廣、熱負荷高、最高轉(zhuǎn)速高且轉(zhuǎn)速變化范圍大。要求增壓器體積小、耐高溫、轉(zhuǎn)動慣量小、工作范圍大，等。,,二、汽油機增壓技術(shù)措施1、降低壓縮比防止爆燃現(xiàn)象發(fā)生2、增壓壓力控制系統(tǒng)控制增壓壓力過大3、減小增壓后的“反應滯后”現(xiàn)象4、燃料供給系統(tǒng)的調(diào)整汽油泵汽油泵供油壓力隨增壓壓力變化點火提前角調(diào)整可變點火正時,不只是渦輪增壓按進氣方式的不同，可以分為：機械增壓、渦輪增壓、復合增壓和氣波增壓。,工作原理廢氣順著渦輪殼①沖擊在渦輪②上，經(jīng)過進氣道后，速度迅速提高并將渦輪提高到約20萬轉(zhuǎn)／分，之后排入大氣。在另一端壓氣機殼③內(nèi)是同樣高速運轉(zhuǎn)著的壓氣機輪④，它的轉(zhuǎn)速跟渦輪一樣。其作用是將高壓新鮮空氣供給發(fā)動機。,小提示在高速行車后，不要突然熄火，因為此時渦輪的溫度非常高。最好再怠速運轉(zhuǎn)一兩分鐘，使增壓裝置有一個冷卻的過程。,增壓器的作用增壓主要是為了提高發(fā)動機的進氣量，提高發(fā)動機的功率和扭矩。采用增壓技術(shù)后發(fā)動機可以提高30％-100％的功率，同時還能提高燃油經(jīng)濟性和降低尾氣排放。不過也使引擎和增壓器的工作溫度快速增加。由于工作環(huán)境惡劣，每個渦輪增壓器的壽命平均只有“十萬公里”左右。,渦輪增壓--讓“你”更強壯,,,,,,,第四章燃料與燃燒,第一節(jié)發(fā)動機燃料一、汽油1、蒸發(fā)性汽油的蒸發(fā)性用汽油蒸發(fā)量的10%、50%、90%、100%時所對應的溫度來評定。2、氧化安定性汽油抵抗大氣或氧氣的作用而保持其性質(zhì)不發(fā)生長久性變化的能力。3、清凈性汽油中不穩(wěn)定的化合物在進氣系統(tǒng)的器件上產(chǎn)生沉淀?？稍谄椭屑尤肫颓鍍魟员３诌M氣系統(tǒng)的清潔。,,4、抗爆性及汽油規(guī)格抗爆性是指汽油在發(fā)動機氣缸內(nèi)燃燒時抵抗爆燃的能力，用辛烷值表示。在規(guī)定條件下的標準發(fā)動機試驗中通過和標準燃料進行比較來測定，采用和被測定燃料具有相同的抗爆性的正庚烷中的異辛烷的體積百分比來表示。我國無鉛車用汽油標準見表4-1,,二、柴油1、自燃性柴油的自燃性用十六烷值來評定。規(guī)定正十六烷自燃性最好(100)，α-甲基萘自燃性最差(0)。一般柴油的十六烷值為40～652、霧化和蒸發(fā)性餾程、運動粘度、密度、閃點等閃點：燃油在規(guī)定結(jié)構(gòu)的容器中加熱揮發(fā)出可燃氣體與液面附近的空氣混合，達到一定濃度時可被火星點燃時的燃油溫度。燃點：燃料在規(guī)定條件下加熱到開始著火的溫度。3、硫含量4、安定性,,5、低溫流動性柴油失去流動性而開始凝固的溫度為凝點。當柴油接近凝點時，流動性已很差，不但噴霧惡化，而且供油也很困難，柴油機無法工作。我國用于汽車的輕質(zhì)柴油按凝點分為10號、2號、-10號、-20號、-35號和-50號，其凝點分別不高于10℃、0℃、-10℃、-20℃、-35℃和-50℃,,第二節(jié)代用燃料一、天然氣CNC天然氣的主要成分是甲烷，約為83%～99%。天然氣汽車的發(fā)動機功率會下降，一般為液體燃料的90%左右。改燒天然氣時，點火正時需調(diào)整二、液化石油氣(LPC)液化石油氣的主要成分是丙烷和丁烷。三、醇類(甲醇或乙醇)四、生物質(zhì)五、氫氣,,第三節(jié)燃燒基本知識一、燃燒過程燃燒過程由著火和燃燒兩個階段組成。著火階段是燃料燃燒的準備階段，是燃料經(jīng)過霧化、蒸發(fā)、與空氣混合形成可燃混合氣等項物理準備；和可燃混合氣形成后，在自燃以前發(fā)生的焰前氧化過程的化學準備。燃燒階段是在燃料著火后，火焰迅速向周圍擴大傳播，可燃混合氣內(nèi)進行著劇烈的氧化反應，并放出大量的熱(化學能轉(zhuǎn)變成熱能)?；鹧?zhèn)鞑ニ俣然鹧媲颁h面向周圍擴散的速度,,二、發(fā)動機的燃燒方式1、同時爆炸燃燒均勻混合氣在燃燒室內(nèi)的燃燒前后一瞬間，燃燒室內(nèi)只有一個相。燃燒前是正在進行的焰前反應的或燃混合氣相，燃燒后是燃燒產(chǎn)物相。2、預混合燃燒均勻混合氣的過量空氣系數(shù)是一個常數(shù)，由火焰前鋒的推移，使燃燒傳播到整個燃燒室。燃燒時存在未燃混合氣相和燃燒產(chǎn)物相兩個相。3、擴散燃燒固體或液體的燃燒現(xiàn)象。燃燒時同時存在可燃氣體相、空氣相和燃燒產(chǎn)物相三相。,