发动机废气涡轮增压.ppt

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1、本章要求：了解：发动机增压方式。理解：涡轮增压器的结构和工作原理。,第六章 发动机废气涡轮增压,增压：为提高平均有效压力以增加气缸内封存气体密度的方法。（广义上，凡是能够将内燃机进气密度提高到高于周围环境密度的一切方法，都称为增压。）目的：通过增加充气量，以提高功率，改善经济性和排放性提高发动机功率的途径：,第一节 概述,改变结构参数。增加i、Vs(D、S)，减少，但体积和重量增加提高转速。但充量系数和机械效率减少，机件寿命减少，噪音大提高平均有效压力Pme。提高平均有效压力Pme 方法：减少过量空气系数、提高充量系数、增加充气密度（增压）,增压度k：发动机在增压后增长的功率与增压前功率之比k

2、范围为10%60%。大部分为20%30%。增压比k：进入气缸的气体压力Pk与大气压力P0之比增压的范围:低增压：k 1.31.6（内燃机平均有效压力pme0.71.0MPa）中增压：k 1.62.5（内燃机平均有效压力pme1.01.5MPa）高增压：k 2.5（pme 1.5MPa）；超高增压：k 4.55.5（pme2.53.5MPa）。,增压中冷技术,增压空气温度增加，在柴油机中引起增压条件下进气密度减小，即在保持不变过量空气系数下，意味着功率下降，不然需要进一步提高增压压力，但柴油机机械负荷又要增加。虽然气缸内工质温度提高有利于柴油机的燃烧，但却使燃烧室内受热零件的热负荷增加，排温过高

3、，NOx增加。汽油机中增压温度升高，除与柴油机一样功率下降外，最主要的是爆震倾向增加。一般，当增压空气的压力超过0.15MPa时，就值得采用中冷。解决空气温度过高的办法就是采用中冷器冷却增压后的空气。增压空气温度每降低20K，涡轮前的废气温度约可降低20K，燃油消耗率可减少3g/kW.h。,增压中冷方案：,闭式空水中冷：中冷器中冷却介质采用内燃机冷却系统中的循环水。该方案结构与布置简单，但不能将增压空气温度冷却较低。分开式空水中冷：中冷器采用独立的冷却介质。该方案可提高中冷器的冷却效率，能较低地降低空气地温度。结构要复杂些，布置上会增加难度。共用冷却风扇空空中冷：中冷器装在内燃机冷却系水散热器

4、前或后，依靠风扇和车辆行驶时的空气气流冷却增压空气。该方案由于它的最少能量消耗而得到广泛应用。独立冷却风扇空空中冷：中冷器带有独立地冷却风扇，它可由直流电动机或空气涡轮带动。,内燃机增压的优缺点,改善了发动机性能：提高了内燃机机械效率；提高了内燃机的指示热效率；改善了燃烧过程。增加了发动机的升功率；扩大了内燃机高原适应性：有利于降低有害气体排放和噪声。(HC降低，高负荷的NOx降低，空气充足使碳烟有所降低；温度高使着火延迟期缩短）,增加了柴油机的机械负荷；增加了柴油机的热负荷；增加了汽油机的爆燃倾向。,优点：,缺点：,按照实现增压所提供的能量可分：机械增压；废气涡轮增压；气波增压；复合增压谐波

5、增压（汽油机）,发动机增压的类型,、机械增压,由曲轴经过齿轮增速箱驱动压气机。机械增压增压压力高，压气机消耗的功率大。为使内燃机机械效率不要过分下降，增压压力Pk不能过高。Pk 160170 kPa主要用途：提高发动机低速转矩,机械增压器的种类,机械增压所用的压气机除离心式压气机外，在车用内燃机上常用容积式压气机：罗茨式；螺杆式；转子活塞式。,、废气涡轮增压,废气涡轮增压利用内燃机排气中能量来实现增压，比机械增压经济性好，比非增压自然吸气式内燃机油耗率可低5%10%。质量功率和体积功率比非自然吸气内燃机明显改善，因而在内燃机上得到广泛应用。,废气涡轮增压的分类,废气涡轮增压器主要由压气机和废气

6、涡轮组成。压气机主要是离心式的。废气涡轮分：轴流式；径流式；斜流式（混流式）。,由于发动机排气能量利用的不同，有两种经典的、基本的增压形式：脉冲涡轮增压；等压涡轮增压。,3、复合增压,机械增压与废气涡轮增压组合。谐波增压与废气涡轮增压组合。,4、气波增压,气波增压是通过气波增压器利用气体质点和压力波的反射特性，使排气和进气之间进行直接的能量交换，以增大进气密度。气波增压对内燃机工况反应迅速，使气波增压的加速性好，且低速时空气的压缩程度高，低速转矩好。工作温度低，不需要耐高温材料。但体积大，噪声大，安装位置受到一定限值。匹配要求高，防止窜烟。,气波增压器转子展开图,、谐波增压ACIS,双增压器顺

7、序增压,多缸发动机上使用两台增压器。在低速时，使用一台增压器以提高废气能量利用效率，改善低速反应性能。在中高速时，使用两台增压器以保证发动机功率输出。,第二节 增压器,可变进气道增压器；可变喷嘴环增压器；可变涡轮喉口截面增压器；可变叶片增压器；废气放气增压器；进气回流增压器；射流涡轮增压器；斜流涡轮增压器；,可变进气道增压器,低速时使用一个进气通道；高速时，进气量大，使用两个通道，可以改善增压发动机的过渡性能。,可变进气道增压器性能,可变喷嘴环增压器,低速时，喷嘴角度小，流通截面小；高速时喷嘴角度大，流通截面能保证涡轮从废气中获取足够能量达到压气机的需求。,各喷嘴环1通过轴销2固定在涡壳5上，

8、再经传动杆3与喷嘴控制盘4相连。转动喷嘴控制盘即可改变喷嘴环的角度。,通过调整涡壳5与涡轮叶轮6之间的喷嘴环角度来调整涡轮流通截面。,可变喷嘴环增压器特性,左图中是喷嘴环角度以此减小的情况。随着内燃机转速下降，压气机的增压压力不但没有下降，反而提升到高转速水平，从而保证增压内燃机的低速性能。可调喷嘴环用于增压器与内燃机的高速匹配。通过可调喷嘴环改善低速性能。,可变涡轮喉口截面增压器,1.压气机；2.可变喉口截面调整板；3.调整板及调整机构；4.操纵机构；5.操纵机构控制电磁阀；6.涡轮；A.最小喉口截面；B.最大喉口截面,低速,高速,可变涡轮喉口截面增压器工作原理,可变涡轮喉口截面增压器是再废

9、气量不变的情况下改变进入涡轮的状态参数，从而改变从废气中获取能量的大小。小喉口截面将使进入涡轮的废气加速，作用在涡轮叶片上的冲击力增加（此时涡轮效率将有所降低），空气增压压力增加，从而满足内燃机在低速小负荷时的需要。内燃机在高速大负荷时，可以保证涡轮在高速范围运行，这时喉口截面处于最大位置，排气背压最小，涡轮效率最大。可变喉口截面控制板可以由电磁阀进行无级调整。,可变叶片增压器,可变喷嘴环技术类似，通过压气机结构（叶片角度）的变化，来调整增压压力与发动机转速负荷的匹配关系。多个可变叶片，效率高，但结构复杂，成本高、体积大。,三菱多阀VG增压器,本田可变叶片增压器,废气放气增压器,车用增压内燃机

10、为获得低速大转矩和良好的加速性能，涡轮增压器一般按内燃机低速、小流量设计。轿车用增压器设计转速为内燃机标定转速的40%左右。公共汽车、重型车用的增压器设计转速为内燃机标定转速的60%左右。,高速时，将会使增压压力过高，增压器超速，柴油机爆发压力过大，汽油机容易引起爆震。为此，设计增压器常增加废气放气阀，在高速时将一部分废气旁通掉，加以控制增压压力。,废气放气增压器工作原理,废气门3与增压器2的涡轮并联地连接在内燃机1的排气管上。废气门的阀门固定在膜片上，膜片上部通大气，并受弹簧的作用，下部与压气机出口的增压空气相通。平时，弹簧将废气门的阀门压在阀座上，内燃机排气管来的废气不能经阀门旁通到涡轮出

11、口的排气管内。一旦增压压力对膜片的作用超过弹簧的预紧力，废气门打开，一部分废气不经涡轮直接从涡轮出口排入大气中。涡轮作功减小，空气的增压压力回落，以实现空气增压压力的自动调节。,进气回流增压器,为避免由于负荷突变及环境变化而使压气机出现喘振而损坏增压器，在增压器的压气机进口装上整体式的回流阀。当进气管压力低于某一值时，作用在回流阀上的进气管压力、弹簧压力和压气机出口的空气增压压力不平衡，回流阀顶开，压气机出口的空气通过回流阀和回流通道进入压气机进口，以增加通过压气机的空气量。,不只是涡轮增压 按进气方式的不 同，可以分为：机械增压、涡轮 增压、复合增压 和气波增压。,工作原理 废气顺着涡轮壳冲击在涡轮上，经过进气道后，速度迅速提高并将涡轮提高到约20万转分，之后排入大气。在另一端压气机壳内是同样高速运转着的压气机轮，它的转速跟涡轮一样。其作用是将高压新鲜空气供给发动机。,小提示 在高速行车后，不要突然熄火，因为此时涡轮的温度非常高。最好再怠速运转一两分钟，使增压装置有一个冷却的过程。,增压器的作用 增压主要是为了提高发动机的进气量，提高发动机的功率和扭矩。采用增压技术后发动机可以提高30-100的功率，同时还能提高燃油经济性和降低尾气排放。不过也使引擎和增压器的工作温度快速增加。由于工作环境恶劣，每个涡轮增压器的寿命平均只有“十万公里”左右。,涡轮增压-让“你”更强壮,