第三部分废气涡轮增压

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1、本章要求 了解 发动发动 机增压压方式 理解 涡轮涡轮 增压压器的结结构和工作原理 掌握 离心式涡轮涡轮 增压压器的原理 增压发压发 动动机的特点 第三章 发动发动 机增压压 一 提高发动发动 机功率的方法可由下列公式给给出 第1节节 发动发动 机增压压概述 而 1 改变发动变发动 机的结结构参数 如增加气缸数i 增大气缸 直径D 活塞行程S和减少冲程数 等 受到重量 体积积 安装等条件的限制 式中 为过为过 量空气系数 为进为进 气密度 利用增压压器将空气或可燃混合气压缩压缩 后送入发动发动 机 气缸 定义义 2 提高发动发动 机转转速n和活塞平均速度Cm 3 提高发动发动 机平均有效压压力

2、pme 受到充量系数 c m和机械强度 使用寿命 噪音等的限 制 具体可通过过减少过过量空气系数 a 提高充量系数 c和进进 气密度 s来实现实现 二 进进气增压压 增大每循环进环进 入气缸新鲜鲜气体的密度 使实际实际 充量 增大 从而改善发动发动 机的动动力性和经济经济 性 作用 发动发动 机增压压后增加的功率与增压压前功率之比 用来表示增压压后功率提高的程度 1 增压压度 式中 为为增压压后功率 为为增压压前功率 一般车车用发动发动 机增压压度在10 60 的范围围内 发动发动 机增压压后气体压压力与增压压前气体压压力之 比 用来表示增压压强度 2 增压压比 式中 为为增压压后气体压压力

3、为为增压压前气体压压力 1 按增压压度来分 3 增压压的种类类 低增压压 中增压压 高增压压 超高增压压 2 按增压压系统结统结 构来分 A 机械增压压 特点 缺点 压压气机由曲轴轴通过传动过传动 装置来驱动驱动 pk不宜过过大 160 170kPa 否则则会 使比油耗上升 B 废废气涡轮涡轮 增压压 利用排气推动涡轮动涡轮 带动压带动压 气机压缩压缩 空气 原理 充分利用废废气能量 可提高功率30 50 降低油耗 5 增压压度通常在3 5 若要提高则则需采用多级级串联联 特点 C 复合增压压 D 气波增压压 曲轴驱动轴驱动 一个特殊 转转子 利用高压废压废 气脉 冲迫使空气被压缩压缩 从而

4、提高进进气压压力 原理 结结构简单简单 加工方 便 低速转转矩性能好 但 体积积大 噪音大 且易受 进进 排气阻力的影响 特点 4 废废气涡轮涡轮 增压压与其他增压压方式相比 优优点有 1 发动发动 机结结构无须须做重大改变变 且增压压器体 积积小 重量轻轻 且易实现实现 高增压压 2 由于驱动驱动 能量来自废废气 相对对减少了机械 损损失 泵泵气损损失 和热损热损 失 提高了机械效率和 热热效率 油耗降低5 10 3 能降低排气噪音和烟度 1 增加了进进 排管路 使加速反应应滞后 2 热热复合严严重 对对大气温度和排气背压压敏感 缺点有 第2节节 废废气涡轮涡轮 增压压器基本结结构和工作原理

5、 一 基本结结构 二 径流式废废气涡轮涡轮 喷喷嘴叶片环环 工作叶轮轮 涡轮涡轮 壳 废废气入口 废废气出口 1 涡轮涡轮 的结结构 喷喷嘴叶片环环 工作叶轮轮 涡轮涡轮 壳 2 涡轮涡轮 的作用 将废废气中的能量尽 可能多的转变转变 成推动动 涡轮转动涡轮转动 的机械功 径流式废废气涡轮结涡轮结 构 3 涡轮涡轮 的工作过过程 原理 径流式废废气涡轮涡轮 工作简图简图 c0c1 c2 cr p0 p1 p2 pr T0 T1 T2 Tr 1 废废气进进入涡轮涡轮 壳道 2 废废气压压能转变为动转变为动 能 喷喷嘴叶片环环 3 动动能转变为转变为 机械能 工作叶轮轮 可见见 经过涡轮经过涡轮

6、后 废废气中的部分能量转变为转变为 推动涡轮动涡轮 旋转转的机械能 4 涡轮涡轮 特性 废废气能量转转化为为机械功的有效程度 即涡涡 轮获轮获 得的轴轴功与废废气总总能量之比 一般为为0 65 0 85 1 涡轮涡轮 效率 废废气冲涡轮涡轮 入口状态态到出口状态态的总焓总焓 降 涡轮进涡轮进 口气体滞止压压力 与出口气体静压压力 之比 反映废废气在涡轮涡轮 中作功能力的大小 2 膨胀胀比 3 质质量流量 单单位时间时间 通过涡轮过涡轮 的气体质质量 相似流量 式中 为为滞止温度 为为滞止压压力 涡轮发涡轮发 出的功率 与压压气机转转速相等 几万 十几万转转 4 涡轮转涡轮转 速n 相似转转速

7、式中 为为滞止温度 5 涡轮涡轮 特性曲线线 0 6 0 8 1 0 1 0 0 8 0 a 膨胀胀比 流量 b 转转速 效率 c 膨胀胀比不变时变时 转转速 流量 流量不变时变时 转转速 膨胀胀比 涡轮涡轮 特性曲线线 气阻 流速达到声速时时 流量不再增加 易发发生在喷喷嘴叶片环环出口处处 三 离心式压压气机 1 压压气机结结构 2 压压气机作用 空气入口 空气出口 外壳 扩压扩压 器 工作轮轮 外壳 利用涡轮产涡轮产 生的机 械能压缩压缩 空气 使进进 气压压力增大 工作轮轮 扩压扩压 器 离心式压压气机结结构 3 压压气机的工作原理 C空气流 速 c1 c2 c3 ck p0 p1 p2

8、 p3pk T0 T1 T2 T3 Tk 离心式压压气机工作过过程 1 空气被吸入进进气管 2 机械能转变为转变为 气体压压能与动动能 工作轮轮 3 动动能转变为压转变为压 能 扩压扩压 器 4 动动能进进一步转变为压转变为压 能 壳道 1 增压压比 4 压压气机主要参数 2 质质量流量 kg s 和容积积流量 m3 s 压压气机入口状态态下 1kg空气绝热压缩绝热压缩 功与实实 际压缩际压缩 功之比 表明压压气机 轴轴功转变为转变为 有用压缩压缩 功的程 度 一般为为0 6 0 8 3 压压气机绝热绝热 效率 5 压压气机特性曲线线 大 小 1 堵塞 当 增大到一定程度时时 流速 达到声速

9、2 喘振 流量 流速 过过小 造成气流 与壁面分离而产产生涡涡流 引发发强 烈振荡荡 危机设备设备 安全 所以 离心式压压气机的特点是 转转速高堵塞 转转速低喘振 第3节节 废废气涡轮涡轮 增压压的类类型 一 废废气涡轮涡轮 增压压系统统的基本类类型 定压压增压压系统统脉冲增压压系统统 定压压增压压与脉冲增压压的特点 1 废废气能量利用率 2 扫扫气效果 3 加速性 脉冲式排气容积积小 因而废废 气压压力能迅速建立 响应负应负 荷的变变化 脉冲式可利用排气动动力效应应 提高扫扫气效果 增加充量 脉冲式利用率高 但 随着增压压比提高 两者的差别别逐渐渐 缩缩小 4 结结构 脉冲式结结构较为较为

10、复杂杂 车车用脉冲增压压管路连连接 二 改善车车用增压发动压发动 机转转矩特性的途径 改善的目标标 1 进进气旁通 原理 将部分压缩压缩 空 气回流 重新排到大气中 去 适当降低进进气压压力 使发动发动 机负负荷不致过过高 低速要有较较高增压压压压 力 确保良好的低速扭 矩特性 高速防止超速 避免热负热负 荷过过高 2 排气旁通 带带旁通阀阀的涡轮涡轮 增压压系统统 原理 将部分废废气直接排入大气 适当降低涡轮涡轮 及 压压气机转转速 使增压压压压 力控制在允许许范围围内 排气旁通阀阀 3 双涡涡壳通道涡轮涡轮 原理 低速时时使用一个进进气通道 增加废废气流速 高速时时使用两个 通道 适当降低

11、气流流速 从而将增压压器转转速保持在适当范围围内 4 可变变截面涡轮涡轮 截面调节调节 板 低速高速 原理 低速 低负负荷时时使涡轮涡轮 流通截面变变小 增大气流速度 高速 大负负荷时时增大涡轮涡轮 流通截面 适当降低废废气流流速 5 可变喷变喷 嘴环环 原理 低速 低负负荷时时使喷喷嘴叶片环环流通截面变变小 增大气流速度 高速 高负负荷时时增大流通截面 适当降低废废气流流速 第4节节 汽油机增压压概述 一 汽油机增压压需考虑虑的关键键性问题问题 1 爆燃 爆震 2 热负热负 荷 3 苛刻要求 随着压缩终压缩终 点压压力 温度以及零件热负热负 荷 的升高 爆震倾倾向加大 汽油机燃烧烧温度高 排

12、气温度高 进进气增压压后又 不能像柴油机那样样利用大的气门门重叠角来加强扫扫气效果 因而热负热负 荷将更加严严重 要有宽宽广的工作范围围 耐热热性要好 转动惯转动惯 量 要小 体积积小 质质量轻轻 二 改善汽油机增压压性能的主要措施 1 降低压缩终压缩终 点的压压力和温度 2 采用抗爆性好的汽油 辛烷值烷值 高 进进气中冷 缸内喷喷水 降低压缩压缩 比 式中 为为增压压前压缩压缩 比 为为增压压后进进气压压力 为为增压压前进进气压压力 增压压后的压缩压缩 比可按下式进进行计计算 3 增加增压压压压 力控制系统统 使其在宽宽广的转转速和流量变变化范围围内 稳稳定工作 如进进 排气旁通等 4 减小

13、增压压后的 加速滞后 现现象 采用脉冲增压压 减小进进排气管长长度 增压压器前置 节节气门门之前 提高压缩压缩 比等措施 5 点火提前角的调调整 根据爆震传传感器信号 适当推迟迟点火提 前角 6 燃油供给给的调调整 供油压压力要能随增压压压压 力变变化而自动调动调 整 增压压压压 力过过高时时能适当减少供油量 三 汽油机增压压后喷喷油器的布置 非直喷喷 1 增压压器之前 2 增压压器之后 第5节节 增压发动压发动 机的性能 一 增压压后发动发动 机动动力性与经济经济 性 假设设过过量空气系数 a和转转速n基本不变变 进进气压压力增大 进进气量多 喷喷油量增加 功率增大 动动力性增强 机械损损失

14、基本不变变 机械效率提高 经济经济 性好 油耗低 非增压发动压发动 机受冒烟限制 高负负荷期无法通过过增大喷喷油量 实现实现 上述性能的改进进 二 增压压后对发动对发动 机其他性能的影响 1 降低排放和噪音 1 进进气量大 燃烧烧充分 HC和CO 但最高燃 烧烧温度和压压强 NOx 需进进气中冷 2 废废气能量 排气噪音 另外 压缩终压缩终 点温度和 压压力 着火落后期缩缩短 压压力升高率 燃烧烧柔和 燃 烧烧噪音小 2 低速转转矩性变变差 低速废废气能力低 增压压效果差 3 加速性能差 增压压器转转速高 惯惯性大 加速过过程中增压压压压 力 上升慢 4 起动动与制动动困难难 1 起动时动时 无高温 高压废压废 气 增压压器不能正常工作 反而成为为增加进进排气阻力 增大泵泵气损损失的累赘赘 加之 增压发动压发动 机压缩压缩 比较较低 起动动越发发困难难 2 增压发动压发动 机一般转转速有所降低 下长长坡时时利用倒 拖发动发动 机得到的制动动效果也有所降低 复习习思考题题 2 为为什么增压压后要采用进进气中冷 3 汽油机增压压的技术难术难 点 4 车车用发动发动 机进进行增压时压时 应进应进 行哪些调调整 1 简简述废废气涡轮涡轮 增压压器的基本构造和原理