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1、第第8章章 发动机废气涡轮增压发动机废气涡轮增压知识目标1掌握发动机增压技术评价指标。掌握发动机增压技术评价指标。2了解废气涡轮增压的类型，掌握废气能量的利用。了解废气涡轮增压的类型，掌握废气能量的利用。3了解废气涡轮增压器的结构，掌握其工作原理及与了解废气涡轮增压器的结构，掌握其工作原理及与发动机的匹配。发动机的匹配。4熟悉并掌握废气涡轮增压对发动机性能的影响及解熟悉并掌握废气涡轮增压对发动机性能的影响及解决措施。决措施。5了解汽油机增压的基本内容。了解汽油机增压的基本内容。能力目标1能够说出发动机增压技术的类型及评价指标。能够说出发动机增压技术的类型及评价指标。2能够分析废气涡轮增压的工作
2、原理及对发动机性能能够分析废气涡轮增压的工作原理及对发动机性能的影响。的影响。3能够说出目前轿车上常用的废气涡轮增压结构形式。能够说出目前轿车上常用的废气涡轮增压结构形式。第第1 1节节 发动机增压概述发动机增压概述发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的。对于动力性能一定的发动机，生功率的。对于动力性能一定的发动机，要提高发动机的功率一般只能通过供入要提高发动机的功率一般只能通过供入更多的燃料。但是燃料燃烧过程又必需更多的燃料。但是燃料燃烧过程又必需有相应的空气量。所以发动机有相应的空气量。所以发动机功率的提功率的提高受到进气量的直接影响高受到进气量的直接
3、影响。 8.1 8.1 发动机增压概述发动机增压概述增压器就是装在发动机上的专用增压装置，其工作原增压器就是装在发动机上的专用增压装置，其工作原理是通过增压装置压缩进入气缸的空气，以提高进入理是通过增压装置压缩进入气缸的空气，以提高进入气缸中的充气密度，气缸中的充气密度，增加进气量增加进气量，这样就可以喷入较，这样就可以喷入较多的燃料进行燃烧，发动机就能发出更大的功率。多的燃料进行燃烧，发动机就能发出更大的功率。在目前的技术条件下，增压器是惟一能使发动机在工在目前的技术条件下，增压器是惟一能使发动机在工作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。作效率不变的情况下增加输出功率的机械装置。 8.1
4、 发动机增压概述发动机增压概述提高发动机单机功率的方法提高发动机单机功率的方法根据： kWp 改变发动机结构参数：缸数改变发动机结构参数：缸数i i，缸径，缸径D D，冲程，冲程S S，冲，冲 程数程数 。p 提高转速提高转速n n及活塞平均运行速度；但及活塞平均运行速度；但i i和和v v，噪音大；，噪音大；p 提高平均有效压力。提高平均有效压力。提高平均有效压力方法：减少过量系数提高平均有效压力方法：减少过量系数 提高充气效率提高充气效率 增压技术增压技术充气密度充气密度 8.1 8.1 发动机增压概述发动机增压概述一 增压技术定义增压：将空气压缩并供入气缸，用以提高充气密度、增加进气量的
5、一项措施。增压度：指发动机增压后标定工况的输出功率增值与原功率之比。反映了采用增压技术后输出功率的增益。 增压度范围10%60%，大部分为20%30%。8.1 8.1 发动机增压概述发动机增压概述增压压比k：进入气缸的气体压力进入气缸的气体压力P Pk k与大气压力与大气压力P P0 0之比之比式中：Pk 压缩后的压力，P0压缩前的压力。8.1 8.1 发动机增压概述发动机增压概述增压范围：o低增压：低增压： k=1.31.6 =1.31.6 （ 内燃机平均有效压力内燃机平均有效压力pe=0.71.0MPa）o中增压：中增压： k=1.62.5=1.62.5 （ 内燃机平均有效压力内燃机平均有
6、效压力pe=1.01.5MPa）o高增压：高增压： k2.52.5 （ pe1.5MPa）)o超高增压：超高增压： k3.53.5 （ pe2.0MPa）)8.1 发动机增压概述发动机增压概述二二 增压技术的优点和主要技术困难增压技术的优点和主要技术困难（1 1）增压技术优点）增压技术优点转 矩(Nm)功率(kW)）Be(g/kWh)增压后发动机性能的提高NA自然吸气；TC涡轮增压；TC+IC增压加中冷发动机转速（r/min）8.1 8.1 发动机增压概述发动机增压概述u改善了发动机性能改善了发动机性能, ,提高燃料经济性提高燃料经济性发动机增压后，发动机增压后，pme 大大增加，平均机械损失
7、压力大大增加，平均机械损失压力 增加不多，增加不多，机械效率机械效率m 提高；提高；增压适当加大了过量空气系数增压适当加大了过量空气系数 a，使燃烧过程得到一定改善，使燃烧过程得到一定改善，i 有所提高；有所提高；发动机采用增压后，还可以在保证原有功率和一定转矩下，适当发动机采用增压后，还可以在保证原有功率和一定转矩下，适当降低转速。这样，由于机械损失和磨损减少，对改善燃料经济性降低转速。这样，由于机械损失和磨损减少，对改善燃料经济性有利。有利。 8.1 发动机增压概述发动机增压概述u减少排气污染物和噪声减少排气污染物和噪声由于增压柴油机有较充足的过量空气系数，有害气体由于增压柴油机有较充足的
8、过量空气系数，有害气体排放量（排放量（HC、CO）一般为非增压机的）一般为非增压机的1/31/2 ；如果采用增压中冷技术，可显著减少如果采用增压中冷技术，可显著减少 NOx 排放排放 ；8.1 发动机增压概述发动机增压概述u减少排气污染物和噪声减少排气污染物和噪声l增压增压着火延迟期着火延迟期压力升高率压力升高率 ， 最大爆最大爆发压力发压力 燃烧噪声燃烧噪声。l增压增压换气阻力换气阻力进、排气噪声进、排气噪声。l低负荷时，噪声改善不明显。低负荷时，噪声改善不明显。l通常，增压柴油机的总噪声声压级比非增压的低通常，增压柴油机的总噪声声压级比非增压的低35dB。8.1 8.1 发动机增压概述发动
9、机增压概述u提高发动机的升功率提高发动机的升功率l提高功率提高功率30%100%30%100%，减少气缸数目和气缸直径，缩，减少气缸数目和气缸直径，缩小外形尺寸，提高升功率；小外形尺寸，提高升功率；l节约原材料，减少单位功率质量，节约原材料，减少单位功率质量，l增压增压指示功率指示功率，平均有效压力，平均有效压力，有效功率，有效功率，机械效率，机械效率比重量比重量，升功率，升功率。8.1 发动机增压概述发动机增压概述 高原地区气压低，空气稀薄，导致发动机功率下降。一般认高原地区气压低，空气稀薄，导致发动机功率下降。一般认为海拔每升为海拔每升10001000米，功率下降米，功率下降8 81010
10、，燃油消耗率增加，燃油消耗率增加3.83.85.55.5。而装涡轮增压器后，可以恢复功率，减少油耗。而装涡轮增压器后，可以恢复功率，减少油耗。u补偿高原地区的功率损失。补偿高原地区的功率损失。8.1 8.1 发动机增压概述发动机增压概述（二）主要技术困难（二）主要技术困难1 1 增加柴油机的机械负荷和热负荷。增加柴油机的机械负荷和热负荷。2 2 小型涡轮增压器的效率偏低。小型涡轮增压器的效率偏低。3 3 增压器对发动机的扭矩特性和变工况运行增压器对发动机的扭矩特性和变工况运行的适应性较差。的适应性较差。8.1 8.1 发动机增压概述发动机增压概述按增压的结构形式按增压的结构形式：o机械增压系统
11、机械增压系统o废气涡轮增压系统废气涡轮增压系统o复合增压系统复合增压系统o气波增压系统气波增压系统o谐波增压系统谐波增压系统三 发动机增压系统类型8.1 8.1 发动机增压概述发动机增压概述n 机械增压机械增压利用发动机输出轴直接驱动机械增压装置。利用发动机输出轴直接驱动机械增压装置。特点：不增加发动机背压，但消耗其有效功率，总体布特点：不增加发动机背压，但消耗其有效功率，总体布置有一定局限性；增压压力一般不超过置有一定局限性；增压压力一般不超过0.150.17MPa；过多地提高增压压力，会使驱动压气机耗功过大，机；过多地提高增压压力，会使驱动压气机耗功过大，机械效率明显下降，经济性恶化。械效
12、率明显下降，经济性恶化。8.1 发动机增压概述发动机增压概述n 气波增压气波增压n利用废气的压力波直按压缩空气，完成进气压缩任务利用废气的压力波直按压缩空气，完成进气压缩任务的增压系统，采用气波增压，低速扭矩大，加速性好，的增压系统，采用气波增压，低速扭矩大，加速性好，这些特点特别适用于车用柴油机，但气波增压则有噪声这些特点特别适用于车用柴油机，但气波增压则有噪声大，尺寸、质量大的缺点。目前尚未获得广泛的应用。大，尺寸、质量大的缺点。目前尚未获得广泛的应用。8.1 发动机增压概述发动机增压概述n 复合增压复合增压采用废气涡轮增压器和机械驱动式增压器的一种增压方采用废气涡轮增压器和机械驱动式增压
13、器的一种增压方式。式。n废气涡轮增压废气涡轮增压 利用排气能量使排气在涡轮中进一步膨胀作功，用于驱动利用排气能量使排气在涡轮中进一步膨胀作功，用于驱动压气机的增压方式。压气机的增压方式。特点：不消耗发动机有效功，增压器可以自由布置在所特点：不消耗发动机有效功，增压器可以自由布置在所需的位置，涡轮有一定的消声作用，并进一步减少排气需的位置，涡轮有一定的消声作用，并进一步减少排气中的有害成分。中的有害成分。8.1 8.1 发动机增压概述发动机增压概述8.2 8.2 废气涡轮增压器基本原理废气涡轮增压器基本原理8.2 8.2 废气涡轮增压器基本原理废气涡轮增压器基本原理1. 废气涡轮增压特点废气涡轮
14、增压特点-优点优点 发动机重量和体积增加很少情况下，发动机不需作重大改变很容发动机重量和体积增加很少情况下，发动机不需作重大改变很容易提高功率易提高功率20%50%。其增压比不受限制，故近来高增压的趋势越。其增压比不受限制，故近来高增压的趋势越来越明显。高增压时功率提高甚至可大于来越明显。高增压时功率提高甚至可大于100%。 由于废气能量的收回，发动机经济性明显提高。一般废气能量的由于废气能量的收回，发动机经济性明显提高。一般废气能量的回收能提高经济性回收能提高经济性3%一一4%，同时减少了机械损失及散热损失，提高，同时减少了机械损失及散热损失，提高发动机机械效率和热效率，使发动机涡轮增压后油
15、耗率降低发动机机械效率和热效率，使发动机涡轮增压后油耗率降低5%一一10%。8.2 8.2 废气涡轮增压器基本原理废气涡轮增压器基本原理由于其突出的优势，由于其突出的优势，现发动机多采用废气现发动机多采用废气涡轮增压技术。涡轮增压技术。 涡轮增压发动机对海拔高度的变化有较高的适应力，在高原地区涡轮增压发动机对海拔高度的变化有较高的适应力，在高原地区工作时比不增压发动机功率下降要少的多，故涡轮增压除了用来提工作时比不增压发动机功率下降要少的多，故涡轮增压除了用来提高发动机功率，外还可用作高原发动机恢复功率。高发动机功率，外还可用作高原发动机恢复功率。 涡轮增压后排气噪声相对减少，排气烟度及排气中
16、涡轮增压后排气噪声相对减少，排气烟度及排气中 有害成分也减少，故对减少污染是有利的有害成分也减少，故对减少污染是有利的。8.2 8.2 废气涡轮增压器基本原理废气涡轮增压器基本原理1. 废气涡轮增压特点废气涡轮增压特点-缺点缺点 主要体现在低速转矩特性和加速性下降方面。主要体现在低速转矩特性和加速性下降方面。n低速时，由于增压压力下降，转矩低速时，由于增压压力下降，转矩Ttq的增量明显比的增量明显比高速时低，这就使转矩特性的低速段很不理想，影高速时低，这就使转矩特性的低速段很不理想，影响汽车加速性能及爬坡性能。响汽车加速性能及爬坡性能。n起动时，由于未建立增压压力，增压机的压缩比较起动时，由于未建立增压压力，增压机的压缩比较低，起动、着火有一定困难。低，起动、着火有一定困难。n动态过程中，气体压力反应缓慢，增压器叶片也有动态过程中，气体压力反应缓慢，增压器叶片也有较大惯性，致使各种响应变慢，不仅影响加速及起较大惯性，致使各种响应变慢，不仅影响加速及起动性能，因过渡过程较长而影响排放和经济性能。动性能，因过渡过程较长而影响排放和经济性能。 8.2 8.2 废气涡轮增压器基本原理废气涡轮增
