發(fā)動(dòng)機(jī)原理第七章發(fā)動(dòng)機(jī)增壓.ppt

本章要求： 了解： 發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的 特點(diǎn)。 第七章 發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)進(jìn)氣密度提高到高于周?chē)h(huán)境密 度的一切方法，都稱(chēng)為增壓。） 目的： 通過(guò)增加充氣量，以 提高功率 ，改善經(jīng)濟(jì)性和排放性 提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率的途徑： 310 30 inVPN he e 第一節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的基本知識(shí) 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(jī)械效率減少，機(jī)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(guò)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(dòng)機(jī)在增壓后增長(zhǎng)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(jìn)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(jī)平均有效壓力 pe 0.7 1.0MPa） 中增壓： k 1.62.5 （內(nèi)燃機(jī)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(jī)增壓的優(yōu)缺點(diǎn) 改善了發(fā)動(dòng)機(jī)性能： 提高了內(nèi)燃機(jī)機(jī)械效率； 提高了內(nèi)燃機(jī)的指示熱效率； 改善了燃燒過(guò)程。 增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的比功率； 擴(kuò)大了內(nèi)燃機(jī)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(fù)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(jī)的 機(jī)械負(fù)荷； 增加了柴油機(jī)的 熱負(fù)荷。 優(yōu)點(diǎn)： 缺點(diǎn)： 按照實(shí)現(xiàn)增壓所提供的能量可分： 機(jī)械增壓； 廢氣渦輪增壓； 氣波增壓； 復(fù)合增壓 諧波增壓（汽油機(jī)） 第二節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的類(lèi)型 、機(jī)械增壓 由曲軸經(jīng)過(guò)齒輪增速箱驅(qū) 動(dòng)壓氣機(jī)。 機(jī)械增壓增壓壓力高，壓 氣機(jī)消耗的功率大。為使 內(nèi)燃機(jī)機(jī)械效率不要過(guò)分 下降，增壓壓力 Pk不能過(guò) 高。 Pk 160170KPa 主要用途：提高發(fā)動(dòng)機(jī)低 速扭矩 機(jī)械增壓器的種類(lèi) 機(jī)械增壓所用的壓氣機(jī)除 離心式 壓氣機(jī)外，在車(chē)用內(nèi) 燃機(jī)上常用容積式壓氣機(jī)： 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(jī)排氣中能量 來(lái)實(shí)現(xiàn)增壓，比機(jī) 械增壓經(jīng)濟(jì)性好， 比非增壓自然吸氣 式內(nèi)燃機(jī)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(jī)明顯改善，因 而在內(nèi)燃機(jī)上得到 廣泛應(yīng)用。 廢氣渦輪增壓的分類(lèi) 廢氣渦輪增壓器主要由壓 氣機(jī)和廢氣渦輪組成。 壓氣機(jī)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(jī)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(guò)氣波增壓器利 用氣體質(zhì)點(diǎn)和壓力波的反射特 性，使排氣和進(jìn)氣之間進(jìn)行直 接的能量交換，以增大進(jìn)氣密 度。 氣波增壓對(duì)內(nèi)燃機(jī)工況反映迅 速，使氣波增壓的加速性好， 且低速時(shí)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(kāi)圖 、復(fù)合增壓 機(jī)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(dòng)機(jī)上使用兩臺(tái)增壓器。 在低速時(shí)，使用一臺(tái)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(shí)，使用兩臺(tái)增壓器以保證發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出。 第三節(jié) 增壓器 可變進(jìn)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(jìn)氣回流增壓器； 射流渦輪增壓器； 斜流渦輪增壓器； 可變進(jìn)氣道增壓器 低速時(shí)使用一個(gè)進(jìn)氣 通道；高速時(shí)，進(jìn)氣 量大，使用兩個(gè)通道， 可以改善增壓發(fā)動(dòng)機(jī) 的過(guò)渡性能。 可變進(jìn)氣道增壓器性能 可變噴嘴環(huán)增壓器 低速時(shí)，噴嘴角 度小，流通截面 小；高速時(shí)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(dá)到壓氣機(jī) 的需求。 各噴嘴環(huán) 1通過(guò)軸銷(xiāo) 2固定在渦殼 5上，再經(jīng)傳動(dòng)桿 3與噴嘴控制盤(pán) 4相 連。轉(zhuǎn)動(dòng)噴嘴控制盤(pán)即可改變噴嘴環(huán)的角度。 通過(guò)調(diào)整渦殼 5與渦 輪葉輪 6之間的噴嘴 環(huán)角度來(lái)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(jī)轉(zhuǎn)速下降，壓氣機(jī) 的增壓壓力不但沒(méi)有下降， 反而提升到高轉(zhuǎn)速水平， 從而保證增壓內(nèi)燃機(jī)的低 速性能。 可調(diào)噴嘴環(huán)用于增壓器與 內(nèi)燃機(jī)的高速匹配。通過(guò) 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(jī)； 2.可變喉口截面調(diào)整板； 3.調(diào)整板及調(diào)整機(jī)構(gòu)； 4.操縱 機(jī)構(gòu)； 5.操縱機(jī)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?gòu)U氣量不變的情況下 改變進(jìn)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(jìn)入渦輪的廢氣加速， 作用在渦輪葉片上的沖擊力增加（此時(shí)渦輪效率將 有所降低），空氣增壓壓力增加，從而滿(mǎn)足內(nèi)燃機(jī) 在低速小負(fù)荷時(shí)的需要。內(nèi)燃機(jī)在高速大負(fù)荷時(shí)， 可以保證渦輪在高速范圍運(yùn)行，這時(shí)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(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)整。 可變?nèi)~片增壓器 可變噴嘴環(huán)技術(shù)類(lèi)似，通過(guò)壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)（葉片角度）的變化，來(lái) 調(diào)整增壓壓力與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速負(fù)荷的匹配關(guān)系。 多個(gè)可變?nèi)~片，效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)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(chē)用增壓內(nèi)燃機(jī)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(jī)低速、小流量設(shè)計(jì)。 轎車(chē)用增壓器設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為 內(nèi)燃機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速的 40%左 右。 公共汽車(chē)、重型車(chē)用的增 壓器設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為內(nèi)燃機(jī)標(biāo) 定轉(zhuǎn)速的 60%左右。 高速時(shí)，將會(huì)使增壓壓力 過(guò)高，增壓器超速，柴油 機(jī)爆發(fā)壓力過(guò)大，汽油機(jī) 容易引起爆震。 為此，設(shè)計(jì)增壓器常增加 廢氣放氣閥，在高速時(shí)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(mén) 3與增壓器 2的渦輪并聯(lián)地連接在內(nèi)燃機(jī) 1的排氣管上。廢氣門(mén)的閥門(mén) 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(jī)出口的 增壓空氣相通。平時(shí)，彈簧將廢氣門(mén)的閥門(mén)壓在閥座上，內(nèi)燃機(jī)排氣管來(lái) 的廢氣不能經(jīng)閥門(mén)旁通到渦輪出口的排氣管內(nèi)。 一旦增壓壓力對(duì)膜片的作用超過(guò)彈簧的預(yù)緊力，廢氣門(mén)打開(kāi)，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(shí)現(xiàn)空氣增壓壓力的自動(dòng)調(diào)節(jié)。 進(jìn)氣回流增壓器 為避免由于負(fù)荷突變及環(huán)境變 化而使壓氣機(jī)出現(xiàn)喘振而損壞 增壓器，在增壓器的壓氣機(jī)進(jìn) 口裝上整體式的回流閥。 當(dāng)進(jìn)氣管壓力低于某一值時(shí)， 作用在回流閥上的進(jìn)氣管壓力、 彈簧壓力和壓氣機(jī)出口的空氣 增壓壓力不平衡，回流閥頂開(kāi)， 壓氣機(jī)出口的空氣通過(guò)回流閥 和回流通道進(jìn)入壓氣機(jī)進(jìn)口， 以增加通過(guò)壓氣機(jī)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(jī)中引起 增壓條件下進(jìn)氣密 度減小 ，即在保持不變過(guò)量空氣系數(shù) 下，意味著功率 下降，不然需要進(jìn)一步提高增壓壓力，但柴油機(jī)機(jī)械負(fù) 荷又要增加。雖然氣缸內(nèi)工質(zhì)溫度提高有利于柴油機(jī)的 燃燒，但卻使燃燒室內(nèi)受熱零件的 熱負(fù)荷增加，排溫過(guò) 高， NOx增加 。汽油機(jī)中增壓溫度升高，除與柴油機(jī)一 樣功率下降外，最主要的是爆震傾向增加。 一般，當(dāng)增壓空氣的壓力超過(guò) 0.15MPa時(shí)，就值得采用 中冷。 解決空氣溫度過(guò)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(jī)冷卻系 統(tǒng)中的循環(huán)水。該方案結(jié)構(gòu)與布置簡(jiǎn)單，但不能將增壓 空氣溫度冷卻較低。 分開(kāi)式空水中冷 ：中冷器采用獨(dú)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(fù)雜些，布置上會(huì)增加難度。 共用冷卻風(fēng)扇空空中冷 ：中冷器裝在內(nèi)燃機(jī)冷卻系水 散熱器前或后，依靠風(fēng)扇和車(chē)輛行駛時(shí)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(dú)立冷卻風(fēng)扇空空中冷 ：中冷器帶有獨(dú)立地冷卻風(fēng)扇， 它可由直流電動(dòng)機(jī)或空氣渦輪帶動(dòng)。