发动机废气涡轮增压技术的资料.ppt

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。 第三章 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、Vh(D、S)，减少τ，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φk：发动机在增压后增长的功率与增压前功率 　　　　　　　之比 　　　　　φk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 ＝ 1.3~1.6 　　　　（内燃机平均有效压力pme＝0.7～10MPa） 中增压： ?k ＝ 1.6~2.5 　　　　（pme＝1.0～1.5MPa） 高增压： ?k ＞2.5 　　　 （pme＞ 1.5MPa）； 超高增压： ?k ＞ 4.5~5.5 　　　　（pme2.5~3.5MPa）。 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，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1.5MPa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。 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： １、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 160~170 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。 ２、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，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，一般可提高功率20%-50%，易实现高增压。 可降低排气噪声和烟度。 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 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。 ５、谐波增压—ACIS 双增压器顺序增压 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 径流式涡轮的工作原理 燃气在涡轮机中的流动：废气在进气涡壳的引导下均匀地进入涡轮，并推动涡轮高速旋转，实现压力能与机械能的转换，低压废气从涡轮中心轴向流出。 喷嘴叶片环上均匀安装带有一定倾角的叶片组成多个渐缩通道，使部分压力能转变为动能，便于高速气流均匀而有序地进入涡轮叶轮。 离心式压缩机工作原理 主要参数：压气机转速 增压比 ?k=pk/p0 质量流量mk或容积流量V0 压气机转速nk 每分钟可达几万转甚至十几万转 压气机的绝热效率 压气机特性曲线 压气机转速不变时，各特性与空气流量间的关系 压气机的喘振与堵塞 压气机流量很小时，气流会出现强烈的振荡，引起工作轮叶片强烈振动，并产生很大的噪声，压气机的出口压力显著下降，并伴随很大的压力波动，此现象