发动机废气涡轮增压).ppt
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1、第九章 发动机排气涡轮增压 顾宝兴 第一节 概述 增压是发动机提高功率最有效的方法。各种增压方法中,以废气涡 轮增压技术最成熟,效率也高,应用最广。近年来汽车发动机采用废气 涡轮增压日渐普遍。 增压:利用增压器将空气或可燃混合气进行压缩,再送入发动机气 缸的过程。 增压后,每循环进入气缸内的新鲜充量密度增大,使实际充气量增 加, 提高发动机功率和改善经济性。 本章重点介绍:1.汽车发动机增压系统常用的废气涡轮增压器的离 心式压气机和径流式涡轮机的主要工作参数和流通特性;2.恒压增压系 统和脉冲增压系统;3.增压发动机的性能。 本章的目的是要在熟悉废气涡轮增压器的结构的前提下,掌握离心 式压气机
2、和径流式涡轮机的工作原理,掌握废气涡轮增压器与柴油机的 匹配特性及其调整。 为了提高发动机的输出功率Pe,由式 : 可知,通过下列方法可提高功率: 1)加大气缸总排量iVs,即增加气缸数i,增大气缸直径D和行程S; 2)提高转速n或活塞平均速度Cm; 3)提高平均有效压力pme; 显然,用加大车用发动机结构参数来提高发动机功率,将受到安装 位置和自重的限制。通过提高发动机转速,向高速发动机发展虽然是可 行的,但发动机转度的提高受到活塞平均速度的限制,因为充气效率v 和机械效率m都将随着活塞平均速度的提高而显著下降。 此外,燃料经济性、发动机运转可靠性、机件寿命及噪声等因素也 限制了活塞平均速度
3、的提高。 只有提高发动机的平均有效压力才是最经济有效的方法,它可通过 减小过量空气系数a,提高充气效率v和增加进入气缸的充量密度k来 实现。 因此,增大进气密度 ,即提高进入气缸空气的压力 , 降低进入气缸空气的温度Tk是提高平均有效压力pme最有效的方 法。提高进入气缸空气的压力和降低进入气缸空气的温度的办 法是采用增压和中冷技术。 涡轮增压的原理 红色为高温废气,蓝色为新鲜空气 涡轮增压套件 增压的衡量指标 增压度 为了说明发动机在采用增压后使功率得到提高的程度,提出增压 度的概念。增压度是指发动机增压后增长的功率与增压前的功率之比 : 式中 、 分别为发动机增压后和增压前的有效功率。 增
4、压度取决于所采用的增压系统,采用中冷可使增压度提高。汽 油机的增压度受到爆燃燃烧的限制。柴油机的增压度受到燃烧最高爆 发压力的限制,通常以降低压缩比来补偿。 增压度小于1.9时,为低增压;在1.92.5范围内,为中增压;在 2.53.5范围内,为高增压;大于3.5时为超高增压。 目前,车用发动机的增压度不高,在0.10.6的范围内,大 部分为0.20.3,而船用大型低速四冲程柴油机的增压度可达 到3.0以上。这是因为车用发动机增压不仅要求功率增加,而 且还要在较大的转速和负荷范围内满足动力性、经济性、排放 与成本等多方面的要求,因此增压度一般不宜过高。 增压比 增压比是指增压后空气压力pk与增
5、压前的空气压力po之比 增压发动机按照增压比的大小可以分为:低增压 ,相 应的pme=0.71MPa;中增压 相应的pme=11.5MPa;高 增压 ,相应的pme1.5MPa。 增压系统的分类 根据驱动增压器所用能量的来源不同,增压方法基本上可以分为以 下几类: 机械增压 是一种通过发动机曲轴直接驱动 压气机,以提高发动机进气压力的增 压方式,如右图所示。机械增压器由 发动机曲轴经齿轮增速器驱动。 机械增压器与发动机容易匹配, 结构也比较紧凑。但是,由于驱动增 压器需消耗发动机功率,因此燃油消 耗率比非增压发动机略高。 废气涡轮增压 是车用发动机广泛采用的一种增 压方式,主要由涡轮机和压气机
6、构成 。 废气涡轮增压器与发动机无机械 联系。这种增压方式能有效地利用排 气的能量进行增压,所以经济性比机 械增压和非增压发动机好。并可大幅 度地降低有害气体的排放和噪声水平 。 缺点:由于涡轮机是流体机械,而 发动机是动力机械装置,因此增压发 动机低速时的转矩增加不多;在发动 机工况发生变化时,瞬态响应特性较 差,从而使得低速加速性较差。 在大功率柴油机上 采用比较多,其发 动机输出功率大、 燃油消耗率低、噪 声小,只是结构太 复杂,技术含量高 ,维修保养不容易 。 将废气涡轮增压和机械增压 组合使用。 复合式增压系统 气波增压利用排气压力波使空气受到 压缩,以提高进气压力的方式。 气波增压
7、器设有一个特殊形状的 气波增压器转子,由发动机曲轴带轮 经传动带驱动。在转子中发动机排出 的废气直接与空气接触,利用排气压 力波使空气受到压缩,以提高进气压 力。 气波增压器结构简单,加工方便 ,工作温度不高,不需要耐热材料, 也无需冷却。与涡轮增压相比,其低 速转矩特性好;但其体积大,噪声水 平高,安装位置受到一定的限制。 气波增压 增压技术的优、缺点 增压的优点有: 1)在保证输出功率Pe不变的情况下,可以使气缸数减少或者气缸直 径减小,从而可以减小发动机的比质量和外形尺寸。 2)提高热效率,降低燃油消耗率。 3)减少排气污染和噪声。 4)降低发动机的单位功率造价。 5)对补偿高原功率损失
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