发动机增压技术.ppt

第三章第三章 发动机增压技术发动机增压技术3.1 增压技术和增压方式增压技术和增压方式n3.1.1 增压技术增压技术n增压增压——利用增压器将空气或可燃混和气进行利用增压器将空气或可燃混和气进行预压缩，再送入汽缸的过程预压缩，再送入汽缸的过程n ——增加充量增加充量n目的目的——提高发动机功率和改善经济性提高发动机功率和改善经济性内燃机功率：内燃机功率：提高内燃机功率的措施：提高内燃机功率的措施：1）增加汽缸排量）增加汽缸排量2）增加转速）增加转速n3）增加平均有效压力）增加平均有效压力P增压：增压：提高进气压力提高进气压力中间冷却中间冷却——进汽密度进汽密度n增压度增压度——增压后与增压前的内燃机功率之比 （1.1~1.6） n ——内燃机功率的增加程度n增压比增压比——增压器后与增压器前的空气压力比 n (低增压：<1.7 中增压：1.8~2.6 n 高增压：2.6~3.5 超高增压：>3.5) n增压 温度升高 ——中冷n中冷：n提高充气密度；降低内燃机排气温度；降低热负荷提高充气密度；降低内燃机排气温度；降低热负荷3.1.2 增压方式增压方式n机械增压n废气涡轮增压n复合增压n气波增压增压能量（（1）机械增压）机械增压n优点：优点：n结构紧凑，和内燃机容易结构紧凑，和内燃机容易n匹配，加速性能匹配，加速性能好好n缺点：缺点：n传动复杂，燃油消耗率高传动复杂，燃油消耗率高n 增压比不高增压比不高（（2）废气涡轮增压）废气涡轮增压废气涡轮增压的优缺点：废气涡轮增压的优缺点：n优点：优点：n1）提高功率）提高功率20%~50%n2）提高经济性能，机械效率和热效率）提高经济性能，机械效率和热效率 （（ 油耗降低油耗降低5%~10%）） 3）降低排气噪声和烟度）降低排气噪声和烟度 缺点：缺点：加速性能差、热负荷问题严重、对气温与气压敏感加速性能差、热负荷问题严重、对气温与气压敏感 （（3）复合增压）复合增压 1）机械增压）机械增压+涡轮增压涡轮增压串联增压串联增压——高增压，改善低速转矩特性、加速性高增压，改善低速转矩特性、加速性并联增压并联增压——补充供气不足，多用于二冲程柴油机补充供气不足，多用于二冲程柴油机（（2）涡轮增压）涡轮增压+谐振系统谐振系统涡轮增压器涡轮增压器稳压箱稳压箱谐振系统谐振系统谐振系统：n进气动态使谐振系统发生共振n——惯性增压谐振频率——希望得到最大转矩的转速定为产生共振的转速——提高转矩特性提高转矩特性原理：流体力学涡轮增压涡轮增压+谐振系统谐振系统 优缺点：优缺点：n优点：优点：n1）结构简单）结构简单n2）改善转矩特性）改善转矩特性n3）改善加速性能）改善加速性能n4）响应时间短）响应时间短n缺点：缺点：n1）进气管尺寸大，不易布置）进气管尺寸大，不易布置n2））4汽缸内燃机谐振效果较差汽缸内燃机谐振效果较差（（4）气波增压）气波增压原理：原理：利用气体质点和利用气体质点和压力波的反射特性传压力波的反射特性传递能量递能量 压缩波压缩波+膨胀波膨胀波优点：优点：结构简单，适应结构简单，适应工况范围大，加速性、工况范围大，加速性、低速转矩性能好低速转矩性能好缺点：缺点：体积大，重量大，体积大，重量大，效率不高效率不高3.2 涡轮增压系统涡轮增压系统n3.2.1 涡轮增压系统的基本类型n定压涡轮增压系统n 排气能量利用方式不同排气能量利用方式不同n脉冲涡轮增压系统排气管：稳定气压排气管：稳定气压利用排气脉冲能量利用排气脉冲能量3.2.2 定压式和脉冲式涡轮增压系统定压式和脉冲式涡轮增压系统的比较和选择的比较和选择n1）定压式能量传递效率比较低）定压式能量传递效率比较低n（增压比越高，两种系统的能量传递效（增压比越高，两种系统的能量传递效率越相近）率越相近）n2）脉冲增压系统有利于汽缸扫气）脉冲增压系统有利于汽缸扫气n （（扫气压力差扫气压力差P））n3）脉冲增压系统对排气的压力变化灵敏，加速性能好，转矩特性也较好n4）脉冲系统平均绝热效率比定压系统略低n——撞击损失，局部进气损失n5）脉冲系统尺寸较大，结构复杂结论：n低增压的中小型发动机，高增压的车用柴油机n ——脉冲涡轮增压系统n （转矩特性、加速特性）（转矩特性、加速特性）n 大型柴油机——定压涡轮增压3.3 涡轮增压柴油机的特点和性能涡轮增压柴油机的特点和性能n3.3.1 涡轮增压柴油机的特点涡轮增压柴油机的特点n机械负荷机械负荷——最高燃烧压力最高燃烧压力n热负荷热负荷——活塞温度、涡轮前废气温度活塞温度、涡轮前废气温度n涡轮增压柴油机：涡轮增压柴油机：n保证其在较高机械负荷、热负荷条件下，能可靠耐久保证其在较高机械负荷、热负荷条件下，能可靠耐久的工作的工作（（1）主要参数的选取）主要参数的选取A、降低机械负荷，降低爆发压力，降低、降低机械负荷，降低爆发压力，降低压缩比压缩比（（12~14）） B、降低热负荷、改善经济性，加大、降低热负荷、改善经济性，加大过量充气系数过量充气系数（（2）供油系统）供油系统柴油机增压度柴油机增压度 供油量供油量改进改进喷油泵喷油泵缩小供油持续角：缩小供油持续角：1）增大柱塞直径）增大柱塞直径2）增加供油速率）增加供油速率3）提高喷射压力）提高喷射压力4）增大喷油孔直径）增大喷油孔直径（（3）配气机构）配气机构n提高扫气能力提高扫气能力 较大的较大的气门叠开角气门叠开角（（4）进排气系统）进排气系统n脉冲涡轮增压系统：各缸排气不相重叠脉冲涡轮增压系统：各缸排气不相重叠n注意事项：注意事项：n排气管排气管——热负荷大，易开裂，用耐热铸铁热负荷大，易开裂，用耐热铸铁n进气管进气管——容积大，减小进气压力脉动容积大，减小进气压力脉动n空气滤清器空气滤清器——容积大，减小压气机进气压力损失容积大，减小压气机进气压力损失n增压器安装位置增压器安装位置——排气管短，隔开进排气的热量传递排气管短，隔开进排气的热量传递（（5）冷却增压空气）冷却增压空气n作用：作用：n1）提高柴油机功率）提高柴油机功率n2）降低柴油机热负荷）降低柴油机热负荷n3）降低排气温度）降低排气温度n装置：装置：n空气涡轮风扇空气涡轮风扇总结：总结：涡轮增压柴油机的特点涡轮增压柴油机的特点n（（1）主要参数的选取）主要参数的选取n（（2）供油系统）供油系统n（（3）配气机构）配气机构n（（4）进排气系统）进排气系统n（（5）冷却增压空气）冷却增压空气？？3.3.2 涡轮增压柴油机的性能涡轮增压柴油机的性能n总体：总体：n1）升功率高）升功率高n2）油耗较低）油耗较低n3）排污较少）排污较少（（1）经济性改善）经济性改善n高负荷区高负荷区——明显改善明显改善n低负荷区低负荷区——不明显不明显A、利于常高速满载运行的长途运输重型载货汽车B、利于常处于中等、部分负荷的中型、轻型载货车辆n转速负荷特性：转速负荷特性：n减少机械损失、磨损减少机械损失、磨损n改善整机经济性能改善整机经济性能n提高可靠性及使用寿命提高可靠性及使用寿命（（2）降低排气污染和噪声）降低排气污染和噪声n有害气体的排放减少有害气体的排放减少n（（1/2~2/3））n滞燃期缩短，减少噪声滞燃期缩短，减少噪声（（3）低速转矩性能变差）低速转矩性能变差n低速：低速：n供气不足供气不足（（4）加速性能变差）加速性能变差n气路连接气路连接n +n增压器惯性增压器惯性n +加速过程限制供油加速过程限制供油 （烟度）（烟度）措施：措施：采用脉冲增压系统采用脉冲增压系统（（5）启动与制动有一定困难）启动与制动有一定困难n1）供气不足，压缩终点温度降低，着火与启）供气不足，压缩终点温度降低，着火与启动困难动困难n2）制动力不足）制动力不足总结：涡轮增压柴油机的性能总结：涡轮增压柴油机的性能n（（1）经济性改善）经济性改善n（（2）降低排气污染和噪声）降低排气污染和噪声n（（3）低速转矩性能变差）低速转矩性能变差n（（4）加速性能变差）加速性能变差n（（5）启动与制动有一定困难）启动与制动有一定困难3.4 涡轮增压汽油机涡轮增压汽油机n与增压柴油机的相比：与增压柴油机的相比：n相同：相同：增压原理增压原理n不同：不同：（技术的实现上困难）（技术的实现上困难）n1）增压后爆震趋势增大）增压后爆震趋势增大n2）热负荷增大）热负荷增大n3）增压系统较为复杂）增压系统较为复杂汽油机涡轮增压类型：汽油机涡轮增压类型：n1、、化油器化油器式汽油机涡轮增压型式汽油机涡轮增压型n2、、电控汽油机电控汽油机直接喷射涡轮增压型直接喷射涡轮增压型3.4.1汽油机涡轮增压的特点汽油机涡轮增压的特点n1、增压度较低、增压度较低(爆燃和热负荷爆燃和热负荷)n2、汽油机压缩比较低（、汽油机压缩比较低（3~9））n 过量空气系数范围比较窄过量空气系数范围比较窄（（0.85~1.05））n3、增压后热负荷偏高、增压后热负荷偏高n4、排气温度高、排气温度高n5、速度范围宽，增压器与汽油机的匹配困难、速度范围宽，增压器与汽油机的匹配困难增压器布置方案增压器布置方案前置方案前置方案 后置方案后置方案自学内容：1、增压器前置方案与、增压器前置方案与 后置方案的区别？后置方案的区别？2、各自的优缺点？、各自的优缺点？3.4.2 汽油机涡轮增压的主要技术措施汽油机涡轮增压的主要技术措施n（（1）降低压缩比）降低压缩比n ——受爆燃限制受爆燃限制n许用压缩比：许用压缩比：n（（2）增压压力控制系统）增压压力控制系统n （低速增压压力不足；高速增压压力过高）（低速增压压力不足；高速增压压力过高）n（（3）减小增压后的）减小增压后的“反应滞后反应滞后”现象现象n ——脉冲涡轮增压；增压器前置、带旁通阀等措施脉冲涡轮增压；增压器前置、带旁通阀等措施 n（（4）燃料供给系统的调整）燃料供给系统的调整n ——供油压力随增压压力变化调节供油压力随增压压力变化调节n A、增压汽油泵、增压汽油泵n B、电动油泵、电动油泵+燃油压力调节阀燃油压力调节阀 汽油机涡轮增压的主要技术措施汽油机涡轮增压的主要技术措施n（（5）点火提前角的调整）点火提前角的调整n ——减小点火提前角以控制减小点火提前角以控制爆燃爆燃n n （（6）火花塞）火花塞n ——冷型火花塞冷型火花塞 减小火花塞间隙减小火花塞间隙汽油机涡轮增压的主要技术措施汽油机涡轮增压的主要技术措施3.5 涡轮增压器及其调节涡轮增压器及其调节n3.5.1 涡轮增压器涡轮机涡轮机+压气机压气机+中间体中间体径向径向轴流式轴流式涡轮机涡轮机3.5.2 涡轮增压器的调节涡轮增压器的调节n目的：目的：保证发动机在低速时具有较高的增压保证发动机在低速时具有较高的增压压力和较高的转矩；高速时压力不至过高，防压力和较高的转矩；高速时压力不至过高，防止发动机热负荷过高，涡轮增压器超速。

止发动机热负荷过高，涡轮增压器超速n途径：途径： 旁通放气旁通放气n 变截面涡轮变截面涡轮n 变截面压气机变截面压气机（（1）排气旁通）排气旁通n1）减小进入涡轮）减小进入涡轮n 的排气及能量的排气及能量2）控制排气旁通阀的开、关）控制排气旁通阀的开、关nA、增压工质控制B、排气背压和压气机入口处形成的真空度联合控制、排气背压和压气机入口处形成的真空度联合控制（（2）进气旁通）进气旁通（3）可变截面涡轮n1）双涡壳通道涡轮2）可变蜗壳通道流通截面涡轮）可变蜗壳通道流通截面涡轮3）变喷嘴环流通截面涡轮）变喷嘴环流通截面涡轮。