7第7章发动机废气涡轮增压

nullnull第二篇 动力输出与能量利用 第七章 发动机废气涡轮增压 第七章 发动机废气涡轮增压 7.1 发动机增压的基本方法与原理 提高发动机的有效功率和平均有效压力的途径 null（1）改变发动机的结构参数，如增加气缸数、增大气缸直径、活塞行程和减少行程数等； （2）提高发动机转速或活塞平均速度； （3）提高发动机的平均有效压力。发动机增压的概念和特点发动机增压的概念和特点所谓增压，就是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。 特点： （1）尺寸减小，质量减轻 （2）摩擦损耗相对较小 （3）可将扭矩特性改进为低速高扭矩这对车用机非常有利 （4）可进行高原功率补偿补 null（5）排放降低 （6）降低噪声。 （7）机械损失减少，经济性得到改善 （8）零部件的机械负荷和热负荷增加 几个概念： 增压度——发动机在增压后增长的功率与增压前的功率之比 null增压比是指增压后气体压力与增压前气体压力之比，简称压比 增压的结构形式及分类增压的结构形式及分类机械式增压 1—排气管 2—气缸 3—曲轴 4—齿轮副 5—压气机 6—进气管 null2．废气涡轮增压 1—排气管 2—涡轮壳体 3—涡轮 4—转子轴 5—压气机 6—集气器 7—进气管 null3．气波增压 1—发动机 2—转子 3—带轮驱动 4—高压排气 5—高压空气 6—低压空气 7—低压排气 null4．复合式增压和组合式涡轮增压 7.2 废气涡轮增压器的基本结构和工作原理 7.2 废气涡轮增压器的基本结构和工作原理 1—压气机蜗壳 2—压气机叶轮 3—密封套 4—推力轴承 5—挡油板 6—隔热板 7—卡环 8—涡轮机叶轮 9—涡轮机蜗壳 径流式涡轮 径流式涡轮 1.燃气在涡轮机中的流动 2.涡轮机特性曲线 2.涡轮机特性曲线 1）涡轮效率 2）膨胀比 3）气体流量 ——无量纲的相似流量 null4）涡轮转速 涡轮机所发出的功率 涡轮机特性曲线是以相似流量为横坐标，以膨胀比为纵坐标，以相似转速为参变量的一组曲线， 涡轮机的阻塞涡轮机的阻塞当转速一定时，相似流量随膨胀比的增大而增大，直到达到流量最大 值，喷嘴环或涡轮叶片轮中某处气流速度已经达到了当地声速，即使再继续增大膨胀比，该处的气流速度仍维持当地声速，涡轮流量也不会再增加，这种现象称为涡轮机的阻塞现象，这时的流量称为阻塞流量。 离心式压气机的工作原理与特性 离心式压气机的工作原理与特性 1．基本工作原理和主要参数 １—进气道 2—工作轮 3—扩压器 4—出气蜗壳 null 压气机中气流参数的变化 null压气机的主要参数 （1）增压比 （2）流经压气机的每秒质量流量 （3）压气机转速 （4）压气机的绝热效率 （5）压气机功率 null 的推导过程： 1kg 空气的绝热压缩功与实际压缩功之比 null按理想情况，将1kg空气从压缩到，耗功最小的是绝热过程，所需的绝热压缩功为 由于实际压缩是多变过程，伴随着摩擦和流动损失，所以将1kg空气从压缩到消耗的实际压缩功为 null故压气机的绝热效率 2．压气机特性曲线 2．压气机特性曲线 1）压气机的流量特性 ——压气机转速不变时，压气机的增压比和绝热效率 随空气流量的变化关系 null2）压气机的喘振与堵塞 1）喘振现象 2）喘振原因 3）避免喘振 堵塞 null3）压气机通用特性 折合流量 折合转速 7.3废气涡轮增压的类型与废气能量的利用 7.3废气涡轮增压的类型与废气能量的利用 废气涡轮增压的类型 1．定压涡轮增压系统 2．脉冲涡轮增压系统 废气能量的利用 废气能量的利用 1．废气的最大可用能 图7.14 四冲程增压柴油机理论示功图 2．影响脉冲能量利用的因素 2．影响脉冲能量利用的因素 1）排气门开启定时 2）排气门流通面积 3）排气门开启规律 4）排气管流通面积 5）排气管长度 6）涡轮当量流通面积 7.4 废气涡轮增压对发动机性能的影响 7.4 废气涡轮增压对发动机性能的影响 废气涡轮增压对发动机动力性和经济性的影响 增压前后发动机参数对比null说明 1） 过量空气系数在增压前后保持不变，则增压后的供油量将相应增大，以适应空气质量增加的需要，同时配气定时也要进行适当的调整，这样可以保证热效率基本不变或略有提高 2）进气密度的变化 null机械效率变化（提高） 由于增压后平均指示压力提高，而平均机械损失压力基本保持不变（在转速相同的前提下），那么机械效率在增压后将是增加的 增压后充量系数变化车用增压柴油机经济性运行特点 车用增压柴油机经济性运行特点 指示功率和有效功率都得到提高 改善高负荷区的运行经济性 在低负荷区，涡轮增压器的能量转换较差，柴油机进、排气阻力及换气损失增加，增压对经济性没有明显的好处 改善废气涡轮增压发动机转矩特性的途径 改善废气涡轮增压发动机转矩特性的途径 保证发动机在低速时具有较高的增压压力和较高的转矩，而在高速时增压压力又不致过高，防止发动机热负荷过大和涡轮增压器超速 1．排气旁通 2．进气旁通 3．可变截面涡轮 1）双蜗壳通道涡轮 2）可变蜗壳通道流通截面涡轮 3）变喷嘴环流通截面涡轮 null废气涡轮增压对发动机其他性能的影响 1．降低排气污染和噪声 2．低速转矩性能变差 3．加速性能变差 4．起动与制动有一定困难 7.5 汽油机增压 7.5 汽油机增压 汽油机增压的特点 1．爆燃 增压比一般比柴油机低得多，功率最高增加幅度为40%～50％ 2．混合气的调节 电控汽油喷射技术的应用，为增压技术在汽油机中的应用扫除了一大障碍 3．热负荷 4．对增压器的特殊要求 null汽油机涡轮增压的主要技术措施 1．降低压缩比 2．增压压力控制系统 3．减小增压后的“反应滞后”现象 4．燃料供给系统的调整 汽油机废气涡轮增压器的布置 汽油机废气涡轮增压器的布置 图7.16 增压器配置 （a）后置式 （b）前置式 （c）中置式 F—化油器 K—压气机 T—涡轮 D—发动机 本章小结本章小结发动机废气涡轮增压技术的成熟，使车用发动机的动力性、经济性与排放性能有了很大的改善 废气涡轮增压是车用发动机普遍应用的技术 废气涡轮增压改善了发动机性能，但在低速使须做改进null