6发动机废气涡轮增压

null第六章 发动机废气涡轮增压本章要求： 了解：发动机增压方式。 理解：涡轮增压器的结构和工作原理。第六章 发动机废气涡轮增压第一节 概述增压：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、Vs(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）null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＝0.7～1.0MPa） 中增压： k ＝ 1.6~2.5 　　　　（内燃机平均有效压力pme＝1.0～1.5MPa） 高增压： k ＞2.5 　　　 （pme＞ 1.5MPa）； 超高增压： k ＞ 4.5~5.5 　　　　（pme>2.5~3.5MPa）。增压中冷技术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0.15MPa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。增压中冷：增压中冷方案：闭式空－水中冷：中冷器中冷却介质采用内燃机冷却系统中的循环水。该方案结构与布置简单，但不能将增压空气温度冷却较低。 分开式空－水中冷：中冷器采用独立的冷却介质。该方案可提高中冷器的冷却效率，能较低地降低空气地温度。结构要复杂些，布置上会增加难度。 共用冷却风扇空－空中冷：中冷器装在内燃机冷却系水散热器前或后，依靠风扇和车辆行驶时的空气气流冷却增压空气。该方案由于它的最少能量消耗而得到广泛应用。 独立冷却风扇空－空中冷：中冷器带有独立地冷却风扇，它可由直流电动机或空气涡轮带动。内燃机增压的优缺点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：发动机增压的类型按照实现增压所提供的能量可分： 机械增压； 废气涡轮增压； 气波增压； 复合增压 谐波增压（汽油机）发动机增压的类型１、机械增压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，比机械增压经济性好，比非增压自然吸气式内燃机油耗率可低5%～10%。 质量功率和体积功率比非自然吸气内燃机明显改善，因而在内燃机上得到广泛应用。废气涡轮增压的分类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3、复合增压机械增压与废气涡轮增压组合。 谐波增压与废气涡轮增压组合。4、气波增压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。气波增压器转子展开图气波增压器转子展开图５、谐波增压—ACIS５、谐波增压—ACIS双增压器顺序增压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 增压器第二节 增压器可变进气道增压器； 可变喷嘴环增压器； 可变涡轮喉口截面增压器； 可变叶片增压器； 废气放气增压器； 进气回流增压器； 射流涡轮增压器； 斜流涡轮增压器；可变进气道增压器可变进气道增压器低速时使用一个进气通道；高速时，进气量大，使用两个通道，可以改善增压发动机的过渡性能。可变进气道增压器性能可变进气道增压器性能可变喷嘴环增压器可变喷嘴环增压器低速时，喷嘴角度小，流通截面小；高速时喷嘴角度大，流通截面能保证涡轮从废气中获取足够能量达到压气机的需求。各喷嘴环1通过轴销2固定在涡壳5上，再经传动杆3与喷嘴控制盘4相连。转动喷嘴控制盘即可改变喷嘴环的角度。通过调整涡壳5与涡轮叶轮6之间的喷嘴环角度来调整涡轮流通截面。可变喷嘴环增压器特性可变喷嘴环增压器特性左图中①～④是喷嘴环角度以此减小的情况。随着内燃机转速下降，压气机的增压压力不但没有下降，反而提升到高转速水平，从而保证增压内燃机的低速性能。 可调喷嘴环用于增压器与内燃机的高速匹配。通过可调喷嘴环改善低速性能。可变涡轮喉口截面增压器可变涡轮喉口截面增压器1.压气机；2.可变喉口截面调整板；3.调整板及调整机构；4.操纵机构；5.操纵机构控制电磁阀；6.涡轮；A.最小喉口截面；B.最大喉口截面低速高速可变涡轮喉口截面增压器工作原理可变涡轮喉口截面增压器工作原理可变涡轮喉口截面增压器是再废气量不变的情况下改变进入涡轮的状态参数，从而改变从废气中获取能量的大小。小喉口截面将使进入涡轮的废气加速，作用在涡轮叶片上的冲击力增加（此时涡轮效率将有所降低），空气增压压力增加，从而满足内燃机在低速小负荷时的需要。内燃机在高速大负荷时，可以保证涡轮在高速范围运行，这时喉口截面处于最大位置，排气背压最小，涡轮效率最大。 可变喉口截面控制板可以由电磁阀进行无级调整。可变叶片增压器可变叶片增压器可变喷嘴环技术类似，通过压气机结构（叶片角度）的变化，来调整增压压力与发动机转速负荷的匹配关系。 多个可变叶片，效率高，但结构复杂，成本高、体积大。三菱多阀VG增压器本田可变叶片增压器废气放气增压器废气放气增压器车用增压内燃机为获得低速大转矩和良好的加速性能，涡轮增压器一般按内燃机低速、小流量。 轿车用增压器设计转速为内燃机标定转速的40%左右。 公共汽车、重型车用的增压器设计转速为内燃机标定转速的60%左右。高速时，将会使增压压力过高，增压器超速，柴油机爆发压力过大，汽油机容易引起爆震。 为此，设计增压器常增加废气放气阀，在高速时将一部分废气旁通掉，加以控制增压压力。废气放气增压器工作原理废气放气增压器工作原理废气门3与增压器2的涡轮并联地连接在内燃机1的排气管上。废气门的阀门固定在膜片上，膜片上部通大气，并受弹簧的作用，下部与压气机出口的增压空气相通。平时，弹簧将废气门的阀门压在阀座上，内燃机排气管来的废气不能经阀门旁通到涡轮出口的排气管内。 一旦增压压力对膜片的作用超过弹簧的预紧力，废气门打开，一部分废气不经涡轮直接从涡轮出口排入大气中。涡轮作功减小，空气的增压压力回落，以实现空气增压压力的自动调节。进气回流增压器进气回流增压器为避免由于负荷突变及环境变化而使压气机出现喘振而损坏增压器，在增压器的压气机进口装上整体式的回流阀。 当进气管压力低于某一值时，作用在回流阀上的进气管压力、弹簧压力和压气机出口的空气增压压力不平衡，回流阀顶开，压气机出口的空气通过回流阀和回流通道进入压气机进口，以增加通过压气机的空气量。null 工作原理 废气顺着涡轮壳①冲击在涡轮②上， 经过进气道后，速度迅速提高并将涡轮提高到约20万转／分，之后排入大气。 在另一端压气机壳③内是同样高速运转着的压气机轮④，它的转速跟涡轮一样。其作用是将高压新鲜空气供给发动机。 小提示 在高速行车后，不要突然熄火，因为此时涡轮的温度非常高。最好再怠速运转一两分钟，使增压装置有一个冷却的过程。 增压器的作用 增压主要是为了提高发动机的进气量，提高发动机的功率和扭矩。采用增压技术后发动机可以提高30％-100％的功率，同时还能提高 燃油经济性和降低尾气 排放。不过也使引擎和 增压器的工作温度快速 增加。由于工作环境恶 劣，每个涡轮增压器的 寿命平均只有“十万公 里”左右。