发动机原理第七章发动机增压.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。 掌握： 离心式涡轮增压器的原理，增压发动机的 特点。 第七章 发动机增压 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： 310 30 inVPN he e 第一节 发动机增压的基本知识 改变结构参数。增加 i、 Vh(D、 S)，减少 ，但体积和重量 增加 提高转速。但充气效率和机械效率减少，机件寿命减少， 噪音大 提高平均有效压力 Pe。 提高平均有效压力 Pe 方法： 减少过量系数 提高充气效率 增加充气密度 （增压） 增压度 k：发动机在增压后增长的功率与增压前功率 之比 k为范围 10%60%。大部分为 20%30%。 增压压比 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 1.31.6 （内燃机平均有效压力 pe 0.7 1.0MPa） 中增压： k 1.62.5 （内燃机平均有效压力 pe 1.0 1.5MPa） 高增压： k 2.5 （ pe 1.5MPa）； 超高增压： k 3.5 （ pe2.0MPa）。 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。 增加了发动机的比功率； 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。 优点： 缺点： 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） 第二节 发动机增压的类型 、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 160170KPa 主要用途：提高发动机低 速扭矩 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 。 、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 式内燃机燃油好率 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）。 由于内燃机排气能量利 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。 、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映迅 速，使气波增压的加速性好， 且低速时空气的压缩程度高， 低速扭矩好。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 、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。 、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 反映性能。 在中高速时，使用两台增压器以保证发动机功率输出。 第三节 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 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 左图中 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 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 车用增压内燃机为获得低 速大扭矩和良好的加速性 能，涡轮增压器一般按内 燃机低速、小流量设计。 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 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。 第四节 增压中冷技术（选） 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地空气气流冷却 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。