《增压技术》PPT课件

叶 轮 机 械 与 增 压 技 术许 俊 峰 1 22 教 材 与 参 考 书朱大鑫 编著, 涡轮增压与涡轮增压器, 机械工业出版社, 1992陆家祥 主编, 柴油机涡轮增压技术 , 机械工业出版社，1999.9 教材：车辆发动机废气涡轮增压l霍尼韦尔(Honeywell)增压器http:/ http:/ 3 课程主要内容提纲：一、绪论（国内外内燃机增压技术现状及发展趋势）二、离心式压气机原理及设计三、径流式涡轮原理及设计 4 课程主要内容提纲：四、排气能量的利用五、发动机与废气涡轮增压器匹配六、涡轮增压系统 5 第 一 章 涡 轮 增 压 技 术 概 述涡 轮 增 压 技 术 6 什 么 是 发 动 机 增 压 l 增 压 charge,boost,supercharge, turbochargel 机 械 增 压 superchargel 涡 轮 增 压 turbocharge 7 Nl:kW/L; Hu:低 热 值 ; :过 量 空 气 系 数 ; lo:1kg燃 料完 全 燃 烧 所 需 理 论 空 气 量 kg/kg； :冲 程 ; i :指 示热 效 率 ; v :容 积 效 率 ; m:机 械 效 率 ; s :进 气 管中 充 量 密 度 nlHnpN smviuel 1103 130 04TRps 提 高 进 气 充 量 密 度 ， 可 以 通 过 提 高 进 气压 力 和 降 低 温 度 实 现l 把 提 高 内 燃 机 进 气 密 度 （ 量 ） 的 办 法 称 为 增 压 l 增 压 的 实 质 是 增 大 充 量 密 度为 什 么 增 压 常 数 1.0 8 增 压 术 语 压 气 机 出 口 压 力 称 为 增 压 压 力 ， 一 般 用 pb表 示 。 它 与 压 气 机 结 构 、 尺 寸 、转 速 及 效 率 等 因 素 有 关 。 通 常 pb 0.17 Mpa 低 增 压0.17 Mpa pb 0.25 Mpa 中 增 压0.25 Mpa p b 0.35 Mpa 高 增 压pb 0.35 Mpa 超 高 增 压1)增 压 压 力2)压 比压 气 机 出 口 压 力 pb与 进 口 压 力 pa之 比 ， 称 为 增 压 比 ， 一 般 用 b表 示 。即 ： b = pb/pa 用 滞 止 压 力 表 示 的 压 比 ， 称 为 滞 止 压 比 ， 用 b*表 示 ， 即 ： b* = pb * /pa * 9 增 压 的 基 本 方 式n 按 工 作 的 原 理 分 ： 容 积 式 、 离 心 式n 按 驱 动 方 式 分 ： 机 械 增 压 和 废 气 涡 轮 增 压增 压 容 积 式离 心 式 机 械 增 压废 气 涡 轮 增 压 罗 茨 增 压气 波 增 压复 合 增 压单 级 增 压多 级 增 压 10 增 压 的 基 本 方 式罗 茨 容 积 式 11 增 压 的 基 本 方 式罗 茨 容 积 式 特 点 ：n 匹 配 简 单 可 靠 。 对 往 复活 塞 式 内 燃 机 ， 各 工 况增 压 效 果 基 本 相 同 ， 与发 动 机 工 况 无 关n 冲 击 和 噪 声 大 ， 增 压 压力 低 n 密 封 困 难 ； 运 动 件 多 ，可 靠 性 差 12 增 压 的 基 本 方 式气 波 增 压 13 增 压 的 基 本 方 式离 心 式 特 点 ： 转 速 高 增 压 压 力 高 体 积 小 14 增 压 的 基 本 方 式由 发 动 机 经 传 动 系 驱 动 ， 称 为 机 械 增 压特 点 ： 经 传 动 系 驱 动 ， 安 装受 限 降 低 机 械 效 率 m 15 增 压 的 基 本 方 式由 废 气 经 涡 轮 机 驱 动 ， 称 为 废 气 涡 轮 增 压 16 增 压 的 基 本 方 式由 废 气 经 涡 轮 机 驱 动 ， 称 为 废 气 涡 轮 增 压 17 增 压 的 基 本 方 式两 级 增 压 系 统 组 成 18 机 械 复 合 增 压 技 术 低速时使用机械增压高速时使用涡轮增压完美结合了机械增压和涡轮增压的优点，但是结构复杂增 压 的 基 本 方 式 19 涡 轮 增 压 的 优 点 （ 1） 6升 V8发 动 机自 然 吸 气 220马 力 2.5升 L4发 动 机涡 轮 增 压 220马 力295公 斤 114公 斤 20 n 涡 轮 增 压 器 的 自 我 补偿 能 力 ， 涡 轮 增 压 发动 机 的 高 原 性 能 要 远远 优 于 自 然 吸 气 发 动机 。 功 率 下 降 幅 度 小 ，油 耗 低涡 轮 增 压 的 优 点 （ 2） 21 n 采 用 涡 轮 增 压 后 由 于 机 械 效 率 的 提 高 ， 发 动机 燃 油 经 济 性 大 幅 改 善 。n 在 同 等 功 率 下 ， 涡 轮 增 压 发 动 机 的 噪 声 小 ，这 主 要 是 因 为 发 动 机 体 积 小 ， 发 射 噪 声 的 表面 积 小 ， 同 时 涡 轮 也 有 消 声 的 作 用 。涡 轮 增 压 的 优 点 （ 3） 22 涡 轮 增 压 的 优 点 （ 4） n 对 于 柴 油 机 来 说 ， 采 用 涡 轮 增 压 可 使 燃 烧 更为 充 分 ， CO、 HC及 PM的 排 放 降 低 ， 采 用 增 压中 冷 可 降 低 NOX排 放 。n 采 用 涡 轮 增 压 可 通 过 采 用 不 同 的 增 压 度 及 增压 中 冷 等 措 施 使 同 一 发 动 机 形 成 不 同 的 功 率系 列 ， 这 样 使 得 发 动 机 公 司 更 容 易 满 足 不 同客 户 的 要 求 。 23 涡 轮 增 压 的 应 用 （ 1） n 国 际 上 几 乎 所 有 柴 油 机 都 使 用 涡 轮 增 压 技 术 ，一 方 面 追 求 高 的 升 功 率 ， 另 一 方 面 追 求 良 好的 经 济 性 ， 同 时 越 来 越 严 格 的 排 放 法 规 也 使涡 轮 增 压 技 术 成 为 必 需 。 n 中 国 目 前 几 乎 所 有 重 型 柴 油 机 都 使 用 涡 轮 增技 术 ， 小 型 农 用 柴 油 机 从 成 本 的 角 度 考 虑 一般 不 使 用 。 24 涡 轮 增 压 的 应 用 （ 2） n 重 型 车 几 乎 都 采 用 涡 轮 增 压 柴 油 机 。 25 涡 轮 增 压 的 应 用 （ 3） n 全 球 最 省 油 的 车 ，大 众 3L Lupo TDI。绕 地 球 一 圈 实 测 油耗 百 公 里 2.7升 。发 动 机 为 1.2升 3缸柴 油 机 ， 功 率 为45KW。 采 用 技 术 ：涡 轮 增 压 直 接 喷 射 26 涡 轮 增 压 的 应 用 （ 4） n 汽 油 机 上 涡 轮 增 压 不 如 柴 油 机 那 么 普 遍 ， 主要 是 受 汽 油 机 热 负 荷 的 限 制 ， 但 是 近 年 来 随着 汽 油 机 电 控 技 术 的 发 展 也 有 很 多 应 用 ， 如国 内 常 见 的 大 众 1.4T， PASSAT 1.8T， Audi A6 2.0T。 n 在 天 然 气 发 动 机 上 应 用 增 压 技 术 ， 可 使 天 然气 发 动 机 功 率 下 降 的 问 题 得 到 解 决 。 公 交 大巴 采 用 的 康 明 斯 天 然 气 发 动 机 就 是 增 压 中 冷 27 涡 轮 增 压 的 基 本 原 理 (1) n 涡 轮 增 压 器 由 压气 机 、 涡 轮 和 中间 体 组 成 涡 轮 增 压 器 长 什 么 样 (1) 28 涡 轮 增 压 的 基 本 原 理 (1) n 有 的 增 压 器 还 带有 放 气 阀 涡 轮 增 压 器 长 什 么 样 (2) 29可 变 几 何 涡 轮 增 压 涡 轮 增 压 的 基 本 原 理 (1) n 有 的 增 压 器 还 带有 可 变 几 何 喷 嘴机 构 涡 轮 增 压 器 长 什 么 样 c 30 涡 轮 增 压 的 基 本 原 理 (2) n 压 气 机 进 口 接 空滤 ， 出 口 接 进 气总 管 。n 涡 轮 串 接 在 排 气管 上 增 压 器 装 在 哪 a 31 涡 轮 增 压 的 基 本 原 理 (2) n 在 一 12缸 柴 油 机 计 算 模 型 中 ， 增 压 器 所 处 的 位 置 。 增 压 器 装 在 哪 b 32 涡 轮 增 压 的 基 本 原 理 (3) n 气 体 在 发 动 机 -增 压 器 系 统 中 的 流 动 过 程 。 增 压 器 怎 么 工 作 a 33 涡 轮 增 压 的 基 本 原 理 (3) n 涡 轮 增 压 器 的 内 部 流 动 过 程 。 增 压 器 怎 么 工 作 b 34 认 识 涡 轮 增 压 的 基 本 结 构 (1) 组 成 要 素 能 量 源增 压 泵性 能 增 强 35 认 识 涡 轮 增 压 的 基 本 结 构 (2) 压气机：压缩空气，提高密度涡轮：提供压气机所需的能力中间体：支撑、润滑、密封 36 认 识 涡 轮 增 压 的 基 本 结 构 (3) n 带 放 气 阀 的 涡 轮 增 压 器 37 认 识 涡 轮 增 压 的 基 本 结 构 (4) n 带 水 冷 套 的 涡 轮增 压 器 ， 一 般 用于 天 然 气 发 动 机或 汽 油 机 。 38带水冷的中间体，用于汽油机增压 认 识 涡 轮 增 压 的 基 本 结 构 (5) 39 认 识 涡 轮 增 压 的 基 本 结 构 (6) 40 认 识 涡 轮 增 压 的 基 本 结 构 (7) n 采 用 浮 动 轴 承 是 其 结 构 上 的 重 要 特 点 之 一n 浮 动 轴 承 的 主 要 特 点 是 ： 轴 承 内 外 都 有 一 定 的间 隙 ， 当 轴 旋 转 时 ， 通 过 润 滑 油 的 摩 擦 力 作 用带 动 浮 动 轴 承 旋 转 ， 其 旋 转 速 度 较 轴 要 慢 些 。n 浮 动 轴 承 在 两 层 油 膜 中 可 自 动 定 心 ， 同 时 两 层油 膜 可 以 较 好 地 吸 收 转 子 部 件 的 振 动 。 有 两 对液 体 摩 擦 副 ， 轴 和 轴 承 的 相 对 滑 动 速 度 较 小 ，机 械 摩 擦 损 失 和 发 热 量 大 大 减 小 。 n 国 外 有 厂 商 现 在 开 始 发 展 不 转 的 浮 动 轴 承 ， 滚动 轴 承 以 及 空 气 轴 承 等 。 41 认 识 涡 轮 增 压 的 基 本 结 构 (8) n 采 用 密 封 环 是 其 结 构 上 的 重 要 特 点 之 一 。n 其 结 构 是 将 数 个 活 塞 环 形 的 开 口 弹 性 环 ， 分 别安 装 在 涡 轮 端 和 压 气 机 端 的 密 封 环 支 撑 环 槽 内 ，密 封 环 依 靠 弹 力 涨 紧 在 密 封 支 撑 的 外 体 上 。 密封 环 支 撑 随 转 子 轴 旋 转 时 ， 密 封 环 并 不 转 动 。涡 轮 端 和 压 气 机 端 采 用 密 封 环 的 数 目 一 般 为 一个 或 两 个 。 42 认 识 涡 轮 增 压 的 基 本 结 构 (9) n 增 压 器 是 高 速 旋 转 机 械 ， 转 速 从 几 万 转 到 二 十几 万 转 都 有 ， 所 以 对 轴 系 的 平 衡 要 求 非 常 高 。n 良 好 的 动 平 衡 是 保 证 增 压 器 可 靠 工 作 及 耐 久 性的 先 决 条 件 。 43热力循环：燃气轮机与内燃机的联合循环能量品质：能量的梯级利用n涡轮增压技术是航空技术在汽车领域的应用 涡 轮 增 压 基 本 原 理 44 提高功率缩小排量节能满足排放高原（高空）功率恢复涡 轮 增 压 的 作 用n涡轮增压技术是实现内燃机节能、减排的关键技术 45 涡 轮 增 压 发 展 历 史1905年第一台涡轮增压器1925年用于大型船舶 飞机 1930年用于机车1954年用于乘用车1970年大规模应用n柴 油 机 绝 大 部 分 增 压 ； 增 压 汽 油 机 越 来 越 多n涡 轮 增 压 器 全 球 产 量 超 过 3000万 台 /年 ， 涡 轮 时 代 到 来 了 46 2005年 Ward全 球 十 佳 发 动 机 名 单 :奥 迪 ： 3.2升 FSI双 顶 凸 轮 轴 V6发 动 机 （ 奥 迪 A6）奥 迪 ： 4.2升 双 顶 凸 轮 轴 V8发 动 机 （ 奥 迪 S4）戴 克 ： 5.7升 Hemi Magnum侧 置 凸 轮 轴 V8发 动 机 （ 克 莱 斯 勒 300C）戴 克 ： 3.2升 双 顶 凸 轮 轴 I-6 CDI涡 轮 柴 油 发 动 机 （ 奔 驰 E-320 CDI）福 特 ： 4.6升 单 顶 凸 轮 轴 V8发 动 机 （ 福 特 Mustung GT）通 用 ： 4.2升 双 顶 凸 轮 轴 Vortec I-6发 动 机 （ 雪 佛 莱 开 拓 者 ）本 田 ： 3升 单 顶 凸 轮 轴 V6发 动 机 （ 本 田 雅 阁 混 动 力 ）本 田 ： 3.5升 单 顶 凸 轮 轴 V6发 动 机 (阿 库 拉 RL)马 自 达 ： 1.3升 Renesis旋 转 发 动 机 （ 马 自 达 RX-8） 日 产 ： 3.5升 双 顶 凸 轮 轴 V6发 动 机 （ 日 产 无 限 G35跑 车 ） 47 2014年 Ward全 球 十 佳 发 动 机 名 单 :奥 迪 ： 3.0升 TFSI机 械 增 压 V6汽 油 机 (S5)宝 马 ： 3.0升 涡 轮 增 压 直 六 柴 油 机 (535d)道 奇 ： 3.0升 涡 轮 增 压 V6柴 油 机 (RAM 1500 EcoDiesel)菲 亚 特 ： 83千 瓦 电 动 机 (500e)福 特 ： 1.0升 Ecoboost涡 轮 增 压 三 缸 汽 油 机 (嘉 年 华 )雪 佛 兰 ： 2.0升 涡 轮 增 压 直 列 四 缸 柴 油 机 (科 鲁 兹 柴 油 版 )雪 佛 兰 ： 6.2升 底 置 凸 轮 轴 V8汽 油 机 (Corvette Stingray)本 田 ： 3.5升 单 顶 置 凸 轮 轴 V6汽 油 机 (Accord)保 时 捷 ： 2.7升 水 平 对 置 六 缸 汽 油 机 (Cayman) 大 众 ： 1.8升 涡 轮 增 压 直 列 四 缸 汽 油 机 (Jetta) 48 涡 轮 增 压 的 应 用n 超 级 节 能 车 XL1采 用 一 台 0.8L增 压 柴 油 机 和一 台 电 动 机 ， 最 大 功 率 分 别 为 48马 力 和 27马 力 。 该 车 百 公 里 综 合 油 耗 仅 为 0.9L。 49谢 谢 50 优 点 ：1 结 构 简 单2 低 工 况 性 能 好3 气 体 直 接 接 触 ， 加 速 性 好4 部 分 废 气 重 回 气 缸 ， 改 善 NOX排 放5 工 况 变 动 范 围 大 ， 适 应 性 好缺 点 ：1 体 积 大 ， 安 装 位 置 受 限2 排 气 加 热 进 气 ， 影 响 增 压 效 果 ， 效 率不 高3 噪 声 源 51 52 53 54 55 56 浮动轴承止推轴承润滑密封隔热冷却 57 58坦克的发展趋势是高功率密度，即同样大小的发动机能发出更强劲的动力高增压技术提供更多的空气进行燃烧，从而提高功率 先进坦克 59 高空长航时无人机随着高度增加空气密度越来越稀薄，导致功率下降，从而限制了无人机的飞行高度高增压技术补偿空气密度的下降，恢复功率，提高升限高增压技术是提高无人机飞行升限的最关键的核心技术之一 60 2006年度国际最佳发动机奖的评选中，大众汽车公司研发的利用机械增压和涡轮增压进行双重增压的TSI发动机发动机成为最大亮点。各项评比中，125千瓦(170马力)新型1.4升TSI双增压发动机独得“1升-1.4升最佳发动机”和“2006年度最佳新型发动机”两项大奖。 1.4升TSI双增压发动机发动机已配备于大众汽车的运动型高尔夫GT和途安车型中，并分两种性能等级实现量产。运动型高尔夫GT配备的1.4升TSI发动机功率为125千瓦(170马力)，百公里油耗仅为7.2升。最新型的废气涡轮+机械复合增压分层直接喷射式汽油机 611.4升 TSI发 动 机 的 性 能 相 当 于 普 通 的 2.3升 发 动 机 62 63 64Air FilterComp After cooler中冷器TurbExhaust ManifoldInlet Manifold Silencer消音器 65 66 Turbocharger Manufacturers n 中 国 兵 器 装 备 集 团 公 司 湖 南 天 雁 机 械 有 限 责 任 公 司 n 上 海 霍 利 威 尔 增 压 器 公 司 （ 美 国 独 资 ）n 辽 宁 东 方 增 压 器 （ 集 团 ） 公 司 n 无 锡 holst工 程 有 限 公 司n 重 庆 ABB江 津 涡 轮 增 压 系 统 有 限 公 司 n 潍 坊 富 士 达 增 压 系 统 有 限 公 司 n 重 庆 径 流 增 压 器 厂n 凤 城 市 涡 轮 增 压 器 制 造 有 限 公 司n 上 海 伊 铭 增 压 器 制 造 有 限 公 司n 沈 阳 市 黎 明 增 压 器 制 造 有 限 公 司 n 长 春 富 奥 石 川 岛 增 压 器 有 限 公 司n 浙 江 露 笑 集 团 涡 轮 增 压 器 厂 n 潍 坊 信 德 玛 珂 工 贸 有 限 公 司 n 常 州 中 瑞 汽 车 配 件 有 限 公 司n 北 京 盖 瑞 特 科 技 发 展 有 限 公 司 增 压 器 厂 67 n 在 国 内 六 大 主 流 增 压 器 企 业 中 ， 三 家 为 本 土 企 业 、 三 家 为 跨 国 企业 。n 天 雁n 湖 南 天 雁 机 械 有 限 责 任 公 司 是 中 国 南 方 工 业 汽 车 股 份 有 限 公司 的 国 有 控 股 子 公 司 。 具 备 年 产 30万 台 涡 轮 增 压 器 和 150万 对 气门 的 生 产 能 力 ， 建 有 省 级 技 术 中 心 ， 下 辖 增 压 器 研 究 所 、 发 动 机配 件 研 究 所 。 公 司 规 模 生 产 销 售 涡 轮 增 压 器 、 气 门 、 冷 却 风 扇 等汽 车 发 动 机 零 部 件 。n 富 源n 潍 坊 富 源 增 压 器 有 限 公 司 于 1993年 与 新 加 坡 国 际 投 资 有 限 公司 、 香 港 威 润 企 业 有 限 合 资 ， 专 业 生 产 涡 轮 增 压 器 。 增 压 器 年 生产 能 力 40万 台 ， 是 中 国 北 方 最 大 的 增 压 器 科 研 生 产 基 地 。 产 品 应用 于 各 种 卡 车 ， 客 车 ， 船 舶 主 、 辅 机 ， 军 事 装 备 等 最 宽 泛 的 领 域 。 n 康 跃n 寿 光 市 康 跃 增 压 器 有 限 公 司 始 建 于 1963年 ， 2001年 改 制 为寿 光 市 康 跃 增 压 器 有 限 公 司 ， 2008年 建 成 增 压 器 行 业 首 家 博 士 后科 研 工 作 站 。 公 司 先 后 从 美 国 、 英 国 、 德 国 等 国 家 引 进 了 先 进 的制 造 、 检 测 设 备 和 自 动 化 装 配 线 。 其 涡 轮 增 压 产 品 广 泛 应 用 于 汽车 、 工 程 机 械 、 农 用 机 械 、 船 舶 动 力 、 发 电 机 组 等 领 域 。 68 n 霍 尼 韦 尔n 霍 尼 韦 尔 总 部 位 于 美 国 新 泽 西 州 莫 里 斯 镇 。 作 为 霍 尼 韦 尔 在全 球 范 围 内 建 立 的 第 十 个 涡 轮 增 压 器 及 相 关 产 业 的 生 产 厂 ， 霍 尼韦 尔 涡 轮 增 压 系 统 (上 海 )有 限 公 司 专 业 制 造 和 销 售 世 界 知 名 的 盖瑞 特 牌 涡 轮 增 压 器 及 相 关 产 品 。n 霍 尔 塞 特n 霍 尔 塞 特 是 世 界 上 最 大 的 中 型 和 重 型 涡 轮 增 压 器 制 造 商 ， 在全 球 十 多 个 国 家 和 地 区 有 生 产 厂 或 分 支 机 构 ， 是 美 国 康 明 斯 发 动机 公 司 的 全 资 子 公 司 。 无 锡 霍 尔 塞 特 工 程 有 限 公 司 在 我 国 中 重 吨位 发 动 机 市 场 的 占 有 率 已 升 至 50%左 右 ， 也 是 最 大 中 重 涡 轮 增 压器 生 产 厂 。 n 博 格 华 纳n 博 格 华 纳 的 总 部 位 于 美 国 密 歇 根 州 的 奥 本 山 ， 致 力 于 设 计 和制 造 高 技 术 的 产 品 来 提 高 汽 车 引 擎 系 统 、 传 动 系 统 和 四 轮 驱 动 系统 的 性 能 。 博 格 华 纳 在 全 球 17个 国 家 建 立 了 62个 制 造 和 技 术 基 地为 世 界 各 地 的 客 户 提 供 服 务 。 目 前 博 格 华 纳 在 北 京 、 上 海 、 宁 波三 地 设 有 工 厂 和 办 事 处 。 http:/