涡轮增压PPT

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,章,车用发动机的废气涡轮增压,通过涡轮增压系,统对吸入的空气,进行压缩，增大,气体密度，从,而，增加每个进,气行程进入燃烧,室的空气量，增,加循环供油量，,提高升功率和升,扭矩，达到提高,燃烧效率、提高,整机使用经济性。,P k P 0 P k,第一节 概述,增压目的：提高发动机功率,将空气压缩并供入气缸，用以提高充气密度、增,加进气量。例：奥迪1.8T发动机(110)比同排量不,增压的1.8输出功率(92)大了18.,增压度:指发动机在增压后增长的功率及增压,前的功率之比.,e e,P 0 P 0, =,= 1,增压优点,减少缸数或气缸直径,减少整机外形尺寸和单,位功率的重量；,提高热效率,降低发动机油耗；,减少了排气污染及噪声；,降低了单位功率的造价；,对补偿高原功率损失十分有利.,增压分类,按增压比分类:压气机(增压器)压缩后的压力,及压缩前的压力之比.,k,0,k,p,p,=,2.5,低增压 700-1000,中增压 1000-1500,高增压 1500,按增压结构形式分: 机械增压系统, 废气涡,轮增压, 组合式涡轮增压, 气波增压, 复合式发,动机等. 具体结构见表7-1中的比较.,第二节 废气涡轮增压的工作原理,根据废气在涡轮机中不同的流通方向,涡轮,增压器可分为径流式涡轮及轴流式涡轮两类。,大、中型柴油机采用轴流式涡轮增压器，而车,用发动机则应用径流式涡轮增压器。,一、离心式压气机的工作原理,空气在压气机中的流动,空气沿收敛的轴,向进气道流入时，气,流略有加速。,在工作轮入口处，气流的绝对速度是c1，由于工,作轮绕轴旋转，所以气流将沿相对速度w1的方向流入,工作轮叶片所形成的流道。,为减少流动损失，,需要将叶片前缘部分顺,空气流入的方向弯曲某,一角度，使及气流入口,角1基本一致。,当空气进入工作轮,上叶片组成的流道后，,受离心力压缩被甩向工,作轮外缘，空气从回转,的工作轮上获得了能,量，使压力、温度，特,别是流速有较大增长。,空气从工作轮出来后，进入扩压器，扩压器为截面逐渐增大的,流道，空气流经扩压器时，它所具有的动能，大部分在这里转变为,压力能，气流的速度降低，而压力、温度升高。,扩压器由,无叶扩压器和,叶片扩压器组,成。,蜗壳作用,为收集从扩压,器流出的空,气，并继续进,行空气动能向,压力能的转变。,二、径流式涡轮机的工作原理,燃气在涡轮机中的流动,进气蜗壳的作用是引导柴油机的排气均匀地进和涡轮。根据,增压要求，可以有一个或多个进气口。,排气管中排出的气体具有,压力、温度、并以速度,经进气蜗壳流入喷嘴环。在,喷嘴环上均匀安装了具有一,定角度的叶片，使燃气经过,叶片间的通道后更具有方向,性，使气流更加均匀有序地,流入涡轮机工作轮。同时，,叶片间的通道面积渐缩，使,部分压力势能变为气体的动,能。,涡轮机在喷嘴出口处，气体温度压力逐渐降低，气体流速增加,到c1。,气流在工作轮中向心流动的，,工作轮叶片之间的通道也是呈渐,缩的形状，气体在通道中继续膨,胀，在工作轮出口处压力下降到,p2，温度降低到T2，气体的绝对,速度下降到c2。c2远小于c1，说,明燃气在喷嘴膨胀中所获得的动,能已大部分传给了工作轮。,具有一定热能及压力能的燃,气，在喷嘴环通道中仅部分地得,到加速而转变为燃气的动能；而,从喷嘴环中流出的具有一定动能,及压力能的燃气，在工作轮中将,所具有能量的大部分转变为机械,功。,转子的工作转速高达每分钟数万转至二十多万转，需要有,单独的润滑油供应管路，并为浮动轴承提供油膜支撑。,涡轮增压器的润滑：,旁通阀式涡轮增压器,可调整叶片式涡轮增压器,可调叶片式涡轮增压器调整原理,可调叶片式涡轮增压器调整原理,第三节 废气能量的利用,一、恒压增压系统,结构特点：所有气缸的废气都接到一根排气总管中，然后再引向涡轮的整个喷嘴,环，由于排气总管截面和长度较大，同时各缸排气相互交替补充，使得排气管中,的压力波动很小，进入涡轮前的废气压力基本上恒定，故称为恒压增压系统。,在柴油机排气阀开启瞬间，气缸中燃气状态为b，如果让燃气,在理想涡轮机中完全膨胀至大气压力时，涡轮机可能从废气中获得,的最大能量是1。,在排气初期，气缸中压力和排气管压力的压差较大，面积,5为废气由b膨胀到排气管内压力所消耗的能量E1，它转变为,热量加热废气，使实际进入涡轮的废气状态由e变为e，在涡轮机内,沿ef线膨胀到p0。面积2-4-2表示废气在恒压涡轮内的膨,胀功，用符号E2表示。该,面积由两部分组成。1）面,积2-4-5-1-2为活塞推出废,气所做的功；2）真正废气,中可用的能量仅为面积1-5-,e-1。,二、脉冲增压系统,为利用在恒压系统中损失的那部分能量（面积5)，采用脉,冲增压系统。,特点：尽可能将气缸中的废气直接而迅速地送到涡轮机中。,结构：涡轮机尽量靠近气缸，把排气管作得短而细，并且为了减少,各缸排气中压力波的相互干扰，用几根排气支管将相邻发火气缸的,排气相互隔开。排气管内压力是周期性脉动的。由于涡轮是在进口,压力有较大波动的情况下工作的，所以称为脉冲增压系统。,刚开始排气时，,节流损失也很大，但,排气管压力迅速升,高，并接近气缸压,力，因则总的节流损,失便大降低。,两种增压系统的比较：,由于脉冲系统部分利用废气的脉冲能量，所以系统的可用有量,比恒压系统大。,脉冲增压系统中，波动较大，对气缸扫气有明显的好处。,脉冲增压系统中，排气管容积较小，当柴油机负荷改变时，排,气的压力波立刻发生变化，并迅速传递到涡轮机，引起增压器,较快地变动，所以脉冲增压的加速性能好。,从废气涡轮的效率来看，脉冲系统的涡轮平均绝热效率比恒压,系统的略低。,脉冲系统的废气瞬时流量也是周期变化的，其瞬时最大流量比,恒压系统的流量大。其涡轮尺寸较大，排气管结构也复杂。在,一台柴油机上，有时不得不采用几个废气涡轮增压器。,第四节 车用增压发动机的性能,一、涡轮增压器及柴油机联合运行的基本特点,涡轮增压器及柴油机通过空气流或燃气流来传递能量，之间,没有机械联系。涡轮机做功的能力来源于发动机排出废气的合,理组织，涡轮机的功率全部为压气机所消耗。,为使涡轮增压器及车用发动机能够良好配合，需要：,1）根据发动机的特定工况（如额定工况或最大扭矩工况），确,定其在压气机特性曲线上的位置（即根据发动机选用合适型号,的增压器）；,2）要解决发动机在整个运行区及增压器实现良好的配合。,每一种涡轮增压器都有确定的工作范围，在小流量范围，压,气机受喘振限制；在大流量范围，压气机因效率下降受到限制；,在高速、高负荷区，增压器受到超速或超温的限制。因此，涡轮,增压器有一个确定的工作范围。,在允许的工作范围内，根,据及发动机联合运行的位置，,可以判断增压器及柴油机的配,合是否良好。,如果联合运行线及压气机特性曲线配合不够理想，需要进行,局部调整，常用的办法是改变涡轮喷嘴环出口截面积，或改变压,气机通道截面积，可使联合运行线从压气机低效率区向高效率区,移动（向喘振线靠近）。,二、增压发动机在结构上的变动,增大供油量、调整供油系统,改变配气相位,减小压缩比、增大过量空气系数,设置分支排气管：原则是一根排气管所连各缸排,气必须不互相重叠。,冷却增压空气 一可提高充气密度；二可降低柴油机压缩始,点的温度和整个循环的平均温度，从而降低柴油机热负荷和排气,温度。,其他改动部分 加粗进气管、加强冷却系等,三、车用增压发动机性能,增压发动机具有升功率高、油耗较低、排污少等优点。,1）低速扭矩性能变化：低速由于增压压力不足，致使循环供,气量不足。增压后最大扭矩所在转速比非增压机型均有所,增加。通过放气调节可大大改善低速扭矩。,2）加速性能变差：由于涡轮增压器及发动机没有机械联系，增,压器自身的惯性使其对突变负荷的响应能力变差，因此，增压,发动的加速性比非增压差。,为改善加速性，采用脉冲增压，减少进、排气管道容积；采,用放气调节或可变喷嘴；减少转子的转动惯量；采用较小的气,阀重叠角等。,3）经济性有所改善： 增压使功率范围扩大，而且高负荷的经济,运行范围也扩大了；在低负荷区，涡轮增压器的能量转换不,好，对低负荷经济性没有明显的好处。,4）降低了排气污染及噪声：在较充裕的过量空气下工作，使高,负荷冒烟的可能性、排出及等有害成分大为减少。,5）起动及制动有一定困难,第五节 汽油机增压概述,一、汽油机增压的困难,爆震倾向增大：增压使压缩终点及燃烧气体的温度及压力升高，,致使爆震的倾向增大。,热负荷增高：汽油机压缩比低，膨胀比亦低，致使排气温度较高；,同时混合气范围窄，造成单位数量混合气的发热量大。,汽油机增压系统比柴油机复杂,存在着“反应滞后”现象： 增压器在进气系统中及节气门串接,在一起，当节气门突然开启，要求混合气量迅速变化时，增压器供气,往往跟不上。,二、汽油机增压系统的常用措施,1）电控汽油喷射系统在增压汽油机上应用,2）为克服增压带来爆倾向的增大，可采用为消除爆,震的点火提前角自适应控制。,3）增压空气进行中冷，对增加充量、降低热负荷、,消除爆震均十分有利。,4）采用增压压力控制系统：汽油机容许的增压压力,常比柴油机低。可通过进气或排气的放气系统、进,气或排气的节流控制、可变喷嘴环截面的涡轮等。,带中冷器的涡轮增压系统,空气再循环机械阀,增压压力限,制电磁阀,N75,中冷器,增压压力调节装,置压力传感器,燃油压力调节器,涡轮增压器换,气阀,增压压力控制,超速切断控制,1活性碳罐,2活性碳罐电磁阀,3活性碳罐过滤器单向阀,4空气滤清器,5废气涡轮增压器,6二次进气组合阀,7燃油压力调节器,8到制动助力器,9单向阀,10抽吸喷射泵,11单向阀,12真空储能罐,13二次进气阀,14曲轴箱排气装置,15单向阀,16增压空气冷却器,17节气门控制单元,18涡轮增压器换气阀,19进气管,20增压压力调节装置压,力传感器,21增压压力限制电磁阀,22机械式换气阀,23曲轴箱排气装置压力,调节阀,24二次进气泵电机,