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增压发动机现在学习的是第1页，共54页增压的基本目的提高进气压力增大循环进气量空气能在进入气缸前得到压缩同样的气缸工作容积可以容纳更多的新鲜充量多供给燃料得到更大的输出功率。什么是增压？现在学习的是第2页，共54页30260inVpniVptiVpPsmesmesmee现在学习的是第3页，共54页n由公式：nPe=i v m(hu/L0)Vs(ps/RsTs)(2in/)n进气压力与输出功率成正比n增压是提高功率输出的有效途径现在学习的是第4页，共54页 第一节第一节 增压技术概述增压技术概述现在学习的是第5页，共54页一、内燃机的增压方式 按照空气被压缩的方式不同分为：机械增压 排气涡轮增压 气波增压 复合增压现在学习的是第6页，共54页二、评价指标 1增压度 发动机增压后增长的功率与增压前功率的比值 2增压比 增压后空气压力与增压前的空气压力的比值。现在学习的是第7页，共54页n低增压：k2.5 pme 1.5MPan超高增压：k=4.5 5.5 pme=2.5 3.0MPa现在学习的是第8页，共54页n绝大部分大功率柴油机、半数以上车用柴油机，以及相当比例的高性能汽油机均采用了增压技术。n一般而言，增压后的输出功率比原机提高 4060甚至更多，发动机的平均有效压力可达到3MPa。燃油经济性也有提高。n增压已经成为发动机强化最有效的技术手段。现在学习的是第9页，共54页n三、优缺点n1优点：n在输出功率不变的情况下，可以使其缸数减少或气缸直径减小。n提高热效率，降低燃油消耗率。n减少排气污染和噪声n补偿高原功率损失现在学习的是第10页，共54页n2缺点：n增压发动机的机械负荷和热负荷都较大。n低速时由于排气能量不足，可能会使发动机的低速转矩受到影响，对车用发动机十分不利。n由于在涡轮增压器中，从排气能量的传递到进气压力的建立需要一定的时间，因而内燃机的加速响应性能较非增压机型差。n增压发动机性能的进一步优化受到增压器及中冷器的限制，其中增压器的问题集中在材料、耐热性能、润滑、效率等方面，而中冷器则要求体积小、效率高、质量轻。现在学习的是第11页，共54页现在学习的是第12页，共54页n四、典型增压方式的比较n1机械增压 结构特征：压气机的动力来自于曲轴，增压器为回转式、罗茨式、螺杆式、蜗旋式。特点：加速相应性好。低速时可以获得较好的扭矩。对排气系统无干扰。消耗发动机功率 噪声大、效率低 应用范围：增压度不高的发动机现在学习的是第13页，共54页n2排气涡轮增压n结构特征：排气驱动涡轮，带动压气机。n特点：可以利用排气的能量。高速性能优越，低速性能不佳。气体流动回路长，加速相应性能差。气体在涡轮中可以充分膨胀，排气噪声小。与排气后处理装置有冲突。n应用范围：功率大于35kW的发动机。现在学习的是第14页，共54页n3气波增压n结构特征：通过曲轴驱动的槽轮转子，利用排气压力波对进气压缩。n特点：需要的驱动功率较小，占1%。结构简单。低速扭矩大；适应性好；起到EGR作用，有利于排放。对进排气压力比较敏感。综合效率低，尺寸大、噪声大。现在学习的是第15页，共54页n4复合增压n结构特征：废气涡轮与机械增压并用。n特点：综合了两者的优点。起动时机械增压，高速时涡轮增压。起动性好，低速、低负荷时仍能保证增压压力。n应用范围：大型二冲程柴油机现在学习的是第16页，共54页 第二节废气涡轮增压第二节废气涡轮增压现在学习的是第17页，共54页一、基本工作原理现在学习的是第18页，共54页二、结构组成：是由废气驱动的涡轮和径流式压气机组成的，它们分别被安装在轴的两头并有各自的铸造壳体。轴本身被安装在中间壳中并由中间壳来支撑。中间壳的两侧分别同压气机壳和涡轮壳相连接，典型的涡轮增压器转速可以在100000转/分以上。现在学习的是第19页，共54页现在学习的是第20页，共54页现在学习的是第21页，共54页n涡轮涡轮涡轮部分是个向心式的径流或混流装置，由铸造的涡轮叶轮、叶轮隔热罩及涡轮壳组成，进气口位于涡轮壳的外直径处。废气流进涡轮，经叶轮叶片，从涡轮壳直径的中心部位流出。现在学习的是第22页，共54页n压气机压气机压气机部分是个离心式或径向外流式装置，由铸造的压气机叶轮、后盖板及压气机壳组成，进气口位于压气机壳直径的中心部位处。空气在压气机内向外流，经叶轮叫片，从压气机壳的外直径处流出。现在学习的是第23页，共54页n中间壳和转子中间壳和转子涡轮增压器卸去所连接的压气机壳和涡轮壳后剩下的部分称为中间壳和转子总成。中间壳（又称轴承壳）以一个精心设计的轴承系统来支撑压气机和涡轮的轮轮系统。现在学习的是第24页，共54页第三节涡轮增压器与发动机的匹配第三节涡轮增压器与发动机的匹配现在学习的是第25页，共54页 内燃机是往复式机械，而涡轮增压器是旋转式叶片机械，两者的特性曲线形状完全不同，为了在两者联合工作时能够获得良好的综合性能，就必须使彼此的特性曲线互相适应。这就是所谓的“匹配技术”。现在学习的是第26页，共54页一、涡轮增压器的选配要求n涡轮增压器的生产厂家大都是将涡轮增压器做成系列产品，供用户选择。在选择时，为保证内燃机与增压器具有良好的匹配性能，必须考虑以下几方面的内容：现在学习的是第27页，共54页n 1)内燃机应能达到预定的增压压力、空气质量流量、有效功率(动力性)、燃油消耗率(经济性指标)等要求。n 2)增压器的综合效率应达到该增压器所能达到的最佳值。在正常情况下，综合效率越高，则空气的质量流量越大、排温越低。现在学习的是第28页，共54页n3)涡轮增压器应在内燃机的各种工况下都能高效率地运行。内燃机与涡轮增压器的联合运行线应穿过压气机特性曲线的高效率区，且尽可能和压气机的等效率曲线相平行，同时与喘振线保持适当的距离。现在学习的是第29页，共54页n4)涡轮增压器和内燃机应能在各种工况下稳定、可靠地工作，无超越限制值以及其他异常现象。这里所谓的限制值对内燃机而言是指最高爆发压力、排温、烟度等，增压器的限制值为增压器的喘振线、速度等，以及压气机与涡轮机的堵塞线，涡轮入口温度限值等。现在学习的是第30页，共54页n5)对于车用发动机，还要求发动机的外特性具有足够的转矩储备、转速储备以及瞬态加速响应性能。现在学习的是第31页，共54页二、内燃机的增压改造n 为了适应增压的要求，内燃机的结构与工作参数要进行适当的改动。现在学习的是第32页，共54页n1压缩比与过量空气系数n 为了降低爆发压力，增压内燃机应适当降低压缩比。增压比越高，压缩比降低幅度越大，但过高的降幅会恶化内燃机的经济性能，而且会引起冷起动困难。对于汽油机而有，增压更容易诱发爆燃，故降低压缩比更是比较普通的选择。现在学习的是第33页，共54页n为了降低内燃机的热负荷和改善经济性，增压内燃机可适当加大过量空气系数。如车用非增压柴油机的过量空气系数一般较小，增压后一般将其增大1030。现在学习的是第34页，共54页n2供油系统n为了适应增压后功率增大的要求，需要增加每循环的供油量。n对于增压柴油机而言，为了使供油持续期近似不变，常采用以下方法：增大柱塞直径、增加供油速率、提高喷油压力、加大喷孔直径等，这些措施也保证了燃油喷注在空气密度提高的情况下有足够的贯穿距离。现在学习的是第35页，共54页n柴油机增压后，滞燃期缩短，可以适当地减小喷油提前角，可以限制最高爆发压力的增长。现在学习的是第36页，共54页n3配气系统n 利用增压压力比排气压力高的有利条件，应合理地加大气门叠开角，以增加气缸扫气，从而降低内燃机的热负荷。现在学习的是第37页，共54页n合理增大气门叠开角，除了降低发动机的热负荷以外，还有利于气缸内废气扫除和进气终点温度的降低，使充气效率提高。由于降低了排气温度，涡轮的工作条件也在一定程度上得到了改善。现在学习的是第38页，共54页n 4进排气系统n 进排气系统的没计，要与增压系统的要求相一致。n如脉冲系统，为了使排气期间各缸排气不致于互相干扰，要求排气管必须分支。同一排气管所连各缸内的排气不能重叠或尽可能地减小重叠。现在学习的是第39页，共54页n如发火次序为1-5-3-6-2-4的六缸机，可采用1、2、3缸和4、5、6缸各连一根排气管，每一根管内相邻两缸间的工作夹角为240(CA)，与排气脉冲波的持续时间大致相同，排气相互干扰不大。n 增压内燃机的进气管容积尽可能大一些，以减少进气压力的脉动，从而提高压气机效率和改善发动机的性能。现在学习的是第40页，共54页n 5增压空气的冷却n 将增压器出口空气进行冷却，一方面可以进一步提高内燃机进气管内空气的密度，从而提高内燃机的功率输出；另一方面可以降低内燃机压缩始点的温度和整个循环的平均温度，从而降低内燃机的排气温度、热负荷以及N02排放。现在学习的是第41页，共54页n对增压器出口空气进行冷却，称为中冷。n可以利用用循环冷却水或冷却风扇气流对增压后的空气进行冷却。n利用冷却风扇或车辆运行过程中所产生的高速气体流动来冷却增压空气的“空一空”中冷方式，可以获得比较好的冷却效果、且布置较为灵活，近年来在车用发动机上应用较多。现在学习的是第42页，共54页三、汽油机的增压技术n从排气能量利用的观点看，汽油机的涡轮增压与柴油机相比并没有本质的区别。n其普及性远不如柴油机。n原因：由于两种发动机在工作过程中的不同特点所决定的。n限制汽油机增压的主要技术障碍是爆燃、热负荷和增压器的特殊要求等方面。现在学习的是第43页，共54页n 1爆燃n汽油机增压后，由于混合气压缩始点的压力、温度增高，以及燃烧室受热零件热负荷提高等原因，将促使爆燃的发生。n必须采用降低压缩比、推迟点火时刻、采用进气中冷等技术措施，但相应会带来热效率下降、排温过高、成本增加等不利影响。n因此，汽油机的增压比一般比柴油机低得多，一般不超过2，功率最高增加幅度约为4050，而燃油经济性也不一定有所改善。现在学习的是第44页，共54页n2热负荷n汽油机的过量空气系数小燃烧温度高，膨胀比小，排气温度也比柴油机高200 300。增压后，汽油机的整体温度水平提高，热负荷问题加重。同时，为避免可燃混合气的损失，一般气门叠开角不大，燃烧室的扫气作用不明显，因此，增压汽油机的排气门、活塞、涡轮等处的热负荷均比增压柴油机严重。现在学习的是第45页，共54页n为此，汽油机在进行涡轮增压时，一般都采用涡轮前放气的调节方案，以抑制发动机高速、高负荷时增比压力的过度增长，这不仅是限制最高燃烧压力的需要，也是抑制爆燃、降低热负荷的需要。现在学习的是第46页，共54页n 4对增压器的特殊要求n 汽油机增压比低、流量范围广、热负荷高、最高转速高且转速变化范围大。这就要求增压器体积要小、耐高温性能要好、转动惯量要小，同时效率还要保证在一定的范围内，还要求有增压调节装置。苛刻的要求就造成它的成本比柴油机用增压器要高。现在学习的是第47页，共54页n汽油机增压技术的应用与进步，很大程度上取决于高性能涡轮增压器的发展情况。n在这方面，已有较多的适合于汽油机增压的涡轮增压器产品可供选择，此外，有些新技术还在进一步的发展中，如陶瓷涡轮转子、可变截面涡轮增压器等。现在学习的是第48页，共54页四、机械增压n与涡轮增压发动机相比，机械增压发动机历史较为悠久，且发动机具有较好的低速扭矩和加速相应性能，但由于高速时的增压器噪声和使用寿命问题，影响了它在发动机上的实际使用。现在学习的是第49页，共54页n近年来，机械增压重新得到了重视与发展，这是因为：n1)制造工艺水平和材料科学的进步，使现代机械增压器的体积与噪声大幅度降低，效率和使用寿命有很大的提高。现在学习的是第50页，共54页n 2)小排量发动机(如小于2L)采用涡轮增压难度很大，特别是难于找到合适的涡轮增压器，而采用机械增压，则可以获得比涡轮增压更好的动力、转矩甚至经济性能。现在学习的是第51页，共54页n3)对于排气管中安装有催化转化器或微粒捕集器等后处理装置的发动机，机械增压系统对排气系统不作任何改动，故比涡轮增压系统优越，更有利于有害排放物的消除。现在学习的是第52页，共54页n由于发动机与增压器之间是机械联系而不是流体联系，动态响应性能也较佳。试验表明，与相同流量的机械增压器相比，即使一些可变几何截面、陶瓷涡轮增压器，其产生最大增压压力所需的时间，也要比机械增压器多4倍。n正因为机械增压的这些优点，才使得有关的研究不断深入，并且已经有部分产品问世。n机械增压器在小排量汽油机中的进一步应用，将取决于机械增压器以及部分负荷控制技术的进步。现在学习的是第53页，共54页现在学习的是第54页，共54页