发动机废气涡轮增压学时讲稿.ppt

发动机废气涡轮增压学时第一页，讲稿共五十一页哦主要内容主要内容第一节第一节 概述概述第二节第二节 废气能量的利用废气能量的利用第三节第三节 废气涡轮增压器的基本结构和废气涡轮增压器的基本结构和 工作原理工作原理第四节第四节 废气涡轮增压的类型废气涡轮增压的类型第五节第五节 汽油机增压概述汽油机增压概述第六节第六节 车用增压发动机的性能车用增压发动机的性能第二页，讲稿共五十一页哦第一节第一节 概述概述1.增压是提高功率的有效途径增压是提高功率的有效途径2.增压度增压度3.增压比增压比4.增压系统的分类增压系统的分类按增压比分类按增压比分类 按增压系统的结构形式分类按增压系统的结构形式分类 第三页，讲稿共五十一页哦1.增压是提高功率的有效途径增压是提高功率的有效途径 大量实践证明，提高平均有大量实践证明，提高平均有效压力效压力pme是提高有效功率是提高有效功率Pe的的主要方法。主要方法。增大工质密度增大工质密度 ，是提高平均有效压力是提高平均有效压力pme的最有效方法。的最有效方法。增压、中冷增压、中冷第四页，讲稿共五十一页哦2.增压度增压度定义定义:发动机增压后增长的功率发动机增压后增长的功率(Pk-P0)与增与增 压前的功率压前的功率 P0 之比。之比。第五页，讲稿共五十一页哦3.增压比（增压比（压比压比）定义定义:增压后气体压力增压后气体压力pk与增压前气体压力与增压前气体压力p0 之比之比。发动机增压的衡量指标：增压度和增压比发动机增压的衡量指标：增压度和增压比第六页，讲稿共五十一页哦4.增压系统的分类增压系统的分类z按增压比按增压比低增压低增压 中增压中增压高增压高增压超高增压超高增压 z按增压系统按增压系统 的结构形式的结构形式机械增压系统机械增压系统废气涡轮增压系统废气涡轮增压系统复合式增压系统复合式增压系统组合式涡轮增压系统组合式涡轮增压系统气波增压系统气波增压系统 废气动力涡轮废气动力涡轮进气惯性增压系统进气惯性增压系统组合增压组合增压第七页，讲稿共五十一页哦(1)机械增压系统机械增压系统 压气机是由发动机的曲轴通压气机是由发动机的曲轴通过机械传动系统直接驱动的。过机械传动系统直接驱动的。主要用于对增压度要求不主要用于对增压度要求不高的发动机。高的发动机。缺点缺点:消耗发动机的功率，增消耗发动机的功率，增大驱动附件损失，使发动机机大驱动附件损失，使发动机机械效率下降，油耗升高。械效率下降，油耗升高。第八页，讲稿共五十一页哦(2)废气涡轮增压系统废气涡轮增压系统 l 涡轮与压气机同轴相涡轮与压气机同轴相连，从而构成涡轮增压连，从而构成涡轮增压器。器。l 涡轮在排气能量的推涡轮在排气能量的推动下旋转，带动压气机动下旋转，带动压气机工作，实现对进气的压工作，实现对进气的压缩。缩。目前世界上最成熟、目前世界上最成熟、应用最广泛的一项增应用最广泛的一项增压技术。压技术。第九页，讲稿共五十一页哦(3)复合式增压系统复合式增压系统 将废气动力涡轮将废气动力涡轮与废气涡轮增压器与废气涡轮增压器串联起来串联起来 工作。工作。废气涡轮增压器废气涡轮增压器达到增压的目的，达到增压的目的，废气动力涡轮将废废气动力涡轮将废气能量又送回给曲气能量又送回给曲轴。轴。第十页，讲稿共五十一页哦(4)组合式涡轮增压系统组合式涡轮增压系统由废气涡轮增压与由废气涡轮增压与进气惯性增压组成。进气惯性增压组成。除了驱动涡轮增压器除了驱动涡轮增压器外，借助进气惯性增压外，借助进气惯性增压系统，利用压力峰值可系统，利用压力峰值可进一步提高增压后的进进一步提高增压后的进气压力。气压力。第十一页，讲稿共五十一页哦(5)气波增压系统气波增压系统 由曲轴驱动一个特殊由曲轴驱动一个特殊转子，在转子中废气直转子，在转子中废气直接与空气接触，利用高接与空气接触，利用高压废气的脉冲气波迫使压废气的脉冲气波迫使空气在互不混合的情况空气在互不混合的情况下受到压缩，从而提高下受到压缩，从而提高进气压力。进气压力。第十二页，讲稿共五十一页哦增压的优势增压的优势1.比质量小、升功率大比质量小、升功率大2.降低造价、提高材料利用率降低造价、提高材料利用率 3.排气噪声降低、燃烧噪声降低排气噪声降低、燃烧噪声降低4.有利于高原等稀薄条件工作有利于高原等稀薄条件工作5.排放降低排放降低6.适用性广适用性广第十三页，讲稿共五十一页哦增压的代价增压的代价1.热负荷与机械负荷大热负荷与机械负荷大2.低速时转矩受影响低速时转矩受影响3.加速响应性差加速响应性差4.增压器对发动机性能优化有限制作用增压器对发动机性能优化有限制作用第十四页，讲稿共五十一页哦第二节第二节 废气能量的利用废气能量的利用1.废气的最大可用能废气的最大可用能 2.能量传递中的损失能量传递中的损失 3.废气涡轮增压系统的基本形式废气涡轮增压系统的基本形式4.影响脉冲能量利用的因素影响脉冲能量利用的因素 第十五页，讲稿共五十一页哦1.废气的最大可用能废气的最大可用能 第十六页，讲稿共五十一页哦进气过程进气过程混合加热循环混合加热循环排气过程排气过程柴油机柴油机第十七页，讲稿共五十一页哦压气机绝热压缩过程压气机绝热压缩过程压气机进气过程压气机进气过程压气机压气机第十八页，讲稿共五十一页哦废气涡轮的废气涡轮的进气过程进气过程废气涡轮的废气涡轮的排气过程排气过程涡轮涡轮绝热膨胀过程绝热膨胀过程第十九页，讲稿共五十一页哦（1）图中曲线所代表过程）图中曲线所代表过程（总结）（总结）1)aczzba为柴油机的理论循环为柴油机的理论循环；2)6a为柴油机的进气过程，为柴油机的进气过程，47为排气过程；为排气过程；3)12为压气机的进气过程，为压气机的进气过程，2a为压气机绝热为压气机绝热 压缩过程压缩过程；4)54T为废气涡轮的进气过程，为废气涡轮的进气过程，K21涡轮涡轮 排气过程排气过程。第二十页，讲稿共五十一页哦柴油机缸内气体膨胀柴油机缸内气体膨胀功功。柴油机换气功柴油机换气功 柴油机指示功柴油机指示功 第二十一页，讲稿共五十一页哦进入发动机气缸并留在进入发动机气缸并留在气缸内的空气的压缩耗气缸内的空气的压缩耗功。功。扫气空气的压缩扫气空气的压缩耗功，耗功，Es。压气机耗功压气机耗功第二十二页，讲稿共五十一页哦排气门打开时废气排气门打开时废气等熵膨胀至大气压等熵膨胀至大气压力时所作的功，力时所作的功，Eb 。废气流经排气门废气流经排气门和排气支管中自和排气支管中自由膨胀所能获得由膨胀所能获得的能量，的能量，E1。废气在涡轮中进一步膨胀废气在涡轮中进一步膨胀所回收的能量，所回收的能量，ET。柴油机排气能量柴油机排气能量 第二十三页，讲稿共五十一页哦扫气空气进入涡轮后扫气空气进入涡轮后具有的能量，具有的能量，。活塞推出废气使废气增活塞推出废气使废气增加的能量，加的能量，Ec。废气在涡轮中的膨胀废气在涡轮中的膨胀功，功，ET。加热废气，使焓增加加热废气，使焓增加而得到的附加能量，而得到的附加能量，Eq。涡轮中废气的总能量涡轮中废气的总能量 第二十四页，讲稿共五十一页哦（2）各部分面积所代表能量）各部分面积所代表能量（总结）（总结）1)面积面积12a31为压气机耗功；为压气机耗功；2)面积面积aczzba为柴油机缸内气体膨胀功，面积为柴油机缸内气体膨胀功，面积6a476为柴油机换气正功；为柴油机换气正功；3)面积面积b9Kb为柴油机排气门打开时废气等熵膨胀至为柴油机排气门打开时废气等熵膨胀至大气压力时所作的功；大气压力时所作的功；4)面积面积1KT51为涡轮中废气的总能量为涡轮中废气的总能量。第二十五页，讲稿共五十一页哦第二十六页，讲稿共五十一页哦排气门打开时废气排气门打开时废气等熵膨胀至大气压等熵膨胀至大气压力时所作的功，力时所作的功，Eb。活塞推出废气使废气活塞推出废气使废气增加的能量，增加的能量，Ec 。扫气空气所具有扫气空气所具有的能量的能量 ，。第二十七页，讲稿共五十一页哦（3）最大可用能）最大可用能（总结）（总结）1)柴油机排气门打开时废气等熵膨胀至大气压力时柴油机排气门打开时废气等熵膨胀至大气压力时 所作的功，面积所作的功，面积b9Kb；2)活塞推出废气使废气增加的能量，面积活塞推出废气使废气增加的能量，面积8-9-4-7-8；3)扫气空气所具有的能量，面积扫气空气所具有的能量，面积1-8-6-3-1。第二十八页，讲稿共五十一页哦排气门打开时废气排气门打开时废气等熵膨胀至大气压等熵膨胀至大气压力时所作的功，力时所作的功，Eb。活塞推出废气使废气活塞推出废气使废气增加的能量，增加的能量，Ec 。扫气空气所具有扫气空气所具有的能量的能量 ，。废气流经排气门和废气流经排气门和排气支管中自由膨排气支管中自由膨胀所能获得的能量，胀所能获得的能量，E1。第二十九页，讲稿共五十一页哦2.能量传递中的损失能量传递中的损失 流经排气门处的节流损失；流经排气门处的节流损失；流经各种缩口处的节流损失；流经各种缩口处的节流损失；管道面积突扩时的流动损失；管道面积突扩时的流动损失；不同参数气流掺混和撞击形成的损失；不同参数气流掺混和撞击形成的损失；由于气体的粘性而形成的摩擦损失；由于气体的粘性而形成的摩擦损失；气流向外界散热所形成的能量损失。气流向外界散热所形成的能量损失。约占总损失的约占总损失的60%70%第三十页，讲稿共五十一页哦3.废气涡轮增压系统的基本形式废气涡轮增压系统的基本形式 从对废气中可用能量从对废气中可用能量E1的利用的利用情况，增压系统可分为两种基本情况，增压系统可分为两种基本形式：形式：定压定压涡轮增压系统涡轮增压系统 脉冲脉冲涡轮增压系统涡轮增压系统 第三十一页，讲稿共五十一页哦3.废气涡轮增压系统的基本形式废气涡轮增压系统的基本形式 不利用不利用E1尽可能尽可能利用利用E1第三十二页，讲稿共五十一页哦定压增压系统和脉冲增压系统的比较：定压增压系统和脉冲增压系统的比较：废气能量的利用效果废气能量的利用效果 发动机气缸内的扫气作用发动机气缸内的扫气作用 发动机的加速性能发动机的加速性能 增压器效率增压器效率 增压系统的结构增压系统的结构 第三十三页，讲稿共五十一页哦增压系统的选择原则增压系统的选择原则 l l低低增压时，选择脉冲增压系统；增压时，选择脉冲增压系统；增压时，选择脉冲增压系统；增压时，选择脉冲增压系统；l l高高高高增压时，两种都可以选择，具体应根据实际情增压时，两种都可以选择，具体应根据实际情况综合考虑（定压增压系统适用于高增压而大部况综合考虑（定压增压系统适用于高增压而大部分时间在高负荷运转的发动机，脉冲增压系统适分时间在高负荷运转的发动机，脉冲增压系统适用于变速、变负荷运行较多的场合）用于变速、变负荷运行较多的场合）。第三十四页，讲稿共五十一页哦4.影响脉冲能量利用的因素影响脉冲能量利用的因素 因因 素素排气门开启定时排气门开启定时排气门流通面积排气门流通面积排气门开启规律排气门开启规律排气管流通面积排气管流通面积排气管长度排气管长度涡轮当量流通面积涡轮当量流通面积 脉冲增压系统就是要脉冲增压系统就是要尽可能地利用尽可能地利用脉冲能量，而脉冲能量的脉冲能量，而脉冲能量的利用主要取决于排气管中利用主要取决于排气管中压力波压力波的合理组织。的合理组织。了解！了解！第三十五页，讲稿共五十一页哦第三节第三节 废气涡轮增压器废气涡轮增压器的基本结构和工作原理的基本结构和工作原理第三十六页，讲稿共五十一页哦种类：种类：按废气在涡轮中不同地流动方向分：按废气在涡轮中不同地流动方向分：径流式涡径流式涡轮增压器轮增压器轴流式涡轴流式涡轮增压器轮增压器离心式离心式压气机压气机径流式径流式涡轮涡轮中间体中间体第三十七页，讲稿共五十一页哦u 径流式涡轮机径流式涡轮机组成组成工作原理工作原理 特性曲线特性曲线 u 离心式压气机离心式压气机组成组成工作原理工作原理 特性曲线特性曲线 主要内容主要内容第三十八页，讲稿共五十一页哦一、径流式涡轮一、径流式涡轮1.作用作用 将排气所拥有的能量尽可能多地转化为涡轮旋转将排气所拥有的能量尽可能多地转化为涡轮旋转的的机械功机械功，进而传给与之同轴的压气机，通过压气，进而传给与之同轴的压气机，通过压气机尽可能的增加新鲜充量所具有的能量。机尽可能的增加新鲜充量所具有的能量。2.组成组成进气蜗壳、喷嘴环、工作轮、出气道等。进气蜗壳、喷嘴环、工作轮、出气道等。第三十九页，讲稿共五十一页哦第四十页，讲稿共五十一页哦 将发动机与增压器连接起来，将发动机与增压器连接起来，把发动机排出的具有一定能量把发动机排出的具有一定能量的废气，以尽量小的流动损失的废气，以尽量小的流动损失和尽量均匀的分布引导到涡轮和尽量均匀的分布引导到涡轮喷嘴环的入口。喷嘴环的入口。截面按一定规律变化，进口截面按一定规律变化，进口多个。多个。第四十一页，讲稿共五十一页哦 使具有一定压力和温度的排使具有一定压力和温度的排气膨胀加速并按规定的方向进入气膨胀加速并按规定的方向进入工作叶轮；工作叶轮；流通截面呈渐缩形。流通截面呈渐缩形。第四十二页，讲稿共五十一页哦 与压气机的工作轮同轴，把与压气机的工作轮同轴，把从喷嘴环喷出的高速排气的能量从喷嘴环喷出的高速排气的能量转化为机械能向压气机输出。转化为机械能向压气机输出。第四十三页，讲稿共五十一页哦 将做功完了的废气引出增将做功完了的废气引出增压器。压器。第四十四页，讲稿共五十一页哦3.工作原理工作原理1234（渐缩）（渐缩）（渐缩）（渐缩）第四十五页，讲稿共五十一页哦4.特性曲线特性曲线（1）涡轮效率）涡轮效率 Def：涡轮将废气能量转换为机械功的有效程度。：涡轮将废气能量转换为机械功的有效程度。涡轮机轴上的有用功涡轮机轴上的有用功废气所拥有的能量废气所拥有的能量第四十六页，讲稿共五十一页哦（2）膨胀比）膨胀比 Def：涡轮进口气体：涡轮进口气体滞止压力滞止压力 与涡轮出口气体与涡轮出口气体 静压力静压力 之比之比 滞止过程：滞止过程：气体在流动过程中，因受到某种物体的阻碍，流速降低气体在流动过程中，因受到某种物体的阻碍，流速降低为零的过程称为滞止过程。气流滞止时的压力和温度分别称为为零的过程称为滞止过程。气流滞止时的压力和温度分别称为滞止压滞止压力力和和滞止温度滞止温度。静压力静压力：空气分子不规则运动而撞击于管壁上产生的压力。：空气分子不规则运动而撞击于管壁上产生的压力。第四十七页，讲稿共五十一页哦（3）气体质量流量）气体质量流量 Def：单位时间内通过涡轮的气体质量。：单位时间内通过涡轮的气体质量。相似流量：相似流量：（4）涡轮转速）涡轮转速 相似相似转转速：速：第四十八页，讲稿共五十一页哦（5）涡轮的特性曲线）涡轮的特性曲线 涡轮的特性：涡轮在变涡轮的特性：涡轮在变工况运行时，气流参数之工况运行时，气流参数之间的关系。间的关系。涡轮的阻塞现象。涡轮的阻塞现象。第四十九页，讲稿共五十一页哦二、离心式压气机二、离心式压气机1.组成组成进气道进气道工作轮工作轮扩压器扩压器出气蜗壳出气蜗壳第五十页，讲稿共五十一页哦2.工作原理工作原理1234（n高）高）（渐扩）（渐扩）（渐扩）（渐扩）第五十一页，讲稿共五十一页哦