内燃机的换气过程精选PPT.ppt

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1、关于内燃机的换气过程第1页，讲稿共170张，创作于星期日1第五节第五节 内燃机的增压内燃机的增压内内燃燃机机所所能能发发出出的的最最大大功功率率受受到到气气缸缸内内所所能能燃燃烧烧的的燃燃料料的的限限制制，而而燃燃料料量量又又受受到到每每个个循循环环内内气气缸缸所所能能吸吸人人空空气气量量的的限限制制。如如果果空空气气能能在在进进入入气气缸缸前前得得到到压压缩缩而而使使其其密密度度增增大大、则则同同样样的的气气缸缸工工作作容容积积可可以以容容纳纳更更多多的的新新鲜鲜充充量量，从从而而就就可可以以多多供供给给燃燃料料，得得到到更更大大的的输输出出功功率率。这这就就是是增增压压的的基基本目的本目的

2、。内内燃燃机机的的增增压压问问题题，涉涉及及到到增增压压器器本本身身、增增压压器器与与内内燃燃机机的的匹匹配配以以及及内内燃燃机机为为适适应应增增压压需需要要而而进进行的必要调整等内容，行的必要调整等内容，第2页，讲稿共170张，创作于星期日2第3页，讲稿共170张，创作于星期日3第4页，讲稿共170张，创作于星期日4第5页，讲稿共170张，创作于星期日5第6页，讲稿共170张，创作于星期日6内容提要一、增压技术概述一、增压技术概述二二 、内燃机的增压方式、内燃机的增压方式三、增压对经济性及动力性能的影响三、增压对经济性及动力性能的影响四、发动机增压技术的优势与代价四、发动机增压技术的优势与代

3、价五、涡轮增压器的工作特性五、涡轮增压器的工作特性六、排气涡轮增压系统简介六、排气涡轮增压系统简介七、涡轮增压器与发动机的匹配七、涡轮增压器与发动机的匹配八、内燃机的增压改造八、内燃机的增压改造九、汽油机的增压技术九、汽油机的增压技术第7页，讲稿共170张，创作于星期日7增增压压技技术术萌萌生生于于1919世世纪纪，在在2020世世纪纪初初期期得得到到初初步步应应用用。随随着着材材料料科科学学及及制制造造技技术术的的进进步步，柴柴油油机机的的涡涡轮轮增增压压技技木木在在2020世世纪纪中中叶叶开开始始走走向向大大规规模模商商业业应应用用、并并逐逐步步推推广广到到汽汽油油机机中中。目目前前，大大

4、功功率率柴柴油油机机的的绝绝大大部部分分、车车用用柴柴油油机机的的半半数数以以上上以以及及相相当当比比例例的的高高性性能能汽汽油油机机，均采用了增压技术。均采用了增压技术。一一般般而而言言，增增压压后后的的功功率率可可比比原原机机提提高高40%60%40%60%甚甚至至更更多多。发发动动机机的的平平均均有有效效压压力力可可达达到到3MPa3MPa。事事实实上上，增增压压已已经经成成为为发发动动机机强强化的一个十分重要而有效的技术手段。化的一个十分重要而有效的技术手段。一、增压技术概述一、增压技术概述第8页，讲稿共170张，创作于星期日8二二 、内燃机的增压方式、内燃机的增压方式 根据方式的不同

5、，内燃机增压可以分成四种类型：根据方式的不同，内燃机增压可以分成四种类型：(1)(1)机机械械增增压压 发发动动机机输输出出轴轴直直接接驱驱动动机机械械增增压压器器，实实现现对对进进气的压缩。这种方式提出最早，但其优点与缺点同样突出。气的压缩。这种方式提出最早，但其优点与缺点同样突出。(2)(2)排排气气涡涡轮轮增增压压 压压气气机机与与涡涡轮轮同同轴轴相相连连，构构成成涡涡轮轮增增压压器器。涡轮在排气能量的推动下旋转，带动压气机工作，实现进气增压。涡轮在排气能量的推动下旋转，带动压气机工作，实现进气增压。(3)(3)气气波波增增压压 利利用用进进气气及及排排气气系系统统中中的的波波动动效效应

6、应来来压压缩缩进进气气，著名的气波增压器著名的气波增压器(Comprex)(Comprex)就是其中之一。就是其中之一。(4)(4)复复合合增增压压 由由上上述述各各种种方方式式组组合合而而成成，如如机机械械增增压压与与涡涡轮轮增压的结合等。增压的结合等。从从实实际际应应用用的的情情况况来来看看，较较为为常常见见的的是是涡涡轮轮增增压压和和机机械械增增压压，其其中中涡涡轮轮增增压压占占了了绝绝大大部部分分，而而机机械械增增压压则则在在近近年年来重新得到重视，发展较快。来重新得到重视，发展较快。第9页，讲稿共170张，创作于星期日9（一）机械增压系统（一）机械增压系统 增压器由增压器由柴油机直接

7、驱动柴油机直接驱动的增压系统称为机械增压系统。的增压系统称为机械增压系统。此时驱动增压器所需的能量由此时驱动增压器所需的能量由柴油机本身柴油机本身提供。提供。福特增压式6.8升V-10氢内燃发动机 第10页，讲稿共170张，创作于星期日10图图1-l 机械增压系统图机械增压系统图 1-排气管；2-柴油机气缸；3-曲轴；4-齿轮；5-压气机；6-进气管 系统中的增压器采用离心式，转瓣式（罗茨式）、或其它型式的机械泵，由柴油机曲轴通过齿轮等传动机构直接驱动或利用十字头往复运动来带动。机械增压工作原理图 第11页，讲稿共170张，创作于星期日11第12页，讲稿共170张，创作于星期日12优点：优点：

8、机械增压的特征，除了在低转速便可获得增压外，增压的动力机械增压的特征，除了在低转速便可获得增压外，增压的动力输出也与曲轴转速成一定的比例，即机械增压引擎的油门反应随着转速输出也与曲轴转速成一定的比例，即机械增压引擎的油门反应随着转速的提高，动力输出随之增强，因此机械增压引擎的操作感觉与自然气极的提高，动力输出随之增强，因此机械增压引擎的操作感觉与自然气极为相似，却能拥有较大的马力与扭力。为相似，却能拥有较大的马力与扭力。缺点：缺点：机械增压系统驱动增压器要消耗柴油机的有效功率，增压压机械增压系统驱动增压器要消耗柴油机的有效功率，增压压力越高，驱动增压器所消耗的功率也越大。当达到一定增压压力后，

9、力越高，驱动增压器所消耗的功率也越大。当达到一定增压压力后，增压器所消耗的功率将超过柴油机由于增压而提高的功率。增压器所消耗的功率将超过柴油机由于增压而提高的功率。因此机械增压系统只适用于低增压柴油机，一般单独机械增压因此机械增压系统只适用于低增压柴油机，一般单独机械增压压力不超过压力不超过0.150.17。这种增压系统制造容易、成本低，运转。这种增压系统制造容易、成本低，运转范围宽，柴油机加速和加载性能较好，且在启动与低速运转时也范围宽，柴油机加速和加载性能较好，且在启动与低速运转时也能获得一定的进气压力，因而机械增压在轿车发动机上的应用重能获得一定的进气压力，因而机械增压在轿车发动机上的应

10、用重新受到关注。新受到关注。机械增压系统的优缺点机械增压系统的优缺点第13页，讲稿共170张，创作于星期日13（二）废气涡轮增压系统（二）废气涡轮增压系统 增压器由柴油机排气驱动的废气涡轮所带动的增压系统增压器由柴油机排气驱动的废气涡轮所带动的增压系统称为废气涡轮增压系统称为废气涡轮增压系统。中冷涡轮增压涡轮增压kavachi发动机 第14页，讲稿共170张，创作于星期日14图图1-2 废气涡轮增压系统废气涡轮增压系统 1-排气管；排气管；2-柴油机气缸；柴油机气缸；3-压气机；压气机；4-进气管；进气管；5-涡轮涡轮该系统中的增压器由废气涡轮和压气该系统中的增压器由废气涡轮和压气机两部分组成

11、，称为废气涡轮增压器。机两部分组成，称为废气涡轮增压器。驱动增压器所需的功率由柴油机的排驱动增压器所需的功率由柴油机的排气能量来提供，即柴油机的排气驱动气能量来提供，即柴油机的排气驱动涡轮增压器的涡轮，由涡轮带动同轴涡轮增压器的涡轮，由涡轮带动同轴上的压气机来压缩空气，经进气管送上的压气机来压缩空气，经进气管送入气缸。入气缸。第15页，讲稿共170张，创作于星期日15（三）复合增压系统compound-super-charged diesel engine采用机械增压器和废气涡轮增压器联合工作的增压系统称为复合增压系统。串联增压系统 并联增压系统 第16页，讲稿共170张，创作于星期日16串联

12、增压系统图图1-3 串联增压系统串联增压系统 第17页，讲稿共170张，创作于星期日17（四）气波增压气波增压器是利用气体的压缩波和气波增压器是利用气体的压缩波和膨张波来传递能量的一种增压器。膨张波来传递能量的一种增压器。它由一个转子和两个定子组成它由一个转子和两个定子组成(图图16)。从发动机排出的高压燃气。从发动机排出的高压燃气流经定子，在转子中对空气进行压流经定子，在转子中对空气进行压缩。被压缩的空气压力、温度升高缩。被压缩的空气压力、温度升高后、从另一定子进入气缸。同时，后、从另一定子进入气缸。同时，空气对高压燃气产生一个膨胀波、空气对高压燃气产生一个膨胀波、使燃气压力、温度下降。低压

13、燃气使燃气压力、温度下降。低压燃气从原来的定子排入大气。转子由发从原来的定子排入大气。转子由发动机曲轴通过传动装置驱动，约消动机曲轴通过传动装置驱动，约消耗整机有效功率耗整机有效功率10一一15。图图1-6 气波增压器工作原理图气波增压器工作原理图第18页，讲稿共170张，创作于星期日18与涡轮增压相比 优点：低速运行特性、经济性、加速性 结构简单，制造方便缺点：结构尺寸较大，在发动机的安装位置受到一定的限制 躁声较大 第19页，讲稿共170张，创作于星期日19 从第二章中可知，内燃机的动力性指标(以有效功率Pe为代表)与经济性指标（以有效燃油消耗率be为代表）可以表示为 (47)(48)三、

14、增压对经济性及动力性能的影响第20页，讲稿共170张，创作于星期日20假设增压后发动机转速假设增压后发动机转速n和过量空气系数和过量空气系数a保持不变保持不变增增压压后后换气过程形成正的泵气功，换气过程形成正的泵气功，指示热效率指示热效率it增加增加增压度增加，增压度增加，m增加增加增压度增加，增压度增加，a增加增加增压度增加，增压度增加，c增加增加所所以以Pebe第21页，讲稿共170张，创作于星期日21四、发动机增压技术的优势与代四、发动机增压技术的优势与代价价优势优势代价代价第22页，讲稿共170张，创作于星期日22第23页，讲稿共170张，创作于星期日23优势优势1)1)增压器的质量与

15、尺寸都较小，内燃机的总增压器的质量与尺寸都较小，内燃机的总体质量增加不大，而输出功率可以以得到大体质量增加不大，而输出功率可以以得到大幅度的提高，整机的比质量减小、升功率相幅度的提高，整机的比质量减小、升功率相应增大。采用增压技术可降低内燃机单位功应增大。采用增压技术可降低内燃机单位功率的造价，提高材料的利用率。对于大型柴率的造价，提高材料的利用率。对于大型柴油机而言，经济效益更加突出。油机而言，经济效益更加突出。第24页，讲稿共170张，创作于星期日24优势优势2)2)由于与非增压内燃机相比，排气可以在由于与非增压内燃机相比，排气可以在涡轮中获得进一步的膨胀，的排气噪声有涡轮中获得进一步的膨

16、胀，的排气噪声有所降低。所降低。第25页，讲稿共170张，创作于星期日25优势优势3)3)增压后，有利于内燃机在高原稀薄增压后，有利于内燃机在高原稀薄空气条件下恢复功率，以达到或接近空气条件下恢复功率，以达到或接近平原性能。平原性能。第26页，讲稿共170张，创作于星期日26优势优势4)4)增压后，由于压缩终点温度与压力提增压后，由于压缩终点温度与压力提高，滞燃期缩短，压力升高比有所降低。高，滞燃期缩短，压力升高比有所降低。燃烧柔和，燃烧噪声有所降低。燃烧柔和，燃烧噪声有所降低。第27页，讲稿共170张，创作于星期日27优势优势5)5)过量空气系数较大，过量空气系数较大，HCHC、COCO和烟

17、和烟度排放降低度排放降低第28页，讲稿共170张，创作于星期日28优势优势6)6)技术适用性广，从低速到高速、二冲技术适用性广，从低速到高速、二冲程到四冲程、大缸径到小缸径都有应程到四冲程、大缸径到小缸径都有应用用第29页，讲稿共170张，创作于星期日29代价代价1)1)增增压压后后缸缸内内工工作作压压力力以以及及温温度度提提高高，机机械械负负荷荷及及热热负负荷荷加加大，内燃机的可靠性受到严峻的考验。大，内燃机的可靠性受到严峻的考验。2)2)低低速速时时由由于于排排气气能能量量不不足足，可可能能会会使使发发动动机机的的低低速速转转矩矩受受到到影响以及车用发动机十分不利。影响以及车用发动机十分不

18、利。3)3)由由于于在在涡涡轮轮增增压压器器中中，从从排排气气能能量量的的传传递递到到进进气气压压力力的的建立需要内燃机的加速响应性能较非增压机型差。建立需要内燃机的加速响应性能较非增压机型差。4)4)增增压压发发动动机机性性能能的的进进一一步步优优化化受受到到增增压压器器及及中中冷冷器器的的限限制制，其其中中增增压压器器的的问问题题集集中中在在材材料料、耐耐热热性性能能、润润滑滑、效效率率等等方方面面，而中冷器则要求体积小、效率高、质量轻。而中冷器则要求体积小、效率高、质量轻。第30页，讲稿共170张，创作于星期日30采用增压发动机的利弊：利：有效功率 30%50%燃油消耗率 10%排气净化

19、、降低躁声，使在高原工作 的内燃机恢复功率 弊：机械负荷 热负荷 排温要650度 压缩空气温度高，要采用中冷器 发动机要做相应的改造第31页，讲稿共170张，创作于星期日31内容提要一、增压技术概述一、增压技术概述二二 、内燃机的增压方式、内燃机的增压方式三、增压对经济性及动力性能的影响三、增压对经济性及动力性能的影响四、发动机增压技术的优势与代价四、发动机增压技术的优势与代价五、涡轮增压器的工作特性五、涡轮增压器的工作特性六、排气涡轮增压系统简介六、排气涡轮增压系统简介七、涡轮增压器与发动机的匹配七、涡轮增压器与发动机的匹配八、内燃机的增压改造八、内燃机的增压改造九、汽油机的增压技术九、汽油

20、机的增压技术第32页，讲稿共170张，创作于星期日32涡轮增压器由压气机和涡轮两大部分组成。根据排气在涡轮中流动方向的不同，排气涡轮增压器可以分为两大类，即径流式涡轮增压器和轴流式涡轮增压器。一般大型柴油机多采用轴流式，以满足大流量、高效率的要求；而车用发动机多采用径流式，以适应高转速及较高响应性能的要求。增压器的压气机部分，一般都采用单级离心式结构。五、涡轮增压器的工作特性第33页，讲稿共170张，创作于星期日33按涡轮型式分类（轴流式和径流式）大型增压器多采用轴流式涡轮（即燃气在涡轮内的流动方向平行于转子轴方向）图图2-1 轴流式涡轮示意图轴流式涡轮示意图 图图2-2 径流式涡轮示意图径流

21、式涡轮示意图1-气壳；2-工作轮；3-涡轮轴；4-喷嘴环；5-进气壳 a）向心式（径向进气轴相排气）；b）离心式；c）混流式 1-进气壳；2-喷嘴环；3-工作轮；4-排气壳；5-涡轮轴小型增压器则采用径流式涡轮（燃气在涡轮内沿垂直于转子轴轴线的径向流动）五、涡轮增压器的工作特性第34页，讲稿共170张，创作于星期日34第35页，讲稿共170张，创作于星期日351.离心式压气机的工作过程五、涡轮增压器的工作特性离心式压气机的功离心式压气机的功用是提高气体的压用是提高气体的压力，它主要由进气力，它主要由进气道、工作轮道、工作轮(含手含手风轮风轮)、扩压器和、扩压器和出气蜗壳等部件组出气蜗壳等部件组

22、成。成。1 进气道 2 工作叶轮3 扩压器 4 压气机涡壳 离心式压气机结构 第36页，讲稿共170张，创作于星期日361.离心式压气机的工作过程压气机通道内气体状态的变化 五、涡轮增压器的工作特性第37页，讲稿共170张，创作于星期日37首先，新鲜充量沿截面收缩的轴向进气道进人工作轮气首先，新鲜充量沿截面收缩的轴向进气道进人工作轮气流略有加速流略有加速(图图414b414b中的位置中的位置1)1)。然后，气流进人工作。然后，气流进人工作轮上叶片组成的气流通道。由于工作轮的转速很高轮上叶片组成的气流通道。由于工作轮的转速很高(一般一般为每分钟几万转有时高达每分钟几十万转为每分钟几万转有时高达每

23、分钟几十万转)，离心力的，离心力的作用使得新鲜充量得到了很大的压缩，其压力、温度以作用使得新鲜充量得到了很大的压缩，其压力、温度以及气流速度均有较大程度的增加及气流速度均有较大程度的增加(图中位置图中位置2)2)，这部分能，这部分能量是由驱动工作轮的机械功转化而来，而机械功又是来量是由驱动工作轮的机械功转化而来，而机械功又是来源于与之间轴铀相连的涡轮。源于与之间轴铀相连的涡轮。第38页，讲稿共170张，创作于星期日38然然后后，压压力力提提高高了了的的气气体体沿沿y y作作轮轮径径向向流流出出，进进人人扩扩压压器器和和出出气气蜗蜗壳壳。由由于于两两者者均均是是截截面面逐逐渐渐增增大大的的通通道

24、道，气气体体所所拥拥有有动动能能的的大大部部分分会会在在其其中中转转变变为为压压力力能能、这这样样，压压力力得得以以进进一一步步升升高高而而气气流流速速度度则则相相应应下下降降(图图中中位位置置3 3、4)4)：同同时时，出出气气蜗蜗壳壳还还兼兼有有收收集集流流出出的的气气体体以以便便向向内内燃燃机机进进气气管管输输送送的的目目的。的。由由此此可可见见，新新鲜鲜充充量量在在压压气气机机中中完完成成了了一一系系列列的的功功能能转转换换，并并将将涡涡轮轮机机传传给给压压气气工工作作轮轮的的机机械械能能，尽尽可可能能多多地地转转变变为为充充量的压力能。量的压力能。第39页，讲稿共170张，创作于星期

25、日39*-压气机的流量特性压气机的通流特性是指在压气机的通流特性是指在一定环境条件下（一定环境条件下（、为一定时），在某一为一定时），在某一转速转速时，时，增压比增压比和和效率效率随随流量流量而变化的关系曲线。以流而变化的关系曲线。以流量为横坐标，增压比和效量为横坐标，增压比和效率为纵坐标，转速为参变率为纵坐标，转速为参变数绘出压气机的流量特性数绘出压气机的流量特性曲线。曲线。效率和流量的关系效率和流量的关系曲线以曲线以等效率等效率线的形式画线的形式画在增压比和流量的关系曲在增压比和流量的关系曲线上，线上，以便于分析。以便于分析。压气机流量特性压气机流量特性 2.离心式压气机的特性离心式压气机

26、的特性曲线离心式压气机的特性曲线五、涡轮增压器的工作特性第40页，讲稿共170张，创作于星期日40压气机特性曲线的变化主要特点：压气机特性曲线的变化主要特点：2较低转速较低转速时，增压特性线变化较时，增压特性线变化较平坦平坦；转速愈高转速愈高，则增压特性线变化，则增压特性线变化愈愈陡削陡削，这说明在，这说明在高转速高转速时，时，较小的流量较小的流量变化所对应的增压比的变化较大变化所对应的增压比的变化较大。1.1.在在等等转转速速运行运行线线上，随着上，随着空气流空气流量量的的增加增加，增压比增压比开始开始时是时是增加增加的，的，当增加至某一值时，当增加至某一值时，达最大值达最大值。之后。之后再

27、增压再增压便便逐渐下降逐渐下降，所以，增压特性，所以，增压特性线似线似马鞍形状马鞍形状。由图中还可看出，由图中还可看出，在等转速运行线上，在等转速运行线上，效率效率随流量的随流量的变化也大致与增压特性线变化也大致与增压特性线相似相似。第41页，讲稿共170张，创作于星期日413有一条喘振线。它是不同有一条喘振线。它是不同转速下压气机稳定运转的转速下压气机稳定运转的最小流量点的连线，即压最小流量点的连线，即压气机稳定运转的边界线。气机稳定运转的边界线。喘振线以左为喘振区喘振线以左为喘振区,此时此时压气机工作不稳定。流过压气机工作不稳定。流过压气机的气流开始振荡，压气机的气流开始振荡，严重时，整台

28、压气机发生严重时，整台压气机发生振动并伴随着特殊的尖叫振动并伴随着特殊的尖叫声。这种现象称为喘振现声。这种现象称为喘振现象。喘振线以右为稳定工象。喘振线以右为稳定工作区。最小流量点的数值作区。最小流量点的数值是随着转速的升高向增大是随着转速的升高向增大的方向移动。的方向移动。第42页，讲稿共170张，创作于星期日42*压气机流量特性的成因压气机流量特性的成因以径向叶轮为例，如压气机进出口气流速度相同，在没有流以径向叶轮为例，如压气机进出口气流速度相同，在没有流动损失情况下，有效功完全用来压缩空气，即动损失情况下，有效功完全用来压缩空气，即 而 为为叶叶轮轮出口出口处处的的轮轮周速度周速度 为为

29、功率系数功率系数 压比与绝热压缩功的关系为：压比与绝热压缩功的关系为：可可见见，增增压压比比与流量无关与流量无关，在特性曲线上是一条与横坐标平行的，在特性曲线上是一条与横坐标平行的（a-a）直线。）直线。2.离心式压气机的特性第43页，讲稿共170张，创作于星期日43可可见见，增，增压压比比与流量无关，在特性曲线上是一条与横坐标平行的与流量无关，在特性曲线上是一条与横坐标平行的（a-a）直线。但实际流动是有损失的，而且这种损失与流动最直）直线。但实际流动是有损失的，而且这种损失与流动最直接合关。这些损失有以下两部分。接合关。这些损失有以下两部分。1流流动损动损失失 包括包括摩檫摩檫损损失、失、

30、涡涡流流损损失失等。等。这这种种损损失以失以 表示，表示，与与气流速度气流速度c有关。当流量有关。当流量增大增大，c必然必然加快加快，相应相应增增大大。则相应用来提高压力的。则相应用来提高压力的绝热压缩功减少，压比降低。绝热压缩功减少，压比降低。所以，在特性线上、计及流动所以，在特性线上、计及流动损失后的压比线为损失后的压比线为bb所示所示第44页，讲稿共170张，创作于星期日442撞击损失当压气机离开设计工况时，气流角度和叶片的几何角度不能保持一致，产生撞击现象。计及撞击损失后，压比与流量的关系线用cBc来表示。第45页，讲稿共170张，创作于星期日45如图所示，当流量如图所示，当流量增大增

31、大时，入口轴向分速时，入口轴向分速增大增大，而，而定，则气定，则气流撞击入口边的背面；当流量减小时，入口轴向分速减小，而不变，则撞流撞击入口边的背面；当流量减小时，入口轴向分速减小，而不变，则撞击入口边的凹面。说明只要气流偏离设计工况，都会产生撞击损失。击入口边的凹面。说明只要气流偏离设计工况，都会产生撞击损失。图2-10转速不变、流量变化时叶轮入口处的撞击现象 （a）设计工况 （b）流量增大增大 （c）流量减小减小第46页，讲稿共170张，创作于星期日46*压气机的喘振与堵塞压气机的喘振与堵塞2.离心式压气机的特性流量流量过小过小过大过大喘振喘振堵塞堵塞当压气机的流量过小当压气机的流量过小,

32、气体会在叶气体会在叶轮或扩压器入口出现边界层分离轮或扩压器入口出现边界层分离,导致气体回流导致气体回流.分离涡流迅速扩展分离涡流迅速扩展到压气机通道的其他部分到压气机通道的其他部分,气流出气流出现强烈的振荡现强烈的振荡,引起工作轮叶片强引起工作轮叶片强烈振动烈振动,产生很大的噪音产生很大的噪音,为压气机为压气机的喘振的喘振.当流量超过设计工况到一定数值后当流量超过设计工况到一定数值后,压压气机的增压比和效率均急剧下降气机的增压比和效率均急剧下降,而流而流量却不再增加量却不再增加,这一现象称为压气机的这一现象称为压气机的堵塞堵塞.设计或选配时保证压气机具有宽广的工作范围设计或选配时保证压气机具有

33、宽广的工作范围,以满足增压发动机的运转要求以满足增压发动机的运转要求.第47页，讲稿共170张，创作于星期日47图2-10转速不变、流量变化时叶轮入口处的撞击现象 （a）设计工况 （b）流量增大增大 （c）流量减小减小第48页，讲稿共170张，创作于星期日48图2-11 在一定转速、不同流量下叶片扩压器的空气流动情况（a）设计工况 （b）流量增大增大 （c）流量减小减小第49页，讲稿共170张，创作于星期日49一般来说一般来说,叶片扩压器流道内气体分离的扩大是压气叶片扩压器流道内气体分离的扩大是压气机喘振的主要原因机喘振的主要原因,而工作叶轮进口处气流分离的扩而工作叶轮进口处气流分离的扩大会使

34、喘振进一步加剧大会使喘振进一步加剧.如小型增压器中普遍采用的无叶扩压器如小型增压器中普遍采用的无叶扩压器,不仅使工作流不仅使工作流量范围扩大量范围扩大,又可避免压气机的喘振现象的发生又可避免压气机的喘振现象的发生.第50页，讲稿共170张，创作于星期日503.径流式涡轮机的工作原理五、涡轮增压器的工作特性*径流式涡轮的结构径流式涡轮的结构涡轮主要内进气壳、喷嘴环、工作叶轮和排气壳进气壳、喷嘴环、工作叶轮和排气壳等部件组成。进进气壳气壳 (也称也称蜗蜗壳壳)的作用，是把的作用，是把发动发动机排出的机排出的具有一定能量的具有一定能量的废废气，以气，以尽量小的流尽量小的流动损动损失和尽失和尽量均勺的

35、分布量均勺的分布引引导导到到涡轮喷涡轮喷嘴嘴环环的入口。的入口。喷喷嘴嘴环环 又称又称导导向器，流通截面呈向器，流通截面呈渐缩渐缩形，其形，其作用是作用是使具有一定使具有一定压压力和温度的燃气膨力和温度的燃气膨胀胀加速并按加速并按规规定的方向定的方向进进入入工作叶工作叶轮轮。工作叶工作叶轮轮 (简简称叶称叶轮轮)是是唯一唯一承受气体作功的承受气体作功的元件它与元件它与压压气机叶气机叶轮轮同同轴轴、把气体的、把气体的动动能能转转化化为为机械功向机械功向压压气机气机输输出出。排气壳排气壳 收集叶收集叶轮轮排出的排出的废废气并送入大气气并送入大气。第51页，讲稿共170张，创作于星期日51*涡轮机工

36、作原理涡轮机工作原理喷嘴环上的导向叶片构成的是喷嘴环上的导向叶片构成的是渐缩曲线型通道，废气进入喷渐缩曲线型通道，废气进入喷嘴通道，在此弯曲的收缩通道嘴通道，在此弯曲的收缩通道内废气膨胀，部分压力能变成内废气膨胀，部分压力能变成动能，废气的绝对速度动能，废气的绝对速度，温，温度和压力度和压力。工作轮叶片一般也。工作轮叶片一般也组成收缩通道，在工作轮叶片组成收缩通道，在工作轮叶片中，燃气继续膨胀，压力温度中，燃气继续膨胀，压力温度。当气流流过工作叶轮时，气。当气流流过工作叶轮时，气流转弯，由于离心力作用的结流转弯，由于离心力作用的结果，在叶片凹面压力得到提果，在叶片凹面压力得到提高，而凸面降低。

37、产生带动工作叶高，而凸面降低。产生带动工作叶轮旋转的扭矩。轮旋转的扭矩。3.径流式涡轮机的工作原理径流式涡轮机的工作原理第52页，讲稿共170张，创作于星期日52*废气涡轮的特性曲线废气涡轮的特性曲线与压气机一样，涡轮在变工况与压气机一样，涡轮在变工况时气流参数的变化是通过特性时气流参数的变化是通过特性曲线来表示的。涡轮特性曲线曲线来表示的。涡轮特性曲线表示了在各种工况下涡轮主要表示了在各种工况下涡轮主要工作参数间的变化关系，是工作参数间的变化关系，是确确定涡轮与发动机匹配合理与否定涡轮与发动机匹配合理与否的至要依据。的至要依据。涡轮性能曲线最涡轮性能曲线最常用的形式是常用的形式是表征涡轮通流

38、能表征涡轮通流能力的流量特性曲线力的流量特性曲线和和表征涡轮表征涡轮效率变化的效率特性曲线效率变化的效率特性曲线。3.径流式涡轮机的工作原理径流式涡轮机的工作原理第53页，讲稿共170张，创作于星期日53*废气涡轮的特性曲线废气涡轮的特性曲线3.径流式涡轮机的工作原理径流式涡轮机的工作原理n一定时，随着流量的增加有一一定时，随着流量的增加有一最佳效率值。最佳效率值。每一转速下，有相应的流量及范围。每一转速下，有相应的流量及范围。随着流量的增加，有一最大值为随着流量的增加，有一最大值为A，再增大，流量不再增加，称，再增大，流量不再增加，称为废气的阻塞现象。发生流量阻为废气的阻塞现象。发生流量阻塞

39、的原因是喷嘴环或涡轮叶轮中塞的原因是喷嘴环或涡轮叶轮中某处气流速度已达到了当地声速。某处气流速度已达到了当地声速。涡轮实际工作时，由于喷嘴出口涡轮实际工作时，由于喷嘴出口处流速最高。往往是该处先于叶处流速最高。往往是该处先于叶轮发生流量阻塞。轮发生流量阻塞。第54页，讲稿共170张，创作于星期日54内容提要一、增压技术概述一、增压技术概述二二 、内燃机的增压方式、内燃机的增压方式三、增压对经济性及动力性能的影响三、增压对经济性及动力性能的影响四、发动机增压技术的优势与代价四、发动机增压技术的优势与代价五、涡轮增压器的工作特性五、涡轮增压器的工作特性六、排气涡轮增压系统简介六、排气涡轮增压系统简

40、介七、涡轮增压器与发动机的匹配七、涡轮增压器与发动机的匹配八、内燃机的增压改造八、内燃机的增压改造九、汽油机的增压技术九、汽油机的增压技术第55页，讲稿共170张，创作于星期日55六、排气涡轮增压系统简介六、排气涡轮增压系统简介废气涡轮增压的两种基本形式废气涡轮增压的两种基本形式 涡轮增压系统的两种基本形式 a）定压增压系统（b）脉冲增压系统第56页，讲稿共170张，创作于星期日56六、排气涡轮增压系统简介六、排气涡轮增压系统简介1.定压涡轮增压系统定压涡轮增压系统内燃机所有气缸的排气管都连接于一根排气总管而排气总管的容积又尽可能做得大。这样一来，排气管实际上就起了集气箱集气箱作用。这时虽然各

41、气缸的排气时间是岔开的，但由于集气箱的稳压作用，因而在排气总管内的压力振荡压力振荡是较小的是较小的。可以认为涡轮前排气管内压力基本上是恒定的，即工质在恒定恒定压力压力状态下进入涡轮。第57页，讲稿共170张，创作于星期日57六、排气涡轮增压系统简介六、排气涡轮增压系统简介1.定压涡轮增压系统定压涡轮增压系统*定压增压对内燃机废气能量的利用定压增压对内燃机废气能量的利用2-0：增压器进气过程 0-a：增压器充量的压缩过程，a为增压压力 a-3：增压器等压排气 3-a：内燃机等压吸气过程 a-c：压缩过程c-z：燃烧过程 z-b：膨胀过程 b-5：排气门打开时的定容排气 5-4：定压排气 排气管为

42、恒定压力 4-e：涡轮进气 e-f：涡轮中的膨胀 f-2：涡轮等压排气第58页，讲稿共170张，创作于星期日58排气门打开时排气等熵膨胀至大气压力时所作的功排气门打开时排气等熵膨胀至大气压力时所作的功1bf1排气经排气门节流和排气歧管中自由膨胀所损失的能量排气在涡轮中进一步膨胀所回收的能量1.定压涡轮增压系统定压涡轮增压系统*定压增压对内燃机废气能量的利用定压增压对内燃机废气能量的利用第59页，讲稿共170张，创作于星期日59活塞推出排气使排气增加的能量排气排气中涡轮中涡轮的可用能量的可用能量扫气空气进入涡轮后具有的能量排气在涡轮中的膨胀功1.定压涡轮增压系统定压涡轮增压系统*定压增压对内燃机

43、废气能量的利用定压增压对内燃机废气能量的利用第60页，讲稿共170张，创作于星期日60活塞推出排气使排气增加的活塞推出排气使排气增加的能量能量扫气空气进入涡轮后具有的能量扫气空气进入涡轮后具有的能量排气在涡轮中的膨胀功排气在涡轮中的膨胀功损失的能量E1中的一小部分，转变为热能，加热排气，使焓值增加而得到的附加能量涡轮前排气涡轮前排气的可用能量的可用能量*定压增压对内燃机废气能量的利用定压增压对内燃机废气能量的利用1.定压涡轮增压系统定压涡轮增压系统第61页，讲稿共170张，创作于星期日61废气的拥有能分为：(b-e-5-b)(5-e-f-1-5)无论是变压还是恒压系统均在涡轮中膨胀做功恒压系统

44、、变压系统的差别很大。恒压系统恒压系统中，由于排气管压力维持恒定，全部在节流中损全部在节流中损失失，损失而产生的热量将用来加热排气管中的工质，使温度提高。涡轮功面积增加涡轮功面积增加e-e-f-f-e.*定压增压对内燃机废气能量的利用定压增压对内燃机废气能量的利用1.定压涡轮增压系统定压涡轮增压系统第62页，讲稿共170张，创作于星期日62废气回收率占损失能量的比例为废气回收率占损失能量的比例为:且废热回收的比例愈大且废热回收的比例愈大.当增压压力当增压压力较低较低，而涡轮增压器的综合效率，而涡轮增压器的综合效率又不很高时，恒压系统就难以实现又不很高时，恒压系统就难以实现功率功率平衡要平衡要求

45、。其原因就在于求。其原因就在于能量能量E1没有很好地加以利没有很好地加以利用。用。为了很好地利用E1，提出了脉冲增压系统脉冲增压系统。第63页，讲稿共170张，创作于星期日632 脉冲增压系统使排气管中的压力造成尽可能大的使排气管中的压力造成尽可能大的压力压力波动，波动，涡轮增压器尽量靠近气缸；把排气涡轮增压器尽量靠近气缸；把排气管做得短而细，尽量减小排气管容积。为管做得短而细，尽量减小排气管容积。为在一根排气管中形成在一根排气管中形成互不干扰互不干扰的排气脉冲的排气脉冲波进入废气涡轮机，要根据气缸数按内燃机波进入废气涡轮机，要根据气缸数按内燃机的发火顺序组成几根排气管，每根排气管各的发火顺序

46、组成几根排气管，每根排气管各自连接几个气缸自连接几个气缸(通常为通常为2缸或缸或3缸缸)。必须把。必须把涡轮的喷嘴环涡轮的喷嘴环(即涡轮进口即涡轮进口)，根据排气管的，根据排气管的数目分组隔开，使它们互不干扰。如发火顺数目分组隔开，使它们互不干扰。如发火顺序为序为l53624的六缸四冲程增压柴的六缸四冲程增压柴油机排气管分组情况。油机排气管分组情况。六、排气涡轮增压系统简介六、排气涡轮增压系统简介第64页，讲稿共170张，创作于星期日64 两种增压系统在两种增压系统在废气能量利用废气能量利用的区别的区别（1 1）采用脉冲增）采用脉冲增压压可以可以对对面面积积E1E1所示脉冲所示脉冲能量加以利用

47、。能量加以利用。在脉冲增压系统中，由于排在脉冲增压系统中，由于排气管容积很小，在排气阀开启后，排气管中压力气管容积很小，在排气阀开启后，排气管中压力迅速升高，形成了图中所示的压力波迅速升高，形成了图中所示的压力波-排气脉冲排气脉冲波。由于排气管的压力迅速提高，使气体处于波。由于排气管的压力迅速提高，使气体处于亚亚临界流动临界流动。排气压差的减小，使排气。排气压差的减小，使排气节流节流损失下降损失下降，从而，从而 提高了对能量提高了对能量E1的利用率。的利用率。且瞬时进入涡轮的废气压力较高，在涡轮内瞬且瞬时进入涡轮的废气压力较高，在涡轮内瞬时膨胀功大。时膨胀功大。（2）排气管截面细，排气管截面细

48、，气流速度高气流速度高，部分气流，部分气流的的动能动能可以在涡轮中加以利用。可以在涡轮中加以利用。可见，可见，脉冲增压系统脉冲增压系统比比定压增压系统定压增压系统可以较好地利用内燃机的废气可以较好地利用内燃机的废气能量。能量。第65页，讲稿共170张，创作于星期日653脉冲增压系统和定压增压系统的比较和选用脉冲增压系统和定压增压系统的比较和选用排气能量的利用排气能量的利用比较比较六、排气涡轮增压系统简介六、排气涡轮增压系统简介脉冲增压脉冲增压:排气节流造成的排气能量的损失比定压增压系统小排气节流造成的排气能量的损失比定压增压系统小,而而且能利用排气的脉冲能量。且能利用排气的脉冲能量。而定压增压

49、定压增压不能利用脉冲能量不能利用脉冲能量。所以所以脉冲增压对排气能量的利用比定压要好。脉冲增压对排气能量的利用比定压要好。但当增压比提高时，排气管内压力升高，定压系统的排气能量损但当增压比提高时，排气管内压力升高，定压系统的排气能量损失有所下降。且脉冲能量在排气能量中所占的比重降低，所以两失有所下降。且脉冲能量在排气能量中所占的比重降低，所以两种系统对排气能量的利用效果随增压比的提高而接近。种系统对排气能量的利用效果随增压比的提高而接近。当增压比小于当增压比小于2.5时，脉冲增压对排气能量的利用比定压要好。时，脉冲增压对排气能量的利用比定压要好。第66页，讲稿共170张，创作于星期日663脉冲

50、增压系统和定压增压系统的比较和选用脉冲增压系统和定压增压系统的比较和选用扫气作用扫气作用 比较比较定压增压系统定压增压系统：脉冲增压系统：脉冲增压系统：较较小，小，组织组织良好良好扫扫气有一定气有一定困困难难 因排气前期因排气前期高，排气速度大，后期高，排气速度大，后期下降快，正下降快，正处处于气于气门门叠加期，叠加期，大，有利于大，有利于扫扫气气第67页，讲稿共170张，创作于星期日673脉冲增压系统和定压增压系统的比较和选用脉冲增压系统和定压增压系统的比较和选用加速性能加速性能比较比较脉冲增压脉冲增压的的加速加载性能较好加速加载性能较好，由于脉冲增压排气管容积，由于脉冲增压排气管容积小，几