内燃机增压PPT讲稿.ppt

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1、内燃机增压课件第1页，共190页，编辑于2022年，星期五一、课程的性质与任务1、主要研究涡轮增压器的构造、结构及工作原理。2、介绍涡轮增压器与内燃机的匹配问题。3、解决内燃机与涡轮增压器匹配后带来的问题第2页，共190页，编辑于2022年，星期五二、本课程的地位和作用 本课程是一门专业课，通过对内燃机增压器的类型、构造、工作原理的讲授，并结合涡轮增压器的拆装实验等教学手段，掌握内燃机增压器的构造及其工作原理，达到扩大知识面增强专业知识基础的目的。第3页，共190页，编辑于2022年，星期五三、课程主要内容三、课程主要内容 本课程主要分为两大部分：涡轮增压器的结构与涡轮增压器与柴油机的匹配。一

2、、绪论一、绪论二、涡轮增压器和中冷器二、涡轮增压器和中冷器三、排气能量的利用三、排气能量的利用四、增压系统基本热力学参数的确定四、增压系统基本热力学参数的确定五、柴油机与涡轮增压器的匹配五、柴油机与涡轮增压器的匹配六、涡轮增压系统六、涡轮增压系统第4页，共190页，编辑于2022年，星期五一、绪论 1、增压的基本概念 2、增压方式 3、增压技术的发展与现 状第5页，共190页，编辑于2022年，星期五1、增压的基本概念 一、提高内燃机功率的措施 1.1 内燃机“增压”的提出（a）在结构方面第6页，共190页，编辑于2022年，星期五（b）在工作过程方面（c）在提高机械效率方面（d）在运行方面1

3、.2 增压的几个基本术语1、增压压力低增压中增压高增压超高增压第7页，共190页，编辑于2022年，星期五 内燃机增压后的标定功率与增压前的标定功率之比2、增压比压气机出口压力与进口压力之比3、增压度第8页，共190页，编辑于2022年，星期五1.2 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第9页，共190页，编辑于2022年，星期五1、机械增压 定义：是指压气机由内燃机曲柄通过传动装置直接驱动的增压方式 特点：不增加发动机背压，但消耗其有效功率，总体布置有一定的局限性。应用：路虎揽胜运动版、奔驰C200K汽车用发动机 第10页，共190页，编辑于2022年，

4、星期五第11页，共190页，编辑于2022年，星期五2、排气涡轮增压 定义：是指利用排气能量使排气在涡轮中进一步膨胀做功，用于驱动压气机的增压方式。特点：不消耗发动机有效功，增压器可以自由布置在所需的位置，涡轮有一定的消声作用，并进一步减少排气中的有害成分应用范围：功率大于35kW的发动机第12页，共190页，编辑于2022年，星期五第13页，共190页，编辑于2022年，星期五 目前国内可以买到的原装搭载涡轮增压系统，如大众的帕萨特1.8T、宝来 1.8T；国产的奥迪A6L 2.0T、A4 1.8T等等。国外有车型如SAAB的9-3、9-5，VOLVO的XC902.9T等等。还有一些日本的高

5、性能跑车，其中最具代表性的就有：日产的SKYLINE GT-R、三菱枪骑兵EVOLUTION、斯巴鲁 翼豹 WRX STi、丰田SUPRA，以及马自达的 RX-7等。第14页，共190页，编辑于2022年，星期五3、复合增压 定义：是指增压系统中既采用涡轮增压，又采用机械增压的增压方式。串联复合式增压并联复合式增压机械传动复合式增压第15页，共190页，编辑于2022年，星期五（1）串联式 应用：美国AVCR-1360坦克柴油机；12V230船用柴油机上仍用这种增压方式 特点：空气先由排气涡轮增压，再经机械增压，然后进入柴油机。第16页，共190页，编辑于2022年，星期五（2）并联式特点：空

6、气分别由排气涡轮增压器及机械增压器同时压缩，然后进入柴油机应用：在二冲程低速柴油机中第17页，共190页，编辑于2022年，星期五 应用：俄罗斯成批生产的轻型快艇的7列星形结构H16/17型高速柴油机 （3）机械传动式 特点：发动机的曲轴与排气涡轮的轴用齿轮等联接第18页，共190页，编辑于2022年，星期五大众高尔夫1.4TSI第19页，共190页，编辑于2022年，星期五应用：在拖拉机、工程机械及载货汽车上应用4、气波增压器 气波增压器是利用气体的压缩波和膨胀波来传递能量的一种增压器。第20页，共190页，编辑于2022年，星期五第21页，共190页，编辑于2022年，星期五1.3 增压技

7、术的发展与现状 一、国外增压技术的发展与现状1、柴油机方面 20年代末期，荷兰Werkspoor(韦克斯浦尔成功研制了一台四冲程、十字头式机械增压柴油机。安装在油轮上，获得预期的效果。与此同时，1926年在智利海拔1200m的一个电站，有七台MAN公司的B6V90型的柴油机采用了电传动罗茨鼓风机增压，每台功率可达1100kw。20 世纪初期，瑞士比希取得了脉冲增压试验的成功。1925年，取得专利权，并相继在四冲程4缸、6缸柴油机上试验，均获得成功，功率提高了一倍。第22页，共190页，编辑于2022年，星期五 增压技术向高增压比、大功率柴油机的领域发展的同时，也向小功率、高速柴油机方向发展。1

8、937年，法国Newer（牛尔）首次把径流式涡轮用于涡轮增压器中，增压器转数得以大幅度提高，质量、尺寸大大减小。50年代初，浮动轴承应用到涡轮增压其中，有效地减小了轴承副的相对转数，使涡轮增压器转数超10万r/min，为车用内燃机涡轮增压创造条件。目前，随着气动力学和电算技术的进步以及加工工艺水平的提高，涡轮增压技术已经发展到崭新的阶段。第23页，共190页，编辑于2022年，星期五2 汽油机增压技术发展 1910年，Murray Willat（梅里伟拉）研制成二冲程旋转式汽油机，成为首台机械增压航空汽油机.1958年，美国艾里萨奇公司首先开始对普通车用汽油机的涡轮增压进行研究，于1963年在

9、排量5393mL 的“雷鸟”车上安装了涡轮增压器，性能良好。1966年，GM公司生产了一批增压汽油机小轿车。但是由于汽油机增压后热负荷很大、爆燃倾向加剧、防爆燃措施不得力、控制机构不简便等原因，汽油机增压汽车一度停产。70年代，世界能源危机加剧以及排放污染问题突出，汽油机增压技术又引起重视。同时，电子技术的高速发展也为爆燃控制创造了条件。第24页，共190页，编辑于2022年，星期五 近十年来，随着直喷和电控技术的出现，车用汽油机性能有了很大提高。第25页，共190页，编辑于2022年，星期五 二、我国增压技术的发展1、柴油机方面1958年开始仿制和自行设计排气涡轮增压器 随着研究不断深入，我

10、国在船舶、内燃机车、石油钻探，大型发电机组等柴油机先后采用增压技术 在车用柴油机及中小功率柴油机方面进行了大量匹配工作，取得丰富经验2、汽油机方面 在我国，节能和环保也促进了汽油机增压技术的研究。1972年，有关院校、科研单位先后对解放、东风、北京吉普等汽车的增压特性进行研究。随着工业先进国家汽油机增压技术的不断成熟，近年，第一汽车厂最近引进了美国克莱斯勒公司的增压汽油机。我国第一台自主品牌涡轮增压汽油发动机华晨1.8T汽油发动机在沈阳正式批量投产。第26页，共190页，编辑于2022年，星期五 涡轮增压器第27页，共190页，编辑于2022年，星期五第一节 离心式压气机 1 压气机的分类轴流

11、式离心式目前涡轮增压中应用最多2 离心式压气机结构 进气道 作用：将空气导向压气机叶轮 分类：轴向进气道和径向进气道第28页，共190页，编辑于2022年，星期五第29页，共190页，编辑于2022年，星期五 压气机叶轮导风轮作用：工作叶轮第30页，共190页，编辑于2022年，星期五第31页，共190页，编辑于2022年，星期五 压气机叶轮作用：分类：按轮盘的结构开式半开式闭式星形按叶片沿径向的弯曲形式前弯叶片叶轮后弯叶片叶轮径向叶片叶轮后掠式叶轮（前倾后弯式）第32页，共190页，编辑于2022年，星期五第33页，共190页，编辑于2022年，星期五 扩压器作用：将压气机叶轮出口高速空气的

12、动能转变为压力能分类：有叶扩压器无叶扩压器用于变工况的小型涡轮增压器中工况范围变化不大的大中型涡轮增压器中第34页，共190页，编辑于2022年，星期五第35页，共190页，编辑于2022年，星期五 压气机蜗壳作用：分类按流道沿圆周变化变截面蜗壳等截面的蜗壳 按蜗壳截面形状梨形圆形梯形扇形第36页，共190页，编辑于2022年，星期五第37页，共190页，编辑于2022年，星期五第38页，共190页，编辑于2022年，星期五3、压气机的主要结构参数D0压气机轮毂直径 D1叶轮进口处的外直径 D2叶轮的外直径D2叶片扩压气进口 D3叶片扩压器出口直径 B工作叶轮宽度b2工作叶轮出口宽度 b3叶片

13、扩压器进口宽度 b4叶片扩压器出口宽度Zk叶轮叶片数 叶轮进口叶片安装角 第39页，共190页，编辑于2022年，星期五3 离心式压气机的工作原理第40页，共190页，编辑于2022年，星期五第41页，共190页，编辑于2022年，星期五4 压气机的主要性能参数：(1)增压比压气机出口压力与进口压力之比(2)空气流量单位时间流过压气机的空气的质量（kg/s）称流量。空气流量是根据发动机的排量、转速以及充气效率来确定。当压气机工作的环境状态不同于标准大气状态时、其空气流量也会不同。为了具有可比性，常用相似流量或折合流量代替。第42页，共190页，编辑于2022年，星期五 相似流量是以马赫数作为相

14、似准则推导出的无量纲流量，用公式计算。折合流量是将非标准状态下的流量折合成标准大气状态下的流量第43页，共190页，编辑于2022年，星期五(3)压气机绝热效率(4)压气机转速相似转速 折合转速第44页，共190页，编辑于2022年，星期五3 离心式压气机特性定义：压气机的主要工作参数在各工况下的相互关系 通常使用的是在不同转速下，压气机 随 的变化关系（1）离心式压气机流量特性曲线的绘制 一般采用试验的方法绘制，可采用气动或电动试验台。第45页，共190页，编辑于2022年，星期五第46页，共190页，编辑于2022年，星期五（2）流量特性分析 1）在某一流量下，增压比和效率有一最大值，随流

15、量的增大或减小，增压比和效率都降低 分析：特性曲线变化的原因主要是空气在压缩过程中存在的各种损失造成的。第47页，共190页，编辑于2022年，星期五 2）当流量减少到某一数值时，压气机出现不稳定流动状态，压气机中气流发生强烈的低频脉动，引起叶片的振动，并产生很大的噪声，压气机发生喘振。喘振的原因：压气机产生喘振是出于压气机在某一小流量下工作时，在导风轮入口或叶片扩压器入口气流撞击叶片，在叶片通道内产生并加剧气流的分离而引的。当叶轮或叶片扩压器通道内产生强烈的气流分离时，使压气机内的压力低于后面管道内的压力，因此发生气流由后面管道向压气机倒灌，倒灌发生后，管道内压力下降。气流又在叶轮的作用下正

16、向流动管道内压力升高，再次发生倒灌。如此反复，压气机内的气流产生强烈的脉动，使叶片振动、噪声加剧、管道内压力大幅度波动，此时即产生所谓喘振。第48页，共190页，编辑于2022年，星期五 导风轮的入口 在一定转数下，当流量为设计流量时，导风轮的入口的气流速度三角形图。当流量大于设计流量时，导风轮的入口的气流速度三角形 当流量小于设计流量时，导风轮的入口的气流速度三角形容易发生喘振第49页，共190页，编辑于2022年，星期五第50页，共190页，编辑于2022年，星期五第51页，共190页，编辑于2022年，星期五 在扩压器的入口 在转速一定时，气流从叶轮以绝对速度流入叶片扩压器的情况 a.当

17、流量大于设计流量时，限制了气流的分离，无喘振发生 b.当流量等于设计流量时，气流基本不撞击叶片,无分离，无喘振发生c.当流量小于设计流量时，加速气流的分离，容易发生喘振第52页，共190页，编辑于2022年，星期五第53页，共190页，编辑于2022年，星期五第54页，共190页，编辑于2022年，星期五第55页，共190页，编辑于2022年，星期五 3）当流量增大到某一数值时，增压比和效率均急速下降，这个现象称为压气机的阻塞。产生阻塞的原因：在压气机叶轮入口或扩压器的入口局部喉口处，气流的速度达到了当地声速，从而限制了流量的增加。通常人为规定：当效率降低到 55时，出现阻塞第56页，共190

18、页，编辑于2022年，星期五第57页，共190页，编辑于2022年，星期五第二节 废气涡轮 涡轮增压器的燃气涡轮是利用发动机排出的废气能量的膨胀作用转换为机械功的一种装置。它是驱动压气机的原动力，是涡轮增压器中一个很重要的部件。1、分类按燃气在涡轮中流动的方向轴流式径流式混流式按燃气在涡轮中焓降的分配冲击式涡轮反力式涡轮第58页，共190页，编辑于2022年，星期五2、涡轮的组成进气壳喷嘴环工作叶轮排气壳把发动机排出的废气，引导到涡轮喷嘴环的入口使燃气膨胀、加速并按规定的方向进入工作叶轮把气体的动能转化为机械能向压气机输出收集叶轮排出的废气并送入大气第59页，共190页，编辑于2022年，星期

19、五3 涡轮 （1）涡轮进气壳按进气方向轴向进气径向进气切向进气按柴油机的需要单进口多进口1）结构第60页，共190页，编辑于2022年，星期五第61页，共190页，编辑于2022年，星期五 （2)喷嘴环是由一排固定的叶片形成的一组渐缩形的通道。喷嘴环叶片截面的形状机翼形平板形按制造方式整体式装配式用于已定型、批量生产的涡轮增压器中可调喷嘴环，试配新机型采用第62页，共190页，编辑于2022年，星期五第63页，共190页，编辑于2022年，星期五（3)涡轮叶轮是由装在轴上的轮盘和装在轮盘周缘的一排叶片组成。为了保持沿叶高叶片各断面强度基本相等，从叶根到叶顶叶片逐渐变薄。第64页，共190页，编

20、辑于2022年，星期五（4）排气壳 排气壳内有一段扩压环，扩压环的作用是导流和回收从动叶出口的部分余速第65页，共190页，编辑于2022年，星期五第66页，共190页，编辑于2022年，星期五（1）废气在涡轮级间的流动在蜗壳、喷嘴环中的流动 蜗壳、喷嘴环叶片通道截面是渐缩的，气体在其中流动是要进行膨胀的。通过蜗壳、喷嘴环后，压力和温度由 降到 ，而气流速度由 在工作叶轮中的流动 气流对叶片做功，因此气体的压力和温度由 降到 气流的绝对速度由 第67页，共190页，编辑于2022年，星期五第68页，共190页，编辑于2022年，星期五在一定的膨胀比下，气体对涡轮做功的最大可用能：实际，由于存在

21、流动损失、余速损失等，气体对涡轮所做的功第69页，共190页，编辑于2022年，星期五（3）涡轮的主要工作参数 定熵效率 定义：实际过程气体对涡轮作功与理想的定熵过程气体对涡轮作功的最大可用能量之比膨胀比定义：涡轮进口气体滞止压力与涡轮出口气体静压力之比流量相似流量：折合流量：非设计工况下的相似流量与设计工况下的相似流量之比第70页，共190页，编辑于2022年，星期五涡轮转速nT、速比 涡轮设计中及对涡轮和压气机进行匹配时的重要参数工作叶轮入口处的叶轮线速度燃气从进口状态不对外作功而定熵膨胀到出口压力所能达到的速度第71页，共190页，编辑于2022年，星期五第72页，共190页，编辑于20

22、22年，星期五 流量特性曲线 当转速一定时，膨胀比随流量的增加而增加。当膨胀比进一步增大时，流量增长缓慢。当膨胀比达到临界值时，流量达到最大。（阻塞）效率特性曲线 涡轮的效率特性主要是由喷嘴环及涡轮内的损失特性决定。当涡轮在变工况下，速比偏离了设计值，在涡轮叶轮中，无论速比是大于还是小于设计值，都要产生气流的撞击和分离，使涡轮效率下降。第73页，共190页，编辑于2022年，星期五第74页，共190页，编辑于2022年，星期五第75页，共190页，编辑于2022年，星期五4、废气涡轮增压器组成涡轮轴承装置润滑冷却系统密封与隔热装置压气机（1）轴承（1）轴承在涡轮增压器上的布置形式第76页，共1

23、90页，编辑于2022年，星期五第77页，共190页，编辑于2022年，星期五（2）涡轮增压器中常用的轴承 滚动轴承安装在涡轮端 安装在压气机端 第78页，共190页，编辑于2022年，星期五 向心滑动轴承特点：结构简单、使用寿命长、对振动不敏感 机械磨损大、消耗的润滑油多。材料：锡青铜合金、高锡铝合金、青铜镀锡工作条件：液体摩擦第79页，共190页，编辑于2022年，星期五工作中出现的问题：油膜振动在高速、轻载下解决方案：多油楔和浮动环a、多油楔开油槽的目的：第80页，共190页，编辑于2022年，星期五b、浮动环工作原理：第81页，共190页，编辑于2022年，星期五按结构分类整体式分开式

24、 推力轴承 作用：专门承受转子工作时产生的轴向作用力。推力轴承一般设置在压气机端，因此处温度较低。第82页，共190页，编辑于2022年，星期五 对于径流式涡轮增压器，作用在压气机叶轮上的轴向力和作用在涡轮叶轮上的轴向力方向相反，合力较小，多采用较简单的推力轴承装置，第83页，共190页，编辑于2022年，星期五 对于轴流式涡轮增压器，涡轮多为外侧轴向进气，作用在压气机叶轮与轴流式涡轮叶轮上的轴向力方向相同(指向压气机端)，因此，其合力较径流式涡轮增压器大。当径向支承为滑动轴承时，其推力轴承的形式多如图下图所示；而当径向支承为滚动支承时、多在压气机端采用双列角接触球轴承来承受轴向推力并作为径向

25、支承。第84页，共190页，编辑于2022年，星期五3）轴承润滑与冷却在涡轮增压器采用滚动轴承时，一般采用单独的润滑系统润滑方式飞溅式泵喷射式在涡轮增压器采用滑动轴承时，采用压力润滑方式一般润滑油的压力为250一400kpa第85页，共190页，编辑于2022年，星期五4）涡轮增压器的密封与隔热（1）密封密封装置气封油封密封方式接触式密封非接触式密封防止压气机的压缩空气与涡轮的燃气进入润滑油腔防止轴承处润滑油漏入涡轮增压器气流通道主要是用密封环密封迷宫式甩油盘挡油板大型轴流式涡轮增压器第86页，共190页，编辑于2022年，星期五第87页，共190页，编辑于2022年，星期五第88页，共190

26、页，编辑于2022年，星期五第89页，共190页，编辑于2022年，星期五第90页，共190页，编辑于2022年，星期五（2）隔热轴流式涡轮增压器常用以下隔热措施：在涡轮壳或中间壳内布置冷却水腔润滑油进行冷却。涡轮轴装有隔热保护套。压气机叶轮背后设有隔热室。径流式涡轮增压器的隔热装置采用在中间壳的涡轮一侧留有气室隔热，或同时兼有隔热板采用水冷中间壳，但不采用水冷涡轮壳。第91页，共190页，编辑于2022年，星期五7、中冷器1）冷却方式按冷却介质的不同水冷式风冷式用柴油机冷却系的冷却水冷却用独立的冷却水系冷却用柴油机曲轴驱动风扇用压缩空气涡轮驱动风扇第92页，共190页，编辑于2022年，星期

27、五2)中冷器的结构(1)水冷式中冷器结构管片式结构冷轧翅片管式第93页，共190页，编辑于2022年，星期五(2)风冷式中冷器结构扁管式板翅式管翅式第94页，共190页，编辑于2022年，星期五第四章 排气能量的利用1、排气可用能量及其利用结合四冲程增压柴油机的理论示功图，分析说明可被涡轮增压器利用的柴油机排气中的能量第95页，共190页，编辑于2022年，星期五排气的最大可用能由三部分组成：排气门打开时，气缸内气体等熵膨胀到大气压 力所作的功；活塞推出排气，排气得到的能量 ；扫气空气所具有的能量 。2、能量传递中的损失总的能量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管道面积突扩的流

28、动损失不同参数气流混合撞击损失气流的粘性摩擦损失气流向外界散热损失第96页，共190页，编辑于2022年，星期五（1）是能量传递中的主要损失 减少损失采用措施：使排气门后的通流面积尽可能大、开启速度尽可能快。排气管容积不应太大，排气管要细而短。第97页，共190页，编辑于2022年，星期五（2）力求管道光滑、没有缩口，减小节流损失（3)排气总管内径与歧管内径一样大，减小面积突扩（4)排气歧管不用T形接头活+字接头，而用顺着气流的斜向接头，减小掺混和撞击损失（5)管道光滑，较少粘性摩擦损失（6)排气管用石棉包裹隔热，较少散热损失第98页，共190页，编辑于2022年，星期五3、能量传递效率涡轮进

29、口处气体的可用能排气门前气体的可用能第99页，共190页，编辑于2022年，星期五4、增压系统的基本型式根据 废气的利用定压增压系统脉冲增压系统第100页，共190页，编辑于2022年，星期五根据能量平衡：涡轮做功能力的增加值能量回收率结论：在定压增压系统中，能量回收率随膨胀比的增加而增大第101页，共190页，编辑于2022年，星期五 假定脉冲增压可利用脉冲能量 的50来估计，这时对应的定压增压系统涡轮拥有的能量为 脉冲能量利用系数：结论：脉冲增压系统在低增压时是有利的，在高增压时则得益不多。第102页，共190页，编辑于2022年，星期五1）定压增压系统特点：涡轮前废气的压力基本上保持一恒

30、定值；涡轮效率高；排气管系统简单；在平均有效压力高时，内燃机的比油耗低；排气管设计：排气管的容积是发动机总气缸容积的两倍左右排气在排气管内的流速不超过50m/s第103页，共190页，编辑于2022年，星期五2）脉冲增压系统特点：排气歧管做的长而细两个气缸或三个气缸共一根排气管排气管中压力波动大能更多的利用废气能量 脉冲增压中排气 压力波的情况第104页，共190页，编辑于2022年，星期五影响脉冲能量的因素a、排气门开启定时通常以排气门开启相对瞬时压力系数 反映b、排气门通流面积 气缸的排空率 ：通过排气门的最大体积流量和一个气缸的体积流量之比。c、排气门开启规律排气门开启规律影响系数第10

31、5页，共190页，编辑于2022年，星期五d、排气管通流面积排气管通流面积影响系数e、排气管长度影响排气管内压力波形状的主要因素：排气管长度L涡轮通流面积 和排气管通流面积的 的比值 排气门开启瞬时通流面积 和排气管通流面积 之比排气管长度影响系数一般取=3030 50(CA)第106页，共190页，编辑于2022年，星期五f、涡轮通流面积涡轮通流特性系数 （=1012）：涡轮的体积流量和一个气缸的体积流量之比。第107页，共190页，编辑于2022年，星期五 排气管的设计a、排气管的分歧必要性：在多缸柴油机中，这一缸在排气，另一缸如正在扫气时。如将这两缸排气管连在一起，则正在排气的脉冲波就会

32、对另一缸的扫气产生干扰。举例：四冲程六缸发动机各缸共用一根排气管六缸四冲程发动机发火顺序1-5-3-6-2-4第108页，共190页，编辑于2022年，星期五b、分歧原则 力求每根排气管所连各缸的排气相位互不重叠，又要尽量保持每根排气管中的气体能连续流动。对于四冲程发动机每缸排气持续时间约为240280CA因此一根排气管所连接的气缸数目一般不超过三个举例：六缸四冲程发动机发火顺序1-5-3-6-2-4，1，2，3缸连接一根排气管，4，5，6缸连接一根排气管。第109页，共190页，编辑于2022年，星期五C、排气歧管的截面积根据动力装置的需要，确定增压器安装位置。确定排气管的容积、截面积第11

33、0页，共190页，编辑于2022年，星期五5、脉冲转换器及多脉冲增压对于气缸数是4、8、16和5、7、10为避免扫气干扰，采用两缸一歧管的方式，脉冲间隔角为360，供给涡轮的废气就会周期性间断，涡轮效率下降，在排气管中采用脉冲转换器或多脉冲转换器。对于发动机的气缸数i是3的整数倍时，采用脉冲增压时，采用三缸一歧管；1）脉冲转换器（1）脉冲转换器的结构第111页，共190页，编辑于2022年，星期五（2）工作原理 以8缸发动机为例，假设发火顺序1-4-7-6-8-5-2-3。1、8缸和2、7缸的排气歧管分别与脉冲转换器的一个引射喷管相连，然后两个喷管再经混合管、扩压管和稳压室与一个涡轮机的进口相

34、连，其余四个气缸的排气管则通过另一脉冲转换器与涡轮机的进口相连。在脉冲增压系统中，受排气管长度L及发动机转速n的上限及下限的限制，可按下式计算：一般取第112页，共190页，编辑于2022年，星期五2）多脉冲转换器 对于非3和非4整数倍气缸数的发动机，采用多脉冲增压方案。（1）结构 把各歧管接入一个较大的带有缩口的混合管中，再由混合管把排气引入涡轮。第113页，共190页，编辑于2022年，星期五3)MSEM系统包括：MPC、长歧管、旋流式、扩压式、组合式第114页，共190页，编辑于2022年，星期五第115页，共190页，编辑于2022年，星期五第五章 增压系统基本热力参数的确定一、增压对

35、柴油机工作过程主要参数影响机械应力热应力发动机的动力性其它参数充量系数残余排气系数过量空气系数机械效率指示热效率第116页，共190页，编辑于2022年，星期五1、增压对机械应力有关参数影响机械应力体现结论：pmax的升高给发动机的负荷带来较大的增加第117页，共190页，编辑于2022年，星期五2、增压对热应力有关参数影响结论：升高，升高，升高热应力体现第118页，共190页，编辑于2022年，星期五3、增压对动力性的影响在1.42.5=1.0Mpa1.4Mpa=1.4Mpa2.0Mpa在2.53.44、对扫气系数影响5、对充量系数影响第119页，共190页，编辑于2022年，星期五6、对过

36、量空气系数的影响比非增压柴油机大10307、残余排气系数增压发动机 =028、指示热效率以净化排气为主要目的以增加动力为主要目的，增压后供油速率不变以增加动力为主要目的，增压后调整供油规律第120页，共190页，编辑于2022年，星期五9、机械效率=0.780.85 非增压发动机=0.800.92 增压四冲程发动机第121页，共190页，编辑于2022年，星期五二、增压系统主要参数的确定1 概述 选用涡轮增压器，首先选定增压系统的型式和基本结构；接着就是要确定配合工况。发电和一些固定式用的发动机坦克、汽车用的发动机按标定工况设计或选配以5580%转速下的工况设计或选配第122页，共190页，编

37、辑于2022年，星期五 2、在选配或设计涡轮增压器时，柴油机的一些基本参数应以确定（缸径、行程、缸数、压缩比以及设计工况下的转速、平均有效压力、油耗等）增压系统所要求的参数 当柴油机的用途和使用环境确定以后，其 和 就应确定，实际上涡轮增压器的主要设计参数 第123页，共190页，编辑于2022年，星期五 在需要确定的参数中，先找出对柴油机和增压器影响最大、最重要的参数，再确定其余的参数。根据目前各类柴油机对 的限制选定 ，然后估算需要的空气流量和压力，进而去定涡轮当量喷嘴面积。1）、涡轮前的平均温度的确定四冲程高速柴油机 550650 四冲程中速柴油机：500 580 二冲程中速及高速柴油机

38、 400 500 二冲程低速柴油机 370 430 第124页，共190页，编辑于2022年，星期五2）确定空气流量 根据流进和流出柴油机气缸的气体参数，建立能量平衡式参数确定Hu根据所用柴油的牌号查得be在设计柴油机时是个预计值第125页，共190页，编辑于2022年，星期五的确定由经验公式的 只要把上式中的热量利用系数确定，空气流量就确定第126页，共190页，编辑于2022年，星期五的确定根据半经验公式对四冲程增压柴油机对二冲程直流扫气十字头式增压柴油机第127页，共190页，编辑于2022年，星期五3）增压压力pb估算从内燃机原理可知以上两式相等，并把代入，化简得由此可确定增压压力第1

39、28页，共190页，编辑于2022年，星期五5）涡轮前排气平均压力的估算 第129页，共190页，编辑于2022年，星期五6）估算涡轮的通流面积 涡轮通流面积是由喷嘴环出口面积 与动叶轮出口面积 组成有效涡轮当量通流面积根据涡轮通流特性计算有效涡轮当量通流面积其中第130页，共190页，编辑于2022年，星期五第五章 涡轮增压器的选用一、涡轮增压器型式的选择压气机涡轮离心式压气机轴流式径流式第131页，共190页，编辑于2022年，星期五二、涡轮增压器型号的选择1、压气机的选择压气机的使用范围第132页，共190页，编辑于2022年，星期五 选用原则：设计工作点A落在喘振线右方的许用范围内，且

40、在压气机的高效率区。2、涡轮机的选择 由设计工况参数估算 ，利用流量特性曲线，即可。第133页，共190页，编辑于2022年，星期五3、校核 三、柴油机与涡轮增压器的配合运行1、配合运行的条件在某工况下压气机所提供的空气量=柴油机所需要的流量 压气机所提供的增压压力=柴油机所需要的 增压压力第134页，共190页，编辑于2022年，星期五联合运行线 当柴油机按某一特性运行时的所有工况点在压气机特性曲线上确定下来而形成的特性曲线。作用：判断增压器与柴油机的匹配是否合适第135页，共190页，编辑于2022年，星期五2、涡轮增压器与柴油机配合运行的基本要求在标定工况下，需达到预期的 及 ；考虑热负

41、荷及机械负荷；涡轮增压器的寿命，效率；在低工况时，保证有一定的空气量在整个运转范围内，增压器不发生喘振与阻塞第136页，共190页，编辑于2022年，星期五3、联合运行线的调节（1）运行线太靠近喘振线 1）调整压气机特性线的位置、运行线基本不变具体方法a、改用小一号的增压器b、适当缩小压气机流通截面第137页，共190页，编辑于2022年，星期五c、减小压气机进口处直径三种压气机叶轮外径,压气机蜗壳相同。叶轮进口直径分别：43、39、35（mm）第138页，共190页，编辑于2022年，星期五d、减小扩压器叶片进口角第139页，共190页，编辑于2022年，星期五2）改变配合运行线的位置，压气

42、机的喘振线基本不变。（1）改变涡轮喷嘴环喉部截面积 增大喷嘴环面积时，运行线向流量大的方向移动。减小则相反第140页，共190页，编辑于2022年，星期五（2）增设中冷器或提高中冷器的冷却度（3）增大进排气门的重叠角4、增压器转速和增压压力的调整1）调整喷嘴环的面积2）当按柴油机最大扭矩点选配涡轮 增压器时，涡轮前设一放气阀3）在涡轮出口装节流阀第141页，共190页，编辑于2022年，星期五3、涡轮前温度的调整4、气缸爆发最大压力的调整5、运行中喘振问题第142页，共190页，编辑于2022年，星期五四、增压柴油机的热负荷及解决方法1、热负荷的表达式没有与扫气空气混合时的排气温度（工作过程计

43、算）Tr1：与混合后的排气管温度第143页，共190页，编辑于2022年，星期五影响热负荷的因素膨胀终了温度扫气系数压气机出口温度第144页，共190页，编辑于2022年，星期五2、降低热负荷的措施1）适当增大进排气门的叠开角 注意：车用柴油机要兼顾部分工况与标定工况合理选择叠开角，每一型式的增压柴油机最佳叠开角靠试验确定第145页，共190页，编辑于2022年，星期五2）增大叠开期间的进、排气管压力差主要途径：合理设计进、排气门（1）适当加大进气管容积，增压进气压力平稳度缺点：发动机的加速性能不好第146页，共190页，编辑于2022年，星期五（2）合理设计排气管3）增大进、排气门的时间截面

44、（1）合理设计配气凸轮（2）尽量扩大进、排气门的面积（3）增加摇臂比 4）增压中冷第147页，共190页，编辑于2022年，星期五5）强化冷却系统（1）改善机油冷却条件（2）改善冷却系统工作条件（3）中速机钻孔冷却缸盖上部及缸盖6）改善供油系统及燃烧系统（1）调整供油规律（2）促进燃烧室中的油气混合第148页，共190页，编辑于2022年，星期五（3）合理调整供油提前角（4）增加过量空气系数五、增压柴油机的机械负荷及解决途径1、增压柴油机的机械负荷问题第149页，共190页，编辑于2022年，星期五2、降低机械负荷的途径1）适当降低柴油机的压缩比降低压缩比的方法：除新设计外还可采用：将活塞顶部

45、挖去两块 加深进、排气门坑穴 使气门缩进气缸盖一些第150页，共190页，编辑于2022年，星期五2）适当减小供油提前角3）调整涡轮增压器（1）适当增大喷嘴环出口面积（2）适当增大压气机及涡轮的蜗壳第151页，共190页，编辑于2022年，星期五4）优化供油系统（1）柱塞直径第152页，共190页，编辑于2022年，星期五（2）喷孔尺寸1）喷孔总流通面积第153页，共190页，编辑于2022年，星期五2）喷孔直径和喷孔数第154页，共190页，编辑于2022年，星期五六、改善增压柴油机低工况 及瞬态特性的途径1、增压柴油机低工况性能分析（1）按负荷特性n=C（2）按螺旋浆特性（3）快艇或高速舰

46、艇（4）车用柴油机第155页，共190页，编辑于2022年，星期五2）改善增压柴油机低工况性能的措施（1）采用脉冲增压系统或MPC系统第156页，共190页，编辑于2022年，星期五2）采用高工况放气放气方式将部分排气放入大气将部分增压空气放入大气第157页，共190页，编辑于2022年，星期五3）低工况进、排气旁通第158页，共190页，编辑于2022年，星期五4）变截面涡轮增压器有叶喷嘴环无叶喷嘴环第159页，共190页，编辑于2022年，星期五5）采用复合谐振增压第160页，共190页，编辑于2022年，星期五6）采用海泊巴系统7）采用米勒系统第161页，共190页，编辑于2022年，星

47、期五8）采用相继涡轮增压系统9）采用顾氏系统第162页，共190页，编辑于2022年，星期五七、增压柴油机的瞬态特性性能分析1 增压柴油机的瞬态特性增压柴油机变速或变负荷时柴油机的性能增压柴油机瞬态相应性差的根本原因：供气量不足第163页，共190页，编辑于2022年，星期五3、改善增压柴油机瞬态特性的措施1）尽量减小进气管和排气管的容积2）在低工况运行时减小涡轮通流面积3）减小涡轮增压器转子的转动惯量4）外加能量改善瞬态特性第164页，共190页，编辑于2022年，星期五1 1）尽量减小进气管和排气管的容积）尽量减小进气管和排气管的容积）尽量减小进气管和排气管的容积）尽量减小进气管和排气管的

48、容积第165页，共190页，编辑于2022年，星期五2）在低工况运行时减小涡轮通流面积第166页，共190页，编辑于2022年，星期五3 3）减小涡轮增压器转子的转动惯量第167页，共190页，编辑于2022年，星期五4 4）外加能量改善瞬态特性第168页，共190页，编辑于2022年，星期五 离心式涡轮增压器图3-1-1 车用涡轮增压器 1-压气机蜗壳 2-无叶扩压气 3-压气机叶轮 4-密封套 5-增压器轴 6-进气道 7-推力轴承 8-挡油板 9-浮动轴承 10-涡轮机叶轮 11-出气道 12-隔热板 13-蜗轮机蜗壳 14-中间体 第169页，共190页，编辑于2022年，星期五3-2

49、 离心式压气机1-进气道 2-压气机叶轮 3-压气机蜗壳 4-扩压器第170页，共190页，编辑于2022年，星期五压气机叶轮的结构第171页，共190页，编辑于2022年，星期五图3-7 导风轮入口速度三角形（a）设计流量 （b）大于设计流量 （c）小于设计流量第172页，共190页，编辑于2022年，星期五第173页，共190页，编辑于2022年，星期五图3-9 喷嘴环的结构第174页，共190页，编辑于2022年，星期五第175页，共190页，编辑于2022年，星期五第176页，共190页，编辑于2022年，星期五一、实现高增压的增压系统一、实现高增压的增压系统1、米勒系统、米勒系统2、

50、可变压缩比高增压系统、可变压缩比高增压系统第177页，共190页，编辑于2022年，星期五第178页，共190页，编辑于2022年，星期五第179页，共190页，编辑于2022年，星期五3 3、HyperbarHyperbar增压系统增压系统增压系统增压系统第180页，共190页，编辑于2022年，星期五4 4、二级涡轮增压系统、二级涡轮增压系统、二级涡轮增压系统、二级涡轮增压系统第181页，共190页，编辑于2022年，星期五三、改善低工况性能的增压系统三、改善低工况性能的增压系统（一）相继涡轮增压系统1、两个阀门：分别控制涡轮和压气机投入 工作；2、燃气控制阀由压气机出口压力或发动机 转速