發(fā)動機(jī)原理課件—第八章 內(nèi)燃機(jī)增壓及中冷技術(shù)

1、主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1. 內(nèi)燃機(jī)增壓的基本知識內(nèi)燃機(jī)增壓的基本知識 2. 柴油機(jī)增壓、中冷柴油機(jī)增壓、中冷 第八章第八章 內(nèi)燃機(jī)增壓及中冷技術(shù)內(nèi)燃機(jī)增壓及中冷技術(shù) v增壓：增壓：為提高平均有效壓力以為提高平均有效壓力以增加氣缸內(nèi)封存氣體密度增加氣缸內(nèi)封存氣體密度的方法。的方法。 （廣義上，凡是能夠?qū)?nèi)燃機(jī)進(jìn)氣密度提高到高于周圍環(huán)境密度（廣義上，凡是能夠?qū)?nèi)燃機(jī)進(jìn)氣密度提高到高于周圍環(huán)境密度 的一切方法，都稱為增壓。）的一切方法，都稱為增壓。） v目的：目的：通過增加充氣量，以通過增加充氣量，以提高功率提高功率，改善經(jīng)濟(jì)性和排放性，改善經(jīng)濟(jì)性和排放性 v提高發(fā)動機(jī)功率的途徑：提高發(fā)動機(jī)功率的途

2、徑： 3 sm 10 30 P inVP e e 第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)動機(jī)增壓的基本知識發(fā)動機(jī)增壓的基本知識 改變結(jié)構(gòu)參數(shù)。增加改變結(jié)構(gòu)參數(shù)。增加i、Vs(D、S)，減少，減少，但體積和重量增加，但體積和重量增加 提高轉(zhuǎn)速。但充氣效率和機(jī)械效率減少，機(jī)件壽命減少，噪音提高轉(zhuǎn)速。但充氣效率和機(jī)械效率減少，機(jī)件壽命減少，噪音 大大 提高平均有效壓力提高平均有效壓力Pme。 提高平均有效壓力提高平均有效壓力Pme 方法：方法：減少過量系數(shù)減少過量系數(shù) 提高充氣效率提高充氣效率 增加充氣密度增加充氣密度（增壓）（增壓） v增壓度增壓度：發(fā)動機(jī)在增壓后增長的功率與增壓前功率：發(fā)動機(jī)在增壓后增長的功率與增壓前

3、功率 之比之比 范圍：范圍：10%60%。大部分為。大部分為20%30%。 v增壓壓比增壓壓比 k：進(jìn)入氣缸的氣體壓力：進(jìn)入氣缸的氣體壓力Pk與大氣壓力與大氣壓力P0之比之比 v增壓的范圍增壓的范圍: 低增壓：低增壓： k 1.31.6 （內(nèi)燃機(jī)平均有效壓力（內(nèi)燃機(jī)平均有效壓力pe0.71.0MPa） 中增壓：中增壓： k 1.62.5 （內(nèi)燃機(jī)平均有效壓力（內(nèi)燃機(jī)平均有效壓力pe1.01.5MPa） 高增壓：高增壓： k 2.5 （pe 1.5MPa）；）； 超高增壓：超高增壓： k 3.5 （pe2.0MPa）。）。 內(nèi)燃機(jī)增壓的優(yōu)缺點(diǎn)內(nèi)燃機(jī)增壓的優(yōu)缺點(diǎn) v改善了發(fā)動機(jī)性能：改善了發(fā)動機(jī)性

4、能： 提高了內(nèi)燃機(jī)機(jī)械效率；提高了內(nèi)燃機(jī)機(jī)械效率； 提高了內(nèi)燃機(jī)的指示熱效率；提高了內(nèi)燃機(jī)的指示熱效率； 改善了燃燒過程。改善了燃燒過程。 v增加了發(fā)動機(jī)的比功率；增加了發(fā)動機(jī)的比功率； v擴(kuò)大了內(nèi)燃機(jī)高原適應(yīng)性：擴(kuò)大了內(nèi)燃機(jī)高原適應(yīng)性： v有利于降低有害氣體排放和噪聲。有利于降低有害氣體排放和噪聲。 (汽油機(jī)汽油機(jī)HC降低，空氣充足使柴油機(jī)碳煙有所降低；降低，空氣充足使柴油機(jī)碳煙有所降低； 溫度高使著火延遲期縮短使柴油機(jī)柔和）溫度高使著火延遲期縮短使柴油機(jī)柔和） v增加了柴油機(jī)的增加了柴油機(jī)的 機(jī)械負(fù)荷；機(jī)械負(fù)荷； v增加了柴油機(jī)的增加了柴油機(jī)的 熱負(fù)荷。熱負(fù)荷。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：

5、 v按照實(shí)現(xiàn)增壓所提供的能量可分：按照實(shí)現(xiàn)增壓所提供的能量可分： 機(jī)械增壓；機(jī)械增壓； 廢氣渦輪增壓；廢氣渦輪增壓； 氣波增壓；氣波增壓； 復(fù)合增壓復(fù)合增壓 諧波增壓（汽油機(jī)）諧波增壓（汽油機(jī)） 第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)動機(jī)增壓的類型發(fā)動機(jī)增壓的類型 、機(jī)械增壓、機(jī)械增壓 v由曲軸經(jīng)過齒輪增速箱驅(qū)由曲軸經(jīng)過齒輪增速箱驅(qū) 動壓氣機(jī)。動壓氣機(jī)。 v機(jī)械增壓增壓壓力高，壓機(jī)械增壓增壓壓力高，壓 氣機(jī)消耗的功率大。為使氣機(jī)消耗的功率大。為使 內(nèi)燃機(jī)機(jī)械效率不要過分內(nèi)燃機(jī)機(jī)械效率不要過分 下降，增壓壓力下降，增壓壓力Pk不能過不能過 高。高。 Pk 160170KPa v主要用途：提高發(fā)動機(jī)低主要用途：提高發(fā)動

6、機(jī)低 速扭矩速扭矩 機(jī)械增壓器的種類機(jī)械增壓器的種類 v機(jī)械增壓所用的壓氣機(jī)除機(jī)械增壓所用的壓氣機(jī)除離心式離心式壓氣機(jī)外，在車用內(nèi)壓氣機(jī)外，在車用內(nèi) 燃機(jī)上常用容積式壓氣機(jī)：燃機(jī)上常用容積式壓氣機(jī)： 羅茨式；螺桿式；轉(zhuǎn)子活塞式羅茨式；螺桿式；轉(zhuǎn)子活塞式。 、廢氣渦輪增壓、廢氣渦輪增壓 v廢氣渦輪增壓利用廢氣渦輪增壓利用 內(nèi)燃機(jī)排氣中能量內(nèi)燃機(jī)排氣中能量 來實(shí)現(xiàn)增壓，比機(jī)來實(shí)現(xiàn)增壓，比機(jī) 械增壓經(jīng)濟(jì)性好，械增壓經(jīng)濟(jì)性好， 比非增壓自然吸氣比非增壓自然吸氣 式內(nèi)燃機(jī)燃油耗率式內(nèi)燃機(jī)燃油耗率 可低可低5%10%。 v質(zhì)量功率和體積功質(zhì)量功率和體積功 率比非自然吸氣內(nèi)率比非自然吸氣內(nèi) 燃機(jī)明顯改善，因

7、燃機(jī)明顯改善，因 而在內(nèi)燃機(jī)上得到而在內(nèi)燃機(jī)上得到 廣泛應(yīng)用。廣泛應(yīng)用。 廢氣渦輪增壓的分類廢氣渦輪增壓的分類 v廢氣渦輪增壓器主要由壓廢氣渦輪增壓器主要由壓 氣機(jī)和廢氣渦輪組成。氣機(jī)和廢氣渦輪組成。 v壓氣機(jī)主要是離心式的。壓氣機(jī)主要是離心式的。 v廢氣渦輪分：廢氣渦輪分： 軸流式；軸流式； 徑流式；徑流式；(小流量，車用小流量，車用) 斜流式（混流式）。斜流式（混流式）。 v由于內(nèi)燃機(jī)排氣能量利用由于內(nèi)燃機(jī)排氣能量利用 的不同，有兩種經(jīng)典的、的不同，有兩種經(jīng)典的、 基本的增壓形式：基本的增壓形式： 脈沖渦輪增壓脈沖渦輪增壓變壓系統(tǒng)變壓系統(tǒng) (直接、響應(yīng)快，排氣管細(xì)直接、響應(yīng)快，排氣管細(xì))

8、等壓渦輪增壓等壓渦輪增壓恒壓系統(tǒng)恒壓系統(tǒng) (發(fā)動機(jī)背壓大發(fā)動機(jī)背壓大) 、氣波增壓、氣波增壓 v氣波增壓是通過氣波增壓器利氣波增壓是通過氣波增壓器利 用氣體質(zhì)點(diǎn)和壓力波的反射特用氣體質(zhì)點(diǎn)和壓力波的反射特 性，使排氣和進(jìn)氣之間進(jìn)行直性，使排氣和進(jìn)氣之間進(jìn)行直 接的能量交換，以增大進(jìn)氣密接的能量交換，以增大進(jìn)氣密 度。度。 v氣波增壓對內(nèi)燃機(jī)工況反映迅氣波增壓對內(nèi)燃機(jī)工況反映迅 速，使氣波增壓的加速性好，速，使氣波增壓的加速性好， 且低速時(shí)空氣的壓縮程度高，且低速時(shí)空氣的壓縮程度高， 低速扭矩好。工作溫度低，不低速扭矩好。工作溫度低，不 需要耐高溫材料。但體積大，需要耐高溫材料。但體積大， 噪聲大

9、，安裝位置受到一定限噪聲大，安裝位置受到一定限 值。匹配要求高，防止竄煙。值。匹配要求高，防止竄煙。 氣波增壓器轉(zhuǎn)氣波增壓器轉(zhuǎn) 子展開圖子展開圖 、復(fù)合增壓、復(fù)合增壓 v機(jī)械增壓與廢氣渦輪增壓組合。機(jī)械增壓與廢氣渦輪增壓組合。 v諧波增壓與廢氣渦輪增壓組合。諧波增壓與廢氣渦輪增壓組合。 、諧波增壓、諧波增壓ACIS 雙增壓器順序增壓雙增壓器順序增壓 v多缸發(fā)動機(jī)上使用兩臺增壓器。多缸發(fā)動機(jī)上使用兩臺增壓器。 v在低速時(shí)，使用一臺增壓器以提高廢氣能量利用效率，改善低速在低速時(shí)，使用一臺增壓器以提高廢氣能量利用效率，改善低速 反映性能。反映性能。 v在中高速時(shí)，使用兩臺增壓器以保證發(fā)動機(jī)功率輸出。

10、在中高速時(shí)，使用兩臺增壓器以保證發(fā)動機(jī)功率輸出。 第三節(jié)第三節(jié) 增壓器增壓器 v可變進(jìn)氣道增壓器；可變進(jìn)氣道增壓器； v可變噴嘴環(huán)增壓器；可變噴嘴環(huán)增壓器； v可變渦輪喉口截面增壓器；可變渦輪喉口截面增壓器； v可變?nèi)~片增壓器；可變?nèi)~片增壓器； v廢氣放氣增壓器；廢氣放氣增壓器； v進(jìn)氣回流增壓器；進(jìn)氣回流增壓器； v射流渦輪增壓器；射流渦輪增壓器； v斜流渦輪增壓器；斜流渦輪增壓器； 可變進(jìn)氣道增壓器可變進(jìn)氣道增壓器 v低速時(shí)使用一個(gè)進(jìn)氣低速時(shí)使用一個(gè)進(jìn)氣 通道；高速時(shí)，進(jìn)氣通道；高速時(shí)，進(jìn)氣 量大，使用兩個(gè)通道，量大，使用兩個(gè)通道， 可以改善增壓發(fā)動機(jī)可以改善增壓發(fā)動機(jī) 的過渡性能。的過渡

11、性能。 可變進(jìn)氣道增壓器性能可變進(jìn)氣道增壓器性能 可變噴嘴環(huán)增壓器可變噴嘴環(huán)增壓器 v低速時(shí)，噴嘴角低速時(shí)，噴嘴角 度小，流通截面度小，流通截面 小；高速時(shí)噴嘴小；高速時(shí)噴嘴 角度大，流通截角度大，流通截 面能保證渦輪從面能保證渦輪從 廢氣中獲取足夠廢氣中獲取足夠 能量達(dá)到壓氣機(jī)能量達(dá)到壓氣機(jī) 的需求。的需求。 各噴嘴環(huán)各噴嘴環(huán)1通過軸銷通過軸銷2固定在渦殼固定在渦殼5上，再經(jīng)傳動桿上，再經(jīng)傳動桿3與噴嘴控制盤與噴嘴控制盤4相相 連。轉(zhuǎn)動噴嘴控制盤即可改變噴嘴環(huán)的角度。連。轉(zhuǎn)動噴嘴控制盤即可改變噴嘴環(huán)的角度。 通過調(diào)整渦殼通過調(diào)整渦殼5與渦與渦 輪葉輪輪葉輪6之間的噴嘴之間的噴嘴 環(huán)角度來調(diào)整

12、渦輪流環(huán)角度來調(diào)整渦輪流 通截面。通截面。 可變噴嘴環(huán)增壓器特性可變噴嘴環(huán)增壓器特性 v左圖中左圖中是噴嘴環(huán)角是噴嘴環(huán)角 度以此減小的情況。隨著度以此減小的情況。隨著 內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速下降，壓氣機(jī)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速下降，壓氣機(jī) 的增壓壓力不但沒有下降，的增壓壓力不但沒有下降， 反而提升到高轉(zhuǎn)速水平，反而提升到高轉(zhuǎn)速水平， 從而保證增壓內(nèi)燃機(jī)的低從而保證增壓內(nèi)燃機(jī)的低 速性能。速性能。 v可調(diào)噴嘴環(huán)用于增壓器與可調(diào)噴嘴環(huán)用于增壓器與 內(nèi)燃機(jī)的高速匹配。通過內(nèi)燃機(jī)的高速匹配。通過 可調(diào)噴嘴環(huán)改善低速性能?？烧{(diào)噴嘴環(huán)改善低速性能。 可變渦輪喉口截面增壓器可變渦輪喉口截面增壓器 1.壓氣機(jī)；壓氣機(jī)；2.可變喉口截面

13、調(diào)整板；可變喉口截面調(diào)整板；3.調(diào)整板及調(diào)整機(jī)構(gòu)；調(diào)整板及調(diào)整機(jī)構(gòu)；4.操縱操縱 機(jī)構(gòu)；機(jī)構(gòu)；5.操縱機(jī)構(gòu)控制電磁閥；操縱機(jī)構(gòu)控制電磁閥；6.渦輪；渦輪；A.最小喉口截面；最小喉口截面；B.最大最大 喉口截面喉口截面 低速 高速 可變渦輪喉口截面增壓器工作原理可變渦輪喉口截面增壓器工作原理 v可變渦輪喉口截面增壓器是再廢氣量不變的情況下可變渦輪喉口截面增壓器是再廢氣量不變的情況下 改變進(jìn)入渦輪的狀態(tài)參數(shù)，從而改變從廢氣中獲取改變進(jìn)入渦輪的狀態(tài)參數(shù)，從而改變從廢氣中獲取 能量的大小。小喉口截面將使進(jìn)入渦輪的廢氣加速，能量的大小。小喉口截面將使進(jìn)入渦輪的廢氣加速， 作用在渦輪葉片上的沖擊力增加（此

14、時(shí)渦輪效率將作用在渦輪葉片上的沖擊力增加（此時(shí)渦輪效率將 有所降低），空氣增壓壓力增加，從而滿足內(nèi)燃機(jī)有所降低），空氣增壓壓力增加，從而滿足內(nèi)燃機(jī) 在低速小負(fù)荷時(shí)的需要。內(nèi)燃機(jī)在高速大負(fù)荷時(shí)，在低速小負(fù)荷時(shí)的需要。內(nèi)燃機(jī)在高速大負(fù)荷時(shí)， 可以保證渦輪在高速范圍運(yùn)行，這時(shí)喉口截面處于可以保證渦輪在高速范圍運(yùn)行，這時(shí)喉口截面處于 最大位置，排氣背壓最小，渦輪效率最大。最大位置，排氣背壓最小，渦輪效率最大。 v可變喉口截面控制板可以由電磁閥進(jìn)行無級調(diào)整?？勺兒砜诮孛婵刂瓢蹇梢杂呻姶砰y進(jìn)行無級調(diào)整。 可變?nèi)~片增壓器可變?nèi)~片增壓器 v可變噴嘴環(huán)技術(shù)類似，通過壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)（葉片角度）的變化，來可變噴嘴環(huán)技術(shù)

15、類似，通過壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)（葉片角度）的變化，來 調(diào)整增壓壓力與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速負(fù)荷的匹配關(guān)系。調(diào)整增壓壓力與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速負(fù)荷的匹配關(guān)系。 v多個(gè)可變?nèi)~片，效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高、體積大。多個(gè)可變?nèi)~片，效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高、體積大。 三菱多閥VG增壓器本田可變?nèi)~片增壓器 廢氣放氣增壓器廢氣放氣增壓器 v車用增壓內(nèi)燃機(jī)為獲得低速大車用增壓內(nèi)燃機(jī)為獲得低速大 扭矩和良好的加速性能，渦輪扭矩和良好的加速性能，渦輪 增壓器一般按內(nèi)燃機(jī)低速、小增壓器一般按內(nèi)燃機(jī)低速、小 流量設(shè)計(jì)。流量設(shè)計(jì)。 v轎車用增壓器設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為內(nèi)燃轎車用增壓器設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為內(nèi)燃 機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速的機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速的40%左右。左右。 v公共汽車、重型

16、車用的增壓器公共汽車、重型車用的增壓器 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為內(nèi)燃機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為內(nèi)燃機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速的 60%左右。左右。 v高速時(shí)，將會使增壓壓力過高速時(shí)，將會使增壓壓力過 高，增壓器超速，柴油機(jī)爆高，增壓器超速，柴油機(jī)爆 發(fā)壓力過大，汽油機(jī)容易引發(fā)壓力過大，汽油機(jī)容易引 起爆震。起爆震。 v為此，設(shè)計(jì)增壓器常增加廢為此，設(shè)計(jì)增壓器常增加廢 氣放氣閥，在高速時(shí)將一部氣放氣閥，在高速時(shí)將一部 分廢氣旁通掉，加以控制增分廢氣旁通掉，加以控制增 壓壓力。壓壓力。 廢氣廢氣 放氣放氣 增壓增壓 器工器工 作原作原 理理 v廢氣門廢氣門3與增壓器與增壓器2的渦輪并聯(lián)地連接在內(nèi)燃機(jī)的渦輪并聯(lián)地連接在內(nèi)燃機(jī)1的排氣

17、管上。廢氣門的閥門的排氣管上。廢氣門的閥門 固定在膜片上，膜片上部通大氣，并受彈簧的作用，下部與壓氣機(jī)出口的固定在膜片上，膜片上部通大氣，并受彈簧的作用，下部與壓氣機(jī)出口的 增壓空氣相通。平時(shí)，彈簧將廢氣門的閥門壓在閥座上，內(nèi)燃機(jī)排氣管來增壓空氣相通。平時(shí)，彈簧將廢氣門的閥門壓在閥座上，內(nèi)燃機(jī)排氣管來 的廢氣不能經(jīng)閥門旁通到渦輪出口的排氣管內(nèi)。的廢氣不能經(jīng)閥門旁通到渦輪出口的排氣管內(nèi)。 v一旦增壓壓力對膜片的作用超過彈簧的預(yù)緊力，廢氣門打開，一部分廢氣一旦增壓壓力對膜片的作用超過彈簧的預(yù)緊力，廢氣門打開，一部分廢氣 不經(jīng)渦輪直接從渦輪出口排入大氣中。渦輪作功減小，空氣的增壓壓力回不經(jīng)渦輪直接從

18、渦輪出口排入大氣中。渦輪作功減小，空氣的增壓壓力回 落，以實(shí)現(xiàn)空氣增壓壓力的自動調(diào)節(jié)。落，以實(shí)現(xiàn)空氣增壓壓力的自動調(diào)節(jié)。 進(jìn)氣回流增壓器進(jìn)氣回流增壓器 v為避免由于負(fù)荷突變及環(huán)境變?yōu)楸苊庥捎谪?fù)荷突變及環(huán)境變 化而使壓氣機(jī)出現(xiàn)喘振而損壞化而使壓氣機(jī)出現(xiàn)喘振而損壞 增壓器，在增壓器的壓氣機(jī)進(jìn)增壓器，在增壓器的壓氣機(jī)進(jìn) 口裝上整體式的回流閥?？谘b上整體式的回流閥。 v當(dāng)進(jìn)氣管壓力低于某一值時(shí)，當(dāng)進(jìn)氣管壓力低于某一值時(shí)， 作用在回流閥上的進(jìn)氣管壓力、作用在回流閥上的進(jìn)氣管壓力、 彈簧壓力和壓氣機(jī)出口的空氣彈簧壓力和壓氣機(jī)出口的空氣 增壓壓力不平衡，回流閥頂開，增壓壓力不平衡，回流閥頂開， 壓氣機(jī)出口的

19、空氣通過回流閥壓氣機(jī)出口的空氣通過回流閥 和回流通道進(jìn)入壓氣機(jī)進(jìn)口，和回流通道進(jìn)入壓氣機(jī)進(jìn)口， 以增加通過壓氣機(jī)的空氣量。以增加通過壓氣機(jī)的空氣量。 第四節(jié)第四節(jié) 增壓中冷技術(shù)（選）增壓中冷技術(shù)（選） v增壓空氣增壓空氣溫度增加溫度增加，在柴油機(jī)中引起，在柴油機(jī)中引起增壓條件下進(jìn)氣密增壓條件下進(jìn)氣密 度減小度減小，即在保持不變過量空氣系數(shù)，即在保持不變過量空氣系數(shù)下，意味著功率下下，意味著功率下 降，不然需要進(jìn)一步提高增壓壓力，但柴油機(jī)機(jī)械負(fù)荷降，不然需要進(jìn)一步提高增壓壓力，但柴油機(jī)機(jī)械負(fù)荷 又要增加。雖然氣缸內(nèi)工質(zhì)溫度提高有利于柴油機(jī)的燃又要增加。雖然氣缸內(nèi)工質(zhì)溫度提高有利于柴油機(jī)的燃 燒，但卻使燃燒室內(nèi)受熱零件的燒，但卻使燃燒室內(nèi)受熱零件的熱負(fù)荷增加，排溫過高，熱負(fù)荷增加，排溫過高， NOx增加增加。汽油機(jī)中增壓溫度升高，除與柴油機(jī)一樣功。汽油機(jī)中增壓溫度升高，除與柴油機(jī)一樣功 率下降外，最主要的是爆震傾向增加。率下降外，最主要的是爆震傾向增加。 v一般，當(dāng)增壓空氣的壓力超過一般，當(dāng)增壓空氣的壓力超過0.15MPa時(shí)，就值得采用時(shí)，就值得采用 中冷。中冷。 v解決空氣溫度過高的辦法就是采用中冷器冷卻增壓后的解決空氣溫度過高的辦法就是采用中冷器冷卻增壓后的 空氣?？諝狻?v增壓空氣溫度每降低增壓空氣溫度每降低2