第四章內(nèi)燃機的換氣過程2

1、1第四章第四章 內(nèi)燃機的換氣過程內(nèi)燃機的換氣過程2第五節(jié)第五節(jié) 內(nèi)燃機的增壓內(nèi)燃機的增壓 內(nèi)燃機所能發(fā)出的最大功率受到氣缸內(nèi)所能燃燒內(nèi)燃機所能發(fā)出的最大功率受到氣缸內(nèi)所能燃燒的燃料的限制，而燃料量又受到每個循環(huán)內(nèi)氣缸的燃料的限制，而燃料量又受到每個循環(huán)內(nèi)氣缸所能吸人空氣量的限制。如果空氣能在進(jìn)入氣缸所能吸人空氣量的限制。如果空氣能在進(jìn)入氣缸前得到壓縮而使其密度增大、則同樣的氣缸工作前得到壓縮而使其密度增大、則同樣的氣缸工作容積可以容納更多的新鮮充量，從而就可以多供容積可以容納更多的新鮮充量，從而就可以多供給燃料，得到更大的輸出功率。這就是給燃料，得到更大的輸出功率。這就是增壓的基增壓的基本目的

2、本目的。 內(nèi)燃機的增壓問題，涉及到增壓器本身、增壓器內(nèi)燃機的增壓問題，涉及到增壓器本身、增壓器與內(nèi)燃機的匹配以及內(nèi)燃機為適應(yīng)增壓需要而進(jìn)與內(nèi)燃機的匹配以及內(nèi)燃機為適應(yīng)增壓需要而進(jìn)行的必要調(diào)整等內(nèi)容，行的必要調(diào)整等內(nèi)容，34567內(nèi)容提要 一、增壓技術(shù)概述一、增壓技術(shù)概述 二二 、內(nèi)燃機的增壓方式、內(nèi)燃機的增壓方式 三、增壓對經(jīng)濟性及動力性能的影響三、增壓對經(jīng)濟性及動力性能的影響 四、發(fā)動機增壓技術(shù)的優(yōu)勢與代價四、發(fā)動機增壓技術(shù)的優(yōu)勢與代價 五、渦輪增壓器的工作特性五、渦輪增壓器的工作特性 六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介 七、渦輪增壓器與發(fā)動機的匹配七、渦輪增壓器與發(fā)動機的匹配

3、 八、內(nèi)燃機的增壓改造八、內(nèi)燃機的增壓改造 九、汽油機的增壓技術(shù)九、汽油機的增壓技術(shù)8 增壓技術(shù)萌生于增壓技術(shù)萌生于1919世紀(jì)，在世紀(jì)，在2020世紀(jì)初期得到世紀(jì)初期得到初步應(yīng)用。隨著材料科學(xué)及制造技術(shù)的進(jìn)步，初步應(yīng)用。隨著材料科學(xué)及制造技術(shù)的進(jìn)步，柴油機的渦輪增壓技木在柴油機的渦輪增壓技木在2020世紀(jì)中葉開始走世紀(jì)中葉開始走向大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用、并逐步推廣到汽油機中。向大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用、并逐步推廣到汽油機中。目前，大功率柴油機的絕大部分、車用柴油目前，大功率柴油機的絕大部分、車用柴油機的半數(shù)以上以及相當(dāng)比例的高性能汽油機，機的半數(shù)以上以及相當(dāng)比例的高性能汽油機，均采用了增壓技術(shù)。均采用了增壓技

4、術(shù)。 一般而言，增壓后的功率可比原機提高一般而言，增壓后的功率可比原機提高40%60%40%60%甚至更多。發(fā)動機的平均有效壓力可甚至更多。發(fā)動機的平均有效壓力可達(dá)到達(dá)到3MPa3MPa。事實上，增壓已經(jīng)成為發(fā)動機強。事實上，增壓已經(jīng)成為發(fā)動機強化的一個十分重要而有效的技術(shù)手段?；囊粋€十分重要而有效的技術(shù)手段。一、增壓技術(shù)概述一、增壓技術(shù)概述9二二 、內(nèi)燃機的增壓方式、內(nèi)燃機的增壓方式 根據(jù)方式的不同，內(nèi)燃機增壓可以分成四種類型：根據(jù)方式的不同，內(nèi)燃機增壓可以分成四種類型： (1)(1)機械增壓機械增壓 發(fā)動機輸出軸直接驅(qū)動機械增壓器，實現(xiàn)發(fā)動機輸出軸直接驅(qū)動機械增壓器，實現(xiàn)對進(jìn)氣的壓縮。這

5、種方式提出最早，但其優(yōu)點與缺點同對進(jìn)氣的壓縮。這種方式提出最早，但其優(yōu)點與缺點同樣突出。樣突出。 (2)(2)排氣渦輪增壓排氣渦輪增壓 壓氣機與渦輪同軸相連，構(gòu)成渦輪增壓氣機與渦輪同軸相連，構(gòu)成渦輪增壓器。渦輪在排氣能量的推動下旋轉(zhuǎn)，帶動壓氣機工作，壓器。渦輪在排氣能量的推動下旋轉(zhuǎn)，帶動壓氣機工作，實現(xiàn)進(jìn)氣增壓。實現(xiàn)進(jìn)氣增壓。 (3)(3)氣波增壓氣波增壓 利用進(jìn)氣及排氣系統(tǒng)中的波動效應(yīng)來壓縮利用進(jìn)氣及排氣系統(tǒng)中的波動效應(yīng)來壓縮進(jìn)氣，著名的氣波增壓器進(jìn)氣，著名的氣波增壓器(Comprex)(Comprex)就是其中之一。就是其中之一。 (4)(4)復(fù)合增壓復(fù)合增壓 由上述各種方式組合而成，如機

6、械增壓與由上述各種方式組合而成，如機械增壓與渦輪增壓的結(jié)合等。渦輪增壓的結(jié)合等。 從實際應(yīng)用的情況來看，較為常見的是渦輪增壓和從實際應(yīng)用的情況來看，較為常見的是渦輪增壓和機械增壓，其中渦輪增壓占了絕大部分，而機械增壓則機械增壓，其中渦輪增壓占了絕大部分，而機械增壓則在近年來重新得到重視，發(fā)展較快。在近年來重新得到重視，發(fā)展較快。10（一）機械增壓系統(tǒng)（一）機械增壓系統(tǒng) 增壓器由增壓器由柴油機直接驅(qū)動柴油機直接驅(qū)動的增壓系統(tǒng)稱為機械增壓系的增壓系統(tǒng)稱為機械增壓系統(tǒng)。此時驅(qū)動增壓器所需的能量由統(tǒng)。此時驅(qū)動增壓器所需的能量由柴油機本身柴油機本身提供。提供。 福特增壓式6.8升V-10氫內(nèi)燃發(fā)動機 1

7、1圖圖1-l 機械增壓系統(tǒng)圖機械增壓系統(tǒng)圖 1-排氣管；2-柴油機氣缸；3-曲軸； 4-齒輪；5-壓氣機；6-進(jìn)氣管 系統(tǒng)中的增壓器采用離心式，轉(zhuǎn)瓣式（羅茨式）、或其它型式的機械泵，由柴油機曲軸通過齒輪等傳動機構(gòu)直接驅(qū)動或利用十字頭往復(fù)運動來帶動。 機械增壓工作原理圖 1213 優(yōu)點：優(yōu)點：機械增壓的特征，除了在低轉(zhuǎn)速便可獲得增壓外，增機械增壓的特征，除了在低轉(zhuǎn)速便可獲得增壓外，增壓的動力輸出也與曲軸轉(zhuǎn)速成一定的比例，即機械增壓引擎壓的動力輸出也與曲軸轉(zhuǎn)速成一定的比例，即機械增壓引擎的油門反應(yīng)隨著轉(zhuǎn)速的提高，動力輸出隨之增強，因此機械的油門反應(yīng)隨著轉(zhuǎn)速的提高，動力輸出隨之增強，因此機械增壓引擎

8、的操作感覺與自然氣極為相似，卻能擁有較大的馬增壓引擎的操作感覺與自然氣極為相似，卻能擁有較大的馬力與扭力。力與扭力。 缺點：缺點：機械增壓系統(tǒng)驅(qū)動增壓器要消耗柴油機的有效功率，機械增壓系統(tǒng)驅(qū)動增壓器要消耗柴油機的有效功率，增壓壓力越高，驅(qū)動增壓器所消耗的功率也越大。當(dāng)達(dá)到一增壓壓力越高，驅(qū)動增壓器所消耗的功率也越大。當(dāng)達(dá)到一定增壓壓力后，增壓器所消耗的功率將超過柴油機由于增壓定增壓壓力后，增壓器所消耗的功率將超過柴油機由于增壓而提高的功率。而提高的功率。 因此機械增壓系統(tǒng)只適用于低增壓柴油機，一般單獨機因此機械增壓系統(tǒng)只適用于低增壓柴油機，一般單獨機械增壓壓力不超過械增壓壓力不超過0.150.

9、17。這種增壓系統(tǒng)制造容易、成。這種增壓系統(tǒng)制造容易、成本低，運轉(zhuǎn)范圍寬，柴油機加速和加載性能較好，且在啟動本低，運轉(zhuǎn)范圍寬，柴油機加速和加載性能較好，且在啟動與低速運轉(zhuǎn)時也能獲得一定的進(jìn)氣壓力，因而機械增壓在轎與低速運轉(zhuǎn)時也能獲得一定的進(jìn)氣壓力，因而機械增壓在轎車發(fā)動機上的應(yīng)用重新受到關(guān)注。車發(fā)動機上的應(yīng)用重新受到關(guān)注。 機械增壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點機械增壓系統(tǒng)的優(yōu)缺點14（二）廢氣渦輪增壓系統(tǒng)（二）廢氣渦輪增壓系統(tǒng) 增壓器由柴油機排氣驅(qū)動的廢氣渦輪所帶動的增壓系統(tǒng)增壓器由柴油機排氣驅(qū)動的廢氣渦輪所帶動的增壓系統(tǒng)稱為廢氣渦輪增壓系統(tǒng)稱為廢氣渦輪增壓系統(tǒng) 。中冷渦輪增壓渦輪增壓kavachi發(fā)動機 1

10、5圖圖1-2 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)廢氣渦輪增壓系統(tǒng) 1-排氣管；排氣管；2-柴油機氣缸；柴油機氣缸；3-壓氣機；壓氣機； 4-進(jìn)氣管；進(jìn)氣管；5-渦輪渦輪該系統(tǒng)中的增壓器由廢氣渦輪和該系統(tǒng)中的增壓器由廢氣渦輪和壓氣機兩部分組成，稱為廢氣渦壓氣機兩部分組成，稱為廢氣渦輪增壓器。驅(qū)動增壓器所需的功輪增壓器。驅(qū)動增壓器所需的功率由柴油機的排氣能量來提供，率由柴油機的排氣能量來提供，即柴油機的排氣驅(qū)動渦輪增壓器即柴油機的排氣驅(qū)動渦輪增壓器的渦輪，由渦輪帶動同軸上的壓的渦輪，由渦輪帶動同軸上的壓氣機來壓縮空氣，經(jīng)進(jìn)氣管送入氣機來壓縮空氣，經(jīng)進(jìn)氣管送入氣缸。氣缸。 16（三）復(fù)合增壓系統(tǒng)compound-su

11、per-charged diesel engine 采用機械增壓器和廢氣渦輪增壓器聯(lián)合工作的增壓系統(tǒng)稱為復(fù)合增壓系統(tǒng)。 串聯(lián)增壓系統(tǒng) 并聯(lián)增壓系統(tǒng) 17串聯(lián)增壓系統(tǒng)圖圖1-3 串聯(lián)增壓系統(tǒng)串聯(lián)增壓系統(tǒng) 18（四）氣波增壓氣波增壓器是利用氣體的壓縮波氣波增壓器是利用氣體的壓縮波和膨張波來傳遞能量的一種增壓和膨張波來傳遞能量的一種增壓器。它由一個轉(zhuǎn)子和兩個定子組器。它由一個轉(zhuǎn)子和兩個定子組成成(圖圖16)。從發(fā)動機排出的高。從發(fā)動機排出的高壓燃?xì)饬鹘?jīng)定子，在轉(zhuǎn)子中對空壓燃?xì)饬鹘?jīng)定子，在轉(zhuǎn)子中對空氣進(jìn)行壓縮。被壓縮的空氣壓力、氣進(jìn)行壓縮。被壓縮的空氣壓力、溫度升高后、從另一定子進(jìn)入氣溫度升高后、從另

12、一定子進(jìn)入氣缸。同時，空氣對高壓燃?xì)猱a(chǎn)生缸。同時，空氣對高壓燃?xì)猱a(chǎn)生一個膨脹波、使燃?xì)鈮毫Α囟纫粋€膨脹波、使燃?xì)鈮毫?、溫度下降。低壓燃?xì)鈴脑瓉淼亩ㄗ优畔陆怠５蛪喝細(xì)鈴脑瓉淼亩ㄗ优湃氪髿狻＾D(zhuǎn)子由發(fā)動機曲軸通過入大氣。轉(zhuǎn)子由發(fā)動機曲軸通過傳動裝置驅(qū)動，約消耗整機有效傳動裝置驅(qū)動，約消耗整機有效功率功率10一一15。 圖圖1-6 氣波增壓器工作原理圖氣波增壓器工作原理圖19與渦輪增壓相比 優(yōu)點：低速運行特性、經(jīng)濟性、加速性 結(jié)構(gòu)簡單，制造方便 缺點：結(jié)構(gòu)尺寸較大，在發(fā)動機的安裝位置受到一定的限制 躁聲較大 20 從第二章中可知，內(nèi)燃機的動力性指標(biāo)(以有效功率Pe為代表)與經(jīng)濟性指標(biāo)（以有效燃油消耗

13、率be為代表）可以表示為 (47) (48)nPsmcaitemiteb1三、增壓對經(jīng)濟性及動力性能的影響21nPsmcaitemiteb1假設(shè)增壓后發(fā)動機轉(zhuǎn)速假設(shè)增壓后發(fā)動機轉(zhuǎn)速n和過量空氣系數(shù)和過量空氣系數(shù)a保持不變保持不變增壓后增壓后換氣過程形成正的泵氣功，換氣過程形成正的泵氣功，指示熱效率指示熱效率it增加增加增壓度增加，增壓度增加， m增加增加增壓度增加，增壓度增加， a增加增加增壓度增加，增壓度增加， c增加增加所以所以Pebe22四、發(fā)動機增壓技術(shù)的優(yōu)勢與四、發(fā)動機增壓技術(shù)的優(yōu)勢與代價代價優(yōu)勢優(yōu)勢代價代價2324優(yōu)勢優(yōu)勢 1) 1)增壓器的質(zhì)量與尺寸都較小，內(nèi)燃機增壓器的質(zhì)量與尺

14、寸都較小，內(nèi)燃機的總體質(zhì)量增加不大，而輸出功率可以的總體質(zhì)量增加不大，而輸出功率可以以得到大幅度的提高，整機的比質(zhì)量減以得到大幅度的提高，整機的比質(zhì)量減小、升功率相應(yīng)增大。采用增壓技術(shù)可小、升功率相應(yīng)增大。采用增壓技術(shù)可降低內(nèi)燃機單位功率的造價，提高材料降低內(nèi)燃機單位功率的造價，提高材料的利用率。對于大型柴油機而言，經(jīng)濟的利用率。對于大型柴油機而言，經(jīng)濟效益更加突出。效益更加突出。25優(yōu)勢優(yōu)勢 2)2)由于與非增壓內(nèi)燃機相比，排氣可由于與非增壓內(nèi)燃機相比，排氣可以在渦輪中獲得進(jìn)一步的膨脹，的排以在渦輪中獲得進(jìn)一步的膨脹，的排氣噪聲有所降低。氣噪聲有所降低。26優(yōu)勢優(yōu)勢 3)3)增壓后，有利于內(nèi)

15、燃機在高原稀增壓后，有利于內(nèi)燃機在高原稀薄空氣條件下恢復(fù)功率，以達(dá)到或薄空氣條件下恢復(fù)功率，以達(dá)到或接近平原性能。接近平原性能。27優(yōu)勢優(yōu)勢 4)4)增壓后，由于壓縮終點溫度與壓增壓后，由于壓縮終點溫度與壓力提高，滯燃期縮短，壓力升高比力提高，滯燃期縮短，壓力升高比有所降低。燃燒柔和，燃燒噪聲有有所降低。燃燒柔和，燃燒噪聲有所降低。所降低。28優(yōu)勢優(yōu)勢 5)5)過量空氣系數(shù)較大，過量空氣系數(shù)較大，HCHC、COCO和煙度排放降低和煙度排放降低29優(yōu)勢優(yōu)勢 6 )6 )技術(shù)適用性廣，從低速到高速、技術(shù)適用性廣，從低速到高速、二沖程到四沖程、大缸徑到小缸二沖程到四沖程、大缸徑到小缸徑都有應(yīng)用徑都有

16、應(yīng)用30代價代價 1) 1)增壓后缸內(nèi)工作壓力以及溫度提高，機械負(fù)荷及熱增壓后缸內(nèi)工作壓力以及溫度提高，機械負(fù)荷及熱負(fù)荷加大，內(nèi)燃機的可靠性受到嚴(yán)峻的考驗。負(fù)荷加大，內(nèi)燃機的可靠性受到嚴(yán)峻的考驗。 2)2)低速時由于排氣能量不足，可能會使發(fā)動機的低速低速時由于排氣能量不足，可能會使發(fā)動機的低速轉(zhuǎn)矩受到影響以及車用發(fā)動機十分不利。轉(zhuǎn)矩受到影響以及車用發(fā)動機十分不利。 3)3)由于在渦輪增壓器中，從排氣能量的傳遞到進(jìn)氣壓由于在渦輪增壓器中，從排氣能量的傳遞到進(jìn)氣壓力的建立需要內(nèi)燃機的加速響應(yīng)性能較非增壓機型差。力的建立需要內(nèi)燃機的加速響應(yīng)性能較非增壓機型差。 4)4)增壓發(fā)動機性能的進(jìn)一步優(yōu)化受到

17、增壓器及中冷增壓發(fā)動機性能的進(jìn)一步優(yōu)化受到增壓器及中冷器的限制，其中增壓器的問題集中在材料、耐熱性能、器的限制，其中增壓器的問題集中在材料、耐熱性能、潤滑、效率等方面，而中冷器則要求體積小、效率高、潤滑、效率等方面，而中冷器則要求體積小、效率高、質(zhì)量輕。質(zhì)量輕。31采用增壓發(fā)動機的利弊： 利： 有效功率 30%50% 燃油消耗率 10% 排氣凈化、降低躁聲，使在高原工作 的內(nèi)燃機恢復(fù)功率 弊： 機械負(fù)荷 熱負(fù)荷 排溫要650度 壓縮空氣溫度高，要采用中冷器 發(fā)動機要做相應(yīng)的改造32內(nèi)容提要 一、增壓技術(shù)概述一、增壓技術(shù)概述 二二 、內(nèi)燃機的增壓方式、內(nèi)燃機的增壓方式 三、增壓對經(jīng)濟性及動力性能

18、的影響三、增壓對經(jīng)濟性及動力性能的影響 四、發(fā)動機增壓技術(shù)的優(yōu)勢與代價四、發(fā)動機增壓技術(shù)的優(yōu)勢與代價 五、渦輪增壓器的工作特性五、渦輪增壓器的工作特性 六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介 七、渦輪增壓器與發(fā)動機的匹配七、渦輪增壓器與發(fā)動機的匹配 八、內(nèi)燃機的增壓改造八、內(nèi)燃機的增壓改造 九、汽油機的增壓技術(shù)九、汽油機的增壓技術(shù)33 渦輪增壓器由壓氣機和渦輪兩大部分組成。根據(jù)排氣在渦輪中流動方向的不同，排氣渦輪增壓器可以分為兩大類，即徑流式渦輪增壓器和軸流式渦輪增壓器。一般大型柴油機多采用軸流式，以滿足大流量、高效率的要求；而車用發(fā)動機多采用徑流式，以適應(yīng)高轉(zhuǎn)速及較高響應(yīng)性能的要求

19、。增壓器的壓氣機部分，一般都采用單級離心式結(jié)構(gòu)。五、渦輪增壓器的工作特性34按渦輪型式分類（軸流式和徑流式） 大型增壓器多采用軸流式渦輪（即燃?xì)庠跍u輪內(nèi)的流動方向平行于轉(zhuǎn)子軸方向） 圖圖2-1 軸流式渦輪示意圖軸流式渦輪示意圖 圖圖2-2 徑流式渦輪示意圖徑流式渦輪示意圖1-氣殼；2-工作輪；3-渦輪軸； 4-噴嘴環(huán)；5-進(jìn)氣殼 a）向心式（徑向進(jìn)氣軸相排氣）；b）離心式；c）混流式 1-進(jìn)氣殼；2-噴嘴環(huán)；3-工作輪； 4-排氣殼；5-渦輪軸小型增壓器則采用徑流式渦輪（燃?xì)庠跍u輪內(nèi)沿垂直于轉(zhuǎn)子軸軸線的徑向流動） 五、渦輪增壓器的工作特性35361. 離心式壓氣機的工作過程五、渦輪增壓器的工作

20、特性離心式壓氣機離心式壓氣機的功用是提高的功用是提高氣體的壓力，氣體的壓力，它主要由進(jìn)氣它主要由進(jìn)氣道、工作輪道、工作輪(含含手風(fēng)輪手風(fēng)輪)、擴壓、擴壓器和出氣蝸殼器和出氣蝸殼等部件組成。等部件組成。1 進(jìn)氣道 2 工作葉輪3 擴壓器 4 壓氣機渦殼 離心式壓氣機結(jié)構(gòu) 371. 離心式壓氣機的工作過程壓氣機通道內(nèi)氣體狀態(tài)的變化 五、渦輪增壓器的工作特性38首先，新鮮充量沿截面收縮的軸向進(jìn)氣道進(jìn)人工作首先，新鮮充量沿截面收縮的軸向進(jìn)氣道進(jìn)人工作輪氣流略有加速輪氣流略有加速( (圖圖414b414b中的位置中的位置1) 1)。然后，氣。然后，氣流進(jìn)人工作輪上葉片組成的氣流通道。由于工作輪流進(jìn)人工作

21、輪上葉片組成的氣流通道。由于工作輪的轉(zhuǎn)速很高的轉(zhuǎn)速很高( (一般為每分鐘幾萬轉(zhuǎn)有時高達(dá)每分一般為每分鐘幾萬轉(zhuǎn)有時高達(dá)每分鐘幾十萬轉(zhuǎn)鐘幾十萬轉(zhuǎn)) )，離心力的作用使得新鮮充量得到了，離心力的作用使得新鮮充量得到了很大的壓縮，其壓力、溫度以及氣流速度均有較大很大的壓縮，其壓力、溫度以及氣流速度均有較大程度的增加程度的增加( (圖中位置圖中位置2)2)，這部分能量是由驅(qū)動工，這部分能量是由驅(qū)動工作輪的機械功轉(zhuǎn)化而來，而機械功又是來源于與之作輪的機械功轉(zhuǎn)化而來，而機械功又是來源于與之間軸鈾相連的渦輪。間軸鈾相連的渦輪。 39 然后，壓力提高了的氣體沿然后，壓力提高了的氣體沿y y作輪徑向流出，進(jìn)人擴壓

22、作輪徑向流出，進(jìn)人擴壓器和出氣蝸殼。由于兩者均是截面逐漸增大的通道，器和出氣蝸殼。由于兩者均是截面逐漸增大的通道，氣體所擁有動能的大部分會在其中轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ堋⑦@氣體所擁有動能的大部分會在其中轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?、這樣，壓力得以進(jìn)一步升高而氣流速度則相應(yīng)下降樣，壓力得以進(jìn)一步升高而氣流速度則相應(yīng)下降( (圖圖中位置中位置3 3、4)4)：同時，出氣蝸殼還兼有收集流出的氣體：同時，出氣蝸殼還兼有收集流出的氣體以便向內(nèi)燃機進(jìn)氣管輸送的目的。以便向內(nèi)燃機進(jìn)氣管輸送的目的。 由此可見，新鮮充量在壓氣機中完成了一系列的功能由此可見，新鮮充量在壓氣機中完成了一系列的功能轉(zhuǎn)換，并將渦輪機傳給壓氣工作輪的機械能，盡可能

23、轉(zhuǎn)換，并將渦輪機傳給壓氣工作輪的機械能，盡可能多地轉(zhuǎn)變?yōu)槌淞康膲毫δ?。多地轉(zhuǎn)變?yōu)槌淞康膲毫δ堋?0* -壓氣機的流量特性壓氣機的通流特性是指在壓氣機的通流特性是指在一定環(huán)境條件下（一定環(huán)境條件下（ 、 為一定時），在某一為一定時），在某一轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速時，時，增壓比增壓比和和效率效率隨隨流量流量而變化的關(guān)系曲線。以流而變化的關(guān)系曲線。以流量為橫坐標(biāo)，增壓比和效量為橫坐標(biāo)，增壓比和效率為縱坐標(biāo)，轉(zhuǎn)速為參變率為縱坐標(biāo)，轉(zhuǎn)速為參變數(shù)繪出壓氣機的流量特性數(shù)繪出壓氣機的流量特性曲線。曲線。效率和流量的關(guān)系效率和流量的關(guān)系曲線以曲線以等效率等效率線的形式畫線的形式畫在增壓比和流量的關(guān)系曲在增壓比和流量的關(guān)系曲線

24、上，線上，以便于分析。以便于分析。0P壓氣機流量特性壓氣機流量特性 0T2. 離心式壓氣機的特性離心式壓氣機的特性曲線離心式壓氣機的特性曲線五、渦輪增壓器的工作特性41壓氣機特性曲線的變化主要特點：壓氣機特性曲線的變化主要特點： 2較低轉(zhuǎn)速較低轉(zhuǎn)速時，增壓特性線變化時，增壓特性線變化較較平坦平坦；轉(zhuǎn)速愈高轉(zhuǎn)速愈高，則增壓特性，則增壓特性線變化線變化愈陡削愈陡削，這說明在，這說明在高轉(zhuǎn)速高轉(zhuǎn)速時，時，較小的流量變化所對應(yīng)的增較小的流量變化所對應(yīng)的增壓比的變化較大壓比的變化較大。 1.1.在在等轉(zhuǎn)速等轉(zhuǎn)速運行線上，隨著運行線上，隨著空氣空氣流量流量的的增加增加，增壓比增壓比開始開始時是時是增增加加

25、的，當(dāng)增加至某一值時，的，當(dāng)增加至某一值時，達(dá)最達(dá)最大值大值。之后。之后再增壓再增壓便便逐漸下降逐漸下降，所以，增壓特性線似所以，增壓特性線似馬鞍形狀馬鞍形狀。 由圖中還可看出，在等轉(zhuǎn)速運行由圖中還可看出，在等轉(zhuǎn)速運行線上，線上，效率效率隨流量的變化也大致隨流量的變化也大致與增壓特性線與增壓特性線相似相似。423有一條喘振線。它是不有一條喘振線。它是不同轉(zhuǎn)速下壓氣機穩(wěn)定運同轉(zhuǎn)速下壓氣機穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的最小流量點的連線，轉(zhuǎn)的最小流量點的連線，即壓氣機穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的邊即壓氣機穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的邊界線。喘振線以左為喘界線。喘振線以左為喘振區(qū)振區(qū),此時壓氣機工作不此時壓氣機工作不穩(wěn)定。流過壓氣機的氣穩(wěn)定。流過壓氣機的氣

26、流開始振蕩，嚴(yán)重時，流開始振蕩，嚴(yán)重時，整臺壓氣機發(fā)生振動并整臺壓氣機發(fā)生振動并伴隨著特殊的尖叫聲。伴隨著特殊的尖叫聲。這種現(xiàn)象稱為喘振現(xiàn)象。這種現(xiàn)象稱為喘振現(xiàn)象。喘振線以右為穩(wěn)定工作喘振線以右為穩(wěn)定工作區(qū)。最小流量點的數(shù)值區(qū)。最小流量點的數(shù)值是隨著轉(zhuǎn)速的升高向增是隨著轉(zhuǎn)速的升高向增大的方向移動。大的方向移動。 43* 壓氣機流量特性的成因壓氣機流量特性的成因以徑向葉輪為例，如壓氣機進(jìn)出口氣流速度相同，在沒有流以徑向葉輪為例，如壓氣機進(jìn)出口氣流速度相同，在沒有流動損失情況下，有效功完全用來壓縮空氣，即動損失情況下，有效功完全用來壓縮空氣，即 badbWW22buWg2u而 為葉輪出口處的輪周速

27、度為葉輪出口處的輪周速度 為功率系數(shù)為功率系數(shù) 壓比與絕熱壓縮功的關(guān)系為：壓比與絕熱壓縮功的關(guān)系為：可見，可見，增壓比增壓比與流量無關(guān)與流量無關(guān)，在特性曲線上是一條與橫坐標(biāo)，在特性曲線上是一條與橫坐標(biāo)平行的（平行的（a-a）直線。）直線。k2. 離心式壓氣機的特性44可見，增壓比可見，增壓比與流量無關(guān)，在特性曲線上是一條與橫坐標(biāo)與流量無關(guān)，在特性曲線上是一條與橫坐標(biāo)平行的（平行的（a-a）直線。但實際流動是有損失的，而且這種損）直線。但實際流動是有損失的，而且這種損失與流動最直接合關(guān)。這些損失有以下兩部分。失與流動最直接合關(guān)。這些損失有以下兩部分。 rW1流動損失流動損失 包括包括摩檫摩檫損失

28、、渦流損失損失、渦流損失等。這種等。這種損失以損失以 表示，表示， 與與氣流速度氣流速度c有關(guān)。當(dāng)有關(guān)。當(dāng)流量流量增大增大，c必然必然加快加快， 相應(yīng)相應(yīng)增大增大。則相應(yīng)用來提。則相應(yīng)用來提高壓力的絕熱壓縮功減少，高壓力的絕熱壓縮功減少，壓比降低。所以，在特性壓比降低。所以，在特性線上、計及流動損失后的線上、計及流動損失后的壓比線為壓比線為bb所示所示rW452撞擊損失當(dāng)壓氣機離開設(shè)計工況時，氣流角度和葉片的幾何角度不能保持一致，產(chǎn)生撞擊現(xiàn)象。 計及撞擊損失后，壓比與流量的關(guān)系線用cBc來表示。46如圖所示，當(dāng)流量如圖所示，當(dāng)流量增大增大時，入口軸向分速時，入口軸向分速增大增大，而，而定，則氣

29、定，則氣流撞擊入口邊的背面；當(dāng)流量減小時，入口軸向分速減小，而流撞擊入口邊的背面；當(dāng)流量減小時，入口軸向分速減小，而不變，則撞擊入口邊的凹面。說明只要氣流偏離設(shè)計工況，不變，則撞擊入口邊的凹面。說明只要氣流偏離設(shè)計工況，都會產(chǎn)生撞擊損失。都會產(chǎn)生撞擊損失。 圖2-10轉(zhuǎn)速不變、流量變化時葉輪入口處的撞擊現(xiàn)象 （a）設(shè)計工況 （b）流量增大增大 （c）流量減小減小47* 壓氣機的喘振與堵塞壓氣機的喘振與堵塞2. 離心式壓氣機的特性流量流量過小過小過大過大喘振喘振堵塞堵塞當(dāng)壓氣機的流量過小當(dāng)壓氣機的流量過小,氣體會在氣體會在葉輪或擴壓器入口出現(xiàn)邊界層分葉輪或擴壓器入口出現(xiàn)邊界層分離離,導(dǎo)致氣體回流

30、導(dǎo)致氣體回流.分離渦流迅速分離渦流迅速擴展到壓氣機通道的其他部分?jǐn)U展到壓氣機通道的其他部分,氣流出現(xiàn)強烈的振蕩氣流出現(xiàn)強烈的振蕩,引起工作引起工作輪葉片強烈振動輪葉片強烈振動,產(chǎn)生很大的噪產(chǎn)生很大的噪音音,為壓氣機的喘振為壓氣機的喘振.當(dāng)流量超過設(shè)計工況到一定數(shù)當(dāng)流量超過設(shè)計工況到一定數(shù)值后值后,壓氣機的增壓比和效率均壓氣機的增壓比和效率均急劇下降急劇下降,而流量卻不再增加而流量卻不再增加,這一現(xiàn)象稱為壓氣機的堵塞這一現(xiàn)象稱為壓氣機的堵塞.設(shè)計或選配時保證壓氣機具有寬廣的工作范設(shè)計或選配時保證壓氣機具有寬廣的工作范圍圍,以滿足增壓發(fā)動機的運轉(zhuǎn)要求以滿足增壓發(fā)動機的運轉(zhuǎn)要求.48圖2-10轉(zhuǎn)速不

31、變、流量變化時葉輪入口處的撞擊現(xiàn)象 （a）設(shè)計工況 （b）流量增大增大 （c）流量減小減小49圖2-11 在一定轉(zhuǎn)速、不同流量下葉片擴壓器的空氣流動情況（a）設(shè)計工況 （b）流量增大增大 （c）流量減小減小50一般來說一般來說,葉片擴壓器流道內(nèi)氣體分離的擴大是葉片擴壓器流道內(nèi)氣體分離的擴大是壓氣機喘振的主要原因壓氣機喘振的主要原因,而工作葉輪進(jìn)口處氣流而工作葉輪進(jìn)口處氣流分離的擴大會使喘振進(jìn)一步加劇分離的擴大會使喘振進(jìn)一步加劇.如小型增壓器中普遍采用的無葉擴壓器如小型增壓器中普遍采用的無葉擴壓器,不僅使不僅使工作流量范圍擴大工作流量范圍擴大,又可避免壓氣機的喘振現(xiàn)象又可避免壓氣機的喘振現(xiàn)象的發(fā)

32、生的發(fā)生.513. 徑流式渦輪機的工作原理五、渦輪增壓器的工作特性*徑流式渦輪的結(jié)構(gòu)徑流式渦輪的結(jié)構(gòu)渦輪主要內(nèi)進(jìn)氣殼、噴嘴環(huán)、工作葉輪和排氣殼進(jìn)氣殼、噴嘴環(huán)、工作葉輪和排氣殼等部件組成。進(jìn)氣殼進(jìn)氣殼 ( (也稱蝸殼也稱蝸殼) )的作用，是把發(fā)動機的作用，是把發(fā)動機排出的具有一定能量的廢氣，以排出的具有一定能量的廢氣，以盡量小的盡量小的流動損失和盡量均勺的分布流動損失和盡量均勺的分布引導(dǎo)到渦輪噴引導(dǎo)到渦輪噴嘴環(huán)的入口。嘴環(huán)的入口。噴嘴環(huán)噴嘴環(huán) 又稱導(dǎo)向器，流通截面呈漸縮形，又稱導(dǎo)向器，流通截面呈漸縮形，其作用是其作用是使具有一定壓力和溫度的燃?xì)馀蚴咕哂幸欢▔毫蜏囟鹊娜細(xì)馀蛎浖铀俨匆?guī)定的方向進(jìn)

33、入脹加速并按規(guī)定的方向進(jìn)入工作葉輪。工作葉輪。工作葉輪工作葉輪 ( (簡稱葉輪簡稱葉輪) )是是唯一唯一承受氣體承受氣體作功的元件它與壓氣機葉輪同軸、把氣作功的元件它與壓氣機葉輪同軸、把氣體的體的動能轉(zhuǎn)化為機械功向壓氣機輸出動能轉(zhuǎn)化為機械功向壓氣機輸出。排氣殼排氣殼 收集葉輪排出的廢氣并送入大氣收集葉輪排出的廢氣并送入大氣。52*渦輪機工作原理渦輪機工作原理噴嘴環(huán)上的導(dǎo)向葉片構(gòu)成的是噴嘴環(huán)上的導(dǎo)向葉片構(gòu)成的是漸縮曲線型通道，廢氣進(jìn)入噴漸縮曲線型通道，廢氣進(jìn)入噴嘴通道，在此彎曲的收縮通道嘴通道，在此彎曲的收縮通道內(nèi)廢氣膨脹，部分壓力能變成內(nèi)廢氣膨脹，部分壓力能變成動能，廢氣的絕對速度動能，廢氣的

34、絕對速度，溫，溫度和壓力度和壓力。工作輪葉片一般也。工作輪葉片一般也組成收縮通道，在工作輪葉片組成收縮通道，在工作輪葉片中，燃?xì)饫^續(xù)膨脹，壓力溫度中，燃?xì)饫^續(xù)膨脹，壓力溫度。當(dāng)氣流流過工作葉輪時，氣。當(dāng)氣流流過工作葉輪時，氣流轉(zhuǎn)彎，由于離心力作用的結(jié)流轉(zhuǎn)彎，由于離心力作用的結(jié)果，在葉片凹面壓力得到提果，在葉片凹面壓力得到提高，而凸面降低。產(chǎn)生帶動工作高，而凸面降低。產(chǎn)生帶動工作葉輪旋轉(zhuǎn)的扭矩。葉輪旋轉(zhuǎn)的扭矩。3. 徑流式渦輪機的工作原理徑流式渦輪機的工作原理53*廢氣渦輪的特性曲線廢氣渦輪的特性曲線與壓氣機一樣，渦輪在變工與壓氣機一樣，渦輪在變工況時氣流參數(shù)的變化是通過況時氣流參數(shù)的變化是通過

35、特性曲線來表示的。渦輪特特性曲線來表示的。渦輪特性曲線表示了在各種工況下性曲線表示了在各種工況下渦輪主要工作參數(shù)間的變化渦輪主要工作參數(shù)間的變化關(guān)系，是關(guān)系，是確定渦輪與發(fā)動機確定渦輪與發(fā)動機匹配合理與否的至要依據(jù)。匹配合理與否的至要依據(jù)。渦輪性能曲線最常用的形式渦輪性能曲線最常用的形式是是表征渦輪通流能力的流量表征渦輪通流能力的流量特性曲線特性曲線和和表征渦輪效率變表征渦輪效率變化的效率特性曲線化的效率特性曲線。 3. 徑流式渦輪機的工作原理徑流式渦輪機的工作原理54*廢氣渦輪的特性曲線廢氣渦輪的特性曲線3. 徑流式渦輪機的工作原理徑流式渦輪機的工作原理n一定時，隨著流量的增加有一定時，隨著

36、流量的增加有一最佳效率值。一最佳效率值。每一轉(zhuǎn)速下，有相應(yīng)的流量及每一轉(zhuǎn)速下，有相應(yīng)的流量及范圍。范圍。隨著流量的增加，有一最大值隨著流量的增加，有一最大值為為A，再增大，流量不再增加，再增大，流量不再增加，稱為廢氣的阻塞現(xiàn)象。發(fā)生流稱為廢氣的阻塞現(xiàn)象。發(fā)生流量阻塞的原因是噴嘴環(huán)或渦輪量阻塞的原因是噴嘴環(huán)或渦輪葉輪中某處氣流速度已達(dá)到了葉輪中某處氣流速度已達(dá)到了當(dāng)?shù)芈曀佟u輪實際工作時，當(dāng)?shù)芈曀?。渦輪實際工作時，由于噴嘴出口處流速最高。往由于噴嘴出口處流速最高。往往是該處先于葉輪發(fā)生流量阻往是該處先于葉輪發(fā)生流量阻塞。塞。55內(nèi)容提要 一、增壓技術(shù)概述一、增壓技術(shù)概述 二二 、內(nèi)燃機的增壓方式

37、、內(nèi)燃機的增壓方式 三、增壓對經(jīng)濟性及動力性能的影響三、增壓對經(jīng)濟性及動力性能的影響 四、發(fā)動機增壓技術(shù)的優(yōu)勢與代價四、發(fā)動機增壓技術(shù)的優(yōu)勢與代價 五、渦輪增壓器的工作特性五、渦輪增壓器的工作特性 六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介 七、渦輪增壓器與發(fā)動機的匹配七、渦輪增壓器與發(fā)動機的匹配 八、內(nèi)燃機的增壓改造八、內(nèi)燃機的增壓改造 九、汽油機的增壓技術(shù)九、汽油機的增壓技術(shù)56六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介廢氣渦輪增壓的兩種基本形式廢氣渦輪增壓的兩種基本形式 渦輪增壓系統(tǒng)的兩種基本形式 a）定壓增壓系統(tǒng)（b）脈沖增壓系統(tǒng)57六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介六、排氣渦輪增壓

38、系統(tǒng)簡介1.定壓渦輪增壓系統(tǒng)定壓渦輪增壓系統(tǒng)內(nèi)燃機所有氣缸的排氣管都連接于一根排氣總管而排氣總管的容積又盡可能做得大。這樣一來，排氣管實際上就起了集氣箱集氣箱作用。這時雖然各氣缸的排氣時間是岔開的，但由于集氣箱的穩(wěn)壓作用，因而在排氣總管內(nèi)的壓力振蕩是壓力振蕩是較小的較小的?？梢哉J(rèn)為渦輪前排氣管內(nèi)壓力基本上是恒定的，即工質(zhì)在恒定壓力恒定壓力狀態(tài)下進(jìn)入渦輪。 58六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介1.定壓渦輪增壓系統(tǒng)定壓渦輪增壓系統(tǒng)*定壓增壓對內(nèi)燃機廢氣能量的利用定壓增壓對內(nèi)燃機廢氣能量的利用2-0 ：增壓器進(jìn)氣過程 0-a：增壓器充量的壓縮過程，a為增壓壓力 a-3：增壓器等壓排氣

39、 3-a：內(nèi)燃機等壓吸氣過程 a-c：壓縮過程c-z： 燃燒過程 z-b：膨脹過程 b-5：排氣門打開時的定容排氣 5-4：定壓排氣 排氣管為恒定壓力 4-e：渦輪進(jìn)氣 e-f ：渦輪中的膨脹 f-2：渦輪等壓排氣59排氣門打開時排氣等熵膨脹至大氣壓力時所作的排氣門打開時排氣等熵膨脹至大氣壓力時所作的功功1bf1排氣經(jīng)排氣門節(jié)流和排氣歧管中自由膨脹所損失的能量1ETEbE1bTEEE1ETE排氣在渦輪中進(jìn)一步膨脹所回收的能量1.定壓渦輪增壓系統(tǒng)定壓渦輪增壓系統(tǒng)*定壓增壓對內(nèi)燃機廢氣能量的利用定壓增壓對內(nèi)燃機廢氣能量的利用60活塞推出排氣使排氣增加的能量排氣排氣中渦輪中渦輪的可用能量的可用能量1

40、EcETEsE2EbE掃氣空氣進(jìn)入渦輪后具有的能量2scTEEEEsEcETE排氣在渦輪中的膨脹功1.定壓渦輪增壓系統(tǒng)定壓渦輪增壓系統(tǒng)*定壓增壓對內(nèi)燃機廢氣能量的利用定壓增壓對內(nèi)燃機廢氣能量的利用61活塞推出排氣使排氣增加活塞推出排氣使排氣增加的能量的能量1EqEcETEsE2EbE掃氣空氣進(jìn)入渦輪后具有掃氣空氣進(jìn)入渦輪后具有的能量的能量2scTqEEEEEsEcETE排氣在渦輪中的膨脹功排氣在渦輪中的膨脹功qE損失的能量E1中的一小部分，轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，加熱排氣，使焓值增加而得到的附加能量渦輪前排氣渦輪前排氣的可用能量的可用能量*定壓增壓對內(nèi)燃機廢氣能量的利用定壓增壓對內(nèi)燃機廢氣能量的利用1.定

41、壓渦輪增壓系統(tǒng)定壓渦輪增壓系統(tǒng)62TE廢氣的擁有能分為：(b-e-5-b)1E(5-e-f-1-5)TE無論是變壓還是恒壓系統(tǒng)均在渦輪中膨脹做功恒壓系統(tǒng)、變壓系統(tǒng)的差別很大。1E恒壓系統(tǒng)恒壓系統(tǒng)中，由于排氣管壓力維持恒定，全部在節(jié)全部在節(jié)流中損失流中損失，損失而產(chǎn)生的熱量將用來加熱排氣管中的工質(zhì)，使溫度提高。渦渦輪功面積增加輪功面積增加e-e-f-f-e.*定壓增壓對內(nèi)燃機廢氣能量的利用定壓增壓對內(nèi)燃機廢氣能量的利用1.定壓渦輪增壓系統(tǒng)定壓渦輪增壓系統(tǒng)631TpEG CT101kkTpTpEG CTp廢氣回收率占損失能量的比例為廢氣回收率占損失能量的比例為: 1011kkTpEEp Tp ,T

42、TpE且廢熱回收的比例愈大且廢熱回收的比例愈大. 當(dāng)增壓壓力當(dāng)增壓壓力較低較低，而渦輪增壓器的綜合，而渦輪增壓器的綜合效率又不很高時，恒壓系統(tǒng)就難以實現(xiàn)效率又不很高時，恒壓系統(tǒng)就難以實現(xiàn)功率功率平衡要求。其原因就在于平衡要求。其原因就在于能量能量E1沒有很好地加以利用。沒有很好地加以利用。 為了很好地利用E1，提出了脈沖增壓系統(tǒng)脈沖增壓系統(tǒng)。642 脈沖增壓系統(tǒng)使排氣管中的壓力造成盡可能大的使排氣管中的壓力造成盡可能大的壓力波動，壓力波動，渦輪增壓器盡量靠近氣渦輪增壓器盡量靠近氣缸；把排氣管做得短而細(xì)，盡量減缸；把排氣管做得短而細(xì)，盡量減小排氣管容積。為在一根排氣管中小排氣管容積。為在一根排氣

43、管中形成形成互不干擾互不干擾的排氣脈沖波進(jìn)入廢的排氣脈沖波進(jìn)入廢氣渦輪機，要根據(jù)氣缸數(shù)按內(nèi)燃機氣渦輪機，要根據(jù)氣缸數(shù)按內(nèi)燃機的發(fā)火順序組成幾根排氣管，每根的發(fā)火順序組成幾根排氣管，每根排氣管各自連接幾個氣缸排氣管各自連接幾個氣缸(通常為通常為2缸或缸或3缸缸)。必須把渦輪的噴嘴環(huán)。必須把渦輪的噴嘴環(huán)(即即渦輪進(jìn)口渦輪進(jìn)口)，根據(jù)排氣管的數(shù)目分組，根據(jù)排氣管的數(shù)目分組隔開，使它們互不干擾。如發(fā)火順隔開，使它們互不干擾。如發(fā)火順序為序為l53624的六缸四沖的六缸四沖程增壓柴油機排氣管分組情況。程增壓柴油機排氣管分組情況。 六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介65 兩種增壓系統(tǒng)在兩種增

44、壓系統(tǒng)在廢氣能量利用廢氣能量利用的區(qū)別的區(qū)別（1 1）采用脈沖增壓可以對面積）采用脈沖增壓可以對面積E1E1所示所示脈沖能量加以利用。脈沖能量加以利用。在脈沖增壓系統(tǒng)中，在脈沖增壓系統(tǒng)中，由于排氣管容積很小，在排氣閥開啟后，由于排氣管容積很小，在排氣閥開啟后，排氣管中壓力迅速升高，形成了圖中所排氣管中壓力迅速升高，形成了圖中所示的壓力波示的壓力波-排氣脈沖波。由于排氣管排氣脈沖波。由于排氣管的壓力迅速提高，使氣體處于的壓力迅速提高，使氣體處于亞臨界流亞臨界流動動。排氣壓差的減小，使排氣。排氣壓差的減小，使排氣節(jié)流損失節(jié)流損失下降下降，從而，從而 提高了對能量提高了對能量E1的利用率。的利用率。

45、且瞬時進(jìn)入渦輪的廢氣壓力較高，在渦且瞬時進(jìn)入渦輪的廢氣壓力較高，在渦輪內(nèi)瞬時膨脹功大。輪內(nèi)瞬時膨脹功大。（2） 排氣管截面細(xì)，排氣管截面細(xì)，氣流速度高氣流速度高，部，部分氣流的分氣流的動能動能可以在渦輪中加以利用?？梢栽跍u輪中加以利用。 可見，可見，脈沖增壓系統(tǒng)脈沖增壓系統(tǒng)比比定壓增壓系統(tǒng)定壓增壓系統(tǒng)可以較好地利用內(nèi)燃機可以較好地利用內(nèi)燃機的廢氣能量。的廢氣能量。 663脈沖增壓系統(tǒng)和定壓增壓系統(tǒng)的比較和選用脈沖增壓系統(tǒng)和定壓增壓系統(tǒng)的比較和選用 排氣能量的利用排氣能量的利用比較比較六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介脈沖增壓脈沖增壓: 排氣節(jié)流造成的排氣能量的損失比定壓增壓系排氣

46、節(jié)流造成的排氣能量的損失比定壓增壓系統(tǒng)小統(tǒng)小,而且能利用排氣的脈沖能量。而且能利用排氣的脈沖能量。而定壓增壓定壓增壓不能利用不能利用脈沖能量脈沖能量。所以脈沖增壓對排氣能量的利用比定壓要好。所以脈沖增壓對排氣能量的利用比定壓要好。但當(dāng)增壓比提高時，排氣管內(nèi)壓力升高，定壓系統(tǒng)的排但當(dāng)增壓比提高時，排氣管內(nèi)壓力升高，定壓系統(tǒng)的排氣能量損失有所下降。且脈沖能量在排氣能量中所占的氣能量損失有所下降。且脈沖能量在排氣能量中所占的比重降低，所以兩種系統(tǒng)對排氣能量的利用效果隨增壓比重降低，所以兩種系統(tǒng)對排氣能量的利用效果隨增壓比的提高而接近。比的提高而接近。當(dāng)增壓比小于當(dāng)增壓比小于2.5時，脈沖增壓對排氣能

47、量的利用比定壓要好。時，脈沖增壓對排氣能量的利用比定壓要好。673脈沖增壓系統(tǒng)和定壓增壓系統(tǒng)的比較和選用脈沖增壓系統(tǒng)和定壓增壓系統(tǒng)的比較和選用 掃氣作用掃氣作用 比較比較定壓增壓系統(tǒng)定壓增壓系統(tǒng)： 脈沖增壓系統(tǒng)：脈沖增壓系統(tǒng)： kTpp較小，組織良好掃氣有一定較小，組織良好掃氣有一定困難困難 TpTpkTpp因排氣前期因排氣前期高，排氣速度大，后期高，排氣速度大，后期下降快，正處于氣門疊加期，下降快，正處于氣門疊加期， 大，有利于掃氣大，有利于掃氣683脈沖增壓系統(tǒng)和定壓增壓系統(tǒng)的比較和選用脈沖增壓系統(tǒng)和定壓增壓系統(tǒng)的比較和選用 加速性能加速性能比較比較脈沖增壓脈沖增壓的的加速加載性能較好加速

48、加載性能較好，由于脈沖增壓排氣管容，由于脈沖增壓排氣管容積小，幾個工作循環(huán)后壓力很快上升，增壓器能迅速加積小，幾個工作循環(huán)后壓力很快上升，增壓器能迅速加速到規(guī)定轉(zhuǎn)速，保證柴油機掃氣的要求。而速到規(guī)定轉(zhuǎn)速，保證柴油機掃氣的要求。而定壓增壓定壓增壓在在柴油機柴油機加速加載時反應(yīng)性能差加速加載時反應(yīng)性能差，即快速加速加載時，排，即快速加速加載時，排氣能量不能快速增加，壓力因而也難于快速提高，造成氣能量不能快速增加，壓力因而也難于快速提高，造成短時間內(nèi)空氣流量不足，使柴油機冒煙。短時間內(nèi)空氣流量不足，使柴油機冒煙。此外，在內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速減低時，脈沖增壓系統(tǒng)的可用能與此外，在內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速減低時，脈沖增壓系統(tǒng)的

49、可用能與定壓增壓系統(tǒng)的可用能之比增大，有利于改善內(nèi)燃機的定壓增壓系統(tǒng)的可用能之比增大，有利于改善內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)矩特性。轉(zhuǎn)矩特性。693脈沖增壓系統(tǒng)和定壓增壓系統(tǒng)的比較和選用脈沖增壓系統(tǒng)和定壓增壓系統(tǒng)的比較和選用 增壓器的效率增壓器的效率比較比較定壓增壓定壓增壓由于進(jìn)入渦輪的壓力基本恒定，故渦輪效率較渦輪效率較高高。脈沖增壓脈沖增壓：在開始排氣時排氣以很高的流速進(jìn)入渦輪，：在開始排氣時排氣以很高的流速進(jìn)入渦輪，流動損失增加；脈沖增壓渦輪為脈動進(jìn)氣，進(jìn)入工作輪流動損失增加；脈沖增壓渦輪為脈動進(jìn)氣，進(jìn)入工作輪葉片的排氣流動方向也是周期地改變，使氣流撞擊損失葉片的排氣流動方向也是周期地改變，使氣流撞擊損失

50、增加；脈動的壓力有時還造成渦輪機的部分進(jìn)氣現(xiàn)象，增加；脈動的壓力有時還造成渦輪機的部分進(jìn)氣現(xiàn)象，因此因此渦輪效率較低渦輪效率較低。703脈沖增壓系統(tǒng)和定壓增壓系統(tǒng)的比較和選用脈沖增壓系統(tǒng)和定壓增壓系統(tǒng)的比較和選用 增壓器的結(jié)構(gòu)增壓器的結(jié)構(gòu)比較比較定壓增壓系統(tǒng)定壓增壓系統(tǒng)排氣管排氣管結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單，這對于，這對于氣缸數(shù)目很多氣缸數(shù)目很多的柴油機在結(jié)構(gòu)布置上尤為重要。而的柴油機在結(jié)構(gòu)布置上尤為重要。而脈沖增壓系統(tǒng)脈沖增壓系統(tǒng)排排氣管要進(jìn)行分支，使排氣系統(tǒng)氣管要進(jìn)行分支，使排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，布置困難。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，布置困難。71脈沖系統(tǒng)和定壓系統(tǒng)的選用 高增壓柴油機高增壓柴油機0.25kpMPaTp高

51、，排出的廢氣能量回收比例大，故多采用高，排出的廢氣能量回收比例大，故多采用定定壓增壓壓增壓。且渦輪前壓力恒定，渦輪效率提高。且渦輪前壓力恒定，渦輪效率提高。低增壓柴油機低增壓柴油機0.150.13kpMPaMPa定壓系統(tǒng)定壓系統(tǒng)Tp低，節(jié)流損失大，采用低，節(jié)流損失大，采用脈沖增壓系統(tǒng)脈沖增壓系統(tǒng)更好。更好。高增壓柴油機變工況高增壓柴油機變工況特別是出現(xiàn)低負(fù)荷情況下，用特別是出現(xiàn)低負(fù)荷情況下，用脈沖增壓系統(tǒng)脈沖增壓系統(tǒng)更好。更好。船用、發(fā)電用船用、發(fā)電用車用車用72內(nèi)容提要 一、增壓技術(shù)概述一、增壓技術(shù)概述 二二 、內(nèi)燃機的增壓方式、內(nèi)燃機的增壓方式 三、增壓對經(jīng)濟性及動力性能的影響三、增壓對經(jīng)

52、濟性及動力性能的影響 四、發(fā)動機增壓技術(shù)的優(yōu)勢與代價四、發(fā)動機增壓技術(shù)的優(yōu)勢與代價 五、渦輪增壓器的工作特性五、渦輪增壓器的工作特性 六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介六、排氣渦輪增壓系統(tǒng)簡介 七、渦輪增壓器與發(fā)動機的匹配七、渦輪增壓器與發(fā)動機的匹配 八、內(nèi)燃機的增壓改造八、內(nèi)燃機的增壓改造 九、汽油機的增壓技術(shù)九、汽油機的增壓技術(shù)73七、七、渦輪增壓器與發(fā)動機的匹配渦輪增壓器與發(fā)動機的匹配內(nèi)燃機與渦輪增壓器只通過內(nèi)燃機的內(nèi)燃機與渦輪增壓器只通過內(nèi)燃機的進(jìn)排氣流動進(jìn)排氣流動聯(lián)系。聯(lián)系。內(nèi)燃機的工作特性參數(shù)是用內(nèi)燃機的工作特性參數(shù)是用轉(zhuǎn)速和負(fù)荷轉(zhuǎn)速和負(fù)荷來表示的，不來表示的，不同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下排氣的流量和溫

53、度不同，即排氣的能同轉(zhuǎn)速和負(fù)荷下排氣的流量和溫度不同，即排氣的能量不同，通過增壓器轉(zhuǎn)換后，反過來影響進(jìn)氣狀態(tài)，量不同，通過增壓器轉(zhuǎn)換后，反過來影響進(jìn)氣狀態(tài)，進(jìn)而影響發(fā)動機的性能和排氣狀態(tài)，在穩(wěn)定狀態(tài)下達(dá)進(jìn)而影響發(fā)動機的性能和排氣狀態(tài)，在穩(wěn)定狀態(tài)下達(dá)到一種平衡。內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速范圍是從最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速到到一種平衡。內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速范圍是從最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速到標(biāo)定轉(zhuǎn)速，負(fù)荷變化從零到滿負(fù)荷，要使增壓內(nèi)燃機標(biāo)定轉(zhuǎn)速，負(fù)荷變化從零到滿負(fù)荷，要使增壓內(nèi)燃機有良好的性能，就必須使渦輪和壓氣機的聯(lián)合運行在有良好的性能，就必須使渦輪和壓氣機的聯(lián)合運行在寬廣的范圍內(nèi)與內(nèi)燃機有良好的配合，彼此適應(yīng)，這寬廣的范圍內(nèi)與內(nèi)燃機有良好的配

54、合，彼此適應(yīng)，這就是所謂的渦輪增壓器與發(fā)動機的匹配。就是所謂的渦輪增壓器與發(fā)動機的匹配。741.內(nèi)燃機使用特性的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換內(nèi)燃機使用特性的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換( )kGf n1219.17kekekhvkPT gpMPaiV n ()kepf P75( )kGf n( )kepf P762. 聯(lián)合運行線聯(lián)合運行線聯(lián)合運行線聯(lián)合運行線 為了討論運行線的聯(lián)合，以單級渦輪增壓系統(tǒng)為例為了討論運行線的聯(lián)合，以單級渦輪增壓系統(tǒng)為例 2 發(fā)動機某一工況下，對應(yīng)該工況功率所需的增壓力基本發(fā)動機某一工況下，對應(yīng)該工況功率所需的增壓力基本確定，因此，壓氣機提供的增壓壓力必須等于發(fā)動機所確定，因此，壓氣機提供的增壓壓力必須等于

55、發(fā)動機所需的增壓壓力。需的增壓壓力。 根據(jù)質(zhì)量守恒定律，壓氣機所提供的空氣正好等于內(nèi)燃根據(jù)質(zhì)量守恒定律，壓氣機所提供的空氣正好等于內(nèi)燃機所需的空氣量。因此，在穩(wěn)定工況下，壓氣機特性線機所需的空氣量。因此，在穩(wěn)定工況下，壓氣機特性線上的流量和內(nèi)燃機所需的流量相等。上的流量和內(nèi)燃機所需的流量相等。 因此，可以將內(nèi)燃機的使用特性圖與壓氣機特性圖因此，可以將內(nèi)燃機的使用特性圖與壓氣機特性圖統(tǒng)一起來，構(gòu)成增壓器和內(nèi)燃機聯(lián)合后的工作運行線。統(tǒng)一起來，構(gòu)成增壓器和內(nèi)燃機聯(lián)合后的工作運行線。 77783、聯(lián)合運行線的限制、聯(lián)合運行線的限制 內(nèi)燃機增壓系統(tǒng)由壓氣機、渦輪及內(nèi)燃機壓氣機、渦輪及內(nèi)燃機等聯(lián)合運行，它

56、們之間的參數(shù)互相影響， 十分復(fù)雜。各自的限制條件均反映在運行線上。換句話說，聯(lián)合運行線的限制條件是壓氣機、渦聯(lián)合運行線的限制條件是壓氣機、渦輪和內(nèi)燃機三者限制條件的綜合反映。輪和內(nèi)燃機三者限制條件的綜合反映。 793、聯(lián)合運行線的限制、聯(lián)合運行線的限制 壓氣機的限制壓氣機的限制 1 最高轉(zhuǎn)速限制線最高轉(zhuǎn)速限制線 發(fā)動機按負(fù)荷特性運行時，隨著負(fù)荷的增加，雖然發(fā)動機轉(zhuǎn)速不變，但循環(huán)供油量增加，廢氣溫度和壓力都相應(yīng)提高，既渦輪進(jìn)口焓值增加，增壓器轉(zhuǎn)速增加。80壓氣機的限制壓氣機的限制 1 最高轉(zhuǎn)速限制線最高轉(zhuǎn)速限制線 當(dāng)發(fā)動機按外特性運行時，循環(huán)供油量變化不大，隨著負(fù)荷減小，發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高，流量增大

57、，廢氣流量也增大，渦輪轉(zhuǎn)速升高。 當(dāng)增壓器轉(zhuǎn)速超過某一當(dāng)增壓器轉(zhuǎn)速超過某一值后，離心力增加過大，值后，離心力增加過大，以致超過葉輪機械強度以致超過葉輪機械強度所能承受的程度，就會所能承受的程度，就會發(fā)生事故。因此壓氣機發(fā)生事故。因此壓氣機有一條最高轉(zhuǎn)速限制線有一條最高轉(zhuǎn)速限制線(曲線曲線6)。81壓氣機的限制壓氣機的限制 2. 喘振邊界線喘振邊界線 當(dāng)發(fā)動機負(fù)荷或轉(zhuǎn)速當(dāng)發(fā)動機負(fù)荷或轉(zhuǎn)速降低都伴隨著流量的降低都伴隨著流量的減少。若發(fā)動機流量減少。若發(fā)動機流量減少到壓氣機喘振邊減少到壓氣機喘振邊界線以左，使壓氣機界線以左，使壓氣機進(jìn)入喘振區(qū)，即無法進(jìn)入喘振區(qū)，即無法工作。因此，壓氣機工作。因此，壓

58、氣機運行受喘振邊界線的運行受喘振邊界線的限制限制(如曲線如曲線5)。82渦輪限制條件渦輪限制條件 1 .最高溫度限制線最高溫度限制線 隨著發(fā)動機負(fù)荷增加，隨著發(fā)動機負(fù)荷增加，轉(zhuǎn)速升高，都伴隨著轉(zhuǎn)速升高，都伴隨著排氣溫度升高。當(dāng)排排氣溫度升高。當(dāng)排氣溫度超過渦輪材料氣溫度超過渦輪材料熱應(yīng)力承受的程度，熱應(yīng)力承受的程度，就會發(fā)生事故。因此，就會發(fā)生事故。因此，渦輪有一條最高溫度渦輪有一條最高溫度限制線限制線(如曲線如曲線7)。 83渦輪限制條件渦輪限制條件 2. 最高轉(zhuǎn)速限制線最高轉(zhuǎn)速限制線 這與壓氣機一樣，轉(zhuǎn)速這與壓氣機一樣，轉(zhuǎn)速過高，離心力過大，以過高，離心力過大，以致超過葉輪材料強度所致超過

59、葉輪材料強度所能承受的程度，就會發(fā)能承受的程度，就會發(fā)生事故。渦輪葉輪的材生事故。渦輪葉輪的材料優(yōu)于壓氣機葉輪，但料優(yōu)于壓氣機葉輪，但渦輪工作溫度顯著高于渦輪工作溫度顯著高于壓氣機。所以增壓器最壓氣機。所以增壓器最高轉(zhuǎn)速限制線應(yīng)根據(jù)壓高轉(zhuǎn)速限制線應(yīng)根據(jù)壓氣機和渦輪的實際薄弱氣機和渦輪的實際薄弱環(huán)節(jié)來確定環(huán)節(jié)來確定。 84渦輪限制條件渦輪限制條件 3.噴嘴環(huán)出口流量阻塞線噴嘴環(huán)出口流量阻塞線 廢氣流經(jīng)渦輪，在噴嘴環(huán)出口處流廢氣流經(jīng)渦輪，在噴嘴環(huán)出口處流通面積最小，流速最大。根據(jù)噴嘴通面積最小，流速最大。根據(jù)噴嘴流動理論、喉部最大流速為當(dāng)?shù)匾袅鲃永碚摗⒑聿孔畲罅魉贋楫?dāng)?shù)匾羲?，即?dāng)發(fā)動機流量增大，以

60、致噴速，即當(dāng)發(fā)動機流量增大，以致噴嘴中的膨脹比為臨界膨脹比時，流嘴中的膨脹比為臨界膨脹比時，流經(jīng)渦輪的流量達(dá)到最大值。這時，經(jīng)渦輪的流量達(dá)到最大值。這時，即使發(fā)動機流量再增大，渦輪的流即使發(fā)動機流量再增大，渦輪的流量也不再增大，除非增大噴嘴環(huán)喉量也不再增大，除非增大噴嘴環(huán)喉部流通而積。因此，渦輪有一條最部流通而積。因此，渦輪有一條最大流量的限制線，也稱流量阻塞線大流量的限制線，也稱流量阻塞線(如曲線如曲線l 0)。 不過，在增壓系統(tǒng)中，渦輪的流量范圍很寬，而且噴嘴環(huán)面不過，在增壓系統(tǒng)中，渦輪的流量范圍很寬，而且噴嘴環(huán)面積可以變動，所以這條限制線一般不會出現(xiàn)。積可以變動，所以這條限制線一般不會出