發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓演示文稿

發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓演示文稿目前一頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣渦輪增壓目前二頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)第一節(jié)概述

增壓:

利用增壓器將空氣或可燃混合氣進(jìn)行壓縮，再送入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的過程。

增壓后，每循環(huán)進(jìn)入氣缸內(nèi)的新鮮充量密度增大，使實(shí)際充氣量增加,提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率和改善經(jīng)濟(jì)性。

增壓分類:

按增壓比（增壓后氣體壓力與增壓前氣體壓力之比

）低增壓：＝1.3～1.6，＝700～1000kPa；中增壓：＝1.6～2.5，＝1000～1500kPa；高增壓：＞2.5，＞1500kPa；超高增壓＞4.5～5.5，＝2500～3500kPa。目前三頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)(1)機(jī)械增壓系統(tǒng)

發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸直接驅(qū)動(dòng)機(jī)械增壓器，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)氣的壓縮。

增壓器有：離心式壓氣機(jī)、羅茨式壓氣機(jī)、螺旋轉(zhuǎn)子式壓氣機(jī)或滑片轉(zhuǎn)子式壓氣機(jī)等。

用于小功率發(fā)動(dòng)機(jī)。圖3-1按增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式：目前四頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)羅茨式壓氣機(jī)目前五頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)(2)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)壓氣機(jī)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(dòng)下旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)壓氣機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣增壓。

廣泛應(yīng)用于柴油機(jī)。目前六頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)渦輪增壓的原理

紅色為高溫廢氣，藍(lán)色為新鮮空氣廢氣渦輪增壓器目前七頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)(３)復(fù)合增壓系統(tǒng)將廢氣動(dòng)力渦輪與廢氣渦輪增壓器串聯(lián)起來工作，稱為復(fù)合式增壓系統(tǒng)。

目前八頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)(4)組合增壓系統(tǒng)

組合式渦輪增壓系統(tǒng)由廢氣渦輪增壓與進(jìn)氣慣性增壓組合而成。在該增壓系統(tǒng)中，除廢氣渦輪增壓器外，還有由穩(wěn)壓箱、共振管、共振室等構(gòu)成的進(jìn)氣慣性增壓系統(tǒng)，利用壓力峰值,進(jìn)一步提高增壓后的進(jìn)氣壓力。

目前九頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)(５)氣波增壓系統(tǒng)所謂氣波增壓，是由曲軸驅(qū)動(dòng)一個(gè)特殊轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子中廢氣直接與空氣接觸，利用高壓廢氣的脈沖氣波迫使空氣在互相不混合的情況下受到壓縮．利用進(jìn)氣及排氣系統(tǒng)中的波動(dòng)效應(yīng)來壓縮進(jìn)氣。從而提高進(jìn)氣壓力。目前十頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)增壓的優(yōu)點(diǎn)1.比質(zhì)量小、升功率大2.降低造價(jià)、提高材料利用率3.排氣噪聲降低、燃燒噪聲降低4.有利于高原等稀薄條件工作5.排放降低6.適用性廣目前十一頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)增壓的缺點(diǎn)1.熱負(fù)荷與機(jī)械負(fù)荷大2.低速時(shí)轉(zhuǎn)矩受影響3.加速響應(yīng)性差4.增壓器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)化的限制目前十二頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)第三節(jié)廢氣渦輪增壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

一、徑流式渦輪的工作原理1燃?xì)庠跍u輪機(jī)中的流動(dòng)

離心式壓氣機(jī)徑流式渦輪中間體

廢氣從工作葉輪轉(zhuǎn)子的外緣由進(jìn)氣蝸殼流入，經(jīng)過一系列工作路徑后從渦輪中心軸向流出。

在渦輪工作葉輪中，葉片之間的通道也是呈漸縮狀，氣體在通道中將繼續(xù)膨脹。當(dāng)氣流流過工作葉輪葉片時(shí)，氣流轉(zhuǎn)彎。由于離心力作用的結(jié)果，在葉面的凹面上壓力得到提高，而在凸面則降低。作用在葉片表面的壓力的合力，產(chǎn)生了轉(zhuǎn)矩。此時(shí)，在工作輪出口處壓力、溫度以及速度均下降，而出口處的氣體速度已經(jīng)大大小于進(jìn)口速度，氣體膨脹所獲得的動(dòng)能已大部分傳給了工作葉輪。目前十三頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)渦輪效率為渦輪機(jī)軸上的有用功與廢氣所擁有的能量的比2.渦輪機(jī)特性曲線

1)渦輪機(jī)參數(shù)(1)渦輪效率

膨脹比為渦輪進(jìn)口氣體滯止壓力與渦輪出口氣體靜壓力之比(2

)膨脹比

目前十四頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)(4)相似轉(zhuǎn)速(3

)相似流量

相似流量為氣體質(zhì)量流量，為滯止溫度，為氣體滯止壓力。

n為渦輪轉(zhuǎn)速相似轉(zhuǎn)速渦輪機(jī)所發(fā)出的功率目前十五頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)2）渦輪機(jī)特性曲線圖3–9渦輪機(jī)的特性渦輪機(jī)特性曲線：以相似流量為橫坐標(biāo)，以膨脹比為縱坐標(biāo)，以相似轉(zhuǎn)速為參變量的一組曲線。轉(zhuǎn)速一定，相似流量隨膨脹比的增大而增大，直到達(dá)到流量最大值，即達(dá)到了當(dāng)?shù)芈曀?，即使再繼續(xù)增大膨脹比，該處的氣流速度仍維持當(dāng)?shù)芈曀?，渦輪流量也不會(huì)再增加。目前十六頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)二、離心式壓氣機(jī)的工作原理與特性圖3–10離心式壓氣機(jī)簡圖1—進(jìn)氣道；2—工作輪；3—擴(kuò)壓器；4—出氣蝸殼基本工作原理：空氣沿收斂型的軸向進(jìn)氣道略有加速地進(jìn)入工作輪，并沿著工作輪上葉片所構(gòu)成的通道流動(dòng)，由于工作輪中的空氣隨工作輪一起旋轉(zhuǎn)，工作輪的機(jī)械能傳遞給氣體，轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的動(dòng)能，使氣體運(yùn)動(dòng)的線速度增大，使之能克服氣體微團(tuán)所受徑向壓差的作用，而沿著螺旋線軌跡向輪緣方向運(yùn)動(dòng)，達(dá)到了增壓的目的。目前十七頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)主要參數(shù)：1）增壓比2）流經(jīng)壓氣機(jī)的每秒質(zhì)量流量或容積流量3）壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速

4）壓氣機(jī)的絕熱效率定義為1kg空氣的絕熱壓縮功與實(shí)際壓縮功之比。

目前十八頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)壓氣機(jī)特性曲線：圖3–13離心式壓氣機(jī)的流量特性(１)壓氣機(jī)的流量特性

壓氣機(jī)的流量特性是表示壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速不變時(shí)，壓氣機(jī)的增壓比和絕熱效率隨空氣流量的變化關(guān)系。(1)壓氣機(jī)的喘振與堵塞

壓氣機(jī)的喘振當(dāng)壓氣機(jī)工作在喘振線右側(cè)時(shí)，其工作是穩(wěn)定的；而當(dāng)處于喘振線左側(cè)時(shí)，壓氣機(jī)的工作就變得不穩(wěn)定甚至有危險(xiǎn)了。壓氣機(jī)的堵塞當(dāng)增壓比繼續(xù)降低時(shí)，氣體流量卻不再增加，此時(shí)的氣體流量稱為堵塞流量，它也是該轉(zhuǎn)速下壓氣機(jī)所對(duì)應(yīng)的最大流量。目前十九頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)10ZJ型渦輪增壓器目前二十頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)廢氣渦輪增壓器結(jié)構(gòu)目前二十一頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)目前二十二頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)目前二十三頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)渦輪增壓套件目前二十四頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)半開式工作輪目前二十五頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)第四節(jié)廢氣渦輪增壓的類型

一、廢氣渦輪增壓的類型

圖3–14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)１）定壓增壓系統(tǒng)

把各缸的排氣管部通向一根排氣總管上。２）脈沖增壓系統(tǒng)

幾個(gè)氣缸連接一根排氣管。目前二十六頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)３）定壓增壓系統(tǒng)和脈沖增壓系統(tǒng)的比較1.廢氣能量利用的效果脈沖增壓對(duì)廢氣能量的利用比定壓增壓要好。

２.內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)的掃氣作用脈沖增壓掃氣作用比定壓增壓要好。３.內(nèi)燃機(jī)的加速性能脈沖增壓的加速性能比定壓增壓要好。４.增壓器效率與增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)定壓增壓系統(tǒng)的效率較高。與定壓系統(tǒng)相比，脈沖系統(tǒng)的尺寸較大，排氣管的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

結(jié)論：在低增壓時(shí)，采用脈沖增壓是較為有利的；而在高增壓時(shí)，則是兩種系統(tǒng)同時(shí)存在、各有所長。目前二十七頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)二、改善車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩特性的途徑（一）排氣旁通（二）進(jìn)氣旁通部分增壓空氣返回到壓氣機(jī)入口或大氣中，減少進(jìn)入氣缸的空氣量使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力適當(dāng)降低，以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求。（三）可變截面渦輪１.雙蝸殼通道渦輪；２.可變蝸殼通道流通截面渦輪；３.變噴嘴環(huán)流通截面渦輪目前二十八頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)第五節(jié)汽油機(jī)增壓概述一、汽油機(jī)增壓的特點(diǎn)

從廢氣能量利用的觀點(diǎn)看，汽油機(jī)的渦輪增壓與柴油機(jī)相比并沒有本質(zhì)區(qū)別，但長期以來，渦輪增壓技術(shù)除了在賽車發(fā)動(dòng)機(jī)和高性能轎車發(fā)動(dòng)中得到應(yīng)用外，在其他應(yīng)用領(lǐng)域，其普及性遠(yuǎn)不如柴油機(jī)。限制汽油機(jī)壓的主要技術(shù)障礙：

１.爆燃

汽油機(jī)增壓后，由于混合氣壓縮始點(diǎn)的壓力、溫度增高，以及燃燒室受熱零件熱負(fù)荷提高等原因，將促使爆燃的發(fā)生，限制汽油機(jī)增壓。

采用降低壓縮比、推遲點(diǎn)火時(shí)刻、中冷技術(shù)解決。

目前二十九頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)帶中冷器的廢所渦輪增壓系統(tǒng)圖中藍(lán)色的為進(jìn)氣管，紅色的為排氣管。目前三十頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)２.混合氣的調(diào)節(jié)

汽油機(jī)采用變量調(diào)節(jié)，化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行增壓時(shí)氣體流經(jīng)化油器喉口的壓力是變化的，不僅難于精確供應(yīng)一定濃度的混合氣，還增加了一些如增壓方案的選擇、化油器的密封、加速響應(yīng)性能等新問題。３.熱負(fù)荷

汽油機(jī)的過量空氣系數(shù)小，燃燒溫度高，膨脹比小，廢氣溫度也比柴油機(jī)高200℃～300℃。增壓后，汽油機(jī)的整體溫度水平提高，熱負(fù)荷問題加重。４.對(duì)增壓器的特殊要求

汽油機(jī)要求增壓器體積要小、耐高溫性能要好、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，同時(shí)效率還要保證在一定的范圍內(nèi)，還要求有增壓調(diào)節(jié)裝置，這就造成它的成本比柴油機(jī)用增壓器要高。目前三十一頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)二、汽油機(jī)渦輪增壓的主要技術(shù)措施１.降低壓縮比

汽油機(jī)增壓由于受爆燃的限制，必須降低壓縮比。２.增壓壓力控制系統(tǒng)

汽油機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍比柴油機(jī)寬，從低速到高速進(jìn)氣流量變化范圍大，渦輪增壓器的特性很難完全滿足各種工況的要求，可能出現(xiàn)低速時(shí)增壓壓力不足，高速對(duì)增壓壓力過高的情況，出現(xiàn)爆燃，為此，必須對(duì)汽油機(jī)增壓壓力進(jìn)行控制。目前三十二頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)３.減小增壓后的“反應(yīng)滯后”現(xiàn)象

采用脈沖渦輪增壓、增壓器前置方案、帶旁通閥的控制系統(tǒng)、減小進(jìn)排氣管長度及容積、提高壓縮比及可變點(diǎn)火正時(shí)等措施，來減小“反應(yīng)滯后”現(xiàn)象。４.燃料供給系統(tǒng)的調(diào)整

汽油泵

采用由電動(dòng)油泵和燃油壓力調(diào)節(jié)閥聯(lián)合工作的方法，來滿足增壓所需的供油壓力和供油量。

點(diǎn)火提前角的調(diào)整

采用了電子控制裝置來自動(dòng)推遲點(diǎn)火提前角。三、汽油機(jī)廢氣渦輪增壓器的布置在直接噴射式汽油機(jī)上增壓時(shí)，一般燃油在增壓器之后噴入，也有的在壓氣機(jī)前吸入一小部分燃油。目前三十三頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)第六節(jié)車用增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的性能一、增壓前后發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性的變化

增壓后平均指示壓力提高。增壓后機(jī)械效率提高。增壓后內(nèi)燃機(jī)的充量系數(shù)是增大的。二、廢氣渦輪增壓對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)其它性能的影響

１.降低排氣污染和噪聲通常增壓柴油機(jī)為富氧燃燒，有害氣體HC和CO的排放量一般為非增壓機(jī)的1／3~l／2，如果措施得當(dāng)（例如采用高噴射率并延遲噴射），NOx排放量也顯著降低。目前三十四頁\總數(shù)三十五頁\編于十二點(diǎn)2.低速轉(zhuǎn)矩性能變差

主要是由于低速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣能量低，增壓器增壓壓力不高，致使循環(huán)供氣量不足，轉(zhuǎn)矩增量明顯比高速時(shí)低。采用脈沖增壓，充分利用低速時(shí)的脈沖能量，使增壓器與柴油機(jī)在