內(nèi)燃機(jī)二級(jí)增壓課件

二級(jí)增壓技術(shù)能源與動(dòng)力工程學(xué)院車輛工程張斌

二級(jí)增壓技術(shù)能源與動(dòng)力工程學(xué)院目錄CONTENT技術(shù)背景及意義國(guó)內(nèi)外狀況常用技術(shù)路線主流研究方向技術(shù)展望目錄CONTENT技術(shù)背景及意義國(guó)內(nèi)外狀況常用技術(shù)路線主流研技術(shù)背景及意義01技術(shù)背景及意義01技術(shù)背景渦輪增壓技術(shù)對(duì)于提高車用發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性、降低發(fā)動(dòng)機(jī)排放具有重要的意義。在內(nèi)燃機(jī)發(fā)展歷程中，渦輪增壓技術(shù)的出現(xiàn)，大幅度提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率密度，并可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率，被稱為內(nèi)燃機(jī)發(fā)展史上的第二個(gè)里程碑。隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車排氣污染已經(jīng)成為影響大氣質(zhì)量的主要因素之一，各國(guó)均制定了越來越嚴(yán)格的法規(guī)來限制汽車污染物的排放，采用渦輪增壓技術(shù)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的排放，正越來越受到人們的重視。技術(shù)背景渦輪增壓技術(shù)對(duì)于提高車用發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性、降低發(fā)對(duì)要求升功率大的柴油機(jī)，需要采用高壓比增壓系統(tǒng)，某些特種發(fā)動(dòng)機(jī)需要達(dá)到的壓比甚至要達(dá)到6以上，這就有必要引入二級(jí)可調(diào)增壓技術(shù)。二級(jí)可調(diào)增壓技術(shù)可以通過合理設(shè)計(jì)高、低壓級(jí)增壓器，同時(shí)調(diào)節(jié)排氣閥開度協(xié)調(diào)高低壓級(jí)增壓器工作條件，使其都在比較高的效率下運(yùn)行，同時(shí)降低自身的載荷，提高增壓系統(tǒng)工作可靠性。技術(shù)意義采用二級(jí)增壓技術(shù)可以進(jìn)一步改善發(fā)動(dòng)機(jī)排放。增大空氣供應(yīng)量，配合合適的供油壓力和規(guī)律，使之盡可能完全燃燒，減少CO、HC、PM等物質(zhì)的排放；降低燃燒溫度，使得氮氧化物生成減少。對(duì)要求升功率大的柴油機(jī)，需要采用高技術(shù)意義采用二級(jí)增壓技術(shù)可國(guó)內(nèi)外狀況02國(guó)內(nèi)外狀況02A、設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)緊湊的二級(jí)增壓系統(tǒng)，將調(diào)節(jié)閥集成在高壓級(jí)渦輪殼內(nèi)部；B、對(duì)普通二級(jí)增壓系統(tǒng)匹配方法進(jìn)行了研究，建立了設(shè)計(jì)工況點(diǎn)匹配和其他工況點(diǎn)的評(píng)價(jià)計(jì)算模型；C、對(duì)不同海拔下柴油機(jī)可調(diào)二級(jí)增壓系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性調(diào)節(jié)方法進(jìn)行了研究。北京理工大學(xué)01國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀DomesticResearchSituationA、設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)緊湊的二級(jí)增壓系統(tǒng)，將調(diào)節(jié)閥集成在高壓級(jí)渦輪殼A、提出了可調(diào)二級(jí)增壓系統(tǒng)方案、帶旁通閥的可調(diào)二級(jí)增壓系統(tǒng)方案及二級(jí)相繼增壓系統(tǒng)方案三種二級(jí)增壓系統(tǒng)總體方案；B、對(duì)提出的二級(jí)增壓系統(tǒng)總體方案進(jìn)行了比較與分析，建立了航空汽油發(fā)動(dòng)機(jī)與原機(jī)單級(jí)增壓系統(tǒng)匹配的仿真模型。北京交通大學(xué)02國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀DomesticResearchSituationA、提出了可調(diào)二級(jí)增壓系統(tǒng)方案、帶旁通閥的可調(diào)二級(jí)增壓系統(tǒng)方對(duì)柴油機(jī)應(yīng)用可調(diào)二級(jí)增壓系統(tǒng)進(jìn)行了全工況的試驗(yàn)研究。上海交通大學(xué)03國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀DomesticResearchSituation對(duì)柴油機(jī)應(yīng)用可調(diào)二級(jí)增壓系統(tǒng)進(jìn)行了全工況的試驗(yàn)研究。上海交通對(duì)一臺(tái)六缸高壓共軌柴油機(jī)進(jìn)行二級(jí)增壓系統(tǒng)的計(jì)算匹配和試驗(yàn)研究。天津大學(xué)04國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀DomesticResearchSituation對(duì)一臺(tái)六缸高壓共軌柴油機(jī)進(jìn)行二級(jí)增壓系統(tǒng)的計(jì)算匹配和試驗(yàn)研究對(duì)4100增壓中冷柴油機(jī)匹配二級(jí)可變?cè)鰤合到y(tǒng)進(jìn)行了研究，獲得了二級(jí)增壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，得到了二級(jí)增壓系統(tǒng)最佳排氣能量的分配比例。昆明理工大學(xué)05國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀DomesticResearchSituation對(duì)4100增壓中冷柴油機(jī)匹配二級(jí)可變?cè)鰤合到y(tǒng)進(jìn)行了研究，針對(duì)某車用重型柴油機(jī)進(jìn)行了二級(jí)增壓系統(tǒng)匹配研究，研究表明二級(jí)增壓系統(tǒng)可以大幅度提高柴油機(jī)的低速扭矩，改善燃油經(jīng)濟(jì)性，拓寬柴油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域，大幅度降低柴油機(jī)PM排放。吉林大學(xué)06國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀DomesticResearchSituation針對(duì)某車用重型柴油機(jī)進(jìn)行了二級(jí)增壓系統(tǒng)匹配研究，研究表明二級(jí)國(guó)外研究現(xiàn)狀OverseasResearchSituation2004年寶馬公司在其上市的3.0L直列六缸共軌直噴式柴油機(jī)上首次采用了二級(jí)廢氣渦輪增壓技術(shù)，這也是世界范圍內(nèi)車用柴油機(jī)二級(jí)增壓技術(shù)的首次應(yīng)用。寶馬公司01Wartsila公司在中速柴油機(jī)上采用了米勒循環(huán)結(jié)合二級(jí)可調(diào)渦輪增壓的方案來降低NOx排放。Wartsila公司02德國(guó)大眾公司在2005年將新研發(fā)的TSI雙增壓系統(tǒng)應(yīng)用到高爾夫車型上。TSI雙增壓系統(tǒng)采用兩級(jí)串聯(lián)的增壓方式，第一級(jí)為羅茨式機(jī)械增壓器，第二級(jí)為廢氣渦輪增壓器。大眾公司03國(guó)外研究現(xiàn)狀OverseasResearchSitua常用技術(shù)路線03常用技術(shù)路線03常用技術(shù)路線電輔助+渦輪增壓的二級(jí)增壓模式，能夠消除渦輪遲滯問題?；赩GT二級(jí)渦輪可調(diào)增壓系統(tǒng)，主要用于海拔變化較大的地區(qū)，軍事應(yīng)用較多。為解決機(jī)械增壓高轉(zhuǎn)速時(shí)輸出功率有限，渦輪增壓低轉(zhuǎn)速時(shí)扭矩不足的問題，講機(jī)械增壓器和渦輪增壓器串聯(lián)。針對(duì)廢氣渦輪增壓的渦輪遲滯現(xiàn)象，串聯(lián)一大一小兩只渦輪或并聯(lián)兩只同樣的渦輪，在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速的時(shí)候，較少的排氣即可驅(qū)動(dòng)渦輪高速旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生足夠的進(jìn)氣壓力，減小渦輪遲滯效應(yīng)。EC2TR2TMC2TTST常用技術(shù)路線電輔助+渦輪增壓的二級(jí)增壓模式，能夠消除渦輪遲滯普通二級(jí)增壓系統(tǒng)（TST）優(yōu)點(diǎn)1、能夠提供高壓比、寬流量；2、有效提高柴油機(jī)進(jìn)氣壓力。缺點(diǎn)1、變工況適應(yīng)能力不足；2、低速轉(zhuǎn)矩和瞬態(tài)工況響應(yīng)性較差。普通二級(jí)增壓系統(tǒng)（TST）優(yōu)點(diǎn)1、能夠提供高壓比、寬流量；缺機(jī)械+渦輪增壓系統(tǒng)（MC2T）優(yōu)點(diǎn)1、低速轉(zhuǎn)矩足，高速功率輸出大；2、不存在渦輪遲滯，瞬態(tài)響應(yīng)性最好。缺點(diǎn)機(jī)械增壓在增壓過程中會(huì)消耗一部分發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。機(jī)械+渦輪增壓系統(tǒng)（MC2T）優(yōu)點(diǎn)1、低速轉(zhuǎn)矩足，高速功率輸電輔助+渦輪增壓系統(tǒng)（EC2T）優(yōu)點(diǎn)1、能夠消除渦輪遲滯；2、可根據(jù)工況和海拔的變化精確控制增壓壓力。缺點(diǎn)1、電機(jī)轉(zhuǎn)速不足；2、增壓器軸承劇烈振動(dòng)；3、電機(jī)受高排溫可靠性差；4、電機(jī)變工況加速潛力不足。電輔助+渦輪增壓系統(tǒng)（EC2T）優(yōu)點(diǎn)1、能夠消除渦輪遲滯；缺基于VGT二級(jí)渦輪可調(diào)增壓系統(tǒng)（R2T）優(yōu)點(diǎn)1、大幅提高低速轉(zhuǎn)矩；2、有效避免了增壓器效率降低、壓氣機(jī)喘振、渦輪超溫和超速等問題。缺點(diǎn)1、低速時(shí)，低壓級(jí)渦輪做工較弱，起不到增壓作用；2、不能根據(jù)海拔和工況的變化合理分配渦輪功，在高原環(huán)境下排氣能量不能夠得到最大化利用?；赩GT二級(jí)渦輪可調(diào)增壓系統(tǒng)（R2T）優(yōu)點(diǎn)1、大幅提高低速主流研究方向04主流研究方向04電輔助+渦輪增壓系統(tǒng)分類AB電驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)增壓器電動(dòng)渦輪增壓器電輔助+渦輪增壓系統(tǒng)分類AB電驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)增壓器電動(dòng)渦輪增壓器電驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)增壓器工作原理：電動(dòng)增壓器安裝于渦輪增壓器的前面,其壓氣機(jī)與廢氣渦輪增壓器的壓氣機(jī)組成一個(gè)二級(jí)增壓系統(tǒng),壓氣機(jī)由電子控制的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)工作。當(dāng)柴油機(jī)在低速區(qū)或急加速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),電動(dòng)增壓器迅速啟動(dòng)開始工作,協(xié)助渦輪增壓器增加柴油機(jī)加速初期的空氣進(jìn)氣量,改善渦輪增壓器響應(yīng)滯后、柴油機(jī)低速扭矩不足以及煙度大等問題,還可提高車輛的加速能力和排放性能;當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在中高轉(zhuǎn)速區(qū)時(shí),電動(dòng)增壓器停止工作,此時(shí),為避免產(chǎn)生不必要的進(jìn)氣阻力,電動(dòng)增壓器的壓氣機(jī)部分被與其并聯(lián)的空氣管路短接,空氣由并聯(lián)管路直接進(jìn)入廢氣渦輪增壓器的壓氣機(jī)。電驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)增壓器工作原理：電動(dòng)增壓器安裝于渦輪增壓器的前面電動(dòng)渦輪增壓器工作原理：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作在啟動(dòng)、低速大負(fù)荷、加速工況時(shí),電控單元發(fā)出控制信號(hào),電機(jī)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)工作,電池中儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)化為壓氣機(jī)的動(dòng)能,提高進(jìn)氣壓力,滿足發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸燃燒所需的空氣量要求.當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到一定程度,壓氣機(jī)能夠提供足夠的空氣時(shí),電機(jī)就可以關(guān)閉或脫開.當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高速或大負(fù)荷工況時(shí),電控單元發(fā)出控制信號(hào)起動(dòng)發(fā)電機(jī),回收渦輪能量中的一部分通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在蓄電池中。電動(dòng)渦輪增壓器工作原理：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作在啟動(dòng)、低速大負(fù)荷、共同點(diǎn)：兩者都需要更大的安裝空間或者其他零件區(qū)別：1、電驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)增壓器可以拓寬增壓特性圖，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，而且機(jī)械和熱負(fù)荷也相對(duì)較低；2、電驅(qū)動(dòng)廢氣渦輪增壓器在可能量回收這一方面較有優(yōu)勢(shì)，但此功能比較復(fù)雜，其有效性仍需要驗(yàn)證。共同點(diǎn)：兩者都需要更大的安裝空間或者其他零件區(qū)別：技術(shù)展望05技術(shù)展望05國(guó)內(nèi)適用于電動(dòng)增壓器的壓氣機(jī)設(shè)計(jì)方法還不成熟；高速電機(jī)技術(shù)復(fù)雜、成本高昂,國(guó)內(nèi)高速電機(jī)與世界先進(jìn)水平還有一定距離。電輔助二級(jí)增壓系統(tǒng)可以解決渦輪增壓柴油機(jī)低速扭矩不足、加速響應(yīng)滯后和碳