第三章发动机废气涡轮增压案例.ppt

第三章 发动机废气涡轮增压;第一节 基本概念 ; 由于进气压力与输出功率成正比，所以增压技术是强化发动机最有效的手段，是发动机技术发展中的一个重要方向。目前，柴油机中大都采用了增压技术，汽油机中的应用也日趋增多。 增压与自然吸气机型相比，主要是换气过程方面发生变化，并由此引起结构、工作过程和性能的差异。;按增压比分类: 低增压： ＝1.3～1.6， ＝700 ～1000kPa； 中增压： ＝1.6～2.5， ＝1000～1500kPa； 高增压： ＞2.5， ＞1500kPa； 超高增压 ＞4.5～5.5， ＝2500～3500kPa。;(1)机械增压系统 发动机输出轴直接驱动机械增压器，实现对进气的压缩。 增压器有：离心式压气机、罗茨式压气机、螺旋转子式压气机或滑片转子式压气机等。 用于低增压小功率发动机。;它的动态特性比废气涡轮增压好，因为机械响应比气体相应快，对排气系统没有干扰，但消耗发动机输出功，所以增压比不能大。;(2)废气涡轮增压系统 压气机与涡轮同轴相连，构成涡轮增压器。涡轮在排气能量的推动下旋转，带动压气机工作，实现进气增压。 广泛应用于柴油机。;涡轮增压的原理 ;(３)复合增压系统 　　将废气动力涡轮与废气涡轮增压器串联起来工作，称为复合式增压系统。 （废气动力涡轮实质是直接回收废能。） ;(4)组合增压系统 组合式涡轮增压系统由废气涡轮增压与进气惯性增压组合而成。在该增压系统中，除废气涡轮增压器外，还有由稳压箱、共振管、共振室等构成的进气惯性增压系统，利用压力峰值,进一步提高增压后的进气压力。 ; 组合增压系指将几种增压方式组合使用。其中一种是机械增压与废气涡轮增压组合，该系统空气先经过机械增压，然后再经过废气涡轮增压，二次增压。目的是为了保证获得起动及低速、低负荷工况的增压压力，并可改变低速的转矩特性。多用于大型二冲程机。 另一种是废气涡轮增压与进气动态效应相结合的调谐增压（前述，其实质是一种进气调谐增压。）。经合理匹配后，在某一转速下，会产生气柱的谐振，使所属三各缸在各自进气终了前，都能充分利用动态效应而增大Φc值。如果谐振点出现在低速，则此组合系统将改善增压机的低速转矩特性。 ;组合增压 (Combined Supercharging);(５)气波增压系统 所谓气波增压，是由曲轴驱动一个特殊转子，在转子中废气直接与空气接触，利用高压废气的脉冲气波迫使空气在互相不混合的情况下受到压缩．利用进气及排气系统中的波动效应来压缩进气。从而提高进气压力。 ;Wave Supercharging ;气波增压 (COMPREX)系统结构简单、动态性能好、低速转矩大，适于载重货车、工程机械等柴油机的要求。但体积大、噪声高、有额外功率消耗等缺点，还需进一步完善。;在内燃机中，燃料所供给能量的20%-45%是由排气带走的，排气的最大可用能约占排气总能量的60%左右。 废气的最大可用能量 排气可利用的废能 回收的能量---泵气正功;第三节 排气涡轮增压（turbocharging）;带中冷器的废所涡轮增压系统 图中蓝色的为进气管，红色的为排气管。;排气涡轮增压 (Turbocharging) 排气推动涡轮旋转,涡轮带动压气机工作， 实现进气增压。 压气机与涡轮同轴相连，构成涡轮增压器。 定压和脉冲涡轮增压 径流涡轮和轴流涡轮;一、径流式涡轮的工作原理; 二、离心式压气机的工作原理与特性;三、排气涡轮增压系统简介TURBOCHARGING SYSTEM;一）、定压涡轮增压系统;定压涡轮增压系统;定压涡轮增压系统能量平衡 Energy Analysis; 假定涡轮发动机按理想循环运行，在涡轮机和压气机中也实现等熵膨胀和压缩的理想循环;涡轮机所作的理论功egife。燃气在到达涡轮机前有节流、不可逆膨胀、摩擦等能量损失，（平均压力为pk）其中一部分能量转化为摩擦热，提高了排气工质的温度，可以多做一部分功eeffe，be5b-eeffe是废气可用能的耗损，3gg43是扫气能量损失。 压气机将汽缸排量与扫气量两部分工质由p0压缩到pk的压缩功agi0a 根据能量守恒，涡轮机输出功egife应与压气机压缩功agioa相等。二者共同面积部分的功量dgiod抵消后，燃烧废气回收的能量ed0fe正好用于支付增压机的泵气正功和扫气的能量损失。这样就可确定增压比的值。 事实上涡轮机和压气机以及发动机泵气过程中还存在各种流动和机械损失，进入涡轮机的能量要比压