[交通运输]第四章发动机废气涡轮增压.ppt

汽车发动机原理 第四章 发动机废气涡轮增压 第一节 概述 增压是发动机提高功率最有效的方法。各种增压方法中，以废气涡轮增压技术最成熟，效率也高，应用最广。近年来汽车发动机采用废气涡轮增压日渐普遍。 增压：利用增压器将空气或可燃混合气进行压缩，再送入发动机气缸的过程。 增压后，每循环进入气缸内的新鲜充量密度增大，使实际充气量增加, 提高发动机功率和改善经济性。 本章重点介绍：1.汽车发动机增压系统常用的废气涡轮增压器的离心式压气机和径流式涡轮机的主要工作参数和流通特性；2.恒压增压系统和脉冲增压系统；3.增压发动机的性能。 本章的目的是要在熟悉废气涡轮增压器的结构的前提下，掌握离心式压气机和径流式涡轮机的工作原理，掌握废气涡轮增压器与柴油机的匹配特性及其调整。 为了提高发动机的输出功率Pe，由式： 可知，通过下列方法可提高功率： 1）加大气缸总排量iVs，即增加气缸数i，增大气缸直径D和行程S； 2）提高转速n或活塞平均速度Cm； 3）提高平均有效压力pme； 显然，用加大车用发动机结构参数来提高发动机功率，将受到安装位置和自重的限制。通过提高发动机转速，向高速发动机发展虽然是可行的，但发动机转度的提高受到活塞平均速度的限制，因为充气效率?v和机械效率?m都将随着活塞平均速度的提高而显著下降。 此外，燃料经济性、发动机运转可靠性、机件寿命及噪声等因素也限制了活塞平均速度的提高。 只有提高发动机的平均有效压力才是最经济有效的方法，它可通过减小过量空气系数?a，提高充气效率?v和增加进入气缸的充量密度ρk来实现。 因此，增大进气密度 ，即提高进入气缸空气的压力 ，降低进入气缸空气的温度Tk是提高平均有效压力pme最有效的方法。提高进入气缸空气的压力和降低进入气缸空气的温度的办法是采用增压和中冷技术。 增压的衡量指标 增压度 为了说明发动机在采用增压后使功率得到提高的程度，提出增压度的概念。增压度是指发动机增压后增长的功率与增压前的功率之比： 式中 、 分别为发动机增压后和增压前的有效功率。 增压度取决于所采用的增压系统，采用中冷可使增压度提高。汽油机的增压度受到爆燃燃烧的限制。柴油机的增压度受到燃烧最高爆发压力的限制，通常以降低压缩比来补偿。 增压度小于1.9时，为低增压；在1.9~2.5范围内，为中增压；在2.5~3.5范围内，为高增压；大于3.5时为超高增压。 目前，车用发动机的增压度不高，在0.1~0.6的范围内，大部分为0.2~0.3，而船用大型低速四冲程柴油机的增压度可达到3.0以上。这是因为车用发动机增压不仅要求功率增加，而且还要在较大的转速和负荷范围内满足动力性、经济性、排放与成本等多方面的要求，因此增压度一般不宜过高。 增压比 增压比是指增压后空气压力pk与增压前的空气压力po之比 增压发动机按照增压比的大小可以分为：低增压 ，相应的pme=0.7~1MPa；中增压 相应的pme=1~1.5MPa；高增压 ，相应的pme1.5MPa。 增压系统的分类 根据驱动增压器所用能量的来源不同，增压方法基本上可以分为以下几类： 增压技术的优、缺点 增压的优点有： 1）在保证输出功率Pe不变的情况下，可以使气缸数减少或者气缸直径减小，从而可以减小发动机的比质量和外形尺寸。 2）提高热效率，降低燃油消耗率。 3）减少排气污染和噪声。 4）降低发动机的单位功率造价。 5）对补偿高原功率损失十分有利。 增压技术用于发动机上的困难有： 1）增压发动机的机械负荷和热负荷都较高。 2）增压发动机很难满足车辆对转矩适应性及瞬变工况的要求。 3）车用汽油机应用增压技术较困难。 4）适用的小型涡轮增压器发展晚并且效率偏低。 第二节 废气涡轮增压器的基本结构及原理 离心式压气机 径流式涡轮机 涡轮机特性曲线 有以上可得，涡轮机所发出的功率PT为： 在涡轮机变工况运行时，上述参数之间的关系，就是涡轮机的特性。涡轮机特性曲线是以相似流量 为横坐标，以膨胀比 / 为纵坐标，以相似转速 为参变量的一组曲线。 压气机特性曲线 第三节 废气涡轮增压的类型与废气能量的利用 一、废气涡轮增压的类型