[物理]第三章 排气能量的.ppt

第三章 排气能量的利用 主讲：杨新桦 重庆汽车学院 内容 3.1 排气可用能量及其利用方式 3.2 影响脉冲能量利用的因素 3.3 脉冲增压排气管设计方式 3.4 脉冲转换器和MSEM系统 3.1 排气可用能量及其利用方式 3.1.1 排气的最大可用能 3.1.1 排气的最大可用能 3.1.1 排气的最大可用能 3.1.1 排气的最大可用能 3.1.2 能量传递中的损失 流经排气门处的节流损失（60%~70%） 流经各种缩口处的节流损失 管道面积突扩时的流动损失 不同参数气流掺混和撞击形成的损失 气体的粘性产生的摩擦损失 气流向外界散热形成的能量损失 排气管中的压力变化 3.1.3 排气涡轮增压系统的基本形式 脉冲增压： 利用E1中大约 40%~50%的能量 定压增压： E1转化为ΔE1， 其能量回收利用率 随膨胀比增大而增大 脉冲增压系统优点 能量利用系数高，低工况性能好； 扫气容易组织，有利于二冲程发动机； 加速性能好（排气管容积小，增压器转速上升快，高增压时必须采用加油限位连锁装置，防止冒黑烟）； 脉冲增压的缺点 在二缸一歧管时，排气管抽空。在增压压力高时，排气门刚打开时节流损失大，涡轮效率低。 当排气管太长时，反射压力波对扫气会产生干扰。 对相同功率的柴油机，涡轮流通面积较定压系统时的大，常需要匹配大一型号的增压器，成本高。 缸数多时，为了利用压力波谷进行燃烧室扫气，排气管要分支，使得排气管结构复杂。 定压涡轮增压器的优点 可采用涡轮全进气，压力波动小，涡轮效率高； 多缸时，排气管结构简单； 涡轮增压器布置自由； 不会由于压力波的干扰而使柴油机的转速上限受到限制； 对低增压相同功率的柴油机而言，涡轮流通面积较脉冲增压小，可用小一型号的增压器。 定压增压的缺点 加速性能较差，低负荷性能较差； 扫气空气量较脉冲增压少，但对四冲程而言，当总的扫气系数大于1.15后，对气缸热负荷及排气门温度影响已经不大，压气机叶片沾污时，使其效率降低，对扫气影响也大。 部分负荷时，有时扫气倒流，污染进气系统及增压器。 在低转速、高转矩时，增压压力下降较大。 在缸数少时，显得排气管容积过大。 3.2 影响脉冲能量利用的因素 气缸压力、排气歧管粗细、长短以及喷嘴环喉部面积大小有关。 提高利用率的方法： 排气门打开后，排气歧管内的压力应尽快建立，以减少流动损失； 排气自排气门逸出应迅速，阻力尽可能小； 柴油机扫气过程中，排气管中的压力要尽可能低，以利于扫气。 3.2.1 排气门开启定时 对脉冲压力波的大小有直接影响。 用排气门开启相对瞬时压力系数 来反映。 定义：排气门打开时缸内瞬时压力 与涡轮背压 之比。 排气门开启较早时， 较大，缸内压力高，排气管压力建立快，涡轮进口焓值高，做功能力大； 过早开启排气门，使得气缸内的燃气在膨胀冲程所做的功减少，不利于整机效率的提高和经济性的改善。 3.2.2 排气门流通面积 定义：气缸排空率 为通过排气门的最大体积流量和一个气缸的体积流量之比，即 为流量系数，一般为0.75~0.8 为排气门最大有效流通面积 为排气门开启时的气流声速 流通面积越大，排空率越高，阻力越小，速度越快，有利于脉冲能量的利用。 3.2.3 排气门开启规律 排气凸轮升程越大，凸轮作用角越小，排气门开启越迅速，缸内压力下降越快，排气歧管上脉冲压力波建立得越快，脉冲能量利用越好。 排气门开启规律影响系数为排气门瞬时开启面积与最大开启面积之比。 3.2.4 排气管流通面积 影响排气在管中的流动速度，也影响压力波在管中的传递速度。 排气管流通面积影响系数定义为排气管流通面积与排气门最大有效流通截面积之比。 3.2.5 排气管长度 直接影响脉冲压力波的反射时间、反射波和下一个脉冲波相互干扰的程度，从而影响脉冲能量的利用。 影响排气管压力波形状的主要因素： 排气管长度L 涡轮流通面积和排气管流通面积之比 排气门开启瞬时流通面积和排气管流通面积之比 定义排气管长度影响系数为压力波在排气管中从一端传到另一端，并返回起点的时间和曲轴每转一度的时间之比。 3.2.6 涡轮流通面积 定义涡轮流通特性系数为涡轮的体积流量和一个气缸的体积流量之比， 涡轮流通特性系数减小，排气管压力升高，排气能量增加，但是活塞排气耗功也增加，也不利于扫气。 3.3 脉冲增压排气管方案设计 3.3.1 排气管分歧 为充分利用脉冲能量，各缸排气压力波应互不干扰，一根四冲程柴油机的排气管最多连接三个气缸。 为避免排气压力波的相互干扰，多缸发动机应当将气缸间隔开。 例：发火顺序1-3-4-2,则1、4缸连到一起，2、3缸连到一起。 问：发火顺序1-2-4-6-7-5-3，如何连接排气管？ 3.3.1 排气