《第十一章增压(中冷)技术》精选课件.ppt

第十一章 增压（中冷）技术 11.1 内燃机增压的基本概念 11.2 离心式压气机的工作原理 11.3 离心式压气机的工作原理 第四节 涡轮机的基本原理 增压中冷： 增压后的空气温度升高，一则发动机进入气缸内的空气密度下降，输出功率降低； 二则还会引起发动机爆燃。因此，对增压后的空气进行冷却，对提高发动机功率、降低燃油消耗率、降低发动机热负荷和减轻发动机爆燃倾向，特别是降低排放都有利。 这是通过在压气机后面连接一个中冷器实现的。在中、高增压柴油机上的增压系统中设有中冷器。 可变涡轮的概念就是利用改变涡轮叶片的几何角度，即使在低转速填充效应较低时，也能够以改片叶片的方式使涡轮能够轻易提升转速，然后在引擎高转速时同样也以改片角度的方式来维持涡轮的转速，在这样的机构设计下，除了能大幅度降低Turbo Lag的产生，由于更能使涡轮增压器维持在一定的运转速度，因此也能够进一步提高引擎的燃烧效率，连带的降低废气排放。 目前可变涡轮已经成为涡轮增压引擎与Turbine设计的主流。 由于柴油机的工况变化的范围很宽广，即进气量的变化幅度较大。若满足最大进气流量需要，则在经常运行的中小负荷，由于流量太小而涡轮、压气机的通流体积显得太大，气流不能充满通流面积而导致排气涡轮增压器的工作效率太低，甚至易出现喘振现象，排气涡轮增压器不能正常。 往复运动的柴油机与旋转运动的排气涡轮增压器之间存在一个最佳匹配的问题，为了使车用柴油机经常运行的工况处于排气涡轮增压器最佳的工作效率区域工作，应选配较小的涡轮壳来提高中低速工况时的性能。在发动机高工况时将带来过高的空气压力和流量，导致气缸爆发压力过高、比油耗上升和增压器超速等问题。 采用带旁通阀涡轮增压器可以有效地解决这一问题。由压气机压力控制旁通阀的开启与关闭，从而得到一个简单的可变流量的涡轮壳。其感受增压压力，当增压压力大时，部分发动机排气经旁通阀排出，这样达到既改善低速性能又避免高速工况气缸爆发压力过高的目的。涡轮前排气旁通阀的应用，不仅能降低PM和CO排放， 还可以改善涡轮增压柴油机的瞬态性能和低速扭矩。 工作轮进口处的叶片顺着工作轮转动方向扭转一定角度，通常称为导向器，其作用是使空气进入工作轮时不发生冲击现象。导向器与工作轮制成一体，导向器也可单独制造与工作轮装在一起。　　闭式工作轮与半开式工作轮不同之处是具有前封闭盖，其特点是可以大大降低空气流经相邻叶片沟槽时的损失和空气与完体的摩擦损失，这种工作轮适宜于耗气量大、增压比高的发动机压气机，增压比愈高、耗气量愈大，封闭式工作轮的优点就愈突出。但这种工作轮又重又大，制造难度比半开式工作轮高。　　 压气机性能的主要参数是：单位时间内压气机提供给内燃机的空气量，称为流量，并有两种表示方法。容积流量为单位时间内所提供的空气客积V(m3/h或m3/min)，重量流量为单位时间内所提供的空气重量mk(kg/s)。 另一个参数是增压比或压力升高比，为压气机出口空气压力pk与进口空气压力p0之比，表示为πk=pk/p0。 　　机械传动式增压器要消耗发动机的部分功率，例如，要使增压压力达到0.15 ～0.2MPa，增压器要消耗发动机有攻功率的12～20%左右，相应增加了燃料的消耗量。为了避免这部分功率的损失，利用发动机的废气能量驱动涡轮来带动离心式压气机。 在涡轮机中热能转变为机械能。涡轮机也属于叶片式机械，它的气流速度和工作轮周围速度都很高，从发动机气缸中排出的废气进入涡轮机中，势能首先转变为动能，然后再转变为输出轴上的机械功。　　按气流在涡轮内流动方向，涡轮机可分为轴流式涡轮和径流式涡轮，如上图左边是轴流式，右边径流式涡轮机简图。装在轴上的圆盘上有工作叶片，在工作叶片前面装有构成涡轮机喷嘴环的固定叶片，喷嘴环固定在壳体上。 在轴流式涡轮机中如上图左，燃气沿涡轮的轴向进入喷嘴环，然后也是轴向地流过工作轮叶片。轴流式涡轮机分为单级式和多级式。单级式涡轮机只有一套工作叶片和喷嘴环，多级式则有两套以上的工作叶片和喷嘴环。 轴流式涡轮机的优点在大流量时才能现实出来，因此在大型涡轮增压器中广泛采用轴流式涡轮机。 在径流式涡轮机中如上图右，燃气先进入工作轮四周的外壳中，然后经导向叶片径向地流入工作轮叶片；转弯90°后气体才沿轴向流出涡轮机，它和离心式压气机相似，但气流方向相反。因为气流流动方向是由外缘向中心的，所以径流式涡轮机也称向心式涡轮机。径流式涡轮机是单级的，通常在小型涡轮增压器中采用，其特点是尺寸小、转速高、流量小。近来，大流量高压比的径流式涡轮机亦获得发展，并开始在大功率高强化柴油机增压器上使用。 机械增压 涡轮增压系统的两种基本系统 a）定压系统 b）脉冲系统