增压技术思考题解析.pdf

《内燃机增压技术》作业 1、高增压柴油机需要解决的技术难题以及实现高增压方案的分析和比较 答： 1、高增压柴油机需要解决的技术难题： （1）起动问题：大多数高增压柴油机为了控制 P 均相应降低压缩比 ε。环境温 max 度越低，压缩比降得越多，故将降低冷启动的效率。因此，高增压柴油机需要有 专门措施来解决起动问题。 （2 ）加速性问题：当 Pe1.4MPa后增压柴油机的加速性问题就比较突出，且 Pe越 高，加速性问题越严重。 （3 ）燃油系统及低负荷性能问题：燃油系统的问题是两个方面。一为高增压时要 求在高压下迅速喷油，这对燃油系统来说是项艰巨的任务。二为高的喷油压力和 大的喷孔面积对额定工况合适，在柴油机低负荷时就产生问题，因大的喷孔不利 于形成良好的雾注。 （4 ）在高增压柴油机上散热量猛增将成为一个突出的问题：随着压比的增加，缸 套、活塞、气缸等零件的散热量多成直线关系增加，特别是中冷器的散热量更是 成倍数增加，这是一个严重的问题。 （5 ）发动机的机械负荷及热负荷： ①机械负荷：发动机增压后，随着 Pe增大，最高燃烧压力 Pmax也急剧增加， 在高增压发动机上， Pmax往往达到 14.0~16.0MPa，在如此高压作用下，发动机上 许多受力的零部件将承受很高的机械负荷，从而产生很高的机械应力。 ②热负荷：在高 Pe情况下由于热流量增大，发动机热负荷急剧增大，造成零 部件损坏。 2、实现高增压方案的分析和比较： （1）当 Pe1.8~2.0MPa时，一般采用常规低圧缩比高增压系统即可，只有当 Pe2.0MPa时，才可考虑用 Hyperbar、可变压缩比，或停缸冲量转换等系统。 （2 ）两级增压对车用发动机特别是特种车辆发动机很难采用，这主要是受动力舱 体积的限制。 （3 ）米勒系统一般适用于大型发动机，他特别适用于天然气发动机的增压。 （4 ）涡轮复合发动机虽然循环效率稍高，但因结构复杂，成本昂贵，故一般只用 于军用发动机。 （5 ）绝热发动机的发展方向是无可置疑的，特别对军用发动机有较大吸引力。目 前普遍采用积累方式即逐渐增多隔热零件。 （6 ）变参数调节对改善发动机匹配的好处越来越明显，从可变截面增压器、可变 喷油定时、可变压缩比进一步推广到可变气门定时甚至电控喷油、可变排量等， 总之电子控制的调节系统会越来越多的得到采用、推广。 2、废气能量的分析和利用，提高废气能量利用的途径。 答： 1、废气能量的分析和利用：涡轮增压器利用排气系统的废气能量，将其转化 成压缩空气的有效功，以增加发动机的充其量，达到增压的目的。其能量转化过 程可用 4个特征能量来表示。 ①排气最大可用能量 Ez：实际为排气等熵膨胀到大气压力所释放出来的能量。 约占排气总量的 60%。 ②排气管进口处排气压力波 P =f （φ）中包含的能量：可用燃气在理想涡轮中 T 等熵膨胀到大气压力所做的最大功来表示。 ③涡轮前排气压力波中包含的能量。 ④离心式压气机等熵压缩空气至增压压力 Pc所需的理论压缩功。 2、提高废气能量利用的途径：恰当控制排气压力波的形态，可用 6个无因次参数 表示，具体途径如下： L ①减小排气管长度的无因次参数 φ 。即应尽可能采用短管。 ②增大排气始点的压力比 φb。即在实际发动机中适当增大排气提前角，同时 向气缸中喷入更多燃油。但排气提前角过大会导致机件热负荷增大。故 φb=4~5。 ③排气门的开启规律 φf 。排气门开启越快，流通面积增加越快，节流损失减 小，废气能量利用效率上升。 ④提高气缸的排空速率 φ