增壓技術復習資料(含答案).doc

第一章 內(nèi)燃機增壓概論1、什么是增壓？借助于裝在發(fā)動機上的專用的增壓裝置，預先壓縮進入氣缸的空氣，以提高進入氣缸的充氣密度。2、 內(nèi)燃機增壓的目的內(nèi)燃機增壓的目的主要在于提高發(fā)動機的動力性，并降低排放，不在于提高經(jīng)濟性。3、 增壓度增壓后的發(fā)動機功率與不增壓時發(fā)動機功率之比。4、 增壓對內(nèi)燃機動力性、經(jīng)濟性、排放、噪聲的影響：動力性和經(jīng)濟性的影響：假定增壓前后n和保持不變。1.增壓后，部分排氣能量被利用，進氣得到壓縮，換氣過程形成正的泵氣功，指示熱效率i略有增加。2.機械效率m也隨著增壓度的提高有所提高。3.增壓后，s增加，若采用中冷技術， s會更高。4.因為有掃氣作用，缸內(nèi)殘余廢氣系數(shù)降低，減少對進氣的加熱作用，充氣系數(shù)v提高。柴油機增壓后對排放、噪音的影響（1）CO：增壓后，燃料霧化、混合均有所改善，CO消除反應加快，排放中CO含量有所減少。 （2） THC：增壓后，由于較非增壓富氧，缸內(nèi)溫度較高，燃燒反應加快，因而HC消除反應增強，排放中HC含量減少。 （3） NOx：生成條件高溫、富氧、高溫下的停留時間。 對于自然吸氣柴油機，如果只簡單地采用增壓措施，可能會因為過量空氣系數(shù)增大和燃燒溫度的升高而導致NO增加。（4） PM：生成條件高溫、缺氧。1）增壓后，可顯著增大進氣密度，增加缸內(nèi)可用的空氣量，過量空氣系數(shù)增加，PM排放降低。2）增壓后，缸內(nèi)壓力增加，燃料濕壁現(xiàn)象等減少，有利于降低PM排放。3）同時采用高壓燃油噴射、共軌電控噴射、低排放燃燒室和中心噴嘴四氣閥技術，并提高燃油霧化質量，改善燃燒過程，則可有效地控制PM排放。（5）噪音：燃燒噪音、進排氣系統(tǒng)噪音和機械噪音1）增壓后，滯燃期縮短，壓升率降低，燃燒噪音減小。2）增壓器的設置，進排氣噪音也有所減少。如增壓器的渦輪機可以衰減排氣所產(chǎn)生的噪音。 穩(wěn)定工況可降低噪音3-5dB,低負荷降低噪音效果較差。5、 內(nèi)燃機的增壓方式1、機械增壓2、排氣渦輪增壓3、氣波增壓4、復合增壓6、汽油機增壓的主要技術障礙（1） 熱負荷：增壓后，汽油機整體溫度水平提高，熱負荷問題加重（2） 爆燃：汽油機增壓后，混合氣壓縮后的壓力、溫度增高，將促使爆燃的發(fā)生。（3）混合氣的調(diào)節(jié)：傳統(tǒng)化油器使用增壓技術后難以精確控制混合氣的濃度（4）對增壓器的特殊要求7、增壓器渦輪轉子軸的布置型式不同的分類外支承式、內(nèi)支承式、內(nèi)外支承式、懸臂支承式（結構簡圖及其特點）1外支承式 兩個軸承位于轉軸的兩端1) 結構簡圖 2) 特點 轉子穩(wěn)定性好； 軸承遠離葉輪，軸向空間大，便于考慮油水氣的密封； 軸承可采用單獨的潤滑系統(tǒng)，減小軸承受高溫氣體的影響； 因為增壓器軸中部可以加工成大尺寸，剛性較大，而在支承軸頸處便可以適當作得小些，因此軸承表面的切線速度較低，有利于軸承的壽命和可靠性； 軸承在外端，也便于檢查和更換軸承，不必拆下轉子，可維護性好。2 內(nèi)支承式 兩個軸承位于工作輪之間1) 結構簡圖2）特點 結構簡單、尺寸及重量小；壓氣機可軸向進氣，流阻損失；清洗工作輪比較容易，且不會因為軸承而破壞轉子的平衡。3內(nèi)外支承式 兩個軸承分別布置在轉軸的一端和兩個工作輪之間1）結構簡圖2）特點 壓氣機能軸向進氣； 渦輪端密封較容易安排； 可局部拆卸零件，進行清洗葉輪； 尺寸及重量介于內(nèi)、外支承式之間； 軸承間主軸可以作得較粗，軸承間距又較第一種方案短。所以臨界轉速較高；4 懸臂支承式壓氣機葉輪和渦輪葉輪背對背，軸承都在壓氣機一側1）結構簡圖2）特點 軸承均在低溫處，有利于軸承工作； 兩個葉輪可做成一體，結構緊湊，質量和尺寸最??； 渦輪盤可得到較好的冷卻，漏氣損失??； 壓氣機與渦輪背靠背，從而減少了氣體與轉盤的摩擦損失。8、渦輪增壓技術的發(fā)展趨勢可變混流式渦輪增壓技術可變兩級渦輪增壓技術復合增壓技術第二章 發(fā)動機排氣能量的利用1、排氣最大可用能排氣等熵膨脹到大氣壓力時所釋放出來的能量2、 能量傳遞的損失：1)流經(jīng)排氣門處的節(jié)流損失；2)流經(jīng)各種縮口處的節(jié)流損失；3)管道面積突擴時的流動損失；4)不同參數(shù)氣流滲混和撞擊形成的損失; 5)由于氣體的粘性而形成的靡擦損失：6)氣流向外界散熱所形成的能量損失。3、降低能量傳遞的措施1)應使排氣門的通流面積盡可能大；2)應力求管道光順、沒有縮口；3)排氣總管內(nèi)徑做的與歧管內(nèi)徑一樣大，以避免突擴損失；4)使用順著氣流的斜向接頭，以避免撞擊損失;5)力求管壁光滑，減少摩擦；6)排氣管使用絕熱材料包裹以隔熱。4、排氣能量傳遞效率渦輪進口處氣體的可用能量與排氣門前氣體的可用能量之比5、脈沖能量利用系數(shù)：6、脈沖系統(tǒng)與定壓系統(tǒng)比較(1)脈沖増壓系統(tǒng) 優(yōu)點:排氣能量利用系數(shù)高,低工況性能好;掃氣易于組織,對二沖程有 利;加速性好。缺點:二缸一歧管時，排氣管抽空，節(jié)流損失大；排氣管太長時，反射 壓力波對掃氣會產(chǎn)生干擾；成本高；結構復雜。(1)定壓増壓系統(tǒng)優(yōu)點:可采用渦輪全進氣，壓力波動小渦輪效率高;多缸時，排氣管結 構簡單;增壓器布置自由；柴油機轉速不因壓力波干擾而受限；渦輪流 通面積小，可選擇小増壓器。缺點:加速性差，低負荷性能差；掃氣量??；部分負荷時有時掃氣倒流 ;低轉速，高轉矩時，増壓壓力下降較大；在缸數(shù)少時，排氣管容積過大。7、 影響脈沖能量利用的因素排氣始點壓力比、排氣門通流面積、排氣門開啟規(guī)律、排氣管通流面積、排氣管長度、渦流通流面積第三章 離心式壓氣機1、離心式壓氣機結構進氣道、壓氣機葉輪、擴壓器、壓氣機蝸殼2、壓氣機葉輪a）按輪盤結構：開式、閉式、半開式、星形b）按葉片沿徑向的彎曲形式：前彎葉片葉輪、徑向葉片葉輪、后彎葉片葉輪、前傾后彎式葉輪3、 離心式壓氣機的工作過程分析（進氣道、工作輪、擴壓器、出氣蝸殼中氣體參數(shù)的變化情況）進氣道：氣體流過進氣道時流速增大，溫度和壓力減小。工作輪：氣體流過工作輪，對氣體做功，加速氣體流速，氣體壓力和溫度均提高擴壓器：由于流通截面逐漸增大，氣體在流過它時，流速減小，壓力和溫度都上升出氣蝸殼：氣體在流過它時，流通截面增大，流速減小，壓力和溫度上升。4、 增壓比、流量增壓比：壓氣機出口氣流壓力與進口氣流壓力之比。流量：單位時間內(nèi)流過壓氣機氣體的質量或體積5、 壓氣機效率（等熵效率、多變效率）、功率系數(shù)等熵效率：壓氣機等熵壓縮功和消耗的總功之比多變效率：壓氣機多變壓縮功和消耗的總功之比功率系數(shù)：實際圓周速度分量與無窮多葉工作輪出口的絕對速度的圓周速度之比6、 離心式壓氣機的流量特性在一定的環(huán)境條件下，在壓氣機的轉速不變時，壓氣機增壓比和效率隨空氣流量的變化關系7、 喘振、阻塞喘振：即是泵與風機的流量和能頭在瞬間內(nèi)發(fā)生不穩(wěn)定的周期性反復變化的現(xiàn)象稱為喘振現(xiàn)象。阻塞：在一定轉速下，通過壓氣機的流量隨增壓比的減小而增加，當流量增加到某一限度后，壓氣機流道中的某個截面處便達到臨界條件，此時增壓比減小，流量也不在增加。第四章 廢氣渦輪的工作原理1、渦輪的組成：進氣殼、噴嘴環(huán)、工作葉輪、排氣殼2、廢氣在渦輪級間的流動（1） 在蝸殼和噴嘴環(huán)中的流動蝸殼和噴嘴環(huán)葉片通道截面是收縮的，氣體在其中流動是要進行膨脹的。通過蝸殼和噴嘴環(huán)后，壓力和溫度下降，而氣流速度提高。（2） 在工作葉輪中的流動氣流對葉片做功，因此氣流的壓力和溫度下降，氣流的減小3、 氣體在噴嘴中的流動4、 渦輪的定熵效率與膨脹比、反力度的概念定熵效率：渦輪轉子獲得的機械功與理論上可以獲得的最大機械功之比膨脹比：反力度：轉子中的有效焓降與級的有效焓降之比5、 氣流在渦輪級中的流動損失定子（噴嘴）中的流動損失、轉子（工作葉輪）中的流動損失、余速損失、徑向間隙漏氣損失、輪盤摩擦損失、6、 渦輪效率7、 徑流式渦輪的效率8、 徑流式渦輪與軸流式渦輪的比較第五章 柴油機與渦輪增壓器的配合1、渦輪增壓器與柴油機配合特性要求曲線1：柴油機以額定轉速運行時的等轉速線，柴油 機在這一轉速下，隨著負荷的增大，廢氣能量增加， 渦輪增壓器轉速很快上升，增壓壓力和空氣流量也很快增加，同時柴油機氣缸爆發(fā)壓力也上升，因此, 柴油機在額定轉速時的最大負荷受到增壓器的最高 轉速、渦輪前最高溫度以及氣缸最大爆發(fā)壓力的限制曲線2：柴油機最低轉速運行線，這時由于 柴油機轉速低，廢氣能量小，所以增壓壓 力和空氣流量都比較小，柴油機負荷受冒煙極限的限制，而且隨著負荷加大應避免 壓氣機進入喘振區(qū),因此最低轉速運行線 是柴油機低速冒煙極限線。曲線3：柴油機的外特性運行線，這時柴油機循環(huán)供油量保持 最大值，而負荷的增加，使柴油機轉速從最高變化到最低， 隨著轉速的下降，廢氣流量減少，增壓器轉速和增壓壓力也 隨之下降，但由于柴油機最大循壞供油量未變，柴油機在各 個轉速下的排氣溫度都較高，因此渦輪增壓器轉速下降的程度不像在柴油機等轉速運行時因負荷降低引起增壓器轉速下降的那么快，然而廢氣流量因柴油機轉速的下降而很快下降， 曲線4：螺旋槳工作特性的運行線，它介于 外特性運行線與額定轉速運行線之間。2、增壓器喘振線的調(diào)整方法運行線太靠近喘振線，甚至穿入喘振區(qū)， 調(diào)整時應先分析產(chǎn)生生喘振的原因，然后采 用如下適當?shù)拇胧焊挠眯∫惶柕脑鰤浩?，小一號增壓器?喘振線大致平行于原壓氣機喘振線并移向流量小的一邊，這樣運行就可以脫離喘振區(qū)， 改用小一號增壓器后，可能使運行線通過效率較高的區(qū)城，因此運行線也將向流量小的方向移動適當縮小壓氣機通道截面。在沒有小一號增壓器選擇時，可釆用這種方法，這對壓氣機葉輪及擴壓器的通道截面都要相應縮小，因此它的特牲線將大致平行原特牲線并向流量小的方向偏移；減小壓氣機進口處直徑。如杲能判斷喘振發(fā)生在導風輪中，則可減小壓氣機葉輪進口直徑，以 使壓氣機特性線向小流量方向偏移減小擴壓器葉輪進口角。在有葉片擴壓 器的壓氣機中，喘振通常發(fā)生在葉片擴壓 器中，減小擴壓器葉片安裝角，使擴壓器 通流截面減小，流量將有所下降，同時使 小流量時的氣流進入擴壓器的氣流角減小， 從而避免喘振。3、增壓器轉速和增壓壓力的調(diào)整由于增壓比近似與增壓器轉速的平方成正比，因 此兩者的調(diào)整措施是一玫的。常用的方法有：1)調(diào)整噴嘴環(huán)面積，增大噴嘴壞面積對，廢氣能量降低，增壓器轉速下降，增壓壓力也隨之下降，反 之赤然，但如果柴油機尚未達到額定工況時，增壓器轉速己達額定值，若繼續(xù)提高柴油機功率，則增壓器必將超速運行，這是不允許的，增大噴嘴截面 可克服超速現(xiàn)象；如果超速是由于增壓器處于低功率區(qū)運行行， 使渦輪前壓力過高，渦輪出現(xiàn)堵塞而引起， 則最好改用大一號的增壓器；加大渦輪葉輪與殼體間的徑向間隙，使渦輪功率降低可限制超速，但它將使所有工 況的渦輪效率都降低；當按柴油機的最大扭矩工況來選配增壓器時， 為了避免柴油機在額定工況時增壓器超速， 可在渦輪前設一放氣閥，使部分排氣不經(jīng)渦輪而直接進入大氣，也可在壓氣機出口旁通 一部分空氣，使進入柴油機的空氣量減小， 從而進入渦輪的燃氣量減小，限制增壓器轉 速的上升；在渦輪出口裝節(jié)流閥，當柴油機在低速工 況對，節(jié)流閥全開，在高速工況時，節(jié)流 閥關小，以提高渦輪背壓，使渦輪膨脹比減小，從而達到限制增壓器超速的目的。問答題：1 簡述調(diào)整增壓器增壓壓力的方法。（1）進氣減壓閥和排氣放氣閥（2）變截面的渦輪（3）高負荷向排氣管噴水，降低增壓器轉速和增壓壓力（4）采用雙渦輪增壓器2 在廢氣渦輪增壓系統(tǒng)中，比較脈沖增壓系統(tǒng)相對于定壓增壓系統(tǒng)的優(yōu)勢及其特點？特點：（1）排氣管設計得短而細 （2）排氣管流通截面積小，氣流速度較高 （3）采用脈沖增壓的多缸柴油機的排氣管要進行分支優(yōu)勢：（1）廢氣能量節(jié)流損失較小 （2）當柴油機工作需要的的氣體流量相同時，脈沖渦輪的尺寸要比定壓渦輪的大些 （3）加速性能比定壓渦輪增壓柴油機好 （4）低速扭矩性能較定壓渦輪增壓柴油機好 （5）脈沖增壓系統(tǒng)在增壓壓力較低、并處于部分負荷時具有較好的油耗率；定壓增壓系統(tǒng)在滿負荷時才有較好的油耗率。 （6）脈沖增壓系統(tǒng)可以利用排氣壓力波加強氣缸掃氣，有利于增加進入氣缸的空氣質量，降低零件熱負荷 （7）當時，采用脈沖增壓系統(tǒng)，這對廢氣能量的利用較為有利3 離心式壓氣機特性曲線的特點有哪些？1）當轉速等于某一常數(shù)時，增壓特性線（）的變化，隨的減小，增壓比值開始是增加的，當減小至某一值時，值為最大，然后隨的進一步減小，值逐漸下降，故等速增壓線為一馬鞍型。（2）對效率特性線來講，當轉速一定時，因為壓氣機的等熵壓縮功隨流量而變化的關系大致與增壓比隨流量而變化的關系相同，且壓氣機消耗的總功與流量無關，所以壓氣機的效率隨流量變化的特點和增壓比特性變化的特點相似。（3）在時，壓氣機的流量減小至某一最小值時，壓氣機的工作便出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)即會產(chǎn)生喘振。把每一個轉速下的喘振點連接起來就是喘振邊界或稱穩(wěn)定工作邊界。壓氣機喘振時，壓氣機中的氣流出現(xiàn)強烈的振蕩，引起葉片發(fā)生猛烈的振動，產(chǎn)生很大的噪音，壓氣機出口壓力顯著下降，同時伴隨著很大的波動。4 根據(jù)轉子軸的布置型式不同，增壓器渦輪可分為哪幾種類型？并結合結構簡圖說明內(nèi)支承和外支承渦輪增壓器的特點？答：可分為1.外支承式2.內(nèi)支承式3.內(nèi)外支承式4.懸臂支承式內(nèi)支承式：特點：結構簡單、尺寸及重量?。粔簹鈾C可軸向進氣，流阻損失；清洗工作輪比較容易，且不會因為軸承而破壞轉子的平衡。缺點：工作輪之間空間較小，較難安排油、氣的密封；支承軸頸較粗，使其表面切線速度增加；兩軸承采用同一潤滑系統(tǒng)，靠近渦輪端的軸承熱負荷較大。5 簡述汽油機增壓的制藥技術障礙及相應解決方法？（3） 熱負荷：增壓后，汽油機整體溫度水平提高，熱負荷問題加重（4） 爆燃：汽油機增壓后，混合氣壓縮后的壓力、溫度增高，將促使爆燃的發(fā)生。（3）混合氣的調(diào)節(jié)：傳統(tǒng)化油器使用增壓技術后難以精確控制混合氣的濃度（4）對增壓器的特殊要求汽油機增壓爆燃的解決措施：(1)降低壓縮比(2)中冷技術(3)其他措施：燃燒室結構、高辛烷值汽油、推遲點火、爆燃傳感器反饋控制汽油機增壓熱負荷高的對策：（1）渦輪轉子和壓氣機采用耐熱材料（2）中冷裝置降低壓氣機出口溫度（3）GDI技術，可加大掃氣汽油機與增壓器匹配的對策：增壓壓力的控制：（1）進氣減壓閥和排氣放氣閥（2）變截面的渦輪（3）高負荷向排氣管噴水，降低增壓器轉速和增壓壓力（4）