汽車發(fā)動(dòng)機(jī)原理第八章

1、 內(nèi)燃機(jī)增壓 內(nèi)燃機(jī)增壓方式內(nèi)燃機(jī)增壓是指將新鮮空氣進(jìn)行預(yù)先壓縮，然后進(jìn)入氣缸，以提高進(jìn)氣密度，從而增加進(jìn)氣量，燃燒更多的燃料，增加內(nèi)燃機(jī)的輸出功率。 內(nèi)燃機(jī)增壓方式分四類：機(jī)械增壓、排氣渦輪增壓、氣波增壓和復(fù)合增壓。 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 第三節(jié)第三節(jié) 排氣渦輪增壓系統(tǒng)排氣渦輪增壓系統(tǒng) 第二節(jié)第二節(jié) 排氣渦輪增壓器排氣渦輪增壓器 第四節(jié)第四節(jié) 增壓內(nèi)燃機(jī)的性能增壓內(nèi)燃機(jī)的性能 第五節(jié)第五節(jié) 汽油機(jī)增壓技術(shù)汽油機(jī)增壓技術(shù)第八章內(nèi)燃機(jī)增壓第八章內(nèi)燃機(jī)增壓 總目錄總目錄內(nèi)燃機(jī)增壓：內(nèi)燃機(jī)增壓：指將新鮮空氣進(jìn)行預(yù)先壓縮，然后進(jìn)入氣缸，以提高進(jìn)氣密度，從而增加進(jìn)氣量，燃燒更多的燃料，增加內(nèi)燃機(jī)的輸出

2、功率。同時(shí)，可以改善內(nèi)燃機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和減少有害物排放。一一 、內(nèi)燃機(jī)增壓、內(nèi)燃機(jī)增壓 第一節(jié)概述第一節(jié)概述 增壓比增壓比k： ，表示進(jìn)氣壓力提高的程度。0kkpppk為增壓后的進(jìn)氣壓力，p0為未增壓的進(jìn)氣壓力，一般稱為大氣壓力。 增壓度增壓度： ，表示增壓后內(nèi)燃機(jī)功率提高的程度。e0e0ekPPP Pek為增壓后內(nèi)燃機(jī)的功率，Pe0為增壓前內(nèi)燃機(jī)的功率。即增壓度為增壓后內(nèi)燃機(jī)的功率Pek與增壓前功率Pe0之差與增壓前功率Pe0之比。章目錄章目錄、內(nèi)燃機(jī)增壓的方式、內(nèi)燃機(jī)增壓的方式 二二按增壓器能量的提供方式及結(jié)構(gòu)形式，增壓可以分為四種類型，如圖8.1所示。 1. 機(jī)械增壓機(jī)械增壓 內(nèi)燃機(jī)輸出軸直

3、接驅(qū)動(dòng)增壓裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)氣的壓縮。 2. 排氣渦輪增壓排氣渦輪增壓 應(yīng)用渦輪增壓器，利用排氣能量，驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣增壓。 3. 氣波增壓氣波增壓 利用排氣系統(tǒng)中的壓力波動(dòng)效應(yīng)壓縮空氣。 4. 復(fù)合增壓復(fù)合增壓 上述三種增壓方式的組合，如機(jī)械增壓與排氣渦輪增壓組合，一般用于大型船用柴油機(jī)。另外，隨著增壓度的提高，出現(xiàn)了二級(jí)、三級(jí)渦輪增壓系統(tǒng)。機(jī)械增壓低速性和加速響應(yīng)性好，可靠性好，但消耗內(nèi)燃機(jī)的有效功率。排氣渦輪增壓系統(tǒng)由于回收部分廢氣能量而得到廣泛應(yīng)用。復(fù)合增壓系統(tǒng)和多級(jí)增壓系統(tǒng)隨著柴油機(jī)性能的進(jìn)一步強(qiáng)化和排放法規(guī)的加嚴(yán)而得到更多的使用。 第一節(jié)概述第一節(jié)概述 圖8.1 內(nèi)燃機(jī)增壓的方

4、式a）機(jī)械增壓 b）渦輪增壓 c）氣波增壓E內(nèi)燃機(jī) C壓氣機(jī) T渦輪機(jī) 、內(nèi)燃機(jī)增壓的優(yōu)點(diǎn)和限制方面、內(nèi)燃機(jī)增壓的優(yōu)點(diǎn)和限制方面4 三三 1. 內(nèi)燃機(jī)增壓的優(yōu)點(diǎn)內(nèi)燃機(jī)增壓的優(yōu)點(diǎn) （1）通過(guò)增壓可以大幅度提高內(nèi)燃機(jī)的輸出功率。 ， ， ， 則 可見(jiàn)平均有效壓力與進(jìn)氣密度成正比，或者與進(jìn)氣壓力成正比。因此，提高進(jìn)氣壓力，增加進(jìn)氣密度，可以提高內(nèi)燃機(jī)的功率。 （2）經(jīng)濟(jì)性得到改善。 內(nèi)燃機(jī)采用增壓后，進(jìn)氣被壓縮，換氣過(guò)程的泵氣功為正，使指示熱效率it有所提高；隨pme的提高，機(jī)械效率m也將提高；根據(jù) 內(nèi)燃機(jī)燃油消耗率有所降低，經(jīng)濟(jì)性得到改善。hemeVWpet1eQW 0aushcuf1lHVHgQ

5、sssRTpssacmitascmitssacmit0uascmit0u0ascetumeTpKKTpRlHlHlHpmituet6e1106 . 3KHb第一節(jié)概述第一節(jié)概述 （3）升功率可以得到較大增加。通過(guò)增壓提高了進(jìn)氣密度，在總質(zhì)量和體積基本不變的情況下，內(nèi)燃機(jī)的從而降低了單位功率的造價(jià)，提高了材料利用率，改善了經(jīng)濟(jì)性。 （4）排氣能量得到回收利用。與自然吸氣式內(nèi)燃機(jī)比較，不僅提高了內(nèi)燃機(jī)熱效率，排氣噪聲也有所降低。 （5）有利于降低缸內(nèi)的壓力升高率和燃燒噪聲。柴油機(jī)增壓后，缸內(nèi)壓力和溫度水平提高，可以縮短滯燃期， （6）改善CO、HC和碳煙排放。增壓內(nèi)燃機(jī)一般采用較大的過(guò)量空氣系數(shù)，

6、可以 （7）有利于高原稀薄空氣條件下內(nèi)燃機(jī)功率的恢復(fù)。 第一節(jié)概述第一節(jié)概述 2. 內(nèi)燃機(jī)增壓的限制方面內(nèi)燃機(jī)增壓的限制方面 （1）機(jī)械負(fù)荷 隨著增壓壓力的提高，內(nèi)燃機(jī)平均有效壓力增加，爆發(fā)壓力也隨之提高，內(nèi)燃機(jī)主要零部件受力增加，特別是缸蓋、活塞、連桿、曲軸和軸承的受力增加。 （2）熱負(fù)荷 增壓后可以燃燒更多的燃油，內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)溫度升高，活塞、缸蓋、氣門、噴油器和缸套等零部件熱負(fù)荷增大，潤(rùn)滑和金屬材料的機(jī)械性能都變差。 （3）增壓器的性能 對(duì)排氣渦輪增壓器來(lái)說(shuō)，要提高增壓比，必須向排氣渦輪增壓器提供較多的排氣能量。提高渦輪的進(jìn)氣溫度，受到材料的限制；增壓器的工作轉(zhuǎn)速很高，從每分鐘幾萬(wàn)轉(zhuǎn)到二

7、十幾萬(wàn)轉(zhuǎn)，外圓周線速度在300400m/s。一般用于制造渦輪的耐熱鋼長(zhǎng)期工作能承受的溫度為650左右，陶瓷的耐熱溫度也只在1000左右。制造壓力機(jī)葉輪的材料一般為鋁合金，其機(jī)械強(qiáng)度也限制了壓力機(jī)轉(zhuǎn)速的提高。 （4）中冷器效率 增壓壓力提高后，進(jìn)氣溫度也隨之升高，如pk=0.3MPa時(shí)，溫度tk約為230。為提高進(jìn)氣密度，必須對(duì)進(jìn)氣進(jìn)行冷卻，即“增壓中冷”。如果把進(jìn)氣溫度降到50左右，降溫幅度為180左右。因此，需要設(shè)計(jì)出體積小、效率高的中冷器才能在車輛上運(yùn)用，這是比較困難的。 圖8.2為徑流式渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)圖。 組成： ， ， 。第二節(jié)排氣渦輪增壓器第二節(jié)排氣渦輪增壓器 圖8.2 徑流式渦輪

8、增壓器1壓氣機(jī)蝸殼 2壓氣機(jī)葉輪 3推力軸承 4壓氣機(jī)端密封座 5擋油板6中間殼 7浮動(dòng)軸承 8渦輪機(jī)葉輪 9渦輪機(jī)蝸殼 v 渦輪增壓器分為徑流式渦輪增壓器與軸流式渦輪增壓器兩類。根據(jù)內(nèi)燃機(jī)排出廢氣在渦輪機(jī)中的流動(dòng)方向，可軸流式渦輪增壓器多用于大中型柴油機(jī)，以滿足大流量、高效率的要求；中小型高速內(nèi)燃機(jī)一般使用徑流式渦輪增壓器，以適應(yīng)高轉(zhuǎn)速和較高響應(yīng)性能的要求。 章目錄章目錄（一）離心式壓氣機(jī)離心式壓氣機(jī)（二）徑流式渦輪機(jī)徑流式渦輪機(jī)（三）中間殼中間殼 一、離心式壓氣機(jī)一、離心式壓氣機(jī) 如圖8.3，由進(jìn)氣道進(jìn)氣道1、工作葉輪工作葉輪2、擴(kuò)壓器擴(kuò)壓器3和蝸殼蝸殼4組成。第二節(jié)排氣渦輪增壓器第二節(jié)排

9、氣渦輪增壓器 圖8.3 離心式壓力機(jī)1進(jìn)氣道 2工作葉輪 3擴(kuò)壓器 4蝸殼 圖8.4 離心式壓氣機(jī)氣流參數(shù)的變化進(jìn)氣道 工作葉輪 擴(kuò)壓器 蝸殼 1工作原理工作原理 工作葉輪旋轉(zhuǎn)將空氣從進(jìn)氣道1吸入，經(jīng)過(guò)收斂形進(jìn)口段氣流略有加速，速度由v0提高到v1，壓力由p0略降到p1 （見(jiàn)圖8.4）；當(dāng)空氣進(jìn)入葉輪后，受到極高轉(zhuǎn)速的作用，提高了空氣的動(dòng)能和壓力能，速度由v1提高到v2，壓力也由p1提高到p2；由于擴(kuò)壓器的截面是逐漸增大的，所以空氣流經(jīng)擴(kuò)壓器時(shí)，壓力進(jìn)一步提高，由p2提高到p3，速度卻由v2降低到v3；蝸殼將經(jīng)擴(kuò)壓器流出的空氣收集并引向出口，進(jìn)一步將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ堋Ｒ虼?，壓氣機(jī)出口處壓力為p

10、4，速度為v4?？諝庠陔x心式壓氣機(jī)中的整個(gè)流動(dòng)過(guò)程中，溫度逐步提高。 參數(shù)變化見(jiàn)圖8.4。 2壓氣機(jī)的絕熱效率壓氣機(jī)的絕熱效率 壓氣機(jī)絕熱效率壓氣機(jī)絕熱效率：指在相同增壓比時(shí)，壓氣機(jī)的絕熱壓縮功與實(shí)際壓縮功之比。在實(shí)際壓縮過(guò)程中，由于氣流受到摩擦、流動(dòng)阻力和熱交換等因素的影響，實(shí)際壓縮功大于絕熱壓縮功。 壓氣機(jī)的絕熱效率說(shuō)明了驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)的消耗功被轉(zhuǎn)化利用的程度。 目前壓氣機(jī)的絕熱效率約為0.70.85或更高。第二節(jié)排氣渦輪增壓器第二節(jié)排氣渦輪增壓器 圖8.6 壓氣機(jī)流量特性 3壓氣機(jī)特性壓氣機(jī)特性 壓氣機(jī)特性：壓氣機(jī)特性：壓氣機(jī)的主要工作參數(shù)增壓比k、效率adk、流量qmk和轉(zhuǎn)速nk之間的變化

11、關(guān)系。 壓氣機(jī)的流量特性：壓氣機(jī)的流量特性：在一定環(huán)境條件下（p0、T0一定），壓氣機(jī)在某一轉(zhuǎn)速nk時(shí)，增壓比k和效率adk隨流量qmk的變化關(guān)系（圖8.6）。在某一轉(zhuǎn)速nk下，對(duì)于某一流量qmk有最高的增壓比k和絕熱效率adk，高于或低于該流量，k和adk都將下降。效率一定時(shí)（圖中等效率線），中間是高效率區(qū)，一般比較靠近喘振邊界線。 為了使壓氣機(jī)流量特性不受試驗(yàn)時(shí)環(huán)境狀況的影響，一般根據(jù)相似理論折合成標(biāo)準(zhǔn)大氣狀況（即p0=101.33kPa，T0=293K）時(shí)壓氣機(jī)的工作狀況，繪制壓氣機(jī)通用特性壓氣機(jī)通用特性。 圖8.7為某渦輪增壓器壓氣機(jī)的通用特性。第二節(jié)排氣渦輪增壓器第二節(jié)排氣渦輪增壓器

12、 圖8.7 壓氣機(jī)通用特性 喘振：喘振：壓力機(jī)工作不穩(wěn)定現(xiàn)象。在壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速nk一定時(shí)，當(dāng)壓氣機(jī)的流量減小到某一數(shù)值時(shí)，壓氣機(jī)出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，氣流發(fā)生強(qiáng)烈的脈動(dòng)，引發(fā)葉片的振動(dòng)并伴隨有喘息噪聲，出口壓力下降并伴隨著波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成壓氣機(jī)損壞，因此壓氣機(jī)不允許在喘振下工作。 喘振點(diǎn)：喘振點(diǎn)：出現(xiàn)喘振的工作點(diǎn)。 喘振線：喘振線：將各種轉(zhuǎn)速下的喘振點(diǎn)連接起來(lái)的喘振邊界線。壓氣機(jī)只能在喘振線右邊范圍內(nèi)工作。二、徑流式渦輪機(jī)二、徑流式渦輪機(jī) 主要由進(jìn)氣蝸殼1、噴嘴環(huán)2、工作葉輪3和出氣道4組成，如圖8.8所示 。第二節(jié)排氣渦輪增壓器第二節(jié)排氣渦輪增壓器 圖8.8 徑流式渦輪機(jī)1進(jìn)氣蝸殼 2噴嘴環(huán) 3工作

13、葉輪 4出氣道 圖8.9 渦輪機(jī)中氣流參數(shù)的變化 1工作原理工作原理 內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣從排氣管進(jìn)入蝸殼，在噴嘴環(huán)中膨脹，使廢氣的壓力能部分轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，由噴嘴環(huán)高速噴出，并沿噴嘴環(huán)出口方向進(jìn)入工作葉輪，推動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，廢氣在葉輪中進(jìn)一步膨脹后經(jīng)出氣道排出。在渦輪機(jī)中，廢氣不斷膨脹，壓力由pT降到p0，溫度由TT降到T0，氣體流經(jīng)噴嘴環(huán)時(shí)流速?gòu)膙T提高到v1，流過(guò)工作葉輪后降到v2，如圖8.9。 參數(shù)的變化見(jiàn)圖8.9。 第二節(jié)排氣渦輪增壓器第二節(jié)排氣渦輪增壓器 3渦輪機(jī)特性渦輪機(jī)特性 渦輪機(jī)的主要工作參數(shù)膨脹比T（排氣滯止壓力與排氣背壓之比）、效率T、流量qmT和轉(zhuǎn)速nT之間的變化關(guān)系。 如圖8

14、.10所示為渦輪機(jī)特性的通用特性。同樣根據(jù)相似理論，利用折合流量和折合轉(zhuǎn)速繪制，。 可見(jiàn)，渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，隨膨脹比增加，存在一個(gè)堵塞流量。出現(xiàn)堵塞說(shuō)明在渦輪內(nèi)部某處，排氣流速達(dá)到了當(dāng)?shù)匾羲佟６氯话惆l(fā)生在噴嘴出口截面上，或者葉輪通道某處。圖8.10 渦輪機(jī)通用特性 2渦輪機(jī)效率渦輪機(jī)效率 渦輪機(jī)效率指實(shí)際膨脹功與絕熱膨脹功之比，表示渦輪機(jī)中廢氣能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的有效程度。 一 般 排 氣 渦 輪 增 壓 器 渦 輪 機(jī) 效 率 T = 0.7 0.9。三、中間殼三、中間殼 中間殼用于連接壓氣機(jī)殼與渦輪機(jī)殼，將壓氣機(jī)葉輪與渦輪機(jī)葉輪同軸連接在一塊。中間殼中充滿有循環(huán)潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑油以一定壓力輸入

15、，使高速旋轉(zhuǎn)的軸在浮動(dòng)軸承中得到充分潤(rùn)滑并呈懸浮、自動(dòng)定心的工作狀態(tài)，同時(shí)潤(rùn)滑油膜也起著散熱與減振作用。中間殼兩側(cè)有密封裝置，防止壓氣機(jī)端的壓縮空氣和渦輪機(jī)端燃?xì)獾男孤约胺乐馆S承處潤(rùn)滑油的泄漏。第二節(jié)排氣渦輪增壓器第二節(jié)排氣渦輪增壓器 圖8.2 徑流式渦輪增壓器1壓氣機(jī)蝸殼 2壓氣機(jī)葉輪 3推力軸承 4壓氣機(jī)端密封座 5擋油板6中間殼 7浮動(dòng)軸承 8渦輪機(jī)葉輪 9渦輪機(jī)蝸殼 排氣渦輪增壓系統(tǒng)按排氣能量在渦輪中的利用方式，分為恒壓（或定壓）增壓系統(tǒng)恒壓（或定壓）增壓系統(tǒng)與脈沖脈沖（或變壓）增壓系統(tǒng)（或變壓）增壓系統(tǒng)兩種基本形式，如圖8.11。 一一二二三三恒恒壓壓渦渦輪輪增增壓壓系系統(tǒng)統(tǒng) 脈

16、脈沖沖渦渦輪輪增增壓壓系系統(tǒng)統(tǒng) 兩兩種種增增壓壓系系統(tǒng)統(tǒng)的的比比較較及及選選取取 圖8.11 渦輪增壓系統(tǒng)的兩種基本形式a）恒壓系統(tǒng) b）脈沖系統(tǒng) 第三節(jié)排氣渦輪增壓系統(tǒng)第三節(jié)排氣渦輪增壓系統(tǒng) 章目錄章目錄一、恒壓渦輪增壓系統(tǒng)一、恒壓渦輪增壓系統(tǒng) 如圖8.11a所示。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是渦輪前的燃?xì)鈮毫颈３忠欢?，柴油機(jī)各缸排氣都接到一根排氣總管上。排氣總管容積要足夠大，起到穩(wěn)定壓力的作用，渦輪是單進(jìn)氣口。恒壓渦輪增壓是將內(nèi)燃機(jī)所有氣缸的排氣收集到一個(gè)體積足夠大的排氣管內(nèi)，由于該排氣管的穩(wěn)壓作用，進(jìn)入渦輪前的壓力基本保持不變。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：渦輪在定壓下全周進(jìn)氣，效率較高；氣流引起的激振較小，不易引

17、起葉片斷裂；排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，易于布置和維護(hù)。 主要缺點(diǎn)：主要缺點(diǎn)：脈沖能的利用效率較低，低速轉(zhuǎn)矩特性和加速響應(yīng)性能較差。第三節(jié)排氣渦輪增壓系統(tǒng)第三節(jié)排氣渦輪增壓系統(tǒng) 二、脈沖渦輪增壓系統(tǒng)二、脈沖渦輪增壓系統(tǒng) 為了更好地利用恒壓渦輪增壓系統(tǒng)沒(méi)有完全利用的脈沖部分能量。 脈沖渦輪增壓系統(tǒng)將內(nèi)燃機(jī)各缸排氣管做得短而細(xì)，將排氣脈沖維持到渦輪機(jī)的進(jìn)口（如圖8.11b）。第三節(jié)排氣渦輪增壓系統(tǒng)第三節(jié)排氣渦輪增壓系統(tǒng) 為了防止各缸排氣脈沖的干涉，將排氣管分支連接。以六缸內(nèi)燃機(jī)（發(fā)火順序?yàn)?-5-3-6-2-4）為例，排氣間隔角為120 CA，而一個(gè)氣缸的排氣持續(xù)角e 240 CA，這樣第5缸的排

18、氣必然對(duì)第1缸排氣產(chǎn)生干涉而影響第1缸排氣；同樣，后一缸排氣干擾前一缸排氣。為了使排氣不發(fā)生干擾，必須使各缸發(fā)火間隔的角度大于或等于排氣持續(xù)角e。因此，排氣管必須分開(kāi)連接，六缸內(nèi)燃機(jī)1、2、3缸共用一根排氣管，4、5、6缸共用一支，形成兩根排氣總管。同理，發(fā)火順序?yàn)?-3-4-2的內(nèi)燃機(jī)，將1、2缸連接一總管，3、4缸連接另一總管。 其他缸數(shù)情況下排氣管分支情況見(jiàn)圖8.12。 脈沖渦輪增壓的特點(diǎn)：排氣管短而細(xì)，排氣系統(tǒng)容積小，排氣能直接迅速地進(jìn)入渦輪機(jī)中膨脹做功，減少節(jié)流損失，能量利用率高能量利用率高，同時(shí)利用排氣的波谷便于掃氣便于掃氣。但由于脈沖渦輪增壓壓力是變化的，因此進(jìn)入渦輪機(jī)的壓力和流

19、量也是變化的，故渦輪機(jī)的效率和壓氣機(jī)的效率較低渦輪機(jī)的效率和壓氣機(jī)的效率較低并且由于排氣壓力波不能疊加，故對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管要正確分支排氣管要正確分支。以使各缸的排氣壓力波不互相干擾，排氣管布置較復(fù)雜。 在低增壓比時(shí)，脈沖能量利用率高。所以，低增壓時(shí)，以采用脈沖增壓系統(tǒng)為宜，高增壓時(shí)脈沖能量增益不多。 脈沖增壓系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩性能和加速性能都比恒壓增壓系統(tǒng)好，因而在車輛內(nèi)燃機(jī)上增壓比較大時(shí)仍采用脈沖增壓系統(tǒng)。三、恒壓渦輪增壓與脈沖渦輪增壓兩種增壓系統(tǒng)的比較及選取原則三、恒壓渦輪增壓與脈沖渦輪增壓兩種增壓系統(tǒng)的比較及選取原則 1）脈沖增壓對(duì)排氣能量的利用比恒壓增壓要好。脈沖渦輪增壓由于排氣節(jié)流所造成的

20、排氣能量損失比定壓增壓系統(tǒng)小，所以 2）脈沖系統(tǒng)有良好的掃氣作用。在內(nèi)燃機(jī)掃氣期間，脈沖系統(tǒng)的排氣管壓力正處于波谷，有足夠的掃氣壓力差，有良好的掃氣作用。而恒壓系統(tǒng)由于排氣管壓力波動(dòng)小，所以掃氣壓力差小，掃氣不好。 3）脈沖增壓系統(tǒng)的響應(yīng)性和加速性能比恒壓系統(tǒng)好。在脈沖增壓系統(tǒng)中，由于排氣管容積較小，內(nèi)燃機(jī)負(fù)荷改變時(shí)，排氣的壓力波變化很快傳遞到渦輪機(jī)，增壓器能較快響應(yīng)。所以 4）恒壓增壓系統(tǒng)的渦輪機(jī)效率比脈沖系統(tǒng)高。從排氣渦輪效率看，脈沖系統(tǒng)的平均絕熱效率比恒壓系統(tǒng)低，脈沖系統(tǒng)的渦輪機(jī)入口壓力和流量是變化的，故渦輪機(jī)的效率低，而恒壓系統(tǒng)由于進(jìn)入渦輪機(jī)前的壓力基本保持不變，渦輪機(jī)的效率較高。因此

21、 5）脈沖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置比恒壓系統(tǒng)復(fù)雜。尺寸較大且排氣管要依發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火順序分支，所以其 增壓系統(tǒng)的選取原則： 1）依用途首選脈沖增壓系統(tǒng)。 2）根據(jù)增壓壓比，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在低增壓時(shí)，采用脈沖增壓；在高增壓壓比時(shí)，脈沖系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)逐漸減弱，而恒壓系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)逐漸明顯凸現(xiàn)。該種情況要依用途來(lái)定。比如車用發(fā)動(dòng)機(jī)，即使增壓壓比較高，由于車用較多的時(shí)間在中小負(fù)荷下運(yùn)行，對(duì)其加速性和響應(yīng)性的特殊要求，所以選擇脈沖增壓系統(tǒng)為好。 第三節(jié)排氣渦輪增壓系統(tǒng)第三節(jié)排氣渦輪增壓系統(tǒng) 排氣渦輪增壓器與排氣渦輪增壓器與內(nèi)燃機(jī)的匹配簡(jiǎn)述內(nèi)燃機(jī)的匹配簡(jiǎn)述三三二二一一第四節(jié)增壓內(nèi)燃機(jī)的性能第四節(jié)增壓內(nèi)燃機(jī)的性能 增壓內(nèi)燃機(jī)的特點(diǎn)增壓內(nèi)燃

22、機(jī)的特點(diǎn) 增壓對(duì)內(nèi)燃機(jī)性增壓對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能的影響能的影響 章目錄章目錄第四節(jié)增壓內(nèi)燃機(jī)的性能第四節(jié)增壓內(nèi)燃機(jī)的性能 一、一、排氣渦輪增壓器與內(nèi)燃機(jī)的匹配簡(jiǎn)述排氣渦輪增壓器與內(nèi)燃機(jī)的匹配簡(jiǎn)述 內(nèi)燃機(jī)是往復(fù)式工作機(jī)械，渦輪增壓器是旋轉(zhuǎn)式工作機(jī)械。兩者的工作原理和工作特性明顯不同。 內(nèi)燃機(jī)與增壓器之間僅通過(guò)氣動(dòng)聯(lián)系。（即通過(guò)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)排氣流動(dòng)聯(lián)系兩者），沒(méi)有直接的機(jī)械聯(lián)系。 因此，內(nèi)燃機(jī)與渦輪增壓器聯(lián)合運(yùn)行時(shí)，兩者之間需要有良好的匹配。為了獲得良好的增壓內(nèi)燃機(jī)的性能， 內(nèi)燃機(jī)選配合適的渦輪增壓器時(shí)，主要應(yīng)滿足以下要求： （1）對(duì)于內(nèi)燃機(jī)需要達(dá)到的設(shè)計(jì)功率和燃油消耗率指標(biāo)，渦輪增壓器應(yīng)能提供內(nèi)燃機(jī)需要的增

23、壓壓力和空氣流量。 （2）內(nèi)燃機(jī)排氣提供的能量能滿足增壓器中渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)的需要。 （3）內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行特性（曲線）與壓氣機(jī)運(yùn)行特性（曲線）相適應(yīng)。盡可能使運(yùn)行處于壓氣機(jī)的高效率區(qū)，與壓氣機(jī)效率曲線平行，并離喘振線有適當(dāng)?shù)木嚯x。 （4）在增壓內(nèi)燃機(jī)各種工況下都能可靠地運(yùn)行。如增壓器不超速、內(nèi)燃機(jī)排氣不超溫等。 （5）對(duì)于車用內(nèi)燃機(jī)，要求內(nèi)燃機(jī)外特性具有足夠的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備，以及加速響應(yīng)性能。 第四節(jié)增壓內(nèi)燃機(jī)的性能第四節(jié)增壓內(nèi)燃機(jī)的性能 二、二、增壓內(nèi)燃機(jī)的特點(diǎn)增壓內(nèi)燃機(jī)的特點(diǎn) 增壓內(nèi)燃機(jī)與非增壓內(nèi)燃機(jī)相比，結(jié)構(gòu)與參數(shù)等方面有以下不同。由于增壓后內(nèi)燃機(jī)性能有較大的提高，同時(shí)內(nèi)燃機(jī)的熱負(fù)荷和機(jī)械

24、負(fù)荷也有相應(yīng)地增加， 1燃燒系統(tǒng)燃燒系統(tǒng) （1）滯燃期縮短。增壓后氣缸內(nèi)溫度升高，柴油機(jī)中燃油著火滯燃期縮短，壓力升高率p/下降，工作柔和。 （2）爆發(fā)壓力pz增大，需要適當(dāng)?shù)亟档蛪嚎s比。為使爆發(fā)壓力不至過(guò)高，一般降低一個(gè)單位，隨增壓壓力提高，c下降更多，但壓縮比過(guò)大的降幅會(huì)造成內(nèi)燃機(jī)冷起動(dòng)困難和經(jīng)濟(jì)性能惡化。 （3）適當(dāng)加大過(guò)量空氣系數(shù)。為了減小內(nèi)燃機(jī)熱負(fù)荷和改善經(jīng)濟(jì)性，增壓柴油機(jī)可以適當(dāng)加大過(guò)量空氣系數(shù)，其值一般比非增壓機(jī)大1030。 （4）增大供油量，提高噴油壓力。為了適應(yīng)增壓后功率增加，需要增大每循環(huán)的供油量。柴油機(jī)中為增大循環(huán)供油量而又不加大供油持續(xù)角，需要增加柱塞直徑和供油速率，并

25、加大噴油嘴噴孔直徑，適當(dāng)提高噴油壓力。 （5）適當(dāng)縮小供油提前角。由于燃燒的改善，可適當(dāng)?shù)乜s小供油提前角，以減少上止點(diǎn)前燃燒的燃油量和降低燃燒爆發(fā)壓力。第四節(jié)增壓內(nèi)燃機(jī)的性能第四節(jié)增壓內(nèi)燃機(jī)的性能 2配氣定時(shí)配氣定時(shí) 采用較大的氣門疊開(kāi)角。增壓內(nèi)燃機(jī)一般采用較大的氣門疊開(kāi)角以改善燃燒室的掃氣、提高充量系數(shù)和降低內(nèi)燃機(jī)熱負(fù)荷。隨著增壓壓力的提高，對(duì)于高速內(nèi)燃機(jī)（n2000 r/min），為了防止低速低負(fù)荷時(shí)排氣倒流，氣門疊開(kāi)角取得小一些，與非增壓時(shí)差不多。 3進(jìn)排氣系統(tǒng)進(jìn)排氣系統(tǒng) （1）排氣系統(tǒng) 脈沖增壓系統(tǒng)排氣管必須分支，排氣管應(yīng)盡可能短且截面積不能過(guò)大。在脈沖增壓系統(tǒng)中，為了使各氣缸的排氣互

26、不干擾，排氣管必須分支。為了充分利用排氣脈沖能量，排氣管應(yīng)盡可能短且截面積不能過(guò)大。 （2）進(jìn)氣系統(tǒng) 增壓內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣總管要有足夠的容積。以減少氣體壓力波動(dòng)造成的各缸進(jìn)氣不均勻，從而提高壓氣機(jī)效率和內(nèi)燃機(jī)性能。 （3）增壓氣體冷卻 將增壓器出口的空氣加以冷卻，既可提高充氣密度，提高功率，也可降低整個(gè)循環(huán)的平均溫度。 低增壓時(shí)，由于壓氣機(jī)后空氣溫度不太高，一般不設(shè)置中冷器，只有在增壓壓力較高時(shí)才進(jìn)行中冷。第四節(jié)增壓內(nèi)燃機(jī)的性能第四節(jié)增壓內(nèi)燃機(jī)的性能 三、增壓對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能的影響三、增壓對(duì)內(nèi)燃機(jī)性能的影響 采用增壓技術(shù)，可以增加內(nèi)燃機(jī)功率、降低燃油消耗和改善排放，但是增壓后內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行狀況也發(fā)生了一些變

27、化。 1低速轉(zhuǎn)矩性能變化低速轉(zhuǎn)矩性能變化 由于渦輪增壓器是旋轉(zhuǎn)式機(jī)械，提供的增壓壓力隨壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速的提高而增加。內(nèi)燃機(jī)在低速低負(fù)荷工作時(shí)提供給增壓器的廢氣能量少，增壓器提供內(nèi)燃機(jī)的空氣壓力相應(yīng)也低；高速高負(fù)荷時(shí)，廢氣提供的能量多，增壓器相應(yīng)提供的空氣壓力也高。這樣，增壓器提供的增壓壓力隨內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速增加而增大。增壓內(nèi)燃機(jī)在高速時(shí)，轉(zhuǎn)矩和功率提高幅度大，低速時(shí)提高幅度小。 使增壓內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性變得平坦，最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)向高轉(zhuǎn)速方向移動(dòng)，內(nèi)燃機(jī)適應(yīng)性系數(shù)下降。 放氣調(diào)節(jié)，特別是放掉部分廢氣的方案是車用增壓內(nèi)燃機(jī)采用較多的方法。為了使內(nèi)燃機(jī)低速轉(zhuǎn)矩性能得到改善，可以在高速高負(fù)荷區(qū)放掉部分進(jìn)入渦輪前的廢氣或放

28、掉部分壓縮后的增壓空氣，來(lái)抑制增壓壓力的增長(zhǎng)。 2加速性能變差加速性能變差 內(nèi)燃機(jī)與增壓器之間是氣動(dòng)聯(lián)系，在負(fù)荷突變時(shí)，增壓器存在反應(yīng)滯后的問(wèn)題。加速過(guò)程中，增壓壓力上升較緩慢，致使內(nèi)燃機(jī)功率和轉(zhuǎn)速增加緩慢，而且柴油機(jī)會(huì)出現(xiàn)冒煙現(xiàn)象，為防止冒煙，需要安裝增壓壓力未達(dá)到規(guī)定值之前限制供油量的裝置，但其又進(jìn)一步延緩了加速過(guò)程。 總之，增壓內(nèi)燃機(jī)與非增壓內(nèi)燃機(jī)主要存在以下幾方面不同： 壓縮比與過(guò)量空氣系數(shù)：為了降低爆發(fā)壓力，增壓內(nèi)燃機(jī)應(yīng)適當(dāng)降低壓縮比。增壓比越高，壓縮比降低幅度越大，但過(guò)高的降幅會(huì)惡化內(nèi)燃機(jī)的經(jīng)濟(jì)性能，而且會(huì)引起冷起動(dòng)困難。對(duì)于汽油機(jī)而言，增壓更容易誘發(fā)爆燃，故降低壓縮比更是比較普遍

29、的選擇。 為了降低內(nèi)燃機(jī)的熱負(fù)荷和改善經(jīng)濟(jì)性，增壓內(nèi)燃機(jī)可適當(dāng)加大過(guò)量空氣系數(shù)。如車用柴油機(jī)的過(guò)量空氣系數(shù)一般較小增壓后一般將其增大1030，降低熱負(fù)荷。 供油系統(tǒng)方面：為了適應(yīng)增壓后功率增大的要求，需要增加每循環(huán)的供油量。對(duì)于增壓柴油機(jī)而言，為了使供油持續(xù)期近似不變，常采用以下方法：增大柱塞直徑、增加供油速率、提高噴油壓力、加大噴孔直徑、高壓油管截面增大、減小出油閥緊帽高壓容積等，這些措施也可保證燃油噴注在空氣密度提高的情況下有足夠的貫穿距離。柴油機(jī)增壓后，滯燃期縮短，適當(dāng)?shù)販p小噴油提前角，可以限制最高爆發(fā)壓力的增長(zhǎng)。保證供油系統(tǒng)可靠性。 配氣正時(shí)方面：合理地加大配氣系統(tǒng)的氣門疊開(kāi)角，以增加

30、氣缸掃氣，從而降低內(nèi)燃機(jī)的熱負(fù)荷。氣缸內(nèi)廢氣掃除徹底和進(jìn)氣終點(diǎn)溫度的降低，使充量系數(shù)增大。注意：1）恒壓系統(tǒng)氣門重疊角小于脈沖系統(tǒng)。不僅要考慮高負(fù)荷掃氣要求，還要兼顧低負(fù)荷排氣倒流的可能性。 2）對(duì)于脈沖系統(tǒng)，車用內(nèi)燃機(jī)氣門疊開(kāi)角小于固定內(nèi)燃機(jī)。因?yàn)檐囉貌裼蜋C(jī)經(jīng)常處于低速部分負(fù)荷下工作，為防止排氣倒流應(yīng)使氣門重疊角小些。3）加大進(jìn)、排氣門升程。4）提高氣門機(jī)構(gòu)材料的強(qiáng)度和耐熱性。 進(jìn)排氣系統(tǒng)方面：進(jìn)排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要與增壓系統(tǒng)的要求相一致。增壓內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣管容積希望盡可能大一些，以減少進(jìn)氣壓力的脈動(dòng)，從而提高壓氣機(jī)效率和改善發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，脈沖增壓系統(tǒng)排氣管需正確分支（各缸排氣壓力波互不干涉）。 增壓空氣冷卻方面：增壓中冷一方面可以進(jìn)一步提高內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣管內(nèi)空氣的密度，從而提高內(nèi)燃機(jī)的功率輸出；另一方面可以降低內(nèi)燃機(jī)壓縮始點(diǎn)的溫度和整個(gè)循環(huán)的平均溫度，從而降低內(nèi)燃機(jī)的排氣溫度、熱負(fù)荷以及NOx排放。增壓中冷方式主要有：水冷式中冷器，空冷式中冷器。車用中冷器要求體積小、重量輕、冷卻時(shí)間短，故要求高。第五節(jié)汽油機(jī)增壓技術(shù)第五節(jié)汽