發(fā)動機廢氣渦輪增壓學時

發(fā)動機廢氣渦輪增壓學時第1頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三主要內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)廢氣能量的利用第三節(jié)廢氣渦輪增壓器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理第四節(jié)廢氣渦輪增壓的類型第五節(jié)汽油機增壓概述第六節(jié)車用增壓發(fā)動機的性能第2頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)概述1.增壓是提高功率的有效途徑2.增壓度3.增壓比4.增壓系統(tǒng)的分類按增壓比分類

按增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式分類

第3頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三1.增壓是提高功率的有效途徑

大量實踐證明，提高平均有效壓力pme是提高有效功率Pe的主要方法。增大工質(zhì)密度，是提高平均有效壓力pme的最有效方法。

增壓、中冷第4頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三2.增壓度定義:發(fā)動機增壓后增長的功率(Pk-P0

)與增壓前的功率P0

之比。

第5頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三3.增壓比（壓比）定義:增壓后氣體壓力pk與增壓前氣體壓力p0

之比

。

發(fā)動機增壓的衡量指標：增壓度和增壓比第6頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三4.增壓系統(tǒng)的分類按增壓比低增壓中增壓高增壓超高增壓

按增壓系統(tǒng)

的結(jié)構(gòu)形式機械增壓系統(tǒng)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)復(fù)合式增壓系統(tǒng)組合式渦輪增壓系統(tǒng)氣波增壓系統(tǒng)

廢氣動力渦輪進氣慣性增壓系統(tǒng)組合增壓第7頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三(1)機械增壓系統(tǒng)

壓氣機是由發(fā)動機的曲軸通過機械傳動系統(tǒng)直接驅(qū)動的。主要用于對增壓度要求不高的發(fā)動機。缺點:消耗發(fā)動機的功率，增大驅(qū)動附件損失，使發(fā)動機機械效率下降，油耗升高。

第8頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三(2)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)

渦輪與壓氣機同軸相連，從而構(gòu)成渦輪增壓器。渦輪在排氣能量的推動下旋轉(zhuǎn)，帶動壓氣機工作，實現(xiàn)對進氣的壓縮。

目前世界上最成熟、應(yīng)用最廣泛的一項增壓技術(shù)。

第9頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三(3)復(fù)合式增壓系統(tǒng)

將廢氣動力渦輪與廢氣渦輪增壓器串聯(lián)起來工作。廢氣渦輪增壓器達到增壓的目的，廢氣動力渦輪將廢氣能量又送回給曲軸。第10頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三(4)組合式渦輪增壓系統(tǒng)由廢氣渦輪增壓與進氣慣性增壓組成。除了驅(qū)動渦輪增壓器外，借助進氣慣性增壓系統(tǒng)，利用壓力峰值可進一步提高增壓后的進氣壓力。第11頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三(5)氣波增壓系統(tǒng)由曲軸驅(qū)動一個特殊轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子中廢氣直接與空氣接觸，利用高壓廢氣的脈沖氣波迫使空氣在互不混合的情況下受到壓縮，從而提高進氣壓力。第12頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三增壓的優(yōu)勢1.比質(zhì)量小、升功率大2.降低造價、提高材料利用率3.排氣噪聲降低、燃燒噪聲降低4.有利于高原等稀薄條件工作5.排放降低6.適用性廣第13頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三增壓的代價1.熱負荷與機械負荷大2.低速時轉(zhuǎn)矩受影響3.加速響應(yīng)性差4.增壓器對發(fā)動機性能優(yōu)化有限制作用第14頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)廢氣能量的利用1.廢氣的最大可用能2.能量傳遞中的損失3.廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的基本形式4.影響脈沖能量利用的因素

第15頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三1.廢氣的最大可用能

第16頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三進氣過程混合加熱循環(huán)排氣過程柴油機第17頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三壓氣機絕熱壓縮過程壓氣機進氣過程壓氣機第18頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三廢氣渦輪的進氣過程廢氣渦輪的排氣過程渦輪絕熱膨脹過程第19頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三（1）圖中曲線所代表過程（總結(jié)）1)a~c~z~z'~b~a為柴油機的理論循環(huán)；2)6~a為柴油機的進氣過程，4~7為排氣過程；3)1~2為壓氣機的進氣過程，2~a為壓氣機絕熱壓縮過程；4)5~4~T'為廢氣渦輪的進氣過程，K'~2~1渦輪排氣過程。第20頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三柴油機缸內(nèi)氣體膨脹功。柴油機換氣功

柴油機指示功

第21頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三進入發(fā)動機氣缸并留在氣缸內(nèi)的空氣的壓縮耗功。掃氣空氣的壓縮耗功，Es。壓氣機耗功第22頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三排氣門打開時廢氣等熵膨脹至大氣壓力時所作的功，Eb

。廢氣流經(jīng)排氣門和排氣支管中自由膨脹所能獲得的能量，E1。廢氣在渦輪中進一步膨脹所回收的能量，ET。柴油機排氣能量

第23頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三掃氣空氣進入渦輪后具有的能量，

?；钊瞥鰪U氣使廢氣增加的能量，

Ec。廢氣在渦輪中的膨脹功，ET。加熱廢氣，使焓增加而得到的附加能量，Eq。渦輪中廢氣的總能量

第24頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三（2）各部分面積所代表能量（總結(jié)）

1)面積1~2~a~3~1為壓氣機耗功；2)面積a~c~z~z'~b~a為柴油機缸內(nèi)氣體膨脹功，面積6~a~4~7~6為柴油機換氣正功；3)面積b~9~K'~b為柴油機排氣門打開時廢氣等熵膨脹至大氣壓力時所作的功；4)面積1~K~T~5~1為渦輪中廢氣的總能量。第25頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三第26頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三排氣門打開時廢氣等熵膨脹至大氣壓力時所作的功，Eb?；钊瞥鰪U氣使廢氣增加的能量，Ec

。掃氣空氣所具有的能量

，。第27頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三（3）最大可用能（總結(jié)）

柴油機排氣門打開時廢氣等熵膨脹至大氣壓力時所作的功，面積b~9~K'~b；2)活塞推出廢氣使廢氣增加的能量，面積8-9-4-7-8；3)掃氣空氣所具有的能量，面積1-8-6-3-1。

第28頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三排氣門打開時廢氣等熵膨脹至大氣壓力時所作的功，Eb?；钊瞥鰪U氣使廢氣增加的能量，Ec

。掃氣空氣所具有的能量

，。廢氣流經(jīng)排氣門和排氣支管中自由膨脹所能獲得的能量，E1。第29頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三2.能量傳遞中的損失

——流經(jīng)排氣門處的節(jié)流損失；——流經(jīng)各種縮口處的節(jié)流損失；——管道面積突擴時的流動損失；——不同參數(shù)氣流摻混和撞擊形成的損失；——由于氣體的粘性而形成的摩擦損失；——氣流向外界散熱所形成的能量損失。約占總損失的60%～70%第30頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三3.廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的基本形式

從對廢氣中可用能量E1的利用情況，增壓系統(tǒng)可分為兩種基本形式：定壓渦輪增壓系統(tǒng)脈沖渦輪增壓系統(tǒng)

第31頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三3.廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的基本形式

不利用E1盡可能利用E1第32頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三定壓增壓系統(tǒng)和脈沖增壓系統(tǒng)的比較：

廢氣能量的利用效果發(fā)動機氣缸內(nèi)的掃氣作用

發(fā)動機的加速性能增壓器效率

增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)第33頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三增壓系統(tǒng)的選擇原則低增壓時，選擇脈沖增壓系統(tǒng)；高增壓時，兩種都可以選擇，具體應(yīng)根據(jù)實際情況綜合考慮（定壓增壓系統(tǒng)適用于高增壓而大部分時間在高負荷運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，脈沖增壓系統(tǒng)適用于變速、變負荷運行較多的場合）。第34頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三4.影響脈沖能量利用的因素

因素排氣門開啟定時排氣門流通面積排氣門開啟規(guī)律排氣管流通面積排氣管長度渦輪當量流通面積脈沖增壓系統(tǒng)就是要盡可能地利用脈沖能量，而脈沖能量的利用主要取決于排氣管中壓力波的合理組織。了解！第35頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)

廢氣渦輪增壓器

的基本結(jié)構(gòu)和工作原理第36頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三種類：按廢氣在渦輪中不同地流動方向分：徑流式渦輪增壓器軸流式渦輪增壓器離心式壓氣機徑流式渦輪中間體第37頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三徑流式渦輪機組成工作原理特性曲線

離心式壓氣機組成工作原理特性曲線

主要內(nèi)容第38頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三一、徑流式渦輪作用將排氣所擁有的能量盡可能多地轉(zhuǎn)化為渦輪旋轉(zhuǎn)的機械功，進而傳給與之同軸的壓氣機，通過壓氣機盡可能的增加新鮮充量所具有的能量。

2.組成進氣蝸殼、噴嘴環(huán)、工作輪、出氣道等。第39頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三第40頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三將發(fā)動機與增壓器連接起來，把發(fā)動機排出的具有一定能量的廢氣，以盡量小的流動損失和盡量均勻的分布引導到渦輪噴嘴環(huán)的入口。截面按一定規(guī)律變化，進口多個。第41頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三使具有一定壓力和溫度的排氣膨脹加速并按規(guī)定的方向進入工作葉輪；流通截面呈漸縮形。第42頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三與壓氣機的工作輪同軸，把從噴嘴環(huán)噴出的高速排氣的能量轉(zhuǎn)化為機械能向壓氣機輸出。第43頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三將做功完了的廢氣引出增壓器。第44頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三3.工作原理1234（漸縮）（漸縮）第45頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三4.特性曲線（1）渦輪效率

Def：渦輪將廢氣能量轉(zhuǎn)換為機械功的有效程度。

渦輪機軸上的有用功廢氣所擁有的能量第46頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三（2）膨脹比

Def：渦輪進口氣體滯止壓力與渦輪出口氣體靜壓力之比

滯止過程：氣體在流動過程中，因受到某種物體的阻礙，流速降低為零的過程稱為滯止過程。氣流滯止時的壓力和溫度分別稱為滯止壓力和滯止溫度。靜壓力：空氣分子不規(guī)則運動而撞擊于管壁上產(chǎn)生的壓力。第47頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三（3）氣體質(zhì)量流量

Def：單位時間內(nèi)通過渦輪的氣體質(zhì)