發(fā)動機廢氣渦輪增壓演示文稿

發(fā)動機廢氣渦輪增壓演示文稿目前一頁\總數三十五頁\編于十二點發(fā)動機廢氣渦輪增壓目前二頁\總數三十五頁\編于十二點第一節(jié)概述

增壓:

利用增壓器將空氣或可燃混合氣進行壓縮，再送入發(fā)動機氣缸的過程。

增壓后，每循環(huán)進入氣缸內的新鮮充量密度增大，使實際充氣量增加,提高發(fā)動機功率和改善經濟性。

增壓分類:

按增壓比（增壓后氣體壓力與增壓前氣體壓力之比

）低增壓：＝1.3～1.6，＝700～1000kPa；中增壓：＝1.6～2.5，＝1000～1500kPa；高增壓：＞2.5，＞1500kPa；超高增壓＞4.5～5.5，＝2500～3500kPa。目前三頁\總數三十五頁\編于十二點(1)機械增壓系統(tǒng)

發(fā)動機輸出軸直接驅動機械增壓器，實現對進氣的壓縮。

增壓器有：離心式壓氣機、羅茨式壓氣機、螺旋轉子式壓氣機或滑片轉子式壓氣機等。

用于小功率發(fā)動機。圖3-1按增壓系統(tǒng)的結構形式：目前四頁\總數三十五頁\編于十二點羅茨式壓氣機目前五頁\總數三十五頁\編于十二點(2)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)壓氣機與渦輪同軸相連，構成渦輪增壓器。渦輪在排氣能量的推動下旋轉，帶動壓氣機工作，實現進氣增壓。

廣泛應用于柴油機。目前六頁\總數三十五頁\編于十二點渦輪增壓的原理

紅色為高溫廢氣，藍色為新鮮空氣廢氣渦輪增壓器目前七頁\總數三十五頁\編于十二點(３)復合增壓系統(tǒng)將廢氣動力渦輪與廢氣渦輪增壓器串聯起來工作，稱為復合式增壓系統(tǒng)。

目前八頁\總數三十五頁\編于十二點(4)組合增壓系統(tǒng)

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合而成。在該增壓系統(tǒng)中，除廢氣渦輪增壓器外，還有由穩(wěn)壓箱、共振管、共振室等構成的進氣慣性增壓系統(tǒng)，利用壓力峰值,進一步提高增壓后的進氣壓力。

目前九頁\總數三十五頁\編于十二點(５)氣波增壓系統(tǒng)所謂氣波增壓，是由曲軸驅動一個特殊轉子，在轉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相不混合的情況下受到壓縮．利用進氣及排氣系統(tǒng)中的波動效應來壓縮進氣。從而提高進氣壓力。目前十頁\總數三十五頁\編于十二點增壓的優(yōu)點1.比質量小、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.適用性廣目前十一頁\總數三十五頁\編于十二點增壓的缺點1.熱負荷與機械負荷大2.低速時轉矩受影響3.加速響應性差4.增壓器對發(fā)動機性能優(yōu)化的限制目前十二頁\總數三十五頁\編于十二點第三節(jié)廢氣渦輪增壓器的基本結構和工作原理

一、徑流式渦輪的工作原理1燃氣在渦輪機中的流動

離心式壓氣機徑流式渦輪中間體

廢氣從工作葉輪轉子的外緣由進氣蝸殼流入，經過一系列工作路徑后從渦輪中心軸向流出。

在渦輪工作葉輪中，葉片之間的通道也是呈漸縮狀，氣體在通道中將繼續(xù)膨脹。當氣流流過工作葉輪葉片時，氣流轉彎。由于離心力作用的結果，在葉面的凹面上壓力得到提高，而在凸面則降低。作用在葉片表面的壓力的合力，產生了轉矩。此時，在工作輪出口處壓力、溫度以及速度均下降，而出口處的氣體速度已經大大小于進口速度，氣體膨脹所獲得的動能已大部分傳給了工作葉輪。目前十三頁\總數三十五頁\編于十二點渦輪效率為渦輪機軸上的有用功與廢氣所擁有的能量的比2.渦輪機特性曲線

1)渦輪機參數(1)渦輪效率

膨脹比為渦輪進口氣體滯止壓力與渦輪出口氣體靜壓力之比(2

)膨脹比

目前十四頁\總數三十五頁\編于十二點(4)相似轉速(3

)相似流量

相似流量為氣體質量流量，為滯止溫度，為氣體滯止壓力。

n為渦輪轉速相似轉速渦輪機所發(fā)出的功率目前十五頁\總數三十五頁\編于十二點2）渦輪機特性曲線圖3–9渦輪機的特性渦輪機特性曲線：以相似流量為橫坐標，以膨脹比為縱坐標，以相似轉速為參變量的一組曲線。轉速一定，相似流量隨膨脹比的增大而增大，直到達到流量最大值，即達到了當地聲速，即使再繼續(xù)增大膨脹比，該處的氣流速度仍維持當地聲速，渦輪流量也不會再增加。目前十六頁\總數三十五頁\編于十二點二、離心式壓氣機的工作原理與特性圖3–10離心式壓氣機簡圖1—進氣道；2—工作輪；3—擴壓器；4—出氣蝸殼基本工作原理：空氣沿收斂型的軸向進氣道略有加速地進入工作輪，并沿著工作輪上葉片所構成的通道流動，由于工作輪中的空氣隨工作輪一起旋轉，工作輪的機械能傳遞給氣體，轉變?yōu)闅怏w的動能，使氣體運動的線速度增大，使之能克服氣體微團所受徑向壓差的作用，而沿著螺旋線軌跡向輪緣方向運動，達到了增壓的目的。目前十七頁\總數三十五頁\編于十二點主要參數：1）增壓比2）流經壓氣機的每秒質量流量或容積流量3）壓氣機轉速

4）壓氣機的絕熱效率定義為1kg空氣的絕熱壓縮功與實際壓縮功之比。

目前十八頁\總數三十五頁\編于十二點壓氣機特性曲線：圖3–13離心式壓氣機的流量特性(１)壓氣機的流量特性

壓氣機的流量特性是表示壓氣機轉速不變時，壓氣機的增壓比和絕熱效率隨空氣流量的變化關系。(1)壓氣機的喘振與堵塞

壓氣機的喘振當壓氣機工作在喘振線右側時，其工作是穩(wěn)定的；而當處于喘振線左側時，壓氣機的工作就變得不穩(wěn)定甚至有危險了。壓氣機的堵塞當增壓比繼續(xù)降低時，氣體流量卻不再增加，此時的氣體流量稱為堵塞流量，它也是該轉速下壓氣機所對應的最大流量。目前十九頁\總數三十五頁\編于十二點10ZJ型渦輪增壓器目前二十頁\總數三十五頁\編于十二點廢氣渦輪增壓器結構目前二十一頁\總數三十五頁\編于十二點渦輪增壓器的結構目前二十二頁\總數三十五頁\編于十二點目前二十三頁\總數三十五頁\編于十二點渦輪增壓套件目前二十四頁\總數三十五頁\編于十二點半開式工作輪目前二十五頁\總數三十五頁\編于十二點第四節(jié)廢氣渦輪增壓的類型

一、廢氣渦輪增壓的類型

圖3–14渦輪增壓系統(tǒng)的兩種基本形式a）定壓增壓系統(tǒng)b）脈沖增壓系統(tǒng)１）定壓增壓系統(tǒng)

把各缸的排氣管部通向一根排氣總管上。２）脈沖增壓系統(tǒng)

幾個氣缸連接一根排氣管。目前二十六頁\總數三十五頁\編于十二點３）定壓增壓系統(tǒng)和脈沖增壓系統(tǒng)的比較1.廢氣能量利用的效果脈沖增壓對廢氣能量的利用比定壓增壓要好。

２.內燃機氣缸內的掃氣作用脈沖增壓掃氣作用比定壓增壓要好。３.內燃機的加速性能脈沖增壓的加速性能比定壓增壓要好。４.增壓器效率與增壓系統(tǒng)的結構定壓增壓系統(tǒng)的效率較高。與定壓系統(tǒng)相比，脈沖系統(tǒng)的尺寸較大，排氣管的結構比較復雜。

結論：在低增壓時，采用脈沖增壓是較為有利的；而在高增壓時，則是兩種系統(tǒng)同時存在、各有所長。目前二十七頁\總數三十五頁\編于十二點二、改善車用增壓發(fā)動機扭矩特性的途徑（一）排氣旁通（二）進氣旁通部分增壓空氣返回到壓氣機入口或大氣中，減少進入氣缸的空氣量使發(fā)動機進氣壓力適當降低，以適應發(fā)動機的要求。（三）可變截面渦輪１.雙蝸殼通道渦輪；２.可變蝸殼通道流通截面渦輪；３.變噴嘴環(huán)流通截面渦輪目前二十八頁\總數三十五頁\編于十二點第五節(jié)汽油機增壓概述一、汽油機增壓的特點

從廢氣能量利用的觀點看，汽油機的渦輪增壓與柴油機相比并沒有本質區(qū)別，但長期以來，渦輪增壓技術除了在賽車發(fā)動機和高性能轎車發(fā)動中得到應用外，在其他應用領域，其普及性遠不如柴油機。限制汽油機壓的主要技術障礙：

１.爆燃

汽油機增壓后，由于混合氣壓縮始點的壓力、溫度增高，以及燃燒室受熱零件熱負荷提高等原因，將促使爆燃的發(fā)生，限制汽油機增壓。

采用降低壓縮比、推遲點火時刻、中冷技術解決。

目前二十九頁\總數三十五頁\編于十二點帶中冷器的廢所渦輪增壓系統(tǒng)圖中藍色的為進氣管，紅色的為排氣管。目前三十頁\總數三十五頁\編于十二點２.混合氣的調節(jié)

汽油機采用變量調節(jié)，化油器式發(fā)動機進行增壓時氣體流經化油器喉口的壓力是變化的，不僅難于精確供應一定濃度的混合氣，還增加了一些如增壓方案的選擇、化油器的密封、加速響應性能等新問題。３.熱負荷

汽油機的過量空氣系數小，燃燒溫度高，膨脹比小，廢氣溫度也比柴油機高200℃～300℃。增壓后，汽油機的整體溫度水平提高，熱負荷問題加重。４.對增壓器的特殊要求

汽油機要求增壓器體積要小、耐高溫性能要好、轉動慣量要小，同時效率還要保證在一定的范圍內，還要求有增壓調節(jié)裝置，這就造成它的成本比柴油機用增壓器要高。目前三十一頁\總數三十五頁\編于十二點二、汽油機渦輪增壓的主要技術措施１.降低壓縮比

汽油機增壓由于受爆燃的限制，必須降低壓縮比。２.增壓壓力控制系統(tǒng)

汽油機運行轉速范圍比柴油機寬，從低速到高速進氣流量變化范圍大，渦輪增壓器的特性很難完全滿足各種工況的要求，可能出現低速時增壓壓力不足，高速對增壓壓力過高的情況，出現爆燃，為此，必須對汽油機增壓壓力進行控制。目前三十二頁\總數三十五頁\編于十二點３.減小增壓后的“反應滯后”現象

采用脈沖渦輪增壓、增壓器前置方案、帶旁通閥的控制系統(tǒng)、減小進排氣管長度及容積、提高壓縮比及可變點火正時等措施，來減小“反應滯后”現象。４.燃料供給系統(tǒng)的調整

汽油泵

采用由電動油泵和燃油壓力調節(jié)閥聯合工作的方法，來滿足增壓所需的供油壓力和供油量。

點火提前角的調整

采用了電子控制裝置來自動推遲點火提前角。三、汽油機廢氣渦輪增壓器的布置在直接噴射式汽油機上增壓時，一般燃油在增壓器之后噴入，也有的在壓氣機前吸入一小部分燃油。目前三十三頁\總數三十五頁\編于十二點第六節(jié)車用增壓發(fā)動機的性能一、增壓前后發(fā)動機動力性及經濟性的變化

增壓后平均指示壓力提高。增壓后機械效率提高。增壓后內燃機的充量系數是增大的。二、廢氣渦輪增壓對發(fā)動機其它性能的影響

１.降低排氣污染和噪聲通常增壓柴油機為富氧燃燒，有害氣體HC和CO的排放量一般為非增壓機的1／3~l／2，如果措施得當（例如采用高噴射率并延遲噴射），NOx排放量也顯著降低。目前三十四頁\總數三十五頁\編于十二點2.低速轉矩性能變差

主要是由于低速時發(fā)動機排出的廢氣能量低，增壓器增壓壓力不高，致使循環(huán)供氣量不足，轉矩增量明顯比高速時低。采用脈沖增壓，充分利用低速時的脈沖能量，使增壓器與柴油機在