《發(fā)動(dòng)機(jī)增壓》 (2)ppt課件

1、第8章 發(fā)動(dòng)機(jī)增壓8.1 發(fā)動(dòng)機(jī)增壓概述v增壓是在不改動(dòng)氣缸任務(wù)容積大小的前提下增壓是在不改動(dòng)氣缸任務(wù)容積大小的前提下，利用增壓器添加進(jìn)入氣缸前的空氣壓力，利用增壓器添加進(jìn)入氣缸前的空氣壓力，有效地提高進(jìn)入氣缸中的充氣密度。有效地提高進(jìn)入氣缸中的充氣密度。v大功率柴油機(jī)、半數(shù)以上車用柴油機(jī)及相當(dāng)大功率柴油機(jī)、半數(shù)以上車用柴油機(jī)及相當(dāng)比例高性能汽油機(jī)均采用增壓技術(shù)。比例高性能汽油機(jī)均采用增壓技術(shù)。v汽油機(jī)增壓，在增壓原理上雖然與柴油機(jī)增汽油機(jī)增壓，在增壓原理上雖然與柴油機(jī)增壓根本一樣，但在技術(shù)上要比柴油機(jī)增壓困壓根本一樣，但在技術(shù)上要比柴油機(jī)增壓困難得多。普通汽油機(jī)很少運(yùn)用難得多。普通汽油機(jī)很少

2、運(yùn)用 第8章 發(fā)動(dòng)機(jī)增壓8.1.1發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓方式v1.機(jī)械增壓機(jī)械增壓v 增壓器由發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸經(jīng)過機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)增壓器由發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸經(jīng)過機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)直接驅(qū)動(dòng)，將氣體緊縮并送入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸，直接驅(qū)動(dòng)，將氣體緊縮并送入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)氣的緊縮。實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)氣的緊縮。v 汽油機(jī)增壓，在增壓原理上雖然與柴油機(jī)汽油機(jī)增壓，在增壓原理上雖然與柴油機(jī)增壓根本一樣，但在技術(shù)上要比柴油機(jī)增壓增壓根本一樣，但在技術(shù)上要比柴油機(jī)增壓困難得多。普通汽油機(jī)很少運(yùn)用困難得多。普通汽油機(jī)很少運(yùn)用 v 機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)具有較好的低速轉(zhuǎn)矩和加機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)具有較好的低速轉(zhuǎn)矩和加速呼應(yīng)性能，但由于噪聲和運(yùn)用壽命問題影速呼應(yīng)性能，但由

3、于噪聲和運(yùn)用壽命問題影響了實(shí)踐運(yùn)用。響了實(shí)踐運(yùn)用。8.1.1發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓方式v近年來，機(jī)械增壓重新得到注重與開展，這近年來，機(jī)械增壓重新得到注重與開展，這是由于：是由于：v 1)制造工藝程度和資料科學(xué)提高，使現(xiàn)代制造工藝程度和資料科學(xué)提高，使現(xiàn)代機(jī)械增壓器體積與噪聲大幅降低，效率和運(yùn)機(jī)械增壓器體積與噪聲大幅降低，效率和運(yùn)用壽命有很大的提高。用壽命有很大的提高。v 2)小排量發(fā)動(dòng)機(jī)采用渦輪增壓難度很大，小排量發(fā)動(dòng)機(jī)采用渦輪增壓難度很大，而采用機(jī)械增壓，那么可以獲得比渦輪增壓而采用機(jī)械增壓，那么可以獲得比渦輪增壓有更好的動(dòng)力、轉(zhuǎn)矩甚至經(jīng)濟(jì)性能。有更好的動(dòng)力、轉(zhuǎn)矩甚至經(jīng)濟(jì)性能。v機(jī)械增壓特點(diǎn)：不添加

4、發(fā)動(dòng)機(jī)背壓，但耗費(fèi)機(jī)械增壓特點(diǎn)：不添加發(fā)動(dòng)機(jī)背壓，但耗費(fèi)其有效功率；體積較大，總體布置有一定局其有效功率；體積較大，總體布置有一定局限性；噪聲大，機(jī)械磨損量大；增壓壓力普限性；噪聲大，機(jī)械磨損量大；增壓壓力普通不超越通不超越0.150.17MPa。8.1.1發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓方式v2.廢氣渦輪增壓廢氣渦輪增壓v壓氣機(jī)與渦輪同軸相連，構(gòu)成渦輪增壓器，壓氣機(jī)與渦輪同軸相連，構(gòu)成渦輪增壓器，渦輪在排氣能量的推進(jìn)下旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)壓氣機(jī)渦輪在排氣能量的推進(jìn)下旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)壓氣機(jī)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣增壓。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣渦輪增壓任務(wù)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣增壓。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣渦輪增壓系統(tǒng)包含壓氣機(jī)、渦輪機(jī)、中冷器等部件。系統(tǒng)包含壓氣機(jī)、渦輪機(jī)、中冷

5、器等部件。v廢氣渦輪增壓在低速、低負(fù)荷以及發(fā)動(dòng)機(jī)處廢氣渦輪增壓在低速、低負(fù)荷以及發(fā)動(dòng)機(jī)處于動(dòng)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)工況時(shí)優(yōu)勢不大，其缺陷非常突于動(dòng)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)工況時(shí)優(yōu)勢不大，其缺陷非常突出，主要表如今加速冒煙和加速呼應(yīng)緩慢等出，主要表如今加速冒煙和加速呼應(yīng)緩慢等方面；而機(jī)械增壓方式在低速轉(zhuǎn)矩呼應(yīng)性、方面；而機(jī)械增壓方式在低速轉(zhuǎn)矩呼應(yīng)性、加速性、對(duì)特性場順應(yīng)性及起動(dòng)性等方面與加速性、對(duì)特性場順應(yīng)性及起動(dòng)性等方面與廢氣渦輪增壓相比具有很大優(yōu)勢。廢氣渦輪增壓相比具有很大優(yōu)勢。8.1.1發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓方式v3.氣波增壓氣波增壓v 氣波增壓是根據(jù)壓力波的氣動(dòng)原理利用排氣波增壓是根據(jù)壓力波的氣動(dòng)原理利用排氣系統(tǒng)中的氣體的緊縮波和

6、膨脹波進(jìn)展能量氣系統(tǒng)中的氣體的緊縮波和膨脹波進(jìn)展能量傳送使得進(jìn)氣壓力提高從而實(shí)現(xiàn)增壓?？勺儌魉褪沟眠M(jìn)氣壓力提高從而實(shí)現(xiàn)增壓?？勺冮L度進(jìn)氣管是直接利用進(jìn)氣壓力波和氣流慣長度進(jìn)氣管是直接利用進(jìn)氣壓力波和氣流慣性，添加缸內(nèi)進(jìn)氣量，某種意義上也是一種性，添加缸內(nèi)進(jìn)氣量，某種意義上也是一種氣波增壓。氣波增壓。 8.1.1發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓方式v4.復(fù)合增壓復(fù)合增壓v復(fù)合增壓將上述多種增壓方式加以組合，以復(fù)合增壓將上述多種增壓方式加以組合，以獲得更好的增壓效果。獲得更好的增壓效果。v復(fù)合增壓不是一種獨(dú)立的增壓方式，它只是復(fù)合增壓不是一種獨(dú)立的增壓方式，它只是前面三種增壓方式的組合，如機(jī)械增壓與渦前面三種增壓方式

7、的組合，如機(jī)械增壓與渦輪增壓的組合，普通用于大型船用發(fā)動(dòng)機(jī)；輪增壓的組合，普通用于大型船用發(fā)動(dòng)機(jī)；二級(jí)渦輪增壓方式可獲更高的增壓壓力等。二級(jí)渦輪增壓方式可獲更高的增壓壓力等。機(jī)械增壓器機(jī)械增壓器 (COMPRESSOR)Roots supercharger Twin-screw supercharger 機(jī)械增壓器機(jī)械增壓器(COMPRESSOR)Sliding Vane CompressorSpiral Supercharger機(jī)械增壓器機(jī)械增壓器(COMPRESSOR)排氣渦輪增壓排氣渦輪增壓 (TURBOCHARGOR)氣波增壓氣波增壓 (COMPREX) 8.1.2發(fā)動(dòng)機(jī)增壓技術(shù)的優(yōu)勢

8、與代價(jià)Advantages and disadvantages優(yōu)優(yōu) 勢勢代代 價(jià)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性提高體積和質(zhì)量功率密度提高體積和質(zhì)量功率密度提高資料利用率提高，本錢下降資料利用率提高，本錢下降排氣噪聲降低排氣噪聲降低 ，高原功率恢復(fù)，高原功率恢復(fù)，壓力升高率和熄滅噪聲降低壓力升高率和熄滅噪聲降低HCHC、COCO和碳煙排放降低和碳煙排放降低 技術(shù)適用性廣技術(shù)適用性廣機(jī)械負(fù)荷及熱負(fù)荷添加機(jī)械負(fù)荷及熱負(fù)荷添加加速呼應(yīng)性能變差加速呼應(yīng)性能變差對(duì)低速轉(zhuǎn)矩有不利的影響對(duì)低速轉(zhuǎn)矩有不利的影響增壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能的進(jìn)一步增壓發(fā)動(dòng)機(jī)性能的進(jìn)一步優(yōu)化，遭到增壓器及中冷優(yōu)化，遭到增壓器及中

9、冷器的限制器的限制 。8.1.3增壓技術(shù)的開展與現(xiàn)狀u1907 1907 美國美國 Louis Renault Louis Renault 機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)u1910 Murray Wi11at 1910 Murray Wi11at 二沖程旋轉(zhuǎn)式汽油機(jī)，二沖程旋轉(zhuǎn)式汽油機(jī)， u1915 1915 瑞士瑞士 Alfred Buchi Alfred Buchi 排氣渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)排氣渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)u19211921年，裝有壓氣機(jī)的汽油機(jī)第一次運(yùn)用年，裝有壓氣機(jī)的汽油機(jī)第一次運(yùn)用 u現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)增壓技術(shù)：現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)增壓技術(shù)：u增壓壓力、溫度、流量增壓壓力、溫度、流量u排氣溫度、渦輪轉(zhuǎn)速排氣

10、溫度、渦輪轉(zhuǎn)速u增壓器電子控制技術(shù)增壓器電子控制技術(shù)8.2 廢氣渦輪增壓器組成：渦輪和壓氣機(jī)。任務(wù)過程：廢氣經(jīng)排氣管進(jìn)入渦輪，對(duì)渦輪做功，渦輪葉輪與壓氣機(jī)葉輪同輪，從而帶動(dòng)壓氣機(jī)吸入外界空氣并緊縮后送至發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管。增壓中冷發(fā)動(dòng)機(jī)在壓氣機(jī)出口和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管入口之間增設(shè)中間冷卻器。分為兩大類：徑流式渦輪增壓器和軸流式渦輪增壓器。普通大型柴油機(jī)多采用軸流式；而車用發(fā)動(dòng)機(jī)多采用徑流式，以順應(yīng)高轉(zhuǎn)速及較高呼應(yīng)性能的要求。廢氣渦輪增壓器廢氣渦輪增壓器 TURBOCHARGORTURBOCHARGOR1 構(gòu)造及任務(wù)過程構(gòu)造及任務(wù)過程v進(jìn)口段：新穎充量沿截面收縮的軸向進(jìn)氣道進(jìn)入任務(wù)輪，進(jìn)口段：新穎充量沿截面

11、收縮的軸向進(jìn)氣道進(jìn)入任務(wù)輪，壓力溫度略有下降，氣流略有加速。壓力溫度略有下降，氣流略有加速。v葉輪通道：氣流進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的任務(wù)輪上葉片組成的氣流葉輪通道：氣流進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的任務(wù)輪上葉片組成的氣流通道內(nèi)，吸收葉輪的機(jī)械能，使氣體的壓力、流動(dòng)速度和通道內(nèi)，吸收葉輪的機(jī)械能，使氣體的壓力、流動(dòng)速度和溫度均有較大的增長。溫度均有較大的增長。v擴(kuò)壓器：通道流通截面積逐漸增大，氣體動(dòng)能大部分轉(zhuǎn)變擴(kuò)壓器：通道流通截面積逐漸增大，氣體動(dòng)能大部分轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽瑝毫蜏囟冗M(jìn)一步升高，速度下降。為壓力能，壓力和溫度進(jìn)一步升高，速度下降。v集氣蝸殼：搜集氣體向內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣管保送。集氣蝸殼：搜集氣體向內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣管保送。8

12、.2.1離心式壓氣機(jī)的任務(wù)原理與特性CENTRIFUGAL COMPRESSOR PEFORMANCE參數(shù)參數(shù)v空氣流量：空氣流量： 單位時(shí)間流過壓氣機(jī)的空氣量叫空氣流量。流單位時(shí)間流過壓氣機(jī)的空氣量叫空氣流量。流量范圍決議了壓氣機(jī)的運(yùn)用范圍。量范圍決議了壓氣機(jī)的運(yùn)用范圍。v增壓比增壓比 ：壓氣機(jī)出口壓力與進(jìn)口壓力之比。壓氣機(jī)最主要：壓氣機(jī)出口壓力與進(jìn)口壓力之比。壓氣機(jī)最主要的任務(wù)目的。的任務(wù)目的。v壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速：壓氣機(jī)葉輪每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，它等于渦輪轉(zhuǎn)速。壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速：壓氣機(jī)葉輪每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，它等于渦輪轉(zhuǎn)速。8.2.1離心式壓氣機(jī)的任務(wù)原理與特性CENTRIFUGAL COMPRESSOR PEFORM

13、ANCE8.2.1離心式壓氣機(jī)的任務(wù)原理與特性 1 任務(wù)原理 壓氣機(jī)中的能量轉(zhuǎn)換壓氣機(jī)中的能量轉(zhuǎn)換 COMPRESSOR EFFICIENCYEnthalpy-entropy diagram壓氣機(jī)耗費(fèi)的機(jī)械功為：壓氣機(jī)耗費(fèi)的機(jī)械功為： 壓氣機(jī)的等熵效率為：壓氣機(jī)的等熵效率為：02010201(1)/020101020102010201()1)sbkkshhhhTTTppTTTT等熵壓縮功實(shí)際壓縮功1)(100102kkbbppcTcmTTcmW3 離心式壓氣機(jī)的特性離心式壓氣機(jī)的特性以流量為橫坐標(biāo)，壓比為縱坐標(biāo)，以流量為橫坐標(biāo)，壓比為縱坐標(biāo)，把不同轉(zhuǎn)速下的壓氣機(jī)特性曲線繪把不同轉(zhuǎn)速下的壓氣機(jī)特

14、性曲線繪制在一同，其中效率以等值線的方制在一同，其中效率以等值線的方式表示，稱為壓氣機(jī)的萬有特性。式表示，稱為壓氣機(jī)的萬有特性。1 流量特性曲線流量特性曲線在同一轉(zhuǎn)速下，壓氣機(jī)增壓比和效在同一轉(zhuǎn)速下，壓氣機(jī)增壓比和效率隨壓氣機(jī)流量的變化關(guān)系簡稱為率隨壓氣機(jī)流量的變化關(guān)系簡稱為壓氣機(jī)的流量特性。壓氣機(jī)的流量特性。Performance of Compressor壓氣機(jī)損失分析圖壓氣機(jī)損失分析圖Analysis of Efficiency摩擦損失摩擦損失l 氣流內(nèi)部及氣流與任務(wù)輪葉片外表、擴(kuò)氣流內(nèi)部及氣流與任務(wù)輪葉片外表、擴(kuò)壓器葉片外表等發(fā)生摩擦而產(chǎn)生。壓器葉片外表等發(fā)生摩擦而產(chǎn)生。l 轉(zhuǎn)速一定，

15、流量添加，氣流速度增大，轉(zhuǎn)速一定，流量添加，氣流速度增大，摩擦加劇，摩擦損失增大而添加。摩擦加劇，摩擦損失增大而添加。撞擊損失撞擊損失l 氣流與葉片撞擊呵斥。氣流與葉片撞擊呵斥。l 設(shè)計(jì)工況下最小，偏離設(shè)計(jì)工況撞擊設(shè)計(jì)工況下最小，偏離設(shè)計(jì)工況撞擊損失添加損失添加2壓氣機(jī)的喘振和堵塞壓氣機(jī)的喘振和堵塞surge and choking 在一定的轉(zhuǎn)速下，當(dāng)壓氣機(jī)的氣體流量減小到一定程度后，在一定的轉(zhuǎn)速下，當(dāng)壓氣機(jī)的氣體流量減小到一定程度后，氣體就會(huì)在葉輪或擴(kuò)壓器入口處出現(xiàn)邊境層的分別，導(dǎo)致氣氣體就會(huì)在葉輪或擴(kuò)壓器入口處出現(xiàn)邊境層的分別，導(dǎo)致氣體回流，擴(kuò)展到壓氣機(jī)的其他部分，氣流出現(xiàn)劇烈的振蕩，體回

16、流，擴(kuò)展到壓氣機(jī)的其他部分，氣流出現(xiàn)劇烈的振蕩，引起任務(wù)輪葉片劇烈的振動(dòng)，并產(chǎn)生很大的噪音的景象。引起任務(wù)輪葉片劇烈的振動(dòng)，并產(chǎn)生很大的噪音的景象。喘喘 振振 喘喘 振振 線線各種轉(zhuǎn)速下出現(xiàn)喘振的任務(wù)點(diǎn)聯(lián)在一同。各種轉(zhuǎn)速下出現(xiàn)喘振的任務(wù)點(diǎn)聯(lián)在一同。喘振流量喘振流量出現(xiàn)喘振的流量。出現(xiàn)喘振的流量。壓氣機(jī)的堵塞壓氣機(jī)的堵塞CHOKING某一轉(zhuǎn)速下，當(dāng)流量添加到一定數(shù)值后，壓氣機(jī)的增壓比某一轉(zhuǎn)速下，當(dāng)流量添加到一定數(shù)值后，壓氣機(jī)的增壓比和效率均急速下降，而流量卻不會(huì)添加的景象。和效率均急速下降，而流量卻不會(huì)添加的景象。 普通當(dāng)壓氣機(jī)效率低于普通當(dāng)壓氣機(jī)效率低于6565后就以為壓氣機(jī)發(fā)生堵塞。后就以為

17、壓氣機(jī)發(fā)生堵塞。添加轉(zhuǎn)速才干繼續(xù)添加流量。添加轉(zhuǎn)速才干繼續(xù)添加流量。堵堵 塞塞3) 壓氣機(jī)的通用特性壓氣機(jī)的通用特性UNIVERSAL PERFORMANCE MAP折合流量折合流量:折合轉(zhuǎn)速折合轉(zhuǎn)速:2933 .10100Tpmmbnp0293Tnnbnp 根據(jù)類似實(shí)際，不論壓氣機(jī)進(jìn)口條件如何，只需馬赫數(shù)一樣，根據(jù)類似實(shí)際，不論壓氣機(jī)進(jìn)口條件如何，只需馬赫數(shù)一樣，在壓氣機(jī)內(nèi)的氣體流動(dòng)就類似，流動(dòng)損失也類似。在壓氣機(jī)內(nèi)的氣體流動(dòng)就類似，流動(dòng)損失也類似。 馬赫數(shù)表示流動(dòng)類似不直觀，采用與上述類似參數(shù)成正比的馬赫數(shù)表示流動(dòng)類似不直觀，采用與上述類似參數(shù)成正比的折合參數(shù)來表示。折合參數(shù)分別是折合參數(shù)

18、來表示。折合參數(shù)分別是 : :壓氣機(jī)的通用特性曲線壓氣機(jī)的通用特性曲線 徑流式渦輪機(jī)的任務(wù)原理徑流式渦輪機(jī)的任務(wù)原理 噴嘴環(huán)是由周向均勻安裝、噴嘴環(huán)是由周向均勻安裝、帶有一定傾角的多個(gè)葉片組成帶有一定傾角的多個(gè)葉片組成，葉片之間構(gòu)成漸縮通道。，葉片之間構(gòu)成漸縮通道。 內(nèi)燃機(jī)高溫排氣流過噴嘴環(huán)內(nèi)燃機(jī)高溫排氣流過噴嘴環(huán)時(shí)被加速，壓力、溫度下降，時(shí)被加速，壓力、溫度下降，速度大大添加，一部分排氣能速度大大添加，一部分排氣能量轉(zhuǎn)化為氣流的動(dòng)能。部分小量轉(zhuǎn)化為氣流的動(dòng)能。部分小型渦輪常設(shè)計(jì)為無葉噴嘴環(huán)構(gòu)型渦輪常設(shè)計(jì)為無葉噴嘴環(huán)構(gòu)造。造。8.2.2徑流式渦輪機(jī)的任務(wù)原理與特性RADIAL TURBINE1

19、 典型增壓器典型增壓器8.2.2徑流式渦輪機(jī)的任務(wù)原理與特性RADIAL TURBINE10ZJ渦輪增壓器 10ZJ渦輪增壓器特點(diǎn)8.2.2徑流式渦輪機(jī)的任務(wù)原理與特性RADIAL TURBINE1渦輪機(jī) ：渦輪殼既是廢氣進(jìn)氣殼，也是廢氣排出殼。廢氣從噴嘴環(huán)中沿徑向流入渦輪葉輪中的半開式葉片通道膨脹加速，然后從軸向流出渦輪殼。 2壓氣機(jī)：無葉擴(kuò)壓器的圓筒形部分構(gòu)成了壓氣機(jī)進(jìn)氣安裝，壓氣機(jī)殼內(nèi)部通道使增壓空氣進(jìn)一步降速增壓，最后將增壓空氣輸出。 3轉(zhuǎn)子軸及其支承安裝：轉(zhuǎn)子軸由兩浮動(dòng)軸承浮環(huán)20和8等支承，浮環(huán)等裝在中間殼上，中間殼除起支承作用外，其內(nèi)部有水腔和光滑油腔。4光滑、冷卻及軸封安裝：

20、軸承的光滑和冷卻用工質(zhì)分別與柴油機(jī)光滑和冷卻系統(tǒng)相連通。壓力油從中間殼中央垂直進(jìn)入光滑油腔，然后分別流向左右，光滑浮動(dòng)軸承和止推軸承組后流回油池，再流回柴油機(jī)的油底殼。 2排氣在徑流渦輪機(jī)中的流動(dòng)排氣在徑流渦輪機(jī)中的流動(dòng)8.2.2徑流式渦輪機(jī)的任務(wù)原理與特性RADIAL TURBINE3壓氣機(jī)中的能量轉(zhuǎn)換壓氣機(jī)中的能量轉(zhuǎn)換TURBINE EFFICIENCY渦輪等熵效率：渦輪等熵效率：0304030403040304(1)/03040304031()TskkshhhhTTTTTTTpp實(shí)際膨脹功等熵膨脹功1 )(/ )1(30403kkTppTTTcmTTcmW渦輪機(jī)功率為：渦輪機(jī)功率為：4.

21、 徑流渦輪特性曲線徑流渦輪特性曲線 (UNIVERSAL TURBINE MAP) 在一定轉(zhuǎn)速下，隨著流量的添在一定轉(zhuǎn)速下，隨著流量的添加，渦輪機(jī)也存在一個(gè)堵塞流加，渦輪機(jī)也存在一個(gè)堵塞流量。量。堵塞發(fā)生意味著在渦輪的內(nèi)部堵塞發(fā)生意味著在渦輪的內(nèi)部某處氣流速已到達(dá)當(dāng)?shù)匾羲?。某處氣流速已到達(dá)當(dāng)?shù)匾羲?。堵塞普通易發(fā)生在噴嘴出口截堵塞普通易發(fā)生在噴嘴出口截面。面。 定壓渦輪增壓系統(tǒng)定壓渦輪增壓系統(tǒng) 脈沖渦輪增壓系統(tǒng)脈沖渦輪增壓系統(tǒng)1 1、定壓渦輪增壓系統(tǒng)、定壓渦輪增壓系統(tǒng) 定壓增壓定壓增壓 把內(nèi)燃機(jī)一切氣缸的排氣搜集到一個(gè)體積足夠大的排氣管把內(nèi)燃機(jī)一切氣缸的排氣搜集到一個(gè)體積足夠大的排氣管內(nèi)，然后再

22、引入渦輪。由于排氣管的穩(wěn)壓作用，渦輪入口內(nèi)，然后再引入渦輪。由于排氣管的穩(wěn)壓作用，渦輪入口處的壓力根本不變，故稱為定壓增壓。處的壓力根本不變，故稱為定壓增壓。特特 點(diǎn)點(diǎn) 渦輪在定壓下全周進(jìn)氣，渦輪效率較高渦輪在定壓下全周進(jìn)氣，渦輪效率較高 氣流引起的激振和沖擊小，任務(wù)穩(wěn)定氣流引起的激振和沖擊小，任務(wù)穩(wěn)定 排氣系統(tǒng)簡單，本錢較低，易于布置和維護(hù)排氣系統(tǒng)簡單，本錢較低，易于布置和維護(hù)缺缺 點(diǎn)點(diǎn) 脈沖能量的利用率較低，加速性能差。脈沖能量的利用率較低，加速性能差。CONSTANT PRESSURE TURBOCHARGING SYSTEMCONSTANT PRESSURE TURBOCHARGING

23、 SYSTEM定壓渦輪增壓系統(tǒng)能量平衡定壓渦輪增壓系統(tǒng)能量平衡 Energy Analysis Energy Analysis 2 2、脈沖渦輪增壓系統(tǒng)、脈沖渦輪增壓系統(tǒng)排氣管短而細(xì)，排氣系統(tǒng)容積小，排氣過程呵斥渦輪進(jìn)口排氣管短而細(xì)，排氣系統(tǒng)容積小，排氣過程呵斥渦輪進(jìn)口壓力的周期性脈動(dòng)。渦輪是在進(jìn)口壓力有較大動(dòng)搖的情況壓力的周期性脈動(dòng)。渦輪是在進(jìn)口壓力有較大動(dòng)搖的情況下任務(wù)的，所以稱為脈沖渦輪增壓。下任務(wù)的，所以稱為脈沖渦輪增壓。Pulse Turbocharging System脈沖增壓脈沖增壓缺缺 點(diǎn)點(diǎn)特特 點(diǎn)點(diǎn)排氣系統(tǒng)容積小，渦輪是在進(jìn)口壓力脈動(dòng)。排氣系統(tǒng)容積小，渦輪是在進(jìn)口壓力脈動(dòng)。節(jié)

24、流損失減小，排氣能量利用率提高。節(jié)流損失減小，排氣能量利用率提高。加速呼應(yīng)快加速呼應(yīng)快排氣系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜，布置較困難。排氣系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜，布置較困難。渦輪受沖擊較大，對(duì)壽命有一定影響。渦輪受沖擊較大，對(duì)壽命有一定影響。3 3、定壓增壓與脈沖增壓系統(tǒng)的比較、定壓增壓與脈沖增壓系統(tǒng)的比較性能目的性能目的定壓增壓定壓增壓脈沖增壓脈沖增壓排氣能量利用率排氣能量利用率掃氣作用掃氣作用發(fā)動(dòng)機(jī)加速性能發(fā)動(dòng)機(jī)加速性能渦輪效率渦輪效率增壓系統(tǒng)構(gòu)造增壓系統(tǒng)構(gòu)造COMPARISON OF TURBO-SYSTEM排氣脈沖與發(fā)動(dòng)機(jī)的掃氣排氣脈沖與發(fā)動(dòng)機(jī)的掃氣 Scavenging Performance4 4、其他渦輪增

25、壓系統(tǒng)、其他渦輪增壓系統(tǒng) 脈沖渦輪增壓系統(tǒng)：假設(shè)氣缸排氣均排入一根排脈沖渦輪增壓系統(tǒng)：假設(shè)氣缸排氣均排入一根排氣管中，那么由于排氣壓力波的存在，會(huì)產(chǎn)生掃排氣管中，那么由于排氣壓力波的存在，會(huì)產(chǎn)生掃排氣的相互關(guān)擾。對(duì)于汽缸數(shù)為氣的相互關(guān)擾。對(duì)于汽缸數(shù)為3 3的倍數(shù)如的倍數(shù)如3 3缸、缸、6 6缸缸等發(fā)動(dòng)機(jī)，可以將無排氣干擾發(fā)火間隔為等發(fā)動(dòng)機(jī)，可以將無排氣干擾發(fā)火間隔為240240CACA的三個(gè)缸共用一根排氣歧管，即所謂的的三個(gè)缸共用一根排氣歧管，即所謂的三脈沖系統(tǒng)，分別引入渦輪中，這樣渦輪就能夠有三脈沖系統(tǒng)，分別引入渦輪中，這樣渦輪就能夠有雙入口雙入口6 6缸機(jī)，甚至多入口缸機(jī)，甚至多入口6 6

26、缸以上。對(duì)于缸以上。對(duì)于符合這一條件的發(fā)動(dòng)機(jī)，采用脈沖增壓是有利的。符合這一條件的發(fā)動(dòng)機(jī)，采用脈沖增壓是有利的。 氣缸數(shù)不是氣缸數(shù)不是3 3的倍數(shù)的柴油機(jī)，例如的倍數(shù)的柴油機(jī)，例如 4 4、5 5、7 7、8 8、1010、1616缸柴油機(jī)，采用脈沖增壓是不利的，稱為缸柴油機(jī)，采用脈沖增壓是不利的，稱為“不利氣缸數(shù)。當(dāng)氣缸不再是不利氣缸數(shù)。當(dāng)氣缸不再是3 3的倍數(shù)時(shí)，假設(shè)依的倍數(shù)時(shí)，假設(shè)依然采用渦輪增壓系統(tǒng)，為防止排氣干擾，不得不添然采用渦輪增壓系統(tǒng)，為防止排氣干擾，不得不添加排氣歧管的數(shù)目，加排氣歧管的數(shù)目， 匹配計(jì)算匹配計(jì)算v渦輪增壓器自在平衡運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)滿足的條件渦輪增壓器自在平衡運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)滿

27、足的條件v 1. 1.渦輪機(jī)和壓氣機(jī)同軸安裝。渦輪機(jī)和壓氣機(jī)同軸安裝。v 2. 2.扣除機(jī)械效率，渦輪機(jī)的輸出功率與壓氣扣除機(jī)械效率，渦輪機(jī)的輸出功率與壓氣機(jī)的耗費(fèi)功率相等。機(jī)的耗費(fèi)功率相等。v 3. 3.經(jīng)過壓氣機(jī)和渦輪機(jī)的氣體質(zhì)量流量有如經(jīng)過壓氣機(jī)和渦輪機(jī)的氣體質(zhì)量流量有如下關(guān)系：下關(guān)系：v v推導(dǎo)建立定壓渦輪增壓器的根本方程推導(dǎo)建立定壓渦輪增壓器的根本方程 v利用知特性參數(shù)進(jìn)展匹配計(jì)算利用知特性參數(shù)進(jìn)展匹配計(jì)算 011lqqqqambfmbmT渦輪增壓器與內(nèi)燃機(jī)的匹配渦輪增壓器與內(nèi)燃機(jī)的匹配流量范圍的選擇：通常是指從喘振線至某一效率等值線或堵塞流量范圍的選擇：通常是指從喘振線至某一效率等

28、值線或堵塞線所包括的區(qū)域。線所包括的區(qū)域。 結(jié)合運(yùn)轉(zhuǎn)線的調(diào)整：調(diào)整渦輪增壓器的某些構(gòu)造參數(shù)，如增大結(jié)合運(yùn)轉(zhuǎn)線的調(diào)整：調(diào)整渦輪增壓器的某些構(gòu)造參數(shù)，如增大渦輪噴嘴環(huán)出口截面積等，將發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)合運(yùn)轉(zhuǎn)線向右挪動(dòng)渦輪噴嘴環(huán)出口截面積等，將發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)合運(yùn)轉(zhuǎn)線向右挪動(dòng)，使其分開喘振線而進(jìn)入正常的任務(wù)區(qū)域。，使其分開喘振線而進(jìn)入正常的任務(wù)區(qū)域。喘振線位置的調(diào)整：采用改動(dòng)葉片擴(kuò)壓器喉口面積的方法來控喘振線位置的調(diào)整：采用改動(dòng)葉片擴(kuò)壓器喉口面積的方法來控制喘振線的左右挪動(dòng)。還可以經(jīng)過改動(dòng)渦輪噴嘴環(huán)的出口流制喘振線的左右挪動(dòng)。還可以經(jīng)過改動(dòng)渦輪噴嘴環(huán)的出口流通面積、改動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)線的方法順應(yīng)壓氣機(jī)的特性曲線。通面積、改

29、動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)線的方法順應(yīng)壓氣機(jī)的特性曲線。壓氣機(jī)堵塞的控制：適當(dāng)增大葉片擴(kuò)壓器喉口面積和葉輪喉口壓氣機(jī)堵塞的控制：適當(dāng)增大葉片擴(kuò)壓器喉口面積和葉輪喉口面積，可以提高壓氣機(jī)的堵塞流量。面積，可以提高壓氣機(jī)的堵塞流量。 渦輪增壓器超速和增壓壓力的調(diào)整：采用增大渦輪噴嘴面積的渦輪增壓器超速和增壓壓力的調(diào)整：采用增大渦輪噴嘴面積的方法，減小渦輪前的排氣能量，可抑制增壓器的超速問題。方法，減小渦輪前的排氣能量，可抑制增壓器的超速問題。柴油機(jī)與渦輪增壓器結(jié)合運(yùn)轉(zhuǎn)特性柴油機(jī)與渦輪增壓器結(jié)合運(yùn)轉(zhuǎn)特性 1 2 31 2 3外特性外特性 4 4螺旋槳特性線螺旋槳特性線 55喘振邊境喘振邊境 6 6最高轉(zhuǎn)速線最高轉(zhuǎn)速線

30、7 7最高排溫線最高排溫線 8 8最低效率線最低效率線 m i nnm a xn壓氣機(jī)流量范圍的調(diào)整壓氣機(jī)流量范圍的調(diào)整 調(diào)整渦輪增壓器調(diào)整渦輪增壓器的某些構(gòu)造參數(shù)，的某些構(gòu)造參數(shù)，如增大渦輪噴嘴環(huán)如增大渦輪噴嘴環(huán)出口截面積等，將出口截面積等，將發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)合運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)合運(yùn)轉(zhuǎn)線向右挪動(dòng)，使其線向右挪動(dòng)，使其分開喘振線而進(jìn)入分開喘振線而進(jìn)入正常的任務(wù)區(qū)域。正常的任務(wù)區(qū)域。內(nèi)燃機(jī)的增壓改造內(nèi)燃機(jī)的增壓改造 Engine Retrofit for Boosting Engine Retrofit for Boostingv緊縮比緊縮比v過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù)v供油系統(tǒng)供油系統(tǒng)v配氣相位配氣相位v

31、進(jìn)排氣系統(tǒng)進(jìn)排氣系統(tǒng) v增壓空氣冷卻增壓空氣冷卻v爆燃控制：降低緊縮比、推遲點(diǎn)火時(shí)辰、爆燃控制：降低緊縮比、推遲點(diǎn)火時(shí)辰、進(jìn)氣中冷、缸內(nèi)直噴等技術(shù)。進(jìn)氣中冷、缸內(nèi)直噴等技術(shù)。 v熱負(fù)荷：采用渦輪前放氣的調(diào)理方案，來熱負(fù)荷：采用渦輪前放氣的調(diào)理方案，來抑制發(fā)動(dòng)機(jī)高速高負(fù)荷時(shí)增壓壓力的過度抑制發(fā)動(dòng)機(jī)高速高負(fù)荷時(shí)增壓壓力的過度增長。增長。 v增壓器：增壓器體積要小、耐高溫性能要增壓器：增壓器體積要小、耐高溫性能要好、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，同時(shí)效率也要保證在好、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，同時(shí)效率也要保證在一定的范圍內(nèi)，還要求有增壓調(diào)理安裝。一定的范圍內(nèi)，還要求有增壓調(diào)理安裝。 8.3 氣波增壓器8.3.1氣波增壓器任務(wù)原

32、理v利用氣波利用氣波(膨脹波和緊縮波膨脹波和緊縮波)來傳送能量的一種新型能量交換來傳送能量的一種新型能量交換器。中心部分是一個(gè)轉(zhuǎn)速不太高的、具有數(shù)十道簡單槽形的器。中心部分是一個(gè)轉(zhuǎn)速不太高的、具有數(shù)十道簡單槽形的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子,能量的交換就在這個(gè)轉(zhuǎn)子中進(jìn)展。能量的交換就在這個(gè)轉(zhuǎn)子中進(jìn)展。v轉(zhuǎn)子經(jīng)過皮帶由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸驅(qū)動(dòng)而高速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子中分布著轉(zhuǎn)子經(jīng)過皮帶由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸驅(qū)動(dòng)而高速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子中分布著幾十個(gè)截面積根本一樣的、兩端開口的、細(xì)長窄小的軸向的幾十個(gè)截面積根本一樣的、兩端開口的、細(xì)長窄小的軸向的轉(zhuǎn)子槽道，氣波就產(chǎn)生于這些轉(zhuǎn)子槽道中并傳送能量。轉(zhuǎn)子槽道，氣波就產(chǎn)生于這些轉(zhuǎn)子槽道中并傳送能量。v定子分空氣定子和排氣定子，兩定子分別布置在轉(zhuǎn)子兩側(cè)。定子分空氣定子和排氣定子，兩定子分別布置在轉(zhuǎn)子兩側(cè)。在兩定子中各有兩組通道，經(jīng)過這些定子通道，空氣和排氣在兩定子中各有兩組通道，經(jīng)過這些定子通道，空氣和排氣可以流入或流出轉(zhuǎn)子槽道進(jìn)展能量傳送?？梢粤魅牖蛄鞒鲛D(zhuǎn)