第9章內(nèi)燃機(jī)增壓

1、第第9章章 內(nèi)燃機(jī)增壓內(nèi)燃機(jī)增壓第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的兩種基本型式廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的兩種基本型式第三節(jié)第三節(jié) 廢氣的能量利用廢氣的能量利用第四節(jié)第四節(jié) 廢氣渦輪增壓柴油機(jī)的特點(diǎn)廢氣渦輪增壓柴油機(jī)的特點(diǎn)第五節(jié)第五節(jié) 汽油機(jī)增壓汽油機(jī)增壓第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第一節(jié)第一節(jié) 概述概述（一）增壓分類（一）增壓分類按結(jié)構(gòu)形式分類：按結(jié)構(gòu)形式分類：1、機(jī)械增壓、機(jī)械增壓工作原理：由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸經(jīng)過(guò)齒輪箱直接驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)，并將壓工作原理：由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸經(jīng)過(guò)齒輪箱直接驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)，并將壓縮空氣供入氣缸?？s空氣供入氣缸。優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：可提高內(nèi)燃機(jī)功率可提高內(nèi)燃機(jī)功率驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)消耗內(nèi)燃機(jī)

2、功率，增壓后比油耗高驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)消耗內(nèi)燃機(jī)功率，增壓后比油耗高驅(qū)動(dòng)增壓器需要齒輪箱，使機(jī)構(gòu)復(fù)雜，且增壓比及增加器轉(zhuǎn)速受限驅(qū)動(dòng)增壓器需要齒輪箱，使機(jī)構(gòu)復(fù)雜，且增壓比及增加器轉(zhuǎn)速受限制制第一節(jié)第一節(jié) 概述概述2、廢氣渦輪增壓系統(tǒng)、廢氣渦輪增壓系統(tǒng)工作原理：內(nèi)燃機(jī)排出廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)，帶動(dòng)同軸的壓氣機(jī)將工作原理：內(nèi)燃機(jī)排出廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)，帶動(dòng)同軸的壓氣機(jī)將新鮮空氣壓縮，再送入氣缸。新鮮空氣壓縮，再送入氣缸。優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：利用廢氣能量，有利于改善整機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。利用廢氣能量，有利于改善整機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。改善排放改善排放改善低速扭矩有一定困難改善低速扭矩有一定困難熱負(fù)荷、機(jī)械負(fù)荷增加。熱負(fù)荷、機(jī)械負(fù)

3、荷增加。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述3、復(fù)合增壓系統(tǒng)、復(fù)合增壓系統(tǒng)工作原理：機(jī)械增壓與廢氣渦輪增壓同時(shí)應(yīng)用。工作原理：機(jī)械增壓與廢氣渦輪增壓同時(shí)應(yīng)用。特點(diǎn)：特點(diǎn)：對(duì)改善低速扭矩有益對(duì)改善低速扭矩有益加速性變好加速性變好進(jìn)氣管路復(fù)雜進(jìn)氣管路復(fù)雜第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 按增壓比分類：按增壓比分類：增壓比增壓比1.6，低增壓，低增壓1.6 增壓比增壓比2.5，中增壓，中增壓2.5 增壓比，高增壓增壓比，高增壓第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第一節(jié)第一節(jié) 概述概述（三）發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的優(yōu)勢(shì)與代價(jià)（三）發(fā)動(dòng)機(jī)增壓的優(yōu)勢(shì)與代價(jià)1.比質(zhì)量增大，升功率增大；單位功率的造價(jià)下降，材料的利比質(zhì)量增大，升功率增大；單位功率的造價(jià)下降，

4、材料的利用率提高。用率提高。2.增壓器的設(shè)置，進(jìn)排氣噪聲下降增壓器的設(shè)置，進(jìn)排氣噪聲下降3.可以進(jìn)行功率恢復(fù)可以進(jìn)行功率恢復(fù)4.經(jīng)濟(jì)性提高經(jīng)濟(jì)性提高5.燃燒噪聲下降，滯燃期縮短，壓力升高比下降燃燒噪聲下降，滯燃期縮短，壓力升高比下降6.排放下降，過(guò)量空氣系數(shù)增加，高負(fù)荷冒煙下降，排放下降，過(guò)量空氣系數(shù)增加，高負(fù)荷冒煙下降，CO、HC下降，措施得當(dāng)，下降，措施得當(dāng)，NOx也降低（高噴射率、延遲噴射，增壓也降低（高噴射率、延遲噴射，增壓中冷。）中冷。）7.機(jī)械負(fù)荷與熱負(fù)荷增大機(jī)械負(fù)荷與熱負(fù)荷增大8.低速扭矩下降，此時(shí)排氣量不足低速扭矩下降，此時(shí)排氣量不足9.加速響應(yīng)慢。發(fā)動(dòng)機(jī)與增壓器無(wú)機(jī)械連接，增

5、壓器自身的慣加速響應(yīng)慢。發(fā)動(dòng)機(jī)與增壓器無(wú)機(jī)械連接，增壓器自身的慣性，對(duì)變負(fù)荷的響應(yīng)需要一定時(shí)間。性，對(duì)變負(fù)荷的響應(yīng)需要一定時(shí)間。10.起動(dòng)與制動(dòng)困難。起動(dòng)與制動(dòng)困難。第二節(jié)第二節(jié) 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的兩種基本型式廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的兩種基本型式按廢氣能量利用的方式分為：定壓渦增壓與脈沖渦輪增壓。按廢氣能量利用的方式分為：定壓渦增壓與脈沖渦輪增壓。（一）定壓增壓系統(tǒng)。（一）定壓增壓系統(tǒng)。渦輪排氣管內(nèi)壓力基本恒定，所有排氣管都連在一根排氣總管。渦輪排氣管內(nèi)壓力基本恒定，所有排氣管都連在一根排氣總管。3a：吸氣過(guò)程，進(jìn)氣壓力：吸氣過(guò)程，進(jìn)氣壓力Pbaczzb：壓縮、燃燒與膨脹過(guò)程：壓縮、燃燒與膨脹過(guò)程b

6、54：排氣過(guò)程：排氣過(guò)程3a543：充量更換正功：充量更換正功 23a0：壓縮進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)的空氣所需要的能量：壓縮進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)的空氣所需要的能量ig32 ：壓縮掃氣空氣所需要能量：壓縮掃氣空氣所需要能量iga0 ：壓氣機(jī)消耗的總能量：壓氣機(jī)消耗的總能量igef ：渦輪的總功：渦輪的總功ig42 ：來(lái)自掃氣空氣：來(lái)自掃氣空氣2451：來(lái)自活塞推出廢氣：來(lái)自活塞推出廢氣15ef ：來(lái)自廢氣：來(lái)自廢氣1bf：廢氣擁有的可用能量：廢氣擁有的可用能量5be5 ：損失掉了：損失掉了eeff ： 5be5的回收部分的回收部分渦輪實(shí)際所作功等于面積渦輪實(shí)際所作功等于面積igef乘以渦輪機(jī)有效效率乘以渦

7、輪機(jī)有效效率T壓氣機(jī)消耗的功為面積壓氣機(jī)消耗的功為面積iga0除以壓氣機(jī)效率除以壓氣機(jī)效率b第二節(jié)第二節(jié) 廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的兩種基本型式廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的兩種基本型式（二）脈沖增壓系統(tǒng)（二）脈沖增壓系統(tǒng)使排氣管中的壓力造成盡可能大的壓力波動(dòng)，增壓器盡可能使排氣管中的壓力造成盡可能大的壓力波動(dòng)，增壓器盡可能靠近氣缸，排氣管短而細(xì)，幾個(gè)缸連在一個(gè)排氣管。靠近氣缸，排氣管短而細(xì)，幾個(gè)缸連在一個(gè)排氣管。渦輪前，排氣管中壓力是脈沖狀態(tài)的，變化很大，排氣開始渦輪前，排氣管中壓力是脈沖狀態(tài)的，變化很大，排氣開始時(shí)，排氣管中壓力上升迅速，此后，隨氣缸壓力下降，也迅時(shí)，排氣管中壓力上升迅速，此后，隨氣缸壓力下降

8、，也迅速下降，渦輪前壓力是隨時(shí)間變化的。速下降，渦輪前壓力是隨時(shí)間變化的。排氣管分支：每根管連接的氣缸排氣順序必須錯(cuò)開，不重迭，排氣管分支：每根管連接的氣缸排氣順序必須錯(cuò)開，不重迭，否則易于排氣干涉，會(huì)破壞壓力脈沖。否則易于排氣干涉，會(huì)破壞壓力脈沖。 153624：分為：分為123一組，一組，456一組。一組。排氣門打開，氣體流出，缸壓力很快下降，開始作超臨界流排氣門打開，氣體流出，缸壓力很快下降，開始作超臨界流動(dòng)，但因排氣管容積小，排氣管壓力上升迅速，氣流流出渦動(dòng)，但因排氣管容積小，排氣管壓力上升迅速，氣流流出渦輪，缸壓與排氣管壓一同下降，開始，缸壓與排氣管壓力相輪，缸壓與排氣管壓一同下降，

9、開始，缸壓與排氣管壓力相差大，節(jié)流損失增加，但排氣管壓力上升快，節(jié)損失下降快。差大，節(jié)流損失增加，但排氣管壓力上升快，節(jié)損失下降快。同時(shí)，排氣管較細(xì)，氣流速度高，部分動(dòng)能可以在渦輪中應(yīng)同時(shí)，排氣管較細(xì)，氣流速度高，部分動(dòng)能可以在渦輪中應(yīng)用。用。第三節(jié)第三節(jié) 廢氣的能量利用廢氣的能量利用兩種系統(tǒng)的比較兩種系統(tǒng)的比較1.排氣能量的利用效果排氣能量的利用效果脈沖系統(tǒng)超臨界流動(dòng)時(shí)間短，流動(dòng)阻力小，排氣能量損失?。幻}沖系統(tǒng)超臨界流動(dòng)時(shí)間短，流動(dòng)阻力小，排氣能量損失??；脈沖能量得到應(yīng)用。所以能量利用比定壓系統(tǒng)好。脈沖能量得到應(yīng)用。所以能量利用比定壓系統(tǒng)好。壓比增高時(shí)，定壓系統(tǒng)排氣管內(nèi)壓力增高，排氣損失下降

10、，壓比增高時(shí)，定壓系統(tǒng)排氣管內(nèi)壓力增高，排氣損失下降，脈沖能量在排氣能量中所占比例減小。兩種系統(tǒng)能量利用差脈沖能量在排氣能量中所占比例減小。兩種系統(tǒng)能量利用差別減小。別減小。2.掃氣作用掃氣作用脈沖系統(tǒng)，掃氣壓差大，效果好。脈沖系統(tǒng)，掃氣壓差大，效果好。3.加速性能加速性能脈沖系統(tǒng)，排氣管容積小，加速響應(yīng)性好；低速時(shí)能量利用脈沖系統(tǒng)，排氣管容積小，加速響應(yīng)性好；低速時(shí)能量利用好。好。4.增壓器效率與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)增壓器效率與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)脈沖系統(tǒng)，平均絕熱效率略低；排氣管的尺寸較大，結(jié)構(gòu)復(fù)脈沖系統(tǒng)，平均絕熱效率略低；排氣管的尺寸較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。雜。第四節(jié)第四節(jié) 廢氣渦輪增壓柴油機(jī)的特點(diǎn)廢氣渦輪增壓柴油機(jī)的

11、特點(diǎn)內(nèi)燃機(jī)增壓改造內(nèi)燃機(jī)增壓改造1.壓縮比與過(guò)量空氣系數(shù)壓縮比與過(guò)量空氣系數(shù)為降低最高爆發(fā)壓力，適當(dāng)降低壓縮比。但會(huì)導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)經(jīng)為降低最高爆發(fā)壓力，適當(dāng)降低壓縮比。但會(huì)導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)性下降，冷起動(dòng)困難。汽油機(jī)受爆震的限制，也要降低壓濟(jì)性下降，冷起動(dòng)困難。汽油機(jī)受爆震的限制，也要降低壓縮比?？s比。為降低熱負(fù)荷和改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性，適當(dāng)增大過(guò)量空為降低熱負(fù)荷和改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性，適當(dāng)增大過(guò)量空氣系數(shù)，可增大氣系數(shù)，可增大1030%。2.供油系統(tǒng)供油系統(tǒng)增大輸出功率，應(yīng)適當(dāng)增大每循環(huán)的供油量。柴油機(jī)，為使增大輸出功率，應(yīng)適當(dāng)增大每循環(huán)的供油量。柴油機(jī)，為使供油持續(xù)期不變，可增大柱塞直徑、增大

12、供油速率、提高噴供油持續(xù)期不變，可增大柱塞直徑、增大供油速率、提高噴油壓力、加大噴孔直徑，可使噴注在大的空氣密度下，有足油壓力、加大噴孔直徑，可使噴注在大的空氣密度下，有足夠的貫穿距離。同時(shí)，適當(dāng)?shù)販p小噴油提前角，可以限制最夠的貫穿距離。同時(shí)，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)。高爆發(fā)壓力的增長(zhǎng)。化油器式汽油機(jī)在增壓后，也需要對(duì)量孔、供油泵、點(diǎn)火提化油器式汽油機(jī)在增壓后，也需要對(duì)量孔、供油泵、點(diǎn)火提角調(diào)整裝置等進(jìn)行調(diào)整。角調(diào)整裝置等進(jìn)行調(diào)整。3.配氣系統(tǒng)配氣系統(tǒng)增大配氣相位，增加掃氣，降低缸內(nèi)殘余廢氣系數(shù)，降低進(jìn)增大配氣相位，增加掃氣，降低缸內(nèi)殘余廢氣系數(shù)，降低進(jìn)氣終了缸內(nèi)溫度，

13、使充量系數(shù)增大，渦輪的工作條件也有一氣終了缸內(nèi)溫度，使充量系數(shù)增大，渦輪的工作條件也有一定改善。定改善。第四節(jié)第四節(jié) 廢氣渦輪增壓柴油機(jī)的特點(diǎn)廢氣渦輪增壓柴油機(jī)的特點(diǎn)4.進(jìn)排氣系統(tǒng)進(jìn)排氣系統(tǒng)與增壓系統(tǒng)的要求相一致，進(jìn)行分支；進(jìn)氣管容積盡量大些，與增壓系統(tǒng)的要求相一致，進(jìn)行分支；進(jìn)氣管容積盡量大些，以減小進(jìn)氣壓力的脈動(dòng)，從而提高壓氣機(jī)的效率改善發(fā)動(dòng)機(jī)以減小進(jìn)氣壓力的脈動(dòng)，從而提高壓氣機(jī)的效率改善發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。的性能。5.增壓空氣的冷卻增壓空氣的冷卻提高進(jìn)氣管密度，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率；降低壓縮始點(diǎn)與循提高進(jìn)氣管密度，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率；降低壓縮始點(diǎn)與循環(huán)平均溫度，從而降低內(nèi)燃機(jī)的排氣溫度、熱負(fù)荷以及氮氧環(huán)平均溫度，從而降低內(nèi)燃機(jī)的排氣溫度、熱負(fù)荷以及氮氧化物的化物的排放。排放。第五節(jié)第五節(jié) 汽油機(jī)增壓汽油機(jī)增壓 汽油機(jī)增壓的困難汽油機(jī)增壓的困難1.爆燃爆燃?jí)嚎s始點(diǎn)壓力溫度高，燃燒室熱負(fù)荷提高，爆燃易發(fā)生。降壓縮始點(diǎn)壓力溫度高，燃燒室熱負(fù)荷提高，爆燃易發(fā)生。降低壓縮比，推遲點(diǎn)火，采用進(jìn)氣中冷，但相應(yīng)會(huì)帶來(lái)熱效率低壓縮比，推遲點(diǎn)火，采用進(jìn)氣中冷，但相應(yīng)會(huì)帶來(lái)熱效率下降、排溫升高、成本核算增加。下降、排溫升高、成本核算增加。2.熱負(fù)荷熱負(fù)荷過(guò)量空氣系數(shù)小，燃燒溫度高、膨脹比小，排溫比柴油機(jī)高，過(guò)量空氣系數(shù)小，燃燒溫度高、膨脹比小