内燃机增压课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,内燃机增压技术,一、课程的性质与任务,1,、主要研究涡轮增压器的构造、结构,及工作原理。,2,、介绍涡轮增压器与内燃机的匹配问题。,3,、解决内燃机与涡轮增压器匹配后带来,的问题,二、本课程的地位和作用,本课程是一门专业课，通过对内燃机,增压器的类型、构造、工作原理的讲授，,并结合涡轮增压器的拆装实验等教学手段，,掌握内燃机增压器的构造及其工作原理，,达到扩大知识面增强专业知识基础的目的。,三、课程主要内容,本课程主要分为两大部分：涡轮增压器的结构与涡轮增压器与柴油机的匹配。,一、绪论,二、,涡轮增压器和中冷器,三、,排气能量的利用,四、,增压系统基本热力学参数的确定,五、,柴油机与涡轮增压器的匹配,六、,涡轮增压系统,一、绪论,1,、增压的基本概念,2,、增压方式,3,、增压技术的发展与现 状,1,、增压的基本概念,一、提高内燃机功率的措施,1.1,内燃机“增压”的提出,（,a,）在结构方面,（,b,）,在工作过程方面,（,c,）在提高机械效率方面,（,d,）在运行方面,1.2,增压的几个基本术语,1,、增压压力,低增压,中增压,高增压,超高增压,内燃机增压后的标定功率与增压前的标定功率之比,2,、增压比,压气机出口压力与进口压力之比,3,、增压度,1.2,增压方式,按照空气被压缩的方式不同分为：,机械增压,排气涡轮增压,气波增压,复合增压,1、机械增压,定义：,是指压气机由内燃机曲柄通过传动装置直接驱动的增压方式,特点：,不增加发动机背压，但消耗其有效功率，总体布置有一定的局限性。,应用：,路虎揽胜运动版、,奔驰,C200K,汽车用发动机,2,、排气涡轮增压,定义：,是指利用排气能量使排气在涡轮中进一步膨胀做功，用于驱动压气机的增压方式。,特点：,不消耗发动机有效功，增压器,可以自由布置在所需的位置，涡轮有一定,的消声作用，并进一步减少排气中的有害,成分,应用范围：,功率大于35,kW,的发动机,目前国内可以买到的原装搭载涡轮增压系统，如大众的帕萨特,1.8T,、宝来,1.8T,；国产的奥迪,A6L 2.0T,、,A4 1.8T,等等。国外有车型如,SAAB,的,9-3,、,9-5,，,VOLVO,的,XC902.9T,等等。还有一些日本的高性能跑车，其中最具代表性的就有：日产的,SKYLINE GT-R,、三菱枪骑兵,EVOLUTION,、斯巴鲁 翼豹,WRX,STi,、丰田,SUPRA,，以及马自达的,RX-7,等。,3,、复合增压,定义：,是指增压系统中既采用涡轮增压，,又采用机械增压的增压方式。,串联复合式增压,并联复合式增压,机械传动复合式增压,（,1,）串联式,应用：,美国,AVCR-1360,坦克柴油机；,12V230,船用柴油机上仍用这种增压方式,特点：,空气先由排气涡轮增压，再经机械增压，然后进入柴油机。,（,2,）并联式,特点：,空气分别由排气涡轮增压器及机械增压器同时压缩，然后进入柴油机,应用：在二冲程低速柴油机中,应用：,俄罗斯成批生产的轻型快艇的,7,列星形结构,H16/17,型高速柴油机,（,3,）机械传动式,特点：,发动机的曲轴与排气涡轮的轴用齿轮等联接,大众,高尔夫,1.4TSI,应用：在拖拉机、工程机械及载货汽车上应用,4,、气波增压器,气波增压器是利用气体的压缩波和膨胀波,来传递能量的一种增压器。,1.3,增压技术的发展与现状,一、国外增压技术的发展与现状,1,、柴油机方面,20,年代末期，荷兰,Werkspoor,(,韦克斯浦尔成功研制了一台四冲程、十字头式机械增压柴油机。安装在油轮上，获得预期的效果,。,与此同时，,1926,年在智利海拔,1200m,的一个电站，有七台,MAN,公司的,B6V90,型的柴油机采用了电传动罗茨鼓风机增压，每台功率可达,1100kw,。,20,世纪初期，瑞士比希取得了脉冲增压试验的成功。,1925,年，取得专利权，并相继在四冲程,4,缸、,6,缸柴油机,上试验，均获得成功，功率提高了一倍。,增压技术向高增压比、大功率柴油机的领域发展的同时，,也向小功率、高速柴油机方向发展。,1937,年，法国,Newer,（牛尔）首次把径流式涡轮用于,涡轮增压器中，增压器转数得以大幅度提高，质量、,尺寸大大减小。,50,年代初，浮动轴承应用到涡轮增压其中，有效地减小了轴承副的相对转数，使涡轮增压器转数超,10,万,r/min,，为车用内燃机涡轮增压创造条件。,目前，随着气动力学和电算技术的进步以及加工工艺水平的,提高，涡轮增压技术已经发展到崭新的阶段。,2,汽油机增压技术发展,1910,年，,Murray,Willat,（梅里,伟拉）研制成二冲程旋,转式汽油机，成为首台机械增压航空汽油机,.,1958,年，美国艾里萨奇公司首先开始对普通车用,汽油机的涡轮增压进行研究，于,1963,年在排量,5393mL,的“雷鸟”车上安装了涡轮增压器，性能良好。,1966,年，,GM,公司生产了一批增压汽油机小轿车。,但是由于汽油机增压后热负荷很大、爆燃倾向加剧、,防爆燃措施不得力、控制机构不简便等原因，汽油机,增压汽车一度停产。,70,年代，世界能源危机加剧以及排放污染问题突出，,汽油机增压技术又引起重视。同时，电子技术的高速发展,也为爆燃控制创造了条件。,近十年来，随着直喷和电控技术的出现，,车用汽油机性能有了很大提高。,二、我国增压技术的发展,1,、柴油机方面,1958,年开始仿制和自行设计排气涡轮增压器,随着研究不断深入，我国在船舶、内燃机车、石油钻探，,大型发电机组等柴油机先后采用增压技术,在车用柴油机及中小功率柴油机方面进行了大量,匹配工作，取得丰富经验,2,、汽油机方面,在我国，节能和环保也促进了汽油机增压技术的研究。,1972,年，有关院校、科研单位先后对解放、东风、北京吉,普等汽车的增压特性进行研究。随着工业先进国家汽油机,增压技术的不断成熟，近年，第一汽车厂最近引进了美国,克莱斯勒公司的增压汽油机。我国第一台自主品牌涡轮增,压汽油发动机,华晨,1.8T,汽油发动机在沈阳正式批量投,产。,涡轮增压器,第一节 离心式压气机,1,压气机的分类,轴流式,离心式,目前涡轮增压中应用最多,2,离心式压气机结构,进气道,作用：将空气导向压气机叶轮,分类：轴向进气道和径向进气道,压气机叶轮,导风轮,作用：,工作叶轮,压气机叶轮,作用：,分类：,按轮盘的结构,开式,半开式,闭式,星形,按叶片沿,径向的弯,曲形式,前弯叶片叶轮,后弯叶片叶轮,径向叶片叶轮,后掠式叶轮,（前倾后弯式）,扩压器,作用：将压气机叶轮出口高速空气的动能转变为,压力能,分类：,有叶扩压器,无叶扩压器,用于变工况的小型涡轮增压器中,工况范围变化不大的大中型涡轮增压器中,压气机蜗壳,作用：,分类,按流道沿,圆周变化,变截面蜗壳,等截面的蜗壳,按蜗壳,截面形状,梨形,圆形,梯形,扇形,3,、压气机的主要结构参数,D0,压气机轮毂直径,D1,叶轮进口处的外直径,D2,叶轮的外直径,D2,叶片扩压气进口,D3,叶片扩压器出口直径,B,工作叶轮宽度,b2,工作叶轮出口宽度,b3,叶片扩压器进口宽度,b4,叶片扩压器出口宽度,Zk,叶轮叶片数,叶轮进口叶片安装角,3,离心式压气机的工作原理,4,压气机的主要性能参数：,(1),增压比,压气机出口压力与进口压力之比,(2),空气流量,单位时间流过压气机的空气的质量（,kg/s,）称流量。,空气流量是根据发动机的排量、转速以及充气效率来确定。,当压气机工作的环境状态不同于标准大气状态时、其空气流量也会不同。为了具有可比性，常用,相似流量或折合流量代替。,相似流量是以马赫数作为相似准则推导出的,无量纲流量，用公式计算。,折合流量是将非标准状态下的流量折合成,标准大气状态下的流量,(3),压气机绝热效率,(4),压气机转速,相似转速,折合转速,3,离心式压气机特性,定义：压气机的主要工作参数在各工况下的相互关系,通常使用的是在不同转速下，压气机 随,的变化关系,（,1,）离心式压气机流量特性曲线的绘制,一般采用试验的方法绘制，可采用气动或电动试验台。,（,2,）流量特性分析,1,）在某一流量下，增压比和效率有一最大值，随流量的增大或减小，增压比和效率都降低,分析：特性曲线变化的原因主要是空气在压缩过程中存在的各种损失造成的。,2,）当流量减少到某一数值时，压气机出现不稳定流动状态，压气机中气流发生强烈的低频脉动，引起叶片的振动，并产生很大的噪声，压气机发生喘振。,喘振的原因：压气机产生喘振是出于压气机在某一小流量下工作时，在导风轮入口或叶片扩压器入口气流撞击叶片，在叶片通道内产生并加剧气流的分离而引的。当叶轮或叶片扩压器通道内产生强烈的气流分离时，使压气机内的压力低于后面管道内的压力，因此发生气流由后面管道向压气机倒灌，倒灌发生后，管道内压力下降。气流又在叶轮的作用下正向流动管道内压力升高，再次发生倒灌。如此反复，压气机内的气流产生强烈的脉动，使叶片振动、噪声加剧、管道内压力大幅度波动，此时即产生所谓喘振。,导风轮的入口,在一定转数下，当流量为设计流量时，导风轮的入口的气流速度三角形图。,当流量大于设计流量时，导风轮的入口的气流速度,三角形,当流量小于设计流量时，导风轮的入口的气流速度,三角形,容易发生喘振,在扩压器的入口,在转速一定时，气流从叶轮以绝对速度流入,叶片扩压器的情况,a.,当流量大于设计流量时，限制了气流的分离，,无喘振发生,b.,当流量等于设计流量时，气流基本不撞击叶片,无分离，无喘振发生,c.,当流量小于设计流量时，加速气流的分离，,容易发生喘振,3,）当流量增大到某一数值时，增压比和效率均急,速下降，这个现象称为压气机的阻塞。,产生阻塞的原因：在压气机叶轮入口或扩压器的入口局部喉口处，气流的速度达到了当地声速，从而限制了流量的增加。,通常人为规定：当效率降低到,55,时，出现阻塞,第二节 废气涡轮,涡轮增压器的燃气涡轮是利用发动机排出的废气,能量的膨胀作用转换为机械功的一种装置。它是驱动压,气机的原动力，是涡轮增压器中一个很重要的部件。,1,、分类,按燃气,在涡轮,中流动,的方向,轴流式,径流式,混流式,按燃气在,涡轮中焓,降的分配,冲击式涡轮,反力式涡轮,2,、涡轮的组成,进气壳,喷嘴环,工作叶轮,排气壳,把发动机排出的废气，引导到涡轮喷嘴环的入口,使燃气膨胀、加速并按规定的方向进入工作叶轮,把气体的动能转化为机械能向压气机输出,收集叶轮排出的废气并送入大气,3,涡轮,（,1,）涡轮进气壳,按进气,方向,轴向进气,径向进气,切向进气,按柴油机,的需要,单进口,多进口,1,）结构,（,2),喷嘴环,是由一排固定的叶片形成的一组渐缩形的通道。,喷嘴环叶片,截面的形状,机翼形,平板形,按制造,方式,整体式,装配式,用于已定型、批量生产的涡轮增压器中,可调喷嘴环，试配新机型采用,（,3),涡轮叶轮,是由装在轴上的轮盘和装在轮盘周缘的一排叶片组成。,为了保持沿叶高叶片各断面强度基本相等，从叶根到,叶顶叶片逐渐变薄。,（,4,）排气壳,排气壳内有一段扩压环，,扩压环的作用是导流和回收从动叶出口的部分余速,（,1,）废气在涡轮级间的流动,在蜗壳、喷嘴环中的流动,蜗壳、喷嘴环叶片通道截面是渐缩的，气体在其中流动是要进行膨胀的。,通过蜗壳、喷嘴环后，压力和温度由 降到 ，而气流速度由,在工作叶轮中的流动,气流对叶片做功，因此气体的压力和温度由 降到 气流的绝对速度由,在一定的膨胀比下，气体对涡轮做功的最大可用能：,实际，由于存在流动损失、余速损失等，气体对涡轮所做的功,（,3,）涡轮的主要工作参数,定熵效率,定义：实际过程气体对涡轮作功与理想的定熵过程,气体对涡轮作功的最大可用能量之比,膨胀比,定义：涡轮进口气体滞止压力与涡轮出口气体静压力之比,流量,相似流量：,折合流量：非设计工况下的相似流量与设计工况下的相似流量之比,涡轮转速,n,T,、速比,涡轮设计中及对涡轮和压气机进行匹配时的重要参数,工作叶轮入口处的叶轮线速度,燃气从进口状态不对外作功而定熵膨胀到出口压力所能达到的速度,流量特性曲线,当转速一定时，膨胀比随流量的增加而增加。当,膨胀比进一步增大时，流量增长缓慢。当膨胀比,达到临界值时，流量达到最大。（阻塞）,效率特性曲线,涡轮的效率特性主要是由喷嘴环及涡轮内的损失特性决定。当涡轮在变工况下，速比偏离了设计值，在涡轮叶轮中，无论速比是大于还是小于设计值，都要产生气流的撞击和分离，使涡轮效率下降。,4,、废气涡轮增压器组成,涡轮,轴承装置,润滑,冷却系统,密封与隔热装置,压气机,（,1,）轴承,（,1,）轴承在涡轮增压器上的布置形式,（,2,）涡轮增压器中常用的轴承,滚动轴承,安装在涡轮端,安装在压气机端,向心滑动轴承,特点：结构简单、使用寿命长、对振动不敏感,机械磨损大、消耗的润滑油多。,材料：锡青铜合金、高锡铝合金、青铜镀锡,工作条件：液体摩擦,工作中出现的问题：油膜振动,在高速、轻载下,解决方案：多油楔和浮动环,a,、多油楔,开油槽的目的：,b,、浮动环,工作原理：,按结构分类,整体式,分开式,推力轴承,作用：专门承受转子工作时产生的轴向作用力。推力轴承一般设置在压气机端，因此处温度较低。,对于径流式涡轮增压器，作用在压气机叶轮上的轴向力和作用在涡轮叶轮上的轴向力方向相反，合力较小，多采用较简单的推力轴承装置，,对于轴流式涡轮增压器，涡轮多为外侧轴向进气，作用在压气机叶轮与轴流式涡轮叶轮上的轴向力方向相同,(,指向压气机端,),，因此，其合力较径流式涡轮增压器大。,当径向支承为滑动轴承时，其推力轴承的形式多,如图下图所示；而当径向支承为滚动支承时、多在压气机端采用双列角接触球轴承来承受轴向推力并作为径向支承。,3,）轴承润滑与冷却,在涡轮增压器采用滚动轴承时，一般采用单独的润滑系统,润滑方式,飞溅式,泵喷射式,在涡轮增压器采用滑动轴承时，采用,压力润滑方式,一般润滑油的压力为,250,一,400kpa,4,）涡轮增压器的密封与隔热,（,1,）密封,密封装置,气封,油封,密封方式,接触式密封,非接触式密封,防止压气机的压缩空气与涡轮的燃气进入润滑油腔,防止轴承处润滑油漏入涡轮增压器气流通道,主要是用密封环密封,迷宫式,甩油盘,挡油板,大型轴流式涡轮增压器,（,2,）隔热,轴流式涡轮增压器常用以下隔热措施：,在涡轮壳或中间壳内布置冷却水腔润滑油进行冷却。,涡轮轴装有隔热保护套。,压气机叶轮背后设有隔热室。,径流式涡轮增压器的隔热装置,采用在中间壳的涡轮一侧留有气室隔热，,或同时兼有隔热板,采用水冷中间壳，但不采用水冷涡轮壳。,7,、中冷器,1,）冷却方式,按冷却介质,的不同,水冷式,风冷式,用柴油机冷却系的冷却水冷却,用独立的冷却水系冷却,用柴油机曲轴驱动风扇,用压缩空气涡轮驱动风扇,2),中冷器的结构,(1),水冷式中冷器结构,管片式结构,冷轧翅片管式,(2),风冷式中冷器结构,扁管式,板翅式,管翅式,第四章 排气能量的利用,1,、排气可用能量及其利用,结合四冲程增压柴油机的理论示功图，分析说明可被涡轮增压器利用的柴油机排气中的能量,排气的最大可用能由三部分组成：,排气门打开时，气缸内气体等熵膨胀到大气压,力所作的功；,活塞推出排气，排气得到的能量 ；,扫气空气所具有的能量 。,2,、能量传递中的损失,总的能量损失,流经排气门处的节流损失,流经各种缩口处的节流损失,管道面积突扩的流动损失,不同参数气流混合撞击损失,气流的粘性摩擦损失,气流向外界散热损失,（,1,）是能量传递中的主要损失,减少损失采用措施：,使排气门后的通流面积尽可能大、开启速度尽可能快。,排气管容积不应太大，排气管要细而短。,（,2,）力求管道光滑、没有缩口，减小节流损失,（,3),排气总管内径与歧管内径一样大，减小面积突扩,（,4),排气歧管不用,T,形接头活,+,字接头，而用顺着气流的斜向接头，减小掺混和撞击损失,（,5),管道光滑，较少粘性摩擦损失,（,6),排气管用石棉包裹隔热，较少散热损失,3,、能量传递效率,涡轮进口处气体的可用能,排气门前气体的可用能,4,、增压系统的基本型式,根据 废气的利用,定压增压系统,脉冲增压系统,根据能量平衡：,涡轮做功能力的增加值,能量回收率,结论：在定压增压系统中，能量回收率随膨胀比,的增加而增大,假定脉冲增压可利用脉冲能量 的,50,来估计，这时对应的定压增压系统涡轮拥有的能量为,脉冲能量利用系数：,结论：脉冲增压系统在低增压时是有利的，在高,增压时则得益不多。,1,）定压增压系统,特点：涡轮前废气的压力基本上保持一恒定值；,涡轮效率高；,排气管系统简单；,在平均有效压力高时，内燃机的比油耗低；,排气管设计：,排气管的容积是发动机总气缸容积的两倍左右,排气在排气管内的流速不超过,50m/s,2,）脉冲增压系统,特点：,排气歧管做的长而细,两个气缸或三个气缸共一根排气管,排气管中压力波动大,能更多的利用废气能量,脉冲增压中排气,压力波的情况,影响脉冲能量的因素,a,、排气门开启定时,通常以排气门开启相对瞬时压力系数 反映,b,、排气门通流面积,气缸的排空率 ：通过排气门的最大体积流量和一个气缸的体积流量之比。,c,、排气门开启规律,排气门开启规律影响系数,d,、排气管通流面积,排气管通流面积影响系数,e,、排气管长度,影响排气管内压力波形状的主要因素：,排气管长度,L,涡轮通流面积 和排气管通流面积的 的比值,排气门开启瞬时通流面积 和排气管通流面积 之比,排气管长度影响系数,一般取,=,30,50(CA),f,、涡轮通流面积,涡轮通流特性系数 （,=1012,）：涡轮的体积流量,和一个气缸的体积流量之比。,排气管的设计,a,、排气管的分歧,必要性：,在多缸柴油机中，这一缸在排气，另一缸如正在扫气时。如将这两缸排气管连在一起，则正在排气的脉冲波就会对另一缸的扫气产生干扰。,举例：四冲程六缸发动机各缸共用一根排气管,六缸四冲程发动机发火顺序,1-5-3-6-2-4,b,、分歧原则,力求每根排气管所连各缸的排气相位互不重叠，又要尽量保持每根排气管中的气体能连续流动。,对于四冲程发动机每缸排气持续时间约为,240280CA,因此一根排气管所连接的气缸数目一般不超过三个,举例：六缸四冲程发动机发火顺序,1-5-3-6-2-4,，,1,，,2,，,3,缸连接一根排气管，,4,，,5,，,6,缸连接一根排气管。,C,、排气歧管的截面积,根据动力装置的需要，确定增压器安装位置。,确定排气管的容积、截面积,5,、脉冲转换器及多脉冲增压,对于气缸数是,4,、,8,、,16,和,5,、,7,、,10,为避免扫气干扰，采,用两缸一歧管的方式，脉冲间隔角为,360,，供给涡轮的废,气就会周期性间断，涡轮效率下降，在排气管中采用脉冲,转换器或多脉冲转换器。,对于发动机的气缸数,i,是,3,的整数倍时，采用脉冲增压时，采用三缸一歧管；,1,）脉冲转换器,（,1,）脉冲转换器的结构,（,2,）工作原理,以,8,缸发动机为例，假设发火顺序,1-4-7-6-8-5-2-3,。,1,、,8,缸和,2,、,7,缸的排气歧管分别与脉冲转换器的一个引射喷管相连，然后两个喷管再经混合管、扩压管和稳压室与一个涡轮机的进口相连，其余四个气缸的排气管则通过另一脉冲转换器与涡轮机的进口相连。,在脉冲增压系统中，受排气管长度,L,及发动机转速,n,的上限及下限的限制，可按下式计算：,一般取,2,）多脉冲转换器,对于非,3,和非,4,整数倍气缸数的发动机，采用多脉冲增压方案。,（,1,）结构,把各歧管接入一个较大的带有缩口的混合管中，再由混合管把排气引入涡轮。,3)MSEM,系统,包括：,MPC,、长歧管、旋流式、扩压式、组合式,第五章 增压系统基本热力参数的确定,一、增压对柴油机工作过程主要参数影响,机械应力,热应力,发动机的动力性,其它参数,充量系数,残余排气系数,过量空气系数,机械效率,指示热效率,1,、增压对机械应力有关参数影响,机械应力体现,结论：,p,max,的升高给发动机的负荷带来较大的增加,2,、增压对热应力有关参数影响,结论：,升高，,升高，,升高,热应力体现,3,、增压对动力性的影响,在,1.42.5,=1.0Mpa1.4Mpa,=1.4Mpa2.0Mpa,在,2.53.4,4,、对扫气系数影响,5,、对充量系数影响,6,、对过量空气系数的影响,比非增压柴油机大,10,30,7,、残余排气系数,增压发动机,=02,8,、指示热效率,以净化排气为主要目的,以增加动力为主要目的，增压后供油速率不变,以增加动力为主要目的，增压后调整供油规律,9,、机械效率,=0.780.85,非增压发动机,=0.800.92,增压四冲程发动机,二、增压系统主要参数的确定,1,概述,选用涡轮增压器，首先选定增压系统的型式和基本结构；接着就是要确定配合工况。,发电和一些固定式用的发动机,坦克、汽车用的发动机,按标定工况设计或选配,以,5580%,转速下的工况设计或选配,2,、在选配或设计涡轮增压器时，柴油机的一些,基本参数应以确定（缸径、行程、缸数、压缩比,以及设计工况下的转速、平均有效压力、油耗等）,增压系统所要求的参数,当柴油机的用途和使用环境确定以后，其 和 就应确定，实际上涡轮增压器的主要设计参数,在需要确定的参数中，先找出对柴油机和增压器,影响最大、最重要的参数，再确定其余的参数。,根据目前各类柴油机对 的限制选定 ，然后估,算需要的空气流量和压力，进而去定涡轮当量喷嘴,面积。,1,）、涡轮前的平均温度的确定,四冲程高速柴油机,550650,四冲程中速柴油机：,500 580,二冲程中速及高速柴油机,400 500,二冲程低速柴油机,370 430,2,）确定空气流量,根据流进和流出柴油机气缸的气体参数，建立,能量平衡式,参数确定,H,u,根据所用柴油的牌号查得,b,e,在设计柴油机时是个预计值,的确定,由经验公式的,只要把上式中的热量利用系数确定，空气流量就确定,的确定,根据半经验公式,对四冲程增压柴油机,对二冲程直流扫气十字头式增压柴油机,3,）增压压力,p,b,估算,从内燃机原理可知,以上两式相等，并把,代入，化简得,由此可确定增压压力,5,）涡轮前排气平均压力的估算,6,）估算涡轮的通流面积,涡轮通流面积是由喷嘴环出口面积 与动叶轮出口面积 组成,有效涡轮当量通流面积,根据涡轮通流特性计算有效涡轮当量通流面积,其中,第五章 涡轮增压器的选用,一、涡轮增压器型式的选择,压气机,涡轮,离心式压气机,轴流式,径流式,二、涡轮增压器型号的选择,1,、压气机的选择,压气机的使用范围,选用原则：设计工作点,A,落在喘振线右方的,许用范围内，且在压气机的高效率区。,2,、涡轮机的选择,由设计工况参数估算 ，利用流量特性曲线，即可。,3,、校核,三,、柴油机与涡轮增压器的配合运行,1,、配合运行的条件,在某工况下,压气机所提供的空气量,=,柴油机所需要的流量,压气机所提供的增压压力,=,柴油机所需要的,增压压力,联合运行线,当柴油机按某一特性,运行时的所有工况点,在压气机特性曲线上,确定下来而形成的特,性曲线。,作用：,判断增压器与柴油机的匹配是否合适,2,、涡轮增压器与柴油机配合运行的基本要求,在标定工况下，需达到预期的 及 ；,考虑热负荷及机械负荷；涡轮增压器的寿命，效率；,在低工况时，保证有一定的空气量,在整个运转范围内，增压器不发生喘振与阻塞,3,、联合运行线的调节,（,1,）运行线太靠近喘振线,1,）调整压气机特性线的位置、运行线基本不变,具体方法,a,、改用小一号的增压器,b,、适当缩小压气机流通截面,c,、减小压气机进口处直径,三种压气机叶轮外径,压气机蜗壳相同。,叶轮进口直径分别：,43,、,39,、,35,（,mm,）,d,、减小扩压器叶片进口角,2,）改变配合运行线的位置，,压气机的喘振线基本不变。,（,1,）改变涡轮喷嘴环喉部截面积,增大喷嘴环面积时，运行线向流量大,的方向移动。减小则相反,（,2,）增设中冷器或提高中冷器的冷却度,（,3,）增大进排气门的重叠角,4,、增压器转速和增压压力的调整,1,）调整喷嘴环的面积,2,）当按柴油机最大扭矩点选配涡轮,增压器时，涡轮前设一放气阀,3,）在涡轮出口装节流阀,3,、涡轮前温度的调整,4,、气缸爆发最大压力的调整,5,、运行中喘振问题,四、增压柴油机的热负荷及解决方法,1,、热负荷的表达式,没有与扫气空气混合时的排气温度,（工作过程计算）,T,r1,：,与混合后的排气管温度,影响热负荷,的因素,膨胀终了温度,扫气系数,压气机出口温度,2,、降低热负荷的措施,1,）适当增大进排气门的叠开角,注意：车用柴油机要兼顾部分工况与标定工况,合理选择叠开角，每一型式的增压柴油机最佳,叠开角靠试验确定,2,）增大叠开期间的进、排气管压力差,主要途径：合理设计进、排气门,（,1,）适当加大进气管容积，增压进气压力平稳度,缺点：发动机的加速性能不好,（,2,）合理设计排气管,3,）增大进、排气门的时间,截面,（,1,）合理设计配气凸轮,（,2,）尽量扩大进、排气门的面积,（,3,）增加摇臂比,4,）增压中冷,5,）强化冷却系统,（,1,）改善机油冷却条件,（,2,）改善冷却系统工作条件,（,3,）中速机钻孔冷却缸盖上部及缸盖,6,）改善供油系统及燃烧系统,（,1,）调整供油规律,（,2,）促进燃烧室中的油气混合,（,3,）合理调整供油提前角,（,4,）增加过量空气系数,五、增压柴油机的机械负荷及解决途径,1,、增压柴油机的机械负荷问题,2,、降低机械负荷的途径,1,）适当降低柴油机的压缩比,降低压缩比的方法：除新设计外,还可采用：,将活塞顶部挖去两块,加深进、排气门坑穴,使气门缩进气缸盖一些,2,）适当减小供油提前角,3,）调整涡轮增压器,（,1,）适当增大喷嘴环出口面积,（,2,）适当增大压气机及涡轮的蜗壳,4,）优化供油系统,（,1,）柱塞直径,（,2,）喷孔尺寸,1,）喷孔总流通面积,2,）喷孔直径和喷孔数,六、改善增压柴油机低工况,及瞬态特性的途径,1,、增压柴油机低工况性能分析,（,1,）按负荷特性,n=C,（,2,）按螺旋浆特性,（,3,）快艇或高速舰艇,（,4,）车用柴油机,2,）改善增压柴油机低工况性能的措施,（,1,）采用脉冲增压系统或,MPC,系统,2,）采用高工况放气,放气,方式,将部分排气放入大气,将部分增压空气放入大气,3,）低工况进、排气旁通,4,）变截面涡轮增压器,有叶喷嘴环,无叶喷嘴环,5,）采用复合谐振增压,6,）采用海泊巴系统,7,）采用米勒系统,8,）采用相继涡轮增压系统,9,）采用顾氏系统,七、增压柴油机的瞬态特性性能分析,1,增压柴油机的瞬态特性,增压柴油机变速或变负荷时柴油机的性能,增压柴油机瞬态相应性差的根本原因：供气量不足,3,、改善增压柴油机瞬态特性的措施,1,）尽量减小进气管和排气管的容积,2,）在低工况运行时减小涡轮通流面积,3,）减小涡轮增压器转子的转动惯量,4,）外加能量改善瞬态特性,1,）尽量减小进气管和排气管的容积,2,）在低工况运行时减小涡轮通流面积,3,）减小涡轮增压器转子的转动惯量,4,）外加能量改善瞬态特性,离心式涡轮增压器,图,3-1-1,车用涡轮增压器,1-,压气机蜗壳,2-,无叶扩压气,3-,压气机叶轮,4-,密封套,5-,增压器轴,6-,进气道,7-,推力轴承,8-,挡油板,9-,浮动轴承,10-,涡轮机叶轮,11-,出气道,12-,隔热板,13-,蜗轮机蜗壳,14-,中间体,3-2,离心式压气机,1-,进气道,2-,压气机叶轮,3-,压气机蜗壳,4-,扩压器,压气机叶轮的结构,图,3-7,导风轮入口速度三角形,（,a,）设计流量 （,b,）大于设计流量 （,c,）小于设计流量,图,3-9,喷嘴环的结构,一、实现高增压的增压系统,1,、米勒系统,2,、可变压缩比高增压系统,3,、,Hyperbar,增压系统,4,、二级涡轮增压系统,三、改善低工况性能的增压系统,（一）相继涡轮增压系统,1,、两个阀门：分别控制涡轮和压气机投入,工作；,2,、燃气控制阀由压气机出口压力或发动机,转速控制；,3,、接入与断开：一般将涡轮接入时发动机,转速定得比断开时高一些。,（二）二次进气系统（,SIP,）,1,、进气门关：下止点前,10-25,o,CA,；,2,、排气门：在进气冲程下止点前,50,o,CA,至,下止点后,20,o,CA,左右再开一次；,3,、起动和,25%,负荷以下时：,p,r,p,b,一小,股排气倒流入气缸；,4,、,50%,负荷以上时：,p,r,p,b,排气不会倒流入气缸；,（三）顾氏系统,1,、偏心控制轴转动一个角度优化进、排气、供油定时控制：利用柴油机转速或负荷为信号；,2,、进、排气、供油定时六个参量：进气关,、排气开、供油始点起关键影响作用。,（四）,scaby,系统,1,、低转速时：进、排气扫气重叠角期间的,扫气系数更大；,2,、进气门在下止点关，提高低转速时的冲量系数和过量空气系数。,（五）,AVIEIT,系统,在顾氏系统基础上改进，自动变进、排气,、供油定时系统。,（六）,MIXPC,涡轮增压系统,1,、混合式脉冲转换器；,2,、直列,8,缸柴油机为例：,1,）靠涡轮端,4,个气缸排气管系采用,MPC,形式；,2,）靠封闭端,4,个气缸排气管用脉冲转换,器的结构形式,