發(fā)動(dòng)機(jī)原理第七章發(fā)動(dòng)機(jī)增壓

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1、本 章 要 求 ：了 解 ： 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 增 壓 方 式 。理 解 ： 渦 輪 增 壓 器 的 結(jié) 構(gòu) 和 工 作 原 理 。掌 握 ： 離 心 式 渦 輪 增 壓 器 的 原 理 ， 增 壓 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的特 點(diǎn) 。 第 七 章 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 增 壓 v 增 壓 ： 為 提 高 平 均 有 效 壓 力 以 增 加 氣 缸 內(nèi) 封 存 氣 體 密 度 的 方 法 。（ 廣 義 上 ， 凡 是 能 夠 將 內(nèi) 燃 機(jī) 進(jìn) 氣 密 度 提 高 到 高 于 周 圍 環(huán) 境 密 度的 一 切 方 法 ， 都 稱 為 增 壓 。 ）v 目 的 ： 通 過 增 加 充 氣 量 ， 以 提 高 功 率 ， 改

2、 善 經(jīng) 濟(jì) 性 和 排 放 性v 提 高 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 功 率 的 途 徑 ： 31030 inVPN hee第 一 節(jié) 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 增 壓 的 基 本 知 識(shí) 改 變 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 。 增 加 i、 Vh(D、 S)， 減 少 ， 但 體 積 和 重 量增 加 提 高 轉(zhuǎn) 速 。 但 充 氣 效 率 和 機(jī) 械 效 率 減 少 ， 機(jī) 件 壽 命 減 少 ，噪 音 大 提 高 平 均 有 效 壓 力 Pe。提 高 平 均 有 效 壓 力 P e 方 法 ： 減 少 過 量 系 數(shù) 提 高 充 氣 效 率 增 加 充 氣 密 度 （ 增 壓 ） v 增 壓 度 k： 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 在 增 壓

3、后 增 長 的 功 率 與 增 壓 前 功 率 之 比 k為 范 圍 10%60%。 大 部 分 為 20%30%。v 增 壓 壓 比 k： 進(jìn) 入 氣 缸 的 氣 體 壓 力 Pk與 大 氣 壓 力 P0之 比v 增 壓 的 范 圍 :低 增 壓 ： k 1.31.6 （ 內(nèi) 燃 機(jī) 平 均 有 效 壓 力 pe 0.7 1.0MPa）中 增 壓 ： k 1.62.5 （ 內(nèi) 燃 機(jī) 平 均 有 效 壓 力 pe 1.0 1.5MPa）高 增 壓 ： k 2.5 （ pe 1.5MPa） ；超 高 增 壓 ： k 3.5 （ pe2.0MPa） 。 內(nèi) 燃 機(jī) 增 壓 的 優(yōu) 缺 點(diǎn)v 改

4、善 了 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 性 能 ：提 高 了 內(nèi) 燃 機(jī) 機(jī) 械 效 率 ；提 高 了 內(nèi) 燃 機(jī) 的 指 示 熱 效 率 ；改 善 了 燃 燒 過 程 。v 增 加 了 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 比 功 率 ；v 擴(kuò) 大 了 內(nèi) 燃 機(jī) 高 原 適 應(yīng) 性 ：v 有 利 于 降 低 有 害 氣 體 排 放 和 噪 聲 。 (HC降 低 ， 高 負(fù) 荷 的 NOx降 低 ， 空 氣 充 足 使 碳 煙 有 所降 低 ； 溫 度 高 使 著 火 延 遲 期 縮 短 ） v 增 加 了 柴 油 機(jī) 的機(jī) 械 負(fù) 荷 ；v 增 加 了 柴 油 機(jī) 的熱 負(fù) 荷 。優(yōu) 點(diǎn) ： 缺 點(diǎn) ： v按 照 實(shí) 現(xiàn) 增 壓

5、所 提 供 的 能 量 可 分 ：機(jī) 械 增 壓 ；廢 氣 渦 輪 增 壓 ；氣 波 增 壓 ；復(fù) 合 增 壓諧 波 增 壓 （ 汽 油 機(jī) ）第 二 節(jié) 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 增 壓 的 類 型 、 機(jī) 械 增 壓v 由 曲 軸 經(jīng) 過 齒 輪 增 速 箱 驅(qū)動(dòng) 壓 氣 機(jī) 。v 機(jī) 械 增 壓 增 壓 壓 力 高 ， 壓氣 機(jī) 消 耗 的 功 率 大 。 為 使內(nèi) 燃 機(jī) 機(jī) 械 效 率 不 要 過 分下 降 ， 增 壓 壓 力 Pk不 能 過高 。 Pk 160170KPav 主 要 用 途 ： 提 高 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 低速 扭 矩 機(jī) 械 增 壓 器 的 種 類v 機(jī) 械 增 壓 所 用 的 壓 氣

6、 機(jī) 除 離 心 式 壓 氣 機(jī) 外 ， 在 車 用 內(nèi)燃 機(jī) 上 常 用 容 積 式 壓 氣 機(jī) ：羅 茨 式 ； 螺 桿 式 ； 轉(zhuǎn) 子 活 塞 式 。 、 廢 氣 渦 輪 增 壓v 廢 氣 渦 輪 增 壓 利 用內(nèi) 燃 機(jī) 排 氣 中 能 量來 實(shí) 現(xiàn) 增 壓 ， 比 機(jī)械 增 壓 經(jīng) 濟(jì) 性 好 ，比 非 增 壓 自 然 吸 氣式 內(nèi) 燃 機(jī) 燃 油 好 率可 低 5% 10%。v 質(zhì) 量 功 率 和 體 積 功率 比 非 自 然 吸 氣 內(nèi)燃 機(jī) 明 顯 改 善 ， 因而 在 內(nèi) 燃 機(jī) 上 得 到廣 泛 應(yīng) 用 。 廢 氣 渦 輪 增 壓 的 分 類v 廢 氣 渦 輪 增 壓 器

7、主 要 由 壓氣 機(jī) 和 廢 氣 渦 輪 組 成 。v 壓 氣 機(jī) 主 要 是 離 心 式 的 。v 廢 氣 渦 輪 分 ：軸 流 式 ；徑 流 式 ；斜 流 式 （ 混 流 式 ） 。 v 由 于 內(nèi) 燃 機(jī) 排 氣 能 量 利用 的 不 同 ， 有 兩 種 經(jīng) 典的 、 基 本 的 增 壓 形 式 ：脈 沖 渦 輪 增 壓 ；等 壓 渦 輪 增 壓 。 、 氣 波 增 壓v 氣 波 增 壓 是 通 過 氣 波 增 壓 器 利用 氣 體 質(zhì) 點(diǎn) 和 壓 力 波 的 反 射 特性 ， 使 排 氣 和 進(jìn) 氣 之 間 進(jìn) 行 直接 的 能 量 交 換 ， 以 增 大 進(jìn) 氣 密度 。v 氣 波

8、增 壓 對 內(nèi) 燃 機(jī) 工 況 反 映 迅速 ， 使 氣 波 增 壓 的 加 速 性 好 ，且 低 速 時(shí) 空 氣 的 壓 縮 程 度 高 ，低 速 扭 矩 好 。 工 作 溫 度 低 ， 不需 要 耐 高 溫 材 料 。 但 體 積 大 ，噪 聲 大 ， 安 裝 位 置 受 到 一 定 限值 。 匹 配 要 求 高 ， 防 止 竄 煙 。 氣 波 增 壓 器 轉(zhuǎn)子 展 開 圖 、 復(fù) 合 增 壓v 機(jī) 械 增 壓 與 廢 氣 渦 輪 增 壓 組 合 。v 諧 波 增 壓 與 廢 氣 渦 輪 增 壓 組 合 。 、 諧 波 增 壓 ACIS 雙 增 壓 器 順 序 增 壓v 多 缸 發(fā) 動(dòng) 機(jī)

9、 上 使 用 兩 臺(tái) 增 壓 器 。v 在 低 速 時(shí) ， 使 用 一 臺(tái) 增 壓 器 以 提 高 廢 氣 能 量 利 用 效 率 ， 改 善 低 速反 映 性 能 。v 在 中 高 速 時(shí) ， 使 用 兩 臺(tái) 增 壓 器 以 保 證 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 功 率 輸 出 。 第 三 節(jié) 增 壓 器v 可 變 進(jìn) 氣 道 增 壓 器 ；v 可 變 噴 嘴 環(huán) 增 壓 器 ；v 可 變 渦 輪 喉 口 截 面 增 壓 器 ；v 可 變 葉 片 增 壓 器 ；v 廢 氣 放 氣 增 壓 器 ；v 進(jìn) 氣 回 流 增 壓 器 ；v 射 流 渦 輪 增 壓 器 ； v 斜 流 渦 輪 增 壓 器 ； 可 變 進(jìn)

10、 氣 道 增 壓 器v 低 速 時(shí) 使 用 一 個(gè) 進(jìn) 氣通 道 ； 高 速 時(shí) ， 進(jìn) 氣量 大 ， 使 用 兩 個(gè) 通 道 ，可 以 改 善 增 壓 發(fā) 動(dòng) 機(jī)的 過 渡 性 能 。 可 變 進(jìn) 氣 道 增 壓 器 性 能 可 變 噴 嘴 環(huán) 增 壓 器v 低 速 時(shí) ， 噴 嘴 角度 小 ， 流 通 截 面小 ； 高 速 時(shí) 噴 嘴角 度 大 ， 流 通 截面 能 保 證 渦 輪 從廢 氣 中 獲 取 足 夠能 量 達(dá) 到 壓 氣 機(jī) 的 需 求 。各 噴 嘴 環(huán) 1通 過 軸 銷 2固 定 在 渦 殼 5上 ， 再 經(jīng) 傳 動(dòng) 桿 3與 噴 嘴 控 制 盤 4相連 。 轉(zhuǎn) 動(dòng) 噴 嘴

11、控 制 盤 即 可 改 變 噴 嘴 環(huán) 的 角 度 。通 過 調(diào) 整 渦 殼 5與 渦輪 葉 輪 6之 間 的 噴 嘴環(huán) 角 度 來 調(diào) 整 渦 輪 流通 截 面 。 可 變 噴 嘴 環(huán) 增 壓 器 特 性v 左 圖 中 是 噴 嘴 環(huán) 角度 以 此 減 小 的 情 況 。 隨 著內(nèi) 燃 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 下 降 ， 壓 氣 機(jī)的 增 壓 壓 力 不 但 沒 有 下 降 ，反 而 提 升 到 高 轉(zhuǎn) 速 水 平 ，從 而 保 證 增 壓 內(nèi) 燃 機(jī) 的 低速 性 能 。v 可 調(diào) 噴 嘴 環(huán) 用 于 增 壓 器 與內(nèi) 燃 機(jī) 的 高 速 匹 配 。 通 過可 調(diào) 噴 嘴 環(huán) 改 善 低 速 性 能

12、。 可 變 渦 輪 喉 口 截 面 增 壓 器1.壓 氣 機(jī) ； 2.可 變 喉 口 截 面 調(diào) 整 板 ； 3.調(diào) 整 板 及 調(diào) 整 機(jī) 構(gòu) ； 4.操 縱機(jī) 構(gòu) ； 5.操 縱 機(jī) 構(gòu) 控 制 電 磁 閥 ； 6.渦 輪 ； A.最 小 喉 口 截 面 ； B.最 大喉 口 截 面 低 速 高 速 可 變 渦 輪 喉 口 截 面 增 壓 器 工 作 原 理v 可 變 渦 輪 喉 口 截 面 增 壓 器 是 再 廢 氣 量 不 變 的 情 況 下改 變 進(jìn) 入 渦 輪 的 狀 態(tài) 參 數(shù) ， 從 而 改 變 從 廢 氣 中 獲 取能 量 的 大 小 。 小 喉 口 截 面 將 使 進(jìn) 入

13、渦 輪 的 廢 氣 加 速 ，作 用 在 渦 輪 葉 片 上 的 沖 擊 力 增 加 （ 此 時(shí) 渦 輪 效 率 將有 所 降 低 ） ， 空 氣 增 壓 壓 力 增 加 ， 從 而 滿 足 內(nèi) 燃 機(jī)在 低 速 小 負(fù) 荷 時(shí) 的 需 要 。 內(nèi) 燃 機(jī) 在 高 速 大 負(fù) 荷 時(shí) ，可 以 保 證 渦 輪 在 高 速 范 圍 運(yùn) 行 ， 這 時(shí) 喉 口 截 面 處 于最 大 位 置 ， 排 氣 背 壓 最 小 ， 渦 輪 效 率 最 大 。 v 可 變 喉 口 截 面 控 制 板 可 以 由 電 磁 閥 進(jìn) 行 無 級 調(diào) 整 。 可 變 葉 片 增 壓 器 v 可 變 噴 嘴 環(huán) 技 術(shù)

14、 類 似 ， 通 過 壓 氣 機(jī) 結(jié) 構(gòu) （ 葉 片 角 度 ） 的 變 化 ， 來調(diào) 整 增 壓 壓 力 與 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 負(fù) 荷 的 匹 配 關(guān) 系 。v 多 個(gè) 可 變 葉 片 ， 效 率 高 ， 但 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜 ， 成 本 高 、 體 積 大 。三 菱 多 閥 VG增 壓 器本 田 可 變 葉 片 增 壓 器 廢 氣 放 氣 增 壓 器v 車 用 增 壓 內(nèi) 燃 機(jī) 為 獲 得 低速 大 扭 矩 和 良 好 的 加 速 性能 ， 渦 輪 增 壓 器 一 般 按 內(nèi)燃 機(jī) 低 速 、 小 流 量 設(shè) 計(jì) 。v 轎 車 用 增 壓 器 設(shè) 計(jì) 轉(zhuǎn) 速 為內(nèi) 燃 機(jī) 標(biāo) 定 轉(zhuǎn) 速

15、 的 40%左右 。v 公 共 汽 車 、 重 型 車 用 的 增壓 器 設(shè) 計(jì) 轉(zhuǎn) 速 為 內(nèi) 燃 機(jī) 標(biāo)定 轉(zhuǎn) 速 的 60%左 右 。 v 高 速 時(shí) ， 將 會(huì) 使 增 壓 壓 力過 高 ， 增 壓 器 超 速 ， 柴 油機(jī) 爆 發(fā) 壓 力 過 大 ， 汽 油 機(jī)容 易 引 起 爆 震 。v 為 此 ， 設(shè) 計(jì) 增 壓 器 常 增 加廢 氣 放 氣 閥 ， 在 高 速 時(shí) 將一 部 分 廢 氣 旁 通 掉 ， 加 以控 制 增 壓 壓 力 。 廢 氣放 氣增 壓器 工作 原理v 廢 氣 門 3與 增 壓 器 2的 渦 輪 并 聯(lián) 地 連 接 在 內(nèi) 燃 機(jī) 1的 排 氣 管 上 。 廢

16、 氣 門 的 閥 門固 定 在 膜 片 上 ， 膜 片 上 部 通 大 氣 ， 并 受 彈 簧 的 作 用 ， 下 部 與 壓 氣 機(jī) 出 口 的增 壓 空 氣 相 通 。 平 時(shí) ， 彈 簧 將 廢 氣 門 的 閥 門 壓 在 閥 座 上 ， 內(nèi) 燃 機(jī) 排 氣 管 來的 廢 氣 不 能 經(jīng) 閥 門 旁 通 到 渦 輪 出 口 的 排 氣 管 內(nèi) 。 v 一 旦 增 壓 壓 力 對 膜 片 的 作 用 超 過 彈 簧 的 預(yù) 緊 力 ， 廢 氣 門 打 開 ， 一 部 分 廢 氣不 經(jīng) 渦 輪 直 接 從 渦 輪 出 口 排 入 大 氣 中 。 渦 輪 作 功 減 小 ， 空 氣 的 增 壓

17、 壓 力 回落 ， 以 實(shí) 現(xiàn) 空 氣 增 壓 壓 力 的 自 動(dòng) 調(diào) 節(jié) 。 進(jìn) 氣 回 流 增 壓 器v 為 避 免 由 于 負(fù) 荷 突 變 及 環(huán) 境 變化 而 使 壓 氣 機(jī) 出 現(xiàn) 喘 振 而 損 壞增 壓 器 ， 在 增 壓 器 的 壓 氣 機(jī) 進(jìn)口 裝 上 整 體 式 的 回 流 閥 。v 當(dāng) 進(jìn) 氣 管 壓 力 低 于 某 一 值 時(shí) ，作 用 在 回 流 閥 上 的 進(jìn) 氣 管 壓 力 、彈 簧 壓 力 和 壓 氣 機(jī) 出 口 的 空 氣增 壓 壓 力 不 平 衡 ， 回 流 閥 頂 開 ，壓 氣 機(jī) 出 口 的 空 氣 通 過 回 流 閥和 回 流 通 道 進(jìn) 入 壓 氣

18、機(jī) 進(jìn) 口 ，以 增 加 通 過 壓 氣 機(jī) 的 空 氣 量 。 第 四 節(jié) 增 壓 中 冷 技 術(shù) （ 選 ）v 增 壓 空 氣 溫 度 增 加 ， 在 柴 油 機(jī) 中 引 起 增 壓 條 件 下 進(jìn) 氣 密度 減 小 ， 即 在 保 持 不 變 過 量 空 氣 系 數(shù) 下 ， 意 味 著 功 率下 降 ， 不 然 需 要 進(jìn) 一 步 提 高 增 壓 壓 力 ， 但 柴 油 機(jī) 機(jī) 械 負(fù)荷 又 要 增 加 。 雖 然 氣 缸 內(nèi) 工 質(zhì) 溫 度 提 高 有 利 于 柴 油 機(jī) 的燃 燒 ， 但 卻 使 燃 燒 室 內(nèi) 受 熱 零 件 的 熱 負(fù) 荷 增 加 ， 排 溫 過高 ， NOx增

19、加 。 汽 油 機(jī) 中 增 壓 溫 度 升 高 ， 除 與 柴 油 機(jī) 一樣 功 率 下 降 外 ， 最 主 要 的 是 爆 震 傾 向 增 加 。v 一 般 ， 當(dāng) 增 壓 空 氣 的 壓 力 超 過 0.15MPa時(shí) ， 就 值 得 采 用中 冷 。v 解 決 空 氣 溫 度 過 高 的 辦 法 就 是 采 用 中 冷 器 冷 卻 增 壓 后 的空 氣 。 v 增 壓 空 氣 溫 度 每 降 低 20K， 渦 輪 前 的 廢 氣 溫 度 約 可 降 低20K， 燃 油 消 耗 率 可 減 少 3g/kW.h。 增 壓 中 冷 方 案 ：v 閉 式 空 水 中 冷 ： 中 冷 器 中 冷 卻

20、 介 質(zhì) 采 用 內(nèi) 燃 機(jī) 冷 卻 系統(tǒng) 中 的 循 環(huán) 水 。 該 方 案 結(jié) 構(gòu) 與 布 置 簡 單 ， 但 不 能 將 增 壓空 氣 溫 度 冷 卻 較 低 。v 分 開 式 空 水 中 冷 ： 中 冷 器 采 用 獨(dú) 立 的 冷 卻 介 質(zhì) 。 該 方案 可 提 高 中 冷 器 的 冷 卻 效 率 ， 能 較 低 地 降 低 空 氣 地 溫 度 。結(jié) 構(gòu) 要 復(fù) 雜 些 ， 布 置 上 會(huì) 增 加 難 度 。v 共 用 冷 卻 風(fēng) 扇 空 空 中 冷 ： 中 冷 器 裝 在 內(nèi) 燃 機(jī) 冷 卻 系 水散 熱 器 前 或 后 ， 依 靠 風(fēng) 扇 和 車 輛 行 駛 時(shí) 地 空 氣 氣 流 冷 卻增 壓 空 氣 。 該 方 案 由 于 它 的 最 少 能 量 消 耗 而 得 到 廣 泛應(yīng) 用 。 v 獨(dú) 立 冷 卻 風(fēng) 扇 空 空 中 冷 ： 中 冷 器 帶 有 獨(dú) 立 地 冷 卻 風(fēng) 扇 ，它 可 由 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 或 空 氣 渦 輪 帶 動(dòng) 。