第四章 增压系统基

第四章增压系统基本热力学参数的确定 主讲 杨新桦重庆理工大学重庆汽车学院 4 1增压系统主要热力学参数的内在联系 排气温度越高 废气焓值越大 排气在涡轮中转变的机械功越多 增压器转速越高 进气空气压力越高 问 是否可以通过提前打开排气门来获得更高的废气温度 从而增加进气压力 在有限的排气压力 温度下 尽量提高废气焓的利用程度 即合理设计排气管 努力提高涡轮增压器总效率 4 1增压系统主要热力学参数的内在联系 进气压力升高 进气温度升高 影响进气密度 对于中增压系统 采用中冷 发动机压缩始点温度升高 最高爆发压力增大 机械负荷 热负荷增加 问 如何协调增压发动机各个参数之间的制约关系 按照质量 能量守恒定律 建立发动机数值模型 在设计阶段对基本热力学参数进行计算 4 2增压对柴油机工作过程主要参数的影响 机械应力热应力动力性参数其他参数 4 2 1对机械应力有关参数的影响 压缩终压pc和压缩始压p0存在以下关系 为压缩比 n1为平均压缩多变指数 最高爆发压力为压力升高率 4 2 2对热应力有关参数的影响 无中冷器的情况下 发动机进气温度为压气机出口温度TbTa为大气温度Wadb为压气机绝热压缩功cp为定压比热容 adb为压气机绝热效率 4 2 2对热应力有关参数的影响 缸内压缩初始温度 Tr为残余排气温度 r为残余排气系数 增压后在有扫气的情况下有所下降 一般非增压3 5 增压柴油机0 2 T为新鲜充量进入气缸后 受缸盖 活塞顶等受热件的加热 同时 充量本身动能部分转化为热能导致的温升 一般5 10 4 2 3对动力性有关参数的影响 增压后 发动机进气密度为 当工作容积不变时 空气流量由qma增大到qmb 空气流量增大 在过量空气系数变化不大的情况下 可以多喷油 从而提高动力性 一般非增压柴油机充量系数0 75 0 85 增压高速柴油机0 9 1 0 4 2 4其他有关参数的影响 扫气系数 s增压后柴油机进气管压力大于排气管压力 若扫气压力波组织合理 扫气效果更佳 增压后的扫气系数一般为1 1 1 25 过量空气系数 a较非增压大10 30 4 2 4其他有关参数的影响 指示热效率 it以净化排气为主要目的增压系统 循环供油量不变 过量空气系数增大 Tmax降低 NOx降低 指示热效率升高 以增加动力为主要目的的增压系统 循环供油量增加 若供油速率不变 供油时间延长 燃烧过程后延 排温升高 热损失增加 指示热效率下降 若同时调整供油规律 完善燃烧过程 则指示热效率升高 4 2 4其他有关参数的影响 机械效率 m增压后 柴油机排气背压升高 排气行程活塞耗功增加 同时爆发压力升高 运动摩擦副耗功增加 为减轻热负荷和增加喷油量 风扇 水泵 机油泵及喷油泵的耗功均有所增加 由于指示功率增加更多 机械效率是提升的 一般非增压柴油机0 28 0 85增压柴油机0 8 0 92 4 2 4其他有关参数的影响 燃油消耗率增压后指示热效率和机械效率提高 油耗比非增压柴油机降低3 8 4 3增压系统主要热力参数的确定 增压压力空气流量 最为关键 燃气流量涡轮进口压力涡轮进口温度增压器压气机效率涡轮效率 4 3 1确定参数的依据 确定增压参数的顺序 先从柴油机可靠性及寿命 热负荷 出发 定涡轮前的排气温度 空气流量 根据柴油机的流通特性确定增压压力 根据涡轮增压器的总效率确定涡轮前的平均排气压力 初步确定涡轮的流通面积 4 3 2确定空气流量qmb 根据涡轮前排气平均温度Tt估算空气流量 流进与流出柴油机气缸的气体参数 建立能量平衡式 1kg柴油燃烧后被利用的热量 1kg柴油燃烧后所作出的指示功 1kg柴油燃烧所需空气带来的热量 1kg柴油燃烧后对应于柴油机排气中相应的热量 4 3 2确定空气流量qmb Hu为燃油低热值 T为涡轮前的热量利用系数 as为总的过量空气系数 过量空气系数与扫气系数的乘积为进气管内空气在热力学温度Ta时的摩尔定压比热容为理论分子变更系数为1kg燃油燃烧所需理论空气量 0 495kmol kg为涡轮进口处燃气平均温度为TT时的摩尔定压比热容 柴油机机械效率的确定 通过计算平均机械损失压力pmm后获得 四冲程增压柴油机 二冲程十字头式增压柴油机 D为缸径 Vm为活塞平均速度 pme为平均有效压力 机械效率 热量利用系数的确定 半经验公式 四冲程增压柴油机 二冲程直流扫气十字头式增压柴油机 式中 4 3 3增压压力的估算 定义 流通能力系数为充量系数与扫气系数的乘积 表征气缸的流通能力 对于高速车用四冲程柴油机 一般约等于1 增压压力 4 3 4涡轮前平均压力与涡轮当量喷嘴面