增压技术新进展.ppt

增压技术新进展,柴油机增压新技术进展,涡轮增压系统发动机对增压系统的要求（1）高功率密度（2）高经济性（3）高可靠性（4）良好的匹配特性（5）低排放,高功率密度-高压比军品意义重大,德国890系列柴油机升功率92kW转速高4250r/min压比4高强度压气机叶轮铸造钛合金压气机叶轮Holset花重金研究批量铸造钛合金叶轮技术获得成功保证铸件的尺寸精度是最大难点之一,高经济性-高效率、宽流量范围CFD技术-针对分析计算对象建立几何模型、划分网格、利用有限元方法求解，流动模型的选择可以预测性能、指导修改设计、节省试验球轴承技术可提高机械效率达到99%进而提高增压器总效率Honeywell已经大批量生产球轴承增压器,高可靠性-机械负荷、热负荷压比提高3.5，压气机轮缘速度接近500m/s，离心力产生的应力接近铸铝材料极限低周疲劳实效叶轮出口温度达到甚至超过200，铝合金叶轮难以胜任汽油机排温可达900，一般耐热合金难以胜任球轴承技术可提高机械效率达到99%进而提高增压器总效率Honeywell已经大批量生产球轴承增压器轴承体冷却,良好的匹配特性-实时可变特性（VGT/VNT），高瞬态响应性高速不超温超速低速增压充分加速不冒黑烟涡轮固有流量特性对匹配不利低排放、低噪声-高效、柔性、EGR提高效率可降低压气机温度减少NOx适应循环工况13工况、瞬态工况EGR要求废气回流通畅可控增压器噪声通常为空气动力噪声,增压和增压中冷,近年来，为了降低运转噪声和减小磨损，柴油机的转速有下降趋势，而通过增压来弥补功率损失。提高涡轮增压器的效率可增大空气供给量，用比较大的过量空气系数组织燃烧，使尽可能少的燃料缺氧裂解，降低碳烟排放，同时使最高燃烧温度不致过高，抑制NOx的增加。广泛应用空-空中冷器把增压空气温度降到50左右，可以有效地抑制NOx排放。,增压和增压中冷,针对高压比要求的技术措施,二级增压设计思想：在柴油机低转速时可以达到很高的压比；在柴油机高速时压比又不至于超出极限；柴油机的增压压比最好在一定范围内可以调节。基本原理高压级采用小体积流量实现级间匹配不同的调节方式实现与发动机的匹配,二级增压结构形式一体化,优点：(1)二级比单级容易获得高的增压压力，从而可使柴油机获得更高的平均有效压力。(2)因级的增压比越高，压气机和涡轮的效率越低，所以在给定的增压压力下，二级比单级效率高。(3)二级增压便于中间冷却，可以减少压缩功，提高压气机效率，同时降低柴油机的热应力。(4)二级涡轮增压可以扩大运行范围，便于与柴油机匹配。(5)二级增压可降低每一级的轮周速度，叶轮和叶片的应力小、强度高、可靠性好。缺点：(1)二级比单级占空间多，质量大，造价高。(2)二级涡轮增压时，在两个增压器之间的联合管道中，气体流动阻力和热损失较大。,二级可变增压具体表现在柴油机性能上的优点：(1)在柴油机结构强度允许的范围内，可以大幅度提高升功率，使柴油机标定功率上升。(2)可以大幅提高柴油机的低速转矩，降低最大转矩点转速，提高柴油机的转矩储备系数。(3)可以大幅度降低柴油机低速大负荷时的烟度值，改善柴油机的低速油耗。(4)以改善柴油机的瞬态响应特性。(5)如果采用电控系统对旁通阀进行调节，可以实现增压器和柴油机在全工况范围内的优化匹配，达到优化柴油机性能的目的。,(1)增压压比比较(2)柴油机烟度比较(3)平均有效压力比较(4)燃油消耗率比较,可变特性涡轮结构形式废气放气阀转动叶片式-性能更好，成本高可变喷嘴滑动叶片式可靠性和寿命更好方便可靠的制动,可变增压系统VGT/VNT,VGT结构简图涡轮室进气口的变化,可变喷嘴增压器VNT,可变喷嘴涡轮增压发动机的运行特点VNT涡轮的流量特性VNT涡轮的效率特性,VNT的特点在于它对柴油机瞬态响应性和加速性的改善。通过提前减小或加大喷嘴环出口面积，可以缩短柴油机工况过渡的时间，提高加速性能，降低烟度和提高经济性。研究表明，空燃比对HC、NOx和PM的排放都有重要影响。要使燃烧后PM和NOx都很少，混合气的过量空气系数应该控制在一定的范围内。VNT可以把空燃比作为一个独立的被控变量，通过VNT控制增压压力,控制空燃比，从而使缸内的燃烧状况得到化，有助于HC、NOx等总体排放水平的降低。,可调涡轮电控技术涡轮特性的变化要根据发动机工况进行传感器-内置传感器，压力、转速执行器-电动：电磁、电机等气动：利用刹车气泵液压：利用增压器润滑油一体化执行器,可调涡轮电控技术控制策略与算法稳态工况：优化脉谱-通过试验得到建立模型-各种执行器、传感器动态模型仿真计算-响应性、调节步长、超调问题等等过渡工况：瞬态工况：编制固化软件,针对低排放性的技术进展,增压中冷EGR电控可调涡轮高效增压器辅助增压技术,相继增压系统,相继增压原理示意图由图可见，在相继增压系统中，采用多个增压器，并对所有(或部分)增压器进行控制。随着柴油机转速和负荷的增长，增压器相继按次序投入运行:当柴油机转速和负荷不断减小时，相继切出一台或多台增压器，使之停止运行.这样可以使工作着的每台涡轮增压器都始终是在高效率区运行，使柴油机的燃油消耗率在整个运转区域都较低。因此，相继增压系统常在一台柴油机上采用个数较多的涡轮增压器，使增压器相继投入运转时的分段可以精细一些，并且增压器一经投入运行就可快速加速。,相继增压转矩特性的试验结果上图表明，按目前配置的相继增压系统能全面改善增压柴油机的转矩特性。它在低转速(1650r/min左右)下的最大转矩可达2100Nm以上，比原机的最大转矩1950Nm提高了约8%，比配两台J81增压器所能达到的最大转矩1800Nm(在1400r/min)提高了15%以上。它在低转速(1000一1700r/min)范围的转矩储备比原机平均高出15%左右。它在标定功率、转速(416kW,2200r/min)下的排温为570左右，比原机的降低了40。,辅助增压技术电动增压器串联方式：电动增压器5000r/min运转，加速时0.3秒内提高到4万r/min大幅度降低加速烟度,汽油机增压系统新技术进展,车用汽油机对增压器的要求(1)加速响应性(2)扭矩特性(3)增压器工作可靠性及使用寿命(4)增压器尺寸及质量(5)增压器成本及加工难度(6)增压系统运行、控制及维护的难易程度及复杂程度(7)增压发动机噪声及排放指标(8)燃油经济性(9)发动机动力性能及车辆驾驶性能,汽油机涡轮增压的对策1汽油机增压爆燃的解决措施（1）汽油机增压爆燃的解决措施（2）增压中冷2汽油机增压热负荷高的对策(1)涡轮转子和压气机采用耐热材料。(2)安装中冷装置可以降低压气机出口温度,并可减少NOx排放。(3)采用汽油直接喷射(GDI)技术,结合电子控制技术和电子控制汽油喷射技术,采用新型材料的小型陶瓷转子涡轮,合理匹配汽油机与增压器,使汽油机增压技术已得到了飞速发展,并在一些国产轿车如宝莱1.8T、帕萨特1.8T、奥迪A61.8T等轿车上得到良好的匹配和运用,动力性得到很大的提高,涡轮增压汽油机已成为汽油机发展的趋势。,气体燃料发动机增压新技术进展,天然气汽车在国外已有60多年研究开发和推广应用的历史,从最初以解决石油短缺为目的,到逐步发展成为将研究开发和推广应用新能源、低排放污染的环保汽车作为实现国民经济可持续发展的国家战略方针。目前,全世界已有60多个国家的210余万辆天然气汽车和5400余座加气站在实际运行。,天然气发动机增压基本问题(1)增压器的选择:天然气发动机的增压比不超过1.6(2)增压器的布置(4)防爆与安全保护CNG客车进气增压流程图,试验结果台架试验结果表明,采用增压技术可以提高CNG发动机的动力性,降低燃料消耗率,减少排气污染物。增压前后发动机燃烧CNG主要动力性指标(额定功率和转矩)可提高30%50%,通过优化调整改变增压程度可控制在15%20%,以补偿发动机燃烧CNG后的功率下降。由于增压器压气机所消耗的功率完全由废气涡轮提供,无需消耗发动机本身的功率,从而提高了发动机的机械效率。同时由于工作循环温度较高,使燃烧过程进行得比较完善,废气中的有害排放物的含量下降,减少了排气污染物。,结论(1)