增压复习资料资料讲解

1、第一章增压压力：压气机出口压力，Pb0.35，超高增压增压比：压气机出口 Pb与进口压力 Pa之比，n b=Pb/Pa;滞止压比（滞止压力）；静压比（静 压力）增压度：内燃机增压后的标定功率之差值与增压前标定功率的比值入b= （Peb-Pe） /Pe增压中冷 ：增压机中，为降低进入汽缸的空气温度，增加空气密度，减少排放，使增压后的 空气先在中间冷却器中冷却后再进入气缸。 中冷度： 中冷器前后空气温度差与中冷器前空 气温度的比值为中冷度。机械增压 ：压气机由内燃机曲轴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，总体布置有一定局限性。增压压力一般不超过排气涡轮增压

2、：利用排气能量使排气在涡轮中进一步膨胀作功， 用于驱动压气机的增压方式。 特点： 不消耗有效功，增压器可自由布置，涡轮有一定的消声作用，并进一步减少排气中的 有害成分。排气涡轮增压 ：单级涡轮增压、二级涡轮增压。单级涡轮增压 ：一台涡轮机和一台压气机或几台涡轮增压器并联的。定压增压 ：各缸排气汇入一根较粗的排气管， 再进入涡轮的增压方式。 利用排气的等压能量， 排气管中的压力波较弱， 涡轮进口气流参数比较稳定， 涡轮效率较高， 气缸泵气功损失较少。 脉冲增压 ：各缸排气通过各自较细的排气歧管分别进入涡轮的增压方式。排气压力波较强， 各缸排气对扫气互不干扰。 利用脉冲压力波能量， 较定压增压有更

3、好的效果， 适于低增压场 合。涡轮前压力的波动， 影响了涡轮效率。若排气歧管设计合理， 可是进排气门叠开期内处 于较低排气的波谷， 有利于扫气。 由于排气总管总容积较小， 从而改善了柴油机的部分负荷 性能和加速性能。二级涡轮增压 ：空气经两台串联的涡轮增压器压缩后进入发动机。 一、两级离心式压气机串 联并各自由排气涡轮驱动， 每级压气机后都有中冷器。 二、两级串联的压气机叶轮与两级串 联的涡轮叶轮装在同一轴上，第一级压气机后无中冷器。第二章离心式压气机组成 ：进气道、叶轮、扩压器、压气机蜗壳 进气道 ：作用是将外界空气导向压气机叶轮。为降低流动损失，做成渐缩形。 轴向进气道 ：气流沿转子轴向不

4、转弯进入压气机，结构简单，流动损失小。 径向进气道 ：气流开始沿径向进入进气道，然后转为轴向进入压气机叶轮。 叶轮：压气机中唯一对空气做功的部件， 它将涡轮提供的机械能转变为空气的压力能和动能。 压气机蜗壳 ：收集从扩压器出来的空气，将其引导到发动机的进气管。压气机通道中气体状态的变化 ：在压气机叶轮中， 叶轮对空气做了功， 是空气的压力、 温度 和速度都升高。在扩压器中，由于扩压气流通面积渐扩，使气体的部分动能转化为压力能， 空气速度降低， 压力升高， 温度亦随压力而升高。 在压气机蜗壳中， 部分动能转化为压力能， 使空气的速度进一步降低，压力和温度升高。空气流量qmb:单位时间内刘静雅奇迹

5、的空气流量，kg/s压气机的定熵效率 ：将气体压缩到一定增压比时，压气机的定熵耗功和实际耗功之比。 压气机转速nb:压气机工作时叶轮每分钟的转数。压气机的特性曲线 ：压气机的主要性能参数在各种工况下的相互关系曲线。 通常指在不同转 速下， 增压比和定熵效率随流量的变化关系， 即流量特性。 转速一定时的特点 在某一流量 下，增压比和效率有一最大值时，随流量的增大或减小，增压比和效率都降低。压气机的喘振：当流量减小到某一数值时，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，弓I起叶片的震动，并产生很大的噪声。每一转速下都有一个喘振点，在效率特性上 各喘振点的连线称作喘振线。压气机阻塞

6、：当流量增大到某一数值时，增压比和效率均急剧下降，即使以增压比和效率下降很多为代价，流量也难以增加。产生原因：压气机叶轮入口或扩压器入口这种局部喉口截面处，气流速度达到了当地声速， 从而限制了流量的增加。效率降到55%时，认为出现阻塞。发生喘振的原因： 导风轮入口 ：流量大于设计流量时，C1a增大，由于转速不变从而u1不变，使相对速度 w1的气流角大于叶片入口构造角，气流撞击叶片背部，在叶片的腹部产 生气流的分离。由于叶片旋转，腹部为迎风面，使分离被压服在较小区域不扩散，不会喘振。流量小于设计流量时，C1a减小，在转速不变时，相对速度w1的气流角小于叶片入口的构造角。此时气流撞击叶片的腹部，在

7、叶片背部产生气流的分离。由于叶片背部是背风面，在 以后的叶片通道中分离被扩散。当流量小到一定程度就会分离加剧，从而发生喘振。叶片扩压器入口 ：流量小于设计流量时，气流绝对速度的气流角小于叶片入口的构造角。气流撞击叶片的外部，在叶片的内部产生气流的分离。内部为背风面，由于是在背风面产生气流分离，因此在叶片扩压器通道内分离被扩散。当流量小到一定程度使分离加剧，发生喘振。压气机性能曲线形状的成因：a-a:定熵过程的增压比特性和效率特性均呈水平线；b-b :实际需克服各种损失，且损失与气体流速有关，在转速一定的前提下，流量越大使流速越大，磨损越大，增压比、效率越低；c-c:当压气机流量大于或小于设计流

8、量时，均会发生撞击损失， 偏离设计流量越多损失越大。涡轮分类：按燃气流过涡轮叶轮的流动方向：轴流式、径流式向心、混合式涡轮。轴流式涡轮：燃气沿近似与叶轮轴平行的方向流过涡轮。体积大，流量范围宽，在大流量范围具有较高效率，大型涡轮增压器上普遍采用。由于涡轮膨胀比较小，多采用单级涡轮。 径流式向心涡轮：燃气的流向是近似沿径向由叶轮缘向中心流动，在叶轮出口处转为轴向流动。有较大的单级膨胀比，因此结构紧凑，质量轻，体积小，在小流量范围涡轮效率较高，叶轮强 度好，能承受很高的转速，在中小型涡轮增压器上应用广泛。混流式：燃气沿与涡轮轴倾斜的锥形面流过叶轮。燃气在涡轮中能量转化的分配和方式：冲击式涡轮、反力

9、式涡轮冲击式涡轮：燃气用以做功的能量在喷嘴内全转化为动能，叶轮中无焓降。反力式：一部分转化为动能，一部分继续在叶轮中膨胀。涡轮：进气壳、喷嘴环、工作叶轮和排气壳。 进气壳：把发动机排出的具有一定能量的废气， 以尽量小的流动损失和尽量均匀的分布引导到涡轮喷嘴环的入口。喷嘴环（导向器）：使具有一定压力和温度的燃气膨胀加速并按规定的方向进入工作叶轮。叶轮：唯一承受气体做功的元件，与压气机叶轮同轴， 把气体动能转化为机械功向压气机输出。排气壳：收集叶轮排出的废气并送入大气。涡轮的主要工作参数：定熵效率：实际过程气体对涡轮做功与理想的定熵过程气体对涡轮做功的最大可用能量之比。膨胀比：涡轮进口气体滞止压力

10、与涡轮出口气体静压力之比。气体流量：单位时间内通过涡轮的气体质量。涡轮转速；速比：轴流式定义为u/L_l；径流式定义为LI/LI。u,_:叶轮入口处的叶轮线速度；：燃气从进口状态不对外做功而定熵膨胀到涡轮出口压力所能达到的速度。涡轮流量特性曲线:相似流量丨57瑞/囲为横坐标，膨胀比區囤为纵坐标，相似转速为参变量。相似流量随膨胀比的增大而增加，直到达到流量最大值。若再继续增大膨胀比，涡轮流量也不会再增加，这时流量为阻塞流量。原因：喷嘴环或涡轮叶轮中某处气流速度达到当地声速。涡轮的效率特性曲线：在不同的相似转速下，涡轮定熵效率与速比之间的关系。形状成因：无论速比是大于还是小于设计值，均产生气流的撞

11、击和分离，使效率下降。轴承在涡轮增压器上的布置方式：外支承：优点，转子稳定性好，便于气体密封，轴承受高温气体影响小，轴承工作可靠性高，寿命长。缺点：结构复杂，质量和尺寸都较大，不能轴向进气，进气口流场难组织，清洗工作轮较难。内支承：优点：结构简单，质量、尺寸小，可轴向进气，流阻损失小，清洗方便。缺点：较难安排油、气密封。靠近涡轮轴承热负荷大。 内外支承：优点：可轴向进气，密封、清洗容易，尺寸介于前两者。缺点：压气机端轴颈切线速度较高，转子稳定性较外支承差， 润滑也不及外支承。悬臂支承：优点:轴承均在低温处，有利于轴承工作，两叶轮可做成一个结构紧凑、质量尺寸最小，涡轮盘可得较好冷却，漏气损失较小

12、。缺点：涡轮热量易传至压气机，使压气机效率降低，转子悬臂力矩大，稳定性不好，清洗难。第三章排气最大可用能 E： 一、排气门打开时，气缸内气体等熵膨胀到大气压力所做的功Eb=E1+ETE1:排气经排气门节流和排气歧管中自由膨胀所损失的能量ET排气在涡轮中进一步膨胀所回收的能量 二、活塞推出排气，排气得到的能量Ec 三、扫气空气所具有的能量：Es=Es+Es Es:扫气空气进入涡轮后具有的能量；Es:扫气空气节流损失排气从排气门至涡轮前损失 ： E=A Ev+A Ec+A ED+A EM+A EF+A En。分别代表：流经排气 门的节流损失；流经各种缩口的节流损失； 管道面积突阔的流动损失； 不同

13、参数气体掺混撞 击形成的损失；气体粘性形成的摩擦损失；气体向外界散热所形成的损失脉冲增压：优点：排气能量利用系数高，低工况性能好；扫气易组织，对二冲程更有利；加 速性能好，排气管容积小，涡轮增压器转速上升快。缺点：高增压时涡轮鼓风损失大，效率降低；排气管太长时，反射压力波对扫气会产生干扰；成本高，排气管结构复杂。定压涡轮增压：优点：可采用涡轮全进气，压力波动小，涡轮效率高；多缸时，排气管结构 简单；涡轮增压器布置较自由；不会由于压力波的干扰而使柴油机的转速上限受限；对低增压相同功率的柴油机而言，涡轮流通面积较脉冲的小，可用小一型号涡轮增压器缺点：加速性差，低负荷性能差；扫气空气量较脉冲的小；部

14、分负荷时，有时扫气倒流，弄污进气系 统及增压器；低转速、高转矩时，增压压力下降较大；在缸数少时，显得排气管容积过大 脉冲能量利用影响因素：排气门开启定时、 排气门流通面积、 排气门开启规律、排气管通流面积、排气管长度、涡轮通流面积。第四章增压对柴油机工作过程主要参数的影响：对机械应力：增压后，Pmax的升高给发动机的机械负荷带来较大影响。Pmax=PcLI。 Pc=P0 二 。压力升高率；&压缩比；n1平均压缩多变指数；增压后往往要小一些。对热应力：增压后柴油机的压缩始温较高，发动机的特征点温度及排温均增大，热负荷增大。对动力性：进气密度增大，空气流量增大， 在0 a变化不大的情况下可多喷油，

15、动力性提高。其他：扫气系数0 s：扫气质量改善，0 s1；充量系数0 c：固然缸内温度升高，但增压空气温升更多，使缸盖、缸壁、活塞顶与 新鲜充量温差减小；进气压力较高，均使增压后0c变高；残余排气系数0 r:减小；过量空气系数0 a：为降低热负荷较非增压高；指示热效率LI;机械效率n m提高（指示功增加更多）；燃油消耗率降低第五章联合运行线 ：当柴油机按某一特性运行时的所有工况点都可在压气机特性曲线上确定下来， 从而所形成的特性曲线。涡轮增压器与柴油机配合性能的要求：标定工况下：达到预期增压压力Pb及空气流量，有足够的0 a,使燃油消耗率满足要求。涡轮前温度低于预定值，保证热负荷不致过高；Pb

16、不能过高，以免Pmax过大使机械负荷太大。在低工况时，也必须保证有一定的空气量， 以满足燃烧及降低热负荷要求。要求在整个运转范围内不发生增压器喘振和阻塞。联合运行线的调节 涡轮喷嘴环出口流通面积 fc 的调整： fc 减小后,整个柴油机的排气阻 力增加, 因此在压气机特性场内, 发动机的耗气特性即等转速运行线向小流量率方向移动 改变压气机扩压器的进口角a 3: a 3减小后，就会减少气流脱离，消除喘振，这就相当于 是喘振线移向小流量区域,以使柴油机运转线离开喘振线。降低热负荷：适当增大进排气门叠开角增大叠开期内的进排气管压力差厶p增大进排气门的时间 -截面增压中冷强化冷却系统改善供油系统及燃烧

17、系统降低机械负荷：适当降低柴油机的压缩比适当减小供油提前角调整涡轮增压器向大压 比、小流量发展优化供油系统改善增压柴油机地工况性能的措施 采用脉冲增压系统或 MPC 系采用高工况放气低工 况进排气旁通变截面涡轮增压器采用复合谐振增压系统改善增压柴油机瞬态特性的措施：尽量减小进气管和排气管容积在低工况运行时，减小涡轮通流面积减小涡轮增压器转子的转动能量外加能量改善瞬态特性米勒系统 （低温高增压系统） ：进气门的关闭时刻可以自动控制,使发动机实际压缩比适应 变负荷的要求, 即可防止高负荷时爆发压力过高, 有可满足起动机低负荷时充量的要求。 特 点：只改变进气门开闭时刻，从而改变实际压缩比，而排气定

18、时不变，即膨胀比不变。大 负荷时膨胀比大于压缩比进气门定时变化使开、 闭时间共同变化, 相应气门重叠角也发生 变化起动低负荷, 高压缩比, 改善部分负荷性能；高负荷时采用低有效压缩比, 限制了最 高爆发压力的过分增大, 以确保发动机的可靠性。 米勒系统中, 增压空气在涡轮增压器后 冷却一次, 在进气过程中, 由于缸内膨胀而再冷却一次, 故米勒系统就是低温循环增压系统。 在下止点时同样的缸内增压压力下，具有较低的温度，充量增多，过量空气系数0a大，压缩开始时缸内温度低，从而减小了热负荷。米勒系统有较低的缸内温度，NOx排放较少。米勒系统与其他增压系统比较, 达到同样的平均有效压力时需要有较高的增压比； 在高增 压时,往往需要采用二级增压系统。二级涡轮增压系统 ：将两台不同大小的涡轮增压器串联运行, 空气经两级压气机压缩, 并在 低压级压缩后通过中冷器冷却。 两台压气机可以由同轴或不同轴的两台排气涡轮驱动。高低压级能量分配： 在标定工况下, 使二级压气机系统总效率达到最大值从高压级、 低压 级增压器尺寸大小的配合出发, 进行