第十二章内燃机增压2016z

第十二章内燃机增压机械与车辆学院王恩华副教授北京理工大学机械与车辆学院Email:wangenhua@Tel要内容概述§1内燃机增压废气涡轮增压器增压内燃机的特点§2§3§4§1概述增压概念增压就是采用专门的装置（增压器）在进气过程中采用强制的方法，将新鲜气体送入气缸从而提高进气量。增压的功用提高升功率防止高原地区因空气稀薄而导致功率下降§1概述升功率采用二冲程提高转速提高平均有效压力提高发动机升功率有三个途径§1概述采用二冲程采用二冲程虽然能提高发动机的有效功率，但由于经济性差、热负荷高等缺点，在车用发动机中不能得到广泛应用提高转速增大转速可以提高升功率,但提高转速带来的问题是运动件惯性力按转速二次方递增、燃烧过程恶化等问题，因此转速的提高受到一定的限制提高平均有效压力提高平均有效压力是提高升功率的切实可行措施。在提高平均有效压力的措施中，最有效的方法就是增加进气的密度，即所谓的增压§1概述优点由于进气量增加，可相应地增加循环供油量，从而提高发动机功率改善燃油经济性主要内容概述§1内燃机增压废气涡轮增压器增压内燃机的特点§2§3§4§2内燃机增压增压度：内燃机增压后，其功率提高程度。

一、增压度与压比增压压比：增压后进入气缸的气体压力与大气压力之比。§2内燃机增压按照增压压比大小划分成四个等级低增压：中增压：高增压：超高增压：增压的限制因素机械负荷：最大爆发压力提高导致受力零件机械负荷增大；热负荷：工作循环温度升高，受热零件热负荷增大；增压器耐热材料许用温度限制：增压器零件温度高；汽油机：爆燃限制。§2内燃机增压二、增压的基本类型结构：利用发动机曲轴驱动一套机械传动装置来带动压气机优点：发动机与压气机匹配良好，加速响应性好，且对排气无干扰，结构紧凑、简单、工作可靠、寿命长缺点：驱动增压器消耗发动机功率机械增压Roots泵压气机离心式压气机§2内燃机增压二、增压的基本类型结构：利用发动机曲轴驱动一套机械传动装置来带动压气机优点：发动机与压气机匹配良好，加速响应性好，且对排气无干扰，结构紧凑、简单、工作可靠、寿命长缺点：驱动增压器消耗发动机功率机械增压§2内燃机增压二、增压的基本类型结构：利用排气过程中排出废气的剩余能量来带动压气机优点：由于充分利用排气的能量，不仅使发动机的功率上升，而且燃油消耗率反而下降，改善了经济性，无刚性传动，结构简单缺点：增压器结构复杂机械增压废气涡轮增压复合增压结构：机械增压和废气涡轮增压联合工作优点：发挥各自的优点，提高压比缺点：增压器系统结构复杂主要内容概述§1内燃机增压废气涡轮增压器增压内燃机的特点§2§3§4组成：涡轮机、压气机原理：将发动机排出的废气引入涡轮机，利用废气的能量推动涡轮机叶轮旋转，并带动与其同轴安装的压气机叶轮工作，新鲜空气在压气机增压后进入气缸优点：经济性好、可降低有害物的排放和噪声水平缺点：低速时转矩增加不多，而且发动机工况变化时，瞬态响应差，加速性能差类型：单涡轮增压、双涡轮增压§3废气涡轮增压一、废气涡轮增压器的工作原理§3废气涡轮增压一、废气涡轮增压器的工作原理废气涡轮增压发动机气路流向图§3废气涡轮增压一、废气涡轮增压器的工作原理在非增压柴油机上简单改装采用增压措施后，功率可提高30%-50%，燃油经济性可降低5%左右。§3废气涡轮增压二、废气涡轮增压器结构压气机叶轮涡轮涡壳压气机中间壳体涡轮叶轮和涡轮安装与同一根轴上中间壳体内有密封装置、润滑油路、冷却系统§3废气涡轮增压二、废气涡轮增压器结构涡轮增压器安装在发动机的进、排气歧管上，工作环境非常恶劣，要求苛刻，因此对制造的材料和加工技术都要求很高其中制造难度最高的是支承涡轮轴运转的“浮式轴承”转速10万转/分钟以上，环境温度600度以上，决非一般轴承所能承受，由于轴承与机体内壁间有油液做冷却，又称“全浮式轴承”§3废气涡轮增压§3废气涡轮增压三、废气涡轮增压器类型§3废气涡轮增压特点：将所有各缸的废气首先都汇集到一个排气总管中，再导入废气涡轮。由于排气总管起到稳压箱的作用，进入涡轮前的废气压力基本恒定。优点：排气管结构简单，并能保证涡轮有较高的效率。缺点：不能将废气能量全部利用，只能利用废气在涡轮中的膨胀功。等压增压排气总管三、废气涡轮增压器类型§3废气涡轮增压特点：为了有效地利用废气的脉冲能量，把发动机的排气管按发火顺序分成几个单独的分支，使排气相位互不重叠的气缸组成一组，每组气缸的排气被导入一个细而短的排气总管后进入涡轮。优点：能充分利用排气的脉冲能量。缺点：排气管结构复杂，涡轮效率有所降低。脉冲增压排气支管四、增压空气中冷采用中冷技术是进一步提高增压发动机功率，改善性能的有效措施。将增压后的空气冷却一方面可进一步提高进气管内空气的密度，提高发动机功率；另一方面，可降低发动机压缩始点的温度及整个循环的平均温度，从而降低发动机的排气温度、热负荷及NOx排放根据实验数据，增压空气每降低10℃，发动机的功率大约可提高2.5%，燃油消耗率下降1.5%，排气温度可降低30℃左右另外，采用空气中冷后还能减少冷却水带走的热量，因而可缩小散热器的尺寸并减少消耗在驱动风扇上的功率§3废气涡轮增压冷的压缩空气热的压缩空气发动机排气环境空气

中冷器

发动机

增压器中冷将给增压发动机带来以下好处：

更高的充气效率、更好的动力性降低排放提高燃油经济性§3废气涡轮增压四、增压空气中冷主要内容概述§1内燃机增压废气涡轮增压器增压内燃机的特点§2§3§41.压缩比为了降低爆发压力，增压发动机应适当地降低压缩比。2.过量空气系数为了降低发动机的热负荷和排气温度，改善经济性，一般增压柴油机的过量空气系数比增压之前增大10％～30％。3.供油系统由于燃料供给量加大，必须增大柱塞直径；由于压缩终了压力的提高，必须加大喷孔直径及喷油压力，减小喷油提前角4.曲柄连杆机构由于增压柴油机的机械负荷与热负荷增大，承受机械负荷的曲柄、连杆等零件在强度上相应加强，对热负荷增大的零件如活塞等，应加强冷却。§4增压内燃机的特点一、柴油机增压涡轮增压器的缺点及改进缺点：由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓，使发动机延迟增加或减少输出功率。这对于要突然加速或超车的汽车而言，瞬间会有点提不上劲的感觉，称为“滞后响应”。改进：涡轮增压器是利用发动机的废气工作的，有效利用发动机的无用能量。改进技术：提高加工精度，尽量减少涡轮与涡轮室内壁的间隙，以便提高废气能量利用率；采用新型材料陶瓷，利用陶瓷的耐热高，刚度强，重量轻的优点，可以将涡轮增压器做得更加紧凑，体积更小，而且能减少涡轮的“滞后响应”时间。可变喷嘴环，提高匹配适应性。§4增压内燃机的特点汽油机增压的难点：汽油机增压易爆燃。增压使压缩终了温度压力升高增压后热负荷较大。汽油机混合气的过量空气系数小，燃烧温度高，因此增压后汽油机和涡轮增压器热负荷大汽油机和增压器匹配困难。汽油机转速范围宽，混合气质量流量变化大，致使涡轮增压器与汽油机的匹配困难为了克服上述困难，采取的措施：降