《增压技术》PPT课件.ppt

1、叶轮机械与增压技术,许俊峰,1,2,2,2,教材与参考书,朱大鑫 编著, 涡轮增压与涡轮增压器, 机械工业出版社, 1992 陆家祥 主编, 柴油机涡轮增压技术 , 机械工业出版社，1999.9,教材：车辆发动机废气涡轮增压,霍尼韦尔(Honeywell)增压器 博格华纳（BorgWarner）增压器 ,参考书：,3,课程主要内容提纲： 一、绪论（国内外内燃机增压技术现状及发展趋势） 二、离心式压气机原理及设计 三、径流式涡轮原理及设计,4,课程主要内容提纲： 四、排气能量的利用 五、发动机与废气涡轮增压器匹配 六、涡轮增压系统,5,第一章 涡轮增压技术概述,涡轮增压技术,6,什么是发动机增压

2、,增压 charge,boost,supercharge, turbocharge 机械增压 supercharge 涡轮增压 turbocharge,7,Nl:kW/L; Hu:低热值; :过量空气系数; lo:1kg燃料完全燃烧所需理论空气量kg/kg；:冲程; i :指示热效率; v :容积效率; m:机械效率; s :进气管中充量密度,提高进气充量密度，可以通过提高进气压力和降低温度实现,把提高内燃机进气密度（量）的办法称为增压 增压的实质是增大充量密度,为什么增压,常数,1.0,8,增压术语,压气机出口压力称为增压压力，一般用pb表示。它与压气机结构、尺寸、转速及效率等因素有关。通常

3、 pb 0.17 Mpa 低增压 0.17 Mpapb 0.25 Mpa 中增压 0.25 Mpapb 0.35 Mpa 高增压 pb 0.35 Mpa 超高增压,1)增压压力 2)压比,压气机出口压力pb与进口压力pa之比，称为增压比，一般用b表示。 即： b = pb/pa 用滞止压力表示的压比，称为滞止压比，用b*表示，即： b* = pb * /pa *,9,增压的基本方式,按工作的原理分：容积式、离心式 按驱动方式分：机械增压和废气涡轮增压,增压,容积式,离心式,机械增压,废气涡轮增压,罗茨增压,气波增压,复合增压,单级增压,多级增压,10,增压的基本方式,罗茨容积式,11,增压的基

4、本方式,罗茨容积式,特点： 匹配简单可靠。对往复活塞式内燃机，各工况增压效果基本相同，与发动机工况无关 冲击和噪声大，增压压力低 密封困难；运动件多，可靠性差,12,增压的基本方式,气波增压,13,增压的基本方式,离心式,特点： 转速高 增压压力高 体积小,14,增压的基本方式,由发动机经传动系驱动，称为机械增压,特点： 经传动系驱动，安装受限 降低机械效率m,15,增压的基本方式,由废气经涡轮机驱动，称为废气涡轮增压,16,增压的基本方式,由废气经涡轮机驱动，称为废气涡轮增压,17,增压的基本方式,两级增压系统组成,18,机械复合增压技术,低速时使用机械增压 高速时使用涡轮增压 完美结合了机

5、械增压和涡轮增压的优点，但是结构复杂,增压的基本方式,19,涡轮增压的优点（1）,6升V8发动机 自然吸气220马力,2.5升L4发动机 涡轮增压220马力,295公斤 114公斤,20,涡轮增压器的自我补偿能力，涡轮增压发动机的高原性能要远远优于自然吸气发动机。功率下降幅度小，油耗低,涡轮增压的优点（2）,21,采用涡轮增压后由于机械效率的提高，发动机燃油经济性大幅改善。 在同等功率下，涡轮增压发动机的噪声小，这主要是因为发动机体积小，发射噪声的表面积小，同时涡轮也有消声的作用。,涡轮增压的优点（3）,22,涡轮增压的优点（4）,对于柴油机来说，采用涡轮增压可使燃烧更为充分，CO、HC及PM

6、的排放降低，采用增压中冷可降低NOX排放。 采用涡轮增压可通过采用不同的增压度及增压中冷等措施使同一发动机形成不同的功率系列，这样使得发动机公司更容易满足不同客户的要求。,23,涡轮增压的应用（1）,国际上几乎所有柴油机都使用涡轮增压技术，一方面追求高的升功率，另一方面追求良好的经济性，同时越来越严格的排放法规也使涡轮增压技术成为必需。 中国目前几乎所有重型柴油机都使用涡轮增技术，小型农用柴油机从成本的角度考虑一般不使用。,24,涡轮增压的应用（2）,重型车几乎都采用涡轮增压柴油机。,25,涡轮增压的应用（3）,全球最省油的车，大众3L Lupo TDI。绕地球一圈实测油耗百公里2.7升。发动

7、机为1.2升3缸柴油机，功率为45KW。采用技术：涡轮增压直接喷射,26,涡轮增压的应用（4）,汽油机上涡轮增压不如柴油机那么普遍，主要是受汽油机热负荷的限制，但是近年来随着汽油机电控技术的发展也有很多应用，如国内常见的大众1.4T，PASSAT 1.8T， Audi A6 2.0T。 在天然气发动机上应用增压技术，可使天然气发动机功率下降的问题得到解决。公交大巴采用的康明斯天然气发动机就是增压中冷,27,涡轮增压的基本原理(1),涡轮增压器由压气机、涡轮和中间体组成,涡轮增压器长什么样(1),28,涡轮增压的基本原理(1),有的增压器还带有放气阀,涡轮增压器长什么样(2),29,可变几何涡轮

8、增压,涡轮增压的基本原理(1),有的增压器还带有可变几何喷嘴机构,涡轮增压器长什么样c,30,涡轮增压的基本原理(2),压气机进口接空滤，出口接进气总管。 涡轮串接在排气管上,增压器装在哪a,31,涡轮增压的基本原理(2),在一12缸柴油机计算模型中，增压器所处的位置。,增压器装在哪b,32,涡轮增压的基本原理(3),气体在发动机-增压器系统中的流动过程。,增压器怎么工作a,33,涡轮增压的基本原理(3),涡轮增压器的内部流动过程。,增压器怎么工作b,34,认识涡轮增压的基本结构(1),组成要素,能量源,增压泵,性能增强,35,认识涡轮增压的基本结构(2),压气机：压缩空气，提高密度 涡轮：提

9、供压气机所需的能力 中间体：支撑、润滑、密封,36,认识涡轮增压的基本结构(3),带放气阀的涡轮增压器,37,认识涡轮增压的基本结构(4),带水冷套的涡轮增压器，一般用于天然气发动机或汽油机。,38,带水冷的中间体，用于汽油机增压,认识涡轮增压的基本结构(5),39,认识涡轮增压的基本结构(6),40,认识涡轮增压的基本结构(7),采用浮动轴承是其结构上的重要特点之一 浮动轴承的主要特点是：轴承内外都有一定的间隙，当轴旋转时，通过润滑油的摩擦力作用带动浮动轴承旋转，其旋转速度较轴要慢些。 浮动轴承在两层油膜中可自动定心，同时两层油膜可以较好地吸收转子部件的振动。有两对液体摩擦副，轴和轴承的相对

10、滑动速度较小，机械摩擦损失和发热量大大减小。 国外有厂商现在开始发展不转的浮动轴承，滚动轴承以及空气轴承等。,41,认识涡轮增压的基本结构(8),采用密封环是其结构上的重要特点之一。 其结构是将数个活塞环形的开口弹性环，分别安装在涡轮端和压气机端的密封环支撑环槽内，密封环依靠弹力涨紧在密封支撑的外体上。密封环支撑随转子轴旋转时，密封环并不转动。涡轮端和压气机端采用密封环的数目一般为一个或两个。,42,认识涡轮增压的基本结构(9),增压器是高速旋转机械，转速从几万转到二十几万转都有，所以对轴系的平衡要求非常高。 良好的动平衡是保证增压器可靠工作及耐久性的先决条件。,43,热力循环：燃气轮机与内燃

11、机的联合循环 能量品质：能量的梯级利用 涡轮增压技术是航空技术在汽车领域的应用,涡轮增压基本原理,44,提高功率 缩小排量 节能 满足排放 高原（高空）功率恢复 ,涡轮增压的作用,涡轮增压技术是实现内燃机节能、减排的关键技术,45,涡轮增压发展历史,1905年第一台涡轮增压器,1925年用于大型船舶 飞机,1930年用于机车,1954年用于乘用车1970年大规模应用,柴油机绝大部分增压；增压汽油机越来越多 涡轮增压器全球产量超过3000万台/年，涡轮时代到来了,46,2005年Ward全球十佳发动机名单: 奥迪：3.2升FSI双顶凸轮轴V6发动机（奥迪A6） 奥迪：4.2升双顶凸轮轴V8发动机

12、（奥迪S4） 戴克：5.7升Hemi Magnum侧置凸轮轴V8发动机（克莱斯勒300C） 戴克：3.2升双顶凸轮轴I-6 CDI涡轮柴油发动机（奔驰E-320 CDI） 福特：4.6升单顶凸轮轴V8发动机（福特Mustung GT） 通用：4.2升双顶凸轮轴Vortec I-6发动机（雪佛莱开拓者） 本田：3升单顶凸轮轴V6发动机（本田雅阁混动力） 本田：3.5升单顶凸轮轴V6发动机(阿库拉RL) 马自达：1.3升Renesis旋转发动机（马自达RX-8） 日产：3.5升双顶凸轮轴V6发动机（日产无限G35跑车）,47,2014年Ward全球十佳发动机名单: 奥迪：3.0升TFSI机械增压V

13、6汽油机(S5) 宝马：3.0升涡轮增压直六柴油机 (535d) 道奇：3.0升涡轮增压V6柴油机 (RAM 1500 EcoDiesel) 菲亚特：83千瓦电动机 (500e) 福特：1.0升Ecoboost涡轮增压三缸汽油机 (嘉年华) 雪佛兰：2.0升涡轮增压直列四缸柴油机 (科鲁兹柴油版) 雪佛兰：6.2升底置凸轮轴V8汽油机 (Corvette Stingray) 本田：3.5升单顶置凸轮轴V6汽油机 (Accord) 保时捷：2.7升水平对置六缸汽油机 (Cayman) 大众：1.8升涡轮增压直列四缸汽油机 (Jetta),48,涡轮增压的应用,超级节能车XL1采用一台0.8L增压

14、柴油机和一台电动机，最大功率分别为48马力和27马力。该车百公里综合油耗仅为0.9L。,49,谢谢,50,优点： 1 结构简单 2 低工况性能好 3 气体直接接触，加速性好 4 部分废气重回气缸，改善NOX排放 5 工况变动范围大，适应性好 缺点： 1 体积大，安装位置受限 2 排气加热进气，影响增压效果，效率不高 3 噪声源,51,52,53,54,55,56,浮动轴承 止推轴承 润滑 密封 隔热 冷却,57,58,坦克的发展趋势是高功率密度，即同样大小的发动机能发出更强劲的动力 高增压技术提供更多的空气进行燃烧，从而提高功率,先进坦克,59,高空长航时无人机 随着高度增加空气密度越来越稀薄

15、，导致功率下降，从而限制了无人机的飞行高度 高增压技术补偿空气密度的下降，恢复功率，提高升限 高增压技术是提高无人机飞行升限的最关键的核心技术之一,60,2006年度国际最佳发动机奖的评选中，大众汽车公司研发的利用机械增压和涡轮增压进行双重增压的TSI发动机发动机成为最大亮点。各项评比中，125千瓦(170马力)新型1.4升TSI双增压发动机独得“1升-1.4升最佳发动机”和“2006年度最佳新型发动机”两项大奖。 1.4升TSI双增压发动机发动机已配备于大众汽车的运动型高尔夫GT和途安车型中，并分两种性能等级实现量产。运动型高尔夫GT配备的1.4升TSI发动机功率为125千瓦(170马力)，

16、百公里油耗仅为7.2升。,最新型的废气涡轮+机械复合增压分层直接喷射式汽油机,61,1.4升TSI发动机的性能相当于普通的2.3升发动机,62,63,64,P = barom T = 21C,Air Filter,P = -50mbar T = 25C,Comp,T = 180C,After cooler 中冷器,P = 2.1bar T = 40C,Turb,Exhaust Manifold,Inlet Manifold,P = 2bar T= 690C,P=,P = 50mbar T = 550C,Silencer 消音器,P = barom T = 400C,MAN D0836 6.9l

17、itre 206kW 18 ton truck, = 1.1kg/m, = 2.5kg/m, = 3.5kg/m,2.2,bar,65,66,Turbocharger Manufacturers,中国兵器装备集团公司湖南天雁机械有限责任公司 上海霍利威尔增压器公司（美国独资） 辽宁东方增压器（集团）公司 无锡holst工程有限公司 重庆ABB江津涡轮增压系统有限公司 潍坊富士达增压系统有限公司 重庆径流增压器厂 凤城市涡轮增压器制造有限公司 上海伊铭增压器制造有限公司 沈阳市黎明增压器制造有限公司 长春富奥石川岛增压器有限公司 浙江露笑集团涡轮增压器厂 潍坊信德玛珂工贸有限公司 常州中瑞汽车配

18、件有限公司 北京盖瑞特科技发展有限公司增压器厂,67,在国内六大主流增压器企业中，三家为本土企业、三家为跨国企业。 天雁 湖南天雁机械有限责任公司是中国南方工业汽车股份有限公司的国有控股子公司。具备年产30万台涡轮增压器和150万对气门的生产能力，建有省级技术中心，下辖增压器研究所、发动机配件研究所。公司规模生产销售涡轮增压器、气门、冷却风扇等汽车发动机零部件。 富源 潍坊富源增压器有限公司于1993年与新加坡国际投资有限公司、香港威润企业有限合资，专业生产涡轮增压器。增压器年生产能力40万台，是中国北方最大的增压器科研生产基地。产品应用于各种卡车，客车，船舶主、辅机，军事装备等最宽泛的领域。 康跃 寿光市康跃增压器有限公司始建于1963年，2001年改制为寿光市康跃增压器有限公司，2008年建成增压器行业首家博士后科研工作站。公司先后从美国、英国、德国等国家引进了先进的制造、检测设备和自动化装配线。其涡轮增压产品广泛应用于汽车、工程机械、农用机械、船舶动力、发电机组等领域。,68,霍尼韦尔 霍尼韦尔总部位于美国新泽西州莫里斯镇。作为霍尼韦尔在全球范围内建立的第十个涡轮增压器及相关产业的生产厂，霍尼