發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓技術(shù)

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1、發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓技術(shù)TableofContents渦輪增壓技術(shù)概述1渦輪增壓的基本原理2可變渦輪增壓技術(shù)3增壓中冷技術(shù)4一、概述為提高平均有效壓力以增加氣缸內(nèi)封存氣體密度的方法，叫做增壓。從廣義上，凡是能夠?qū)l(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣密度提高到高于周圍環(huán)境密度的一切方法，都稱為增壓。增壓的目的是通過增加充氣量，以提高功率，改善經(jīng)濟(jì)性和排放性。一、概述1905年，瑞士工程師AlfredBuchi首先提出了渦輪增壓的概念。20世紀(jì)50年代初，渦輪增壓技術(shù)由船舶領(lǐng)域應(yīng)用的車用領(lǐng)域。1953年，美國Garrett公司將其渦輪增壓器安裝

2、在Caterpillar（卡特彼勒）公司的D9發(fā)動(dòng)機(jī)上，在提高柴油機(jī)功率和改善燃油經(jīng)濟(jì)性方面取得良好效果。從20世紀(jì)60年代起，國外開始在車用柴油機(jī)上大量采用渦輪增壓技術(shù)。20世紀(jì)70年代末，汽油機(jī)渦輪增壓技術(shù)取得突破性進(jìn)展。20世紀(jì)80年代中期該技術(shù)大量應(yīng)用和推廣。一、概述渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)是依靠渦輪增壓器來加大發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量的一種發(fā)動(dòng)機(jī)，渦輪增壓器(Turbo)實(shí)際上就是一個(gè)空氣壓縮機(jī)。它是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣作為動(dòng)力來推動(dòng)渦輪室內(nèi)的渦輪(位于排氣道內(nèi))，渦輪又帶動(dòng)同軸的葉輪位于進(jìn)氣道內(nèi)，葉輪就壓縮由空氣濾清器

3、管道送來的新鮮空氣，再送入氣缸。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速加快，廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速也同步加快，空氣壓縮程度就得以加大，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量就相應(yīng)地得到增加，就可以增加發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率了。一、概述二、渦輪增壓的基本原理基本概念發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率為：式中：Pme——發(fā)動(dòng)機(jī)的平均有效壓力；Vs——發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸工作容積，Vs=SπD2/4n——發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速i——?dú)飧讉€(gè)數(shù)т——沖程數(shù)二、渦輪增壓的基本原理基本概念增壓后發(fā)動(dòng)機(jī)功率的增長程度常以增壓度表示增壓度是指發(fā)動(dòng)機(jī)在增壓后增長的功率與增壓前的功率之比式中：ρs——增壓后充氣密度；ρ

4、0——增壓前充氣密度；Фk——范圍為10%~60%，大部分為20%~30%二、渦輪增壓的基本原理渦輪增壓器根據(jù)廢氣在渦輪機(jī)不同的流通方向，可分為徑流式渦輪和軸流式渦輪兩大類。大中型柴油機(jī)多采用軸流式渦輪增壓器，而對(duì)于車用發(fā)動(dòng)機(jī)則用徑流式增壓器。廢氣渦輪增壓兩種基本類型：定壓增壓系統(tǒng)；脈沖增壓系統(tǒng)下圖為徑流式渦輪增壓機(jī)的工作原理圖，它是由離心式壓氣機(jī)和徑流式渦輪機(jī)這兩部分，以及支撐裝置、密封裝置、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)所組成。二、渦輪增壓的基本原理離心式壓氣機(jī)的工作原理。離心式壓氣機(jī)主要由進(jìn)氣道、工作輪、擴(kuò)壓器和出

5、氣渦流殼組成?？諝庋厥諗康妮S向進(jìn)氣道流入時(shí)，氣流略有加速。二、渦輪增壓的基本原理徑流式渦輪機(jī)主要由進(jìn)氣渦輪殼、噴嘴環(huán)、工作輪及出氣道組成。進(jìn)氣渦輪殼的作用是引導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣均勻的進(jìn)入渦輪。根據(jù)增壓系統(tǒng)的要求，渦輪殼可以有1個(gè)、2個(gè)甚至更多的進(jìn)氣口。由發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管中排出的氣體以一定的速度經(jīng)進(jìn)氣渦輪殼流入噴嘴環(huán)。在噴嘴環(huán)上均勻地安裝具有一定角度的許多葉片，這就使燃?xì)饨?jīng)過葉片間的通道后更具有方向性，使氣流更加均勻且有秩序的進(jìn)入渦輪機(jī)工作輪。葉片間的通道面積是漸縮的，使部分壓力勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的動(dòng)能，即氣體的壓力降低，

6、溫度降低，氣體的流動(dòng)速度增加；工作輪的輪周功完全有氣體的絕對(duì)速度動(dòng)能轉(zhuǎn)化，工作輪的出口氣體速度下降，同時(shí)，壓力與溫度也下降優(yōu)點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量和體積增加很少情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)不需作重大改變很容易提高功率20%~50%。由于不像機(jī)械增壓時(shí)壓比受到限制，故進(jìn)來高增壓的趨勢(shì)越來越明顯。高增壓時(shí)功率提高甚至可大于100%由于廢氣能量的回收，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性會(huì)明顯的提高。一般由于廢氣能量的回收能提高經(jīng)濟(jì)性3%~4%,再加上相對(duì)地減少了機(jī)械損失及散熱損失，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率和熱效率，使發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓后油耗率降低5%~10%渦輪增壓

7、發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)海拔高度的變化有較強(qiáng)的適應(yīng)力，渦輪增壓除了用來提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率外還可用做高原高原發(fā)動(dòng)機(jī)回復(fù)功率渦輪增壓后排氣噪聲相對(duì)減少，排氣煙度及排氣中有害成分也減少，故對(duì)減少污染是有利的缺點(diǎn)：迄今為止渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性已接近不增壓或機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，擔(dān)仍有差距與機(jī)械增壓相比，渦輪增壓時(shí)熱負(fù)荷問題較為嚴(yán)重對(duì)大氣溫度及排氣背壓比較敏感，故經(jīng)常在高背壓下工作的發(fā)動(dòng)機(jī)不宜采用渦輪增壓三、可變渦輪增壓技術(shù)普通渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在全負(fù)荷狀態(tài)下時(shí)排氣能量非?？捎^，但當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，排氣能量卻小的可憐，此時(shí)渦輪增壓器就會(huì)由于驅(qū)動(dòng)

8、力不足而無法達(dá)到工作轉(zhuǎn)速，這樣造成的結(jié)果就是，在低轉(zhuǎn)速時(shí)，渦輪增壓器并不能發(fā)揮作用，這時(shí)候渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力表現(xiàn)甚至?xí)∮谝慌_(tái)同排量的自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，這就是我們經(jīng)常說的“渦輪遲滯”現(xiàn)象。對(duì)于傳統(tǒng)的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，解決渦輪遲滯現(xiàn)象常使用小尺寸的輕質(zhì)渦輪，首先，小渦輪會(huì)擁有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，因此在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)較低轉(zhuǎn)速下渦輪就能達(dá)到最佳的工作轉(zhuǎn)速，從而有效改善渦輪遲滯的現(xiàn)象。不過，使用小渦輪也