發(fā)動機(jī)廢氣渦輪增壓

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1、第九章發(fā)動機(jī)排氣渦輪增壓顧寶興第一節(jié)概述增壓是發(fā)動機(jī)提高功率最有效的方法。各種增壓方法中，以廢氣渦輪增壓技術(shù)最成熟，效率也高，應(yīng)用最廣。近年來汽車發(fā)動機(jī)采用廢氣渦輪增壓日漸普遍。增壓：利用增壓器將空氣或可燃混合氣進(jìn)行壓縮，再送入發(fā)動機(jī)氣缸的過程。增壓后，每循環(huán)進(jìn)入氣缸內(nèi)的新鮮充量密度增大，使實(shí)際充氣量增加,提高發(fā)動機(jī)功率和改善經(jīng)濟(jì)性。本章重點(diǎn)介紹：1.汽車發(fā)動機(jī)增壓系統(tǒng)常用的廢氣渦輪增壓器的離心式壓氣機(jī)和徑流式渦輪機(jī)的主要工作參數(shù)和流通特性；2.恒壓增壓系統(tǒng)和脈沖增壓系統(tǒng)；3.增壓發(fā)動機(jī)的性能。本章的目的是要在熟悉廢氣渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)的前提下，掌握離心式壓氣機(jī)和徑流

2、式渦輪機(jī)的工作原理，掌握廢氣渦輪增壓器與柴油機(jī)的匹配特性及其調(diào)整。為了提高發(fā)動機(jī)的輸出功率Pe，由式：可知，通過下列方法可提高功率：1）加大氣缸總排量iVs，即增加氣缸數(shù)i，增大氣缸直徑D和行程S；2）提高轉(zhuǎn)速n或活塞平均速度Cm；3）提高平均有效壓力pme；顯然，用加大車用發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)來提高發(fā)動機(jī)功率，將受到安裝位置和自重的限制。通過提高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，向高速發(fā)動機(jī)發(fā)展雖然是可行的，但發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)度的提高受到活塞平均速度的限制，因?yàn)槌錃庑?v和機(jī)械效率?m都將隨著活塞平均速度的提高而顯著下降。此外，燃料經(jīng)濟(jì)性、發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性、機(jī)件壽命及噪聲等因素也限制了活塞平均速度

3、的提高。只有提高發(fā)動機(jī)的平均有效壓力才是最經(jīng)濟(jì)有效的方法，它可通過減小過量空氣系數(shù)?a，提高充氣效率?v和增加進(jìn)入氣缸的充量密度ρk來實(shí)現(xiàn)。因此，增大進(jìn)氣密度，即提高進(jìn)入氣缸空氣的壓力，降低進(jìn)入氣缸空氣的溫度Tk是提高平均有效壓力pme最有效的方法。提高進(jìn)入氣缸空氣的壓力和降低進(jìn)入氣缸空氣的溫度的辦法是采用增壓和中冷技術(shù)。渦輪增壓的原理紅色為高溫廢氣，藍(lán)色為新鮮空氣渦輪增壓套件增壓的衡量指標(biāo)增壓度為了說明發(fā)動機(jī)在采用增壓后使功率得到提高的程度，提出增壓度的概念。增壓度是指發(fā)動機(jī)增壓后增長的功率與增壓前的功率之比：式中、分別為發(fā)動機(jī)增壓后和增壓前的有效功率。增壓度取決

4、于所采用的增壓系統(tǒng)，采用中冷可使增壓度提高。汽油機(jī)的增壓度受到爆燃燃燒的限制。柴油機(jī)的增壓度受到燃燒最高爆發(fā)壓力的限制，通常以降低壓縮比來補(bǔ)償。增壓度小于1.9時(shí)，為低增壓；在1.9~2.5范圍內(nèi)，為中增壓；在2.5~3.5范圍內(nèi)，為高增壓；大于3.5時(shí)為超高增壓。目前，車用發(fā)動機(jī)的增壓度不高，在0.1~0.6的范圍內(nèi)，大部分為0.2~0.3，而船用大型低速四沖程柴油機(jī)的增壓度可達(dá)到3.0以上。這是因?yàn)檐囉冒l(fā)動機(jī)增壓不僅要求功率增加，而且還要在較大的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷范圍內(nèi)滿足動力性、經(jīng)濟(jì)性、排放與成本等多方面的要求，因此增壓度一般不宜過高。增壓比增壓比是指增壓后空氣壓力p

5、k與增壓前的空氣壓力po之比增壓發(fā)動機(jī)按照增壓比的大小可以分為：低增壓，相應(yīng)的pme=0.7~1MPa；中增壓相應(yīng)的pme=1~1.5MPa；高增壓，相應(yīng)的pme>1.5MPa。增壓系統(tǒng)的分類根據(jù)驅(qū)動增壓器所用能量的來源不同，增壓方法基本上可以分為以下幾類：機(jī)械增壓是一種通過發(fā)動機(jī)曲軸直接驅(qū)動壓氣機(jī)，以提高發(fā)動機(jī)進(jìn)氣壓力的增壓方式，如右圖所示。機(jī)械增壓器由發(fā)動機(jī)曲軸經(jīng)齒輪增速器驅(qū)動。機(jī)械增壓器與發(fā)動機(jī)容易匹配，結(jié)構(gòu)也比較緊湊。但是，由于驅(qū)動增壓器需消耗發(fā)動機(jī)功率，因此燃油消耗率比非增壓發(fā)動機(jī)略高。廢氣渦輪增壓是車用發(fā)動機(jī)廣泛采用的一種增壓方式，主要由渦輪機(jī)和壓氣機(jī)構(gòu)

6、成。廢氣渦輪增壓器與發(fā)動機(jī)無機(jī)械聯(lián)系。這種增壓方式能有效地利用排氣的能量進(jìn)行增壓，所以經(jīng)濟(jì)性比機(jī)械增壓和非增壓發(fā)動機(jī)好。并可大幅度地降低有害氣體的排放和噪聲水平。缺點(diǎn):由于渦輪機(jī)是流體機(jī)械，而發(fā)動機(jī)是動力機(jī)械裝置，因此增壓發(fā)動機(jī)低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩增加不多；在發(fā)動機(jī)工況發(fā)生變化時(shí)，瞬態(tài)響應(yīng)特性較差，從而使得低速加速性較差。在大功率柴油機(jī)上采用比較多，其發(fā)動機(jī)輸出功率大、燃油消耗率低、噪聲小，只是結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，技術(shù)含量高，維修保養(yǎng)不容易。將廢氣渦輪增壓和機(jī)械增壓組合使用。復(fù)合式增壓系統(tǒng)氣波增壓利用排氣壓力波使空氣受到壓縮，以提高進(jìn)氣壓力的方式。氣波增壓器設(shè)有一個(gè)特殊形狀的氣波增

7、壓器轉(zhuǎn)子，由發(fā)動機(jī)曲軸帶輪經(jīng)傳動帶驅(qū)動。在轉(zhuǎn)子中發(fā)動機(jī)排出的廢氣直接與空氣接觸，利用排氣壓力波使空氣受到壓縮，以提高進(jìn)氣壓力。氣波增壓器結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，工作溫度不高，不需要耐熱材料，也無需冷卻。與渦輪增壓相比，其低速轉(zhuǎn)矩特性好；但其體積大，噪聲水平高，安裝位置受到一定的限制。氣波增壓增壓技術(shù)的優(yōu)、缺點(diǎn)增壓的優(yōu)點(diǎn)有：1）在保證輸出功率Pe不變的情況下，可以使氣缸數(shù)減少或者氣缸直徑減小，從而可以減小發(fā)動機(jī)的比質(zhì)量和外形尺寸。2）提高熱效率，降低燃油消耗率。3）減少排氣污染和噪聲。4）降低發(fā)動機(jī)的單位功率造價(jià)。5）對補(bǔ)償高原功率損失十分有利。1）增壓發(fā)動機(jī)的機(jī)械負(fù)