发动机原理课件第八章内燃机增压及中冷技术

发动机原理课件第八章内燃机增压及中冷技术第1页，共25页，2023年，2月20日，星期三增压：为提高平均有效压力以增加气缸内封存气体密度的方法。（广义上，凡是能够将内燃机进气密度提高到高于周围环境密度的一切方法，都称为增压。）目的：通过增加充气量，以提高功率，改善经济性和排放性提高发动机功率的途径：第一节发动机增压的基本知识改变结构参数。增加i、Vs(D、S)，减少τ，但体积和重量增加提高转速。但充气效率和机械效率减少，机件寿命减少，噪音大提高平均有效压力Pme。提高平均有效压力Pme

方法：减少过量系数

提高充气效率

增加充气密度（增压）第2页，共25页，2023年，2月20日，星期三增压度φ：发动机在增压后增长的功率与增压前功率之比

φ范围：10%~60%。大部分为20%~30%。增压压比k：进入气缸的气体压力Pk与大气压力P0之比增压的范围:低增压：k

＝1.3~1.6（内燃机平均有效压力pe＝0.7～1.0MPa）中增压：k

＝1.6~2.5（内燃机平均有效压力pe＝1.0～1.5MPa）高增压：k

＞2.5（pe＞1.5MPa）；超高增压：k

＞3.5（pe>2.0MPa）。第3页，共25页，2023年，2月20日，星期三内燃机增压的优缺点改善了发动机性能：提高了内燃机机械效率；提高了内燃机的指示热效率；改善了燃烧过程。增加了发动机的比功率；扩大了内燃机高原适应性：有利于降低有害气体排放和噪声。(汽油机HC降低，空气充足使柴油机碳烟有所降低；温度高使着火延迟期缩短使柴油机柔和）增加了柴油机的机械负荷；增加了柴油机的热负荷。优点：缺点：第4页，共25页，2023年，2月20日，星期三按照实现增压所提供的能量可分：机械增压；废气涡轮增压；气波增压；复合增压谐波增压（汽油机）第二节发动机增压的类型第5页，共25页，2023年，2月20日，星期三１、机械增压由曲轴经过齿轮增速箱驱动压气机。机械增压增压压力高，压气机消耗的功率大。为使内燃机机械效率不要过分下降，增压压力Pk不能过高。Pk<160~170KPa主要用途：提高发动机低速扭矩第6页，共25页，2023年，2月20日，星期三机械增压器的种类机械增压所用的压气机除离心式压气机外，在车用内燃机上常用容积式压气机：罗茨式；螺杆式；转子活塞式。第7页，共25页，2023年，2月20日，星期三２、废气涡轮增压废气涡轮增压利用内燃机排气中能量来实现增压，比机械增压经济性好，比非增压自然吸气式内燃机燃油耗率可低5%～10%。质量功率和体积功率比非自然吸气内燃机明显改善，因而在内燃机上得到广泛应用。第8页，共25页，2023年，2月20日，星期三废气涡轮增压的分类废气涡轮增压器主要由压气机和废气涡轮组成。压气机主要是离心式的。废气涡轮分：轴流式；径流式；(小流量，车用)斜流式（混流式）。由于内燃机排气能量利用的不同，有两种经典的、基本的增压形式：脉冲涡轮增压—变压系统(直接、响应快，排气管细)等压涡轮增压—恒压系统(发动机背压大)第9页，共25页，2023年，2月20日，星期三３、气波增压气波增压是通过气波增压器利用气体质点和压力波的反射特性，使排气和进气之间进行直接的能量交换，以增大进气密度。气波增压对内燃机工况反映迅速，使气波增压的加速性好，且低速时空气的压缩程度高，低速扭矩好。工作温度低，不需要耐高温材料。但体积大，噪声大，安装位置受到一定限值。匹配要求高，防止窜烟。第10页，共25页，2023年，2月20日，星期三气波增压器转子展开图第11页，共25页，2023年，2月20日，星期三４、复合增压机械增压与废气涡轮增压组合。谐波增压与废气涡轮增压组合。第12页，共25页，2023年，2月20日，星期三５、谐波增压—ACIS第13页，共25页，2023年，2月20日，星期三双增压器顺序增压多缸发动机上使用两台增压器。在低速时，使用一台增压器以提高废气能量利用效率，改善低速反映性能。在中高速时，使用两台增压器以保证发动机功率输出。第14页，共25页，2023年，2月20日，星期三第三节增压器可变进气道增压器；可变喷嘴环增压器；可变涡轮喉口截面增压器；可变叶片增压器；废气放气增压器；进气回流增压器；射流涡轮增压器；斜流涡轮增压器；第15页，共25页，2023年，2月20日，星期三可变进气道增压器低速时使用一个进气通道；高速时，进气量大，使用两个通道，可以改善增压发动机的过渡性能。第16页，共25页，2023年，2月20日，星期三可变进气道增压器性能第17页，共25页，2023年，2月20日，星期三可变喷嘴环增压器低速时，喷嘴角度小，流通截面小；高速时喷嘴角度大，流通截面能保证涡轮从废气中获取足够能量达到压气机的需求。各喷嘴环1通过轴销2固定在涡壳5上，再经传动杆3与喷嘴控制盘4相连。转动喷嘴控制盘即可改变喷嘴环的角度。通过调整涡壳5与涡轮叶轮6之间的喷嘴环角度来调整涡轮流通截面。第18页，共25页，2023年，2月20日，星期三可变喷嘴环增压器特性左图中①～④是喷嘴环角度以此减小的情况。随着内燃机转速下降，压气机的增压压力不但没有下降，反而提升到高转速水平，从而保证增压内燃机的低速性能。可调喷嘴环用于增压器与内燃机的高速匹配。通过可调喷嘴环改善低速性能。第19页，共25页，2023年，2月20日，星期三可变涡轮喉口截面增压器1.压气机；2.可变喉口截面调整板；3.调整板及调整机构；4.操纵机构；5.操纵机构控制电磁阀；6.涡轮；A.最小喉口截面；B.最大喉口截面低速高速第20页，共25页，2023年，2月20日，星期三可变涡轮喉口截面增压器工作原理可变涡轮喉口截面增压器是再废气量不变的情况下改变进入涡轮的状态参数，从而改变从废气中获取能量的大小。小喉口截面将使进入涡轮的废气加速，作用在涡轮叶片上的冲击力增加（此时涡轮效率将有所降低），空气增压压力增加，从而满足内燃机在低速小负荷时的需要。内燃机在高速大负荷时，可以保证涡轮在高速范围运行，这时喉口截面处于最大位置，排气背压最小，涡轮效率最大。可变喉口截面控制板可以由电磁阀进行无级调整。第21页，共25页，2023年，2月20日，星期三可变叶片增压器可变喷嘴环技术类似，通过压气机结构（叶片角度）的变化，来调整增压压力与发动机转速负荷的匹配关系。多个可变叶片，效率高，但结构复杂，成本高、体积大。三菱多阀VG增压器本田可变叶片增压器第22页，共25页，2023年，2月20日，星期三废气放气增压器车用增压内燃机为获得低速大扭矩和良好的加速性能，涡轮增压器一般按内燃机低速、小流量设计。轿车用增压器设计转速为内燃机标定转速的40%左右。公共汽车、重型车用的增压器设计转速为内燃机标定转速的60%左右。高速时，将会使增压压力过高，增压器超速，柴油机爆发压力过大，汽油机容易引起爆震。为此，设计增压器常增加废气放气阀，在高速时将一部分废气旁通掉，加以控制增压压力。第23页，共25页，2023年，2月20日，星期三废气放气增压器工作原理废气门3与增压器2的涡轮并联地连接在内燃机1的排气管上。废气门的阀门固定在膜片上，膜片上部通大气，并受弹簧的作用，下部与压气机出口的增压空气相通。平时，弹簧将废气门的阀门压在阀座上，内燃机排气管来的废气不能经阀门旁通到涡轮出口的排气管内。一旦增压压力对膜片的作用超过弹簧的预紧力，废气门打开，一部分废气不经涡轮直接从涡轮出口排入大气中。涡轮作功减小，空气的增压压力回落，以实现空气增压压力的自动调节。第24页，共25页，2023年，2月20日