《车辆发动机废气涡轮增压》第七章.ppt

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1、1第七章涡轮增压系统涡轮增压技术涡轮增压技术2涡轮增压系统涡轮增压系统n 增压系统的发展n 实现高增压的增压系统n 改善低速工况性能的增压系统n 点燃式发动机增压3增压系统的发展增压系统的发展n在内燃机增压技术发展史上，首先出现定压增压系统，由子排气能量利用程度不高、增压器效率低等原因，没有获得成功。n1925年，Bchi博士根据各缸发火顺序将排气管分歧，在进、排气门叠开期内实现了扫气，使脉冲增压系统获得成功。n在不断追求高平均有效压力的低工况性能的发展史中，出现了多种增压系统。-(1)-(1)4增压系统的发展增压系统的发展-(2)-(2)n四冲程柴油机对增压系统的设计要求：1）在最大爆发压力

2、和最高缸内温度许可范围内，力求提高平均有效压力；2）起动及低工况性能好；3）瞬态特性好；4）排气能量利用率高；5）涡轮增压器总效率高；6）各缸工作过程均匀；7）制造成本低；8）便于系列化。5增压系统的发展增压系统的发展n随着车用发动机排放法规更加严格，迫使各汽车制造企业和发动机生产企业采用了不少先进技术来满足日益提高的排放法规。目前车用发动机主要采用单级涡轮增压、变几何涡轮增压，机械+涡轮并联的复合增压，可控两级涡轮增压应用的逐渐增多，电动辅助增压系统等的研究是当前的热点。-(3)-(3)6增压系统的发展增压系统的发展n为了提高柴油机的平均有效压力，必须提高增压压力，但受到最大爆发压力及最高温

3、度的限制，因此采用高增压，甚至超高增压方式而又不使最大爆发压力及最高燃烧温度过高的低压缩比高压比增压系统、可变压缩比VCR增压系统、Miller米勒系统、Hyperbar超高增压系统、气缸充量转换系统、二级增压系统等陆续问世。-(4)-(4)7增压系统的发展增压系统的发展n在平均有效压力不断提高的同时，发动机低工况性能的改善难度显得更大，因而谐振复合增压系统、高工况放气系统，可变截面涡轮系统、相继涡轮增压(STC)系统、补燃系统、可控两级涡轮增压系统，二次进气系统、顾氏系统、扫气旁通增压系统，自动变进排气供油定时(AVIEIT）系统等相继出现。-(5)-(5)8高增压比涡轮增压系统高增压比涡轮

4、增压系统n 米勒系统n 可变压缩比高增压系统n Hyperbar增压系统n 二级涡轮增压系统9高增压的增压系统高增压的增压系统-米勒系统米勒系统(1)(1)n柴油机进一步提高平均有效压力会受到最高爆发压力的限制，在低速运行时，充气量严重不足。n对米勒系统，在进气下止点前提前关闭进气门中止进气，使空气在气缸中膨胀以获得进一步冷却n进气门的关闭时刻可以自动控制，使发动机实际压缩比适应变负荷的需要，既可防止高负荷时爆发压力过高，又可满足起动及低负荷时充量的要求。10高增压的增压系统高增压的增压系统-米勒系统米勒系统(2)(2)n米勒系统技术特点：1）只改变进气门开闭时刻，从而改变实际压缩比，而排气门

5、定时不变，即膨胀比不变。大负荷时膨胀比大于压缩比；2）进气门定时变化使开、闭时间共同提前或延后，相应气门重叠角也发生变化。高负荷时、进气门提前开、提前关，重叠角增大，有利于扫气，并降低热负荷；低负荷时，进气门延后关，多进气；3）启动及低负荷时，采用高压缩比，改善了部分负荷性能；高增压时，采用低有效压缩比，限制了最高爆发压力的过分增大，以确保发动机的可靠性；4）米勒系统中，在进气过程中由于缸内膨胀而又冷却一次，故米勒系统可实现低温循环；5）米勒系统有较低的缸内温度，NOx排放较低；6）米勒系统与其他增压系统比较，达到同样的平均有效压力时需要有较高的增压比；在高增压时，往往需要采用二级增压系统。1

6、1高增压系统高增压系统-可变压缩比高增压系统可变压缩比高增压系统1 外活塞2 内活塞3 弹簧集油器4 弹簧泄油阀5 上油腔6 进油阀7 通道8 止回阀9 下油腔10 泄油孔可变压缩比活塞示意图可变压缩比活塞示意图12带膨胀室的变压缩比原理图带膨胀室的变压缩比原理图高增压系统高增压系统-可变压缩比高增压系统可变压缩比高增压系统1燃烧室2膨胀室13高增压系统高增压系统-HyperbarHyperbar超高增压系统超高增压系统(1)(1)1涡轮增压器 2起动电动机 3空气冷却器 4旁通空气管 5燃油泵 6空气调节器 7空气和排气的混合管 8补燃室 9点燃器和火焰控制器14高增压的增压系统高增压的增压

7、系统-HyperbarHyperbar超高增压系统超高增压系统(2)(2)n工作循环特点：1）高增压比；2）低压缩比；3）低温循环。n结构特点：1）旁通；2）旁通节流；3）补燃。15高增压的增压系统高增压的增压系统-HyperbarHyperbar超高增压系统超高增压系统(3)(3)n质量和尺寸方面特点：1）主要零部件结构尺寸基本不变；2）热负荷基本不变；3）机械负荷基本不变。n优缺点：1）功率增长幅度大；2）扭矩特性宽广；3）加速性好；4）排放污染轻；5）油耗高、结构复杂。16高增压的增压系统高增压的增压系统-两级涡轮增压系统两级涡轮增压系统(1)(1)n将两台不同大小的涡轮增压器串联运行，

8、空气经两级压气机压缩，并经过中冷，压气机可由同轴或不同轴的两台排气涡轮驱动。17高增压的增压系统高增压的增压系统-两级涡轮增压系统两级涡轮增压系统(2)(2)n单双轴式两级涡轮增压系统比较：1）双轴式运行范围宽，便于调节；2）两台独立运行的增压器各自在高效区，总效率高；3）双轴式无需专门设计制造，总造价低；4）单轴式所占空间小。18高增压的增压系统高增压的增压系统-两级涡轮增压系统两级涡轮增压系统(3)(3)n两级与单级涡轮增压系统比较：1）两级增压容易获得更高的增压压力，柴油机或获得更高的平均有效压力；2）因级的增压比越高，效率越低，所以两级比单级总效率高；3）两级增压便于中冷，可减少压缩功

9、，提高压气机效率，降低柴油机热应力；4）两级增压可扩大运行范围，便于匹配；5）两级增压可降低级的轮周速度，叶轮和叶片应力小，强度高，可靠性好。19高增压的增压系统高增压的增压系统-两级涡轮增压系统两级涡轮增压系统(4)(4)n缺点：1）两级增压空间大，质量大，造价高；2）两级增压之间的联合管道中，气体流动阻力和热损失大。n高、低压级的能量分配，即高、低压级涡轮膨胀比及压气机的增压比的分配，是两级增压系统设计关键20改善低速工况性能的增压系统改善低速工况性能的增压系统n 相继涡轮增压(STC)系统n 二次进气(SIP)增压系统21相继增压柴油机的结构示意图 改善低速工况性能的增压系统改善低速工况

10、性能的增压系统-相继增压系统相继增压系统(1)(1)n投入运行的涡轮增压器处于相对较小喷嘴环面积下运行，n发动机在整个运转区域内有较高的增压比和较好经济性。22改善低速工况性能的增压系统改善低速工况性能的增压系统-相继增压系统相继增压系统(2)(2)23改善低速工况性能的增压系统改善低速工况性能的增压系统-二次进气系统二次进气系统n进气门关闭角度在下止点前10-25CA不变，但排气门在进气冲程下止点前50-20CA左右再开一次，目的是在起动和25%负荷以下运行时，使排气管中的一小股排气流入气缸，保证起动和低工况运行。24点燃式发动机增压点燃式发动机增压n汽油机涡轮增压近年来也逐步发展起来，如国

11、内的Audi，magotan，Passat，Lacrosse，Cruze，Bora等都有增压机型。n其主要目的是提高升功率，减小发动机的尺寸和重量。也就是目前国际上流行的“downsize”概念。-(1)-(1)25点燃式发动机增压点燃式发动机增压n汽油机增压所遇到的主要问题有两个：n一、汽油机增压后，热负荷增大，汽油机更易发生爆震。所谓爆震就是汽油机燃烧室内的末端气体在火焰前锋未到达之前的强烈自燃引起压力波的传播并通过机体向外传出噪声。强烈爆震可导致发动机性能下降，零件损坏。n二、汽油机的转速很高，在这么宽的转速范围内达到增压器与发动机的良好匹配很难。-(2)-(2)26点燃式发动机增压点燃

12、式发动机增压对于增压汽油机的爆震问题可以从四个方面考虑解决问题：1)采用增压中冷技术降低进气温度，从而控制最高燃烧温度。2)在整个转速范围内控制增压压力不要过高，一般汽油机的压比应控制在1.8以下。这可以通过采用带废气放气阀的增压器或可变截面涡轮增压器来实现。3)适当降低汽油机的压缩比。虽然降低压缩比在一定程度上导致热效率的降低，但汽油机增压后机械效率的提高会弥补压缩比降低所带来的热效率的降低。所以汽油机增压后，油耗还是会降低的。-(3)-(3)27点燃式发动机增压点燃式发动机增压4)适当减小点火提前角也可以降低汽油机的爆震倾向。现代电控汽油机对点火提前角的柔性控制可以在防止爆震和取得良好经济

13、性之间取得良好的平衡。-(4)-(4)28点燃式发动机增压点燃式发动机增压n车用汽油机转速范围很宽，在匹配涡轮增压器时，满足了低速要求，则发动机高速时往往会发生增压压力过高，而引起爆震。因此汽油机增压时必须限制高速时的增压压力。如前所述，可以采用带废气放气阀的增压器或可变截面涡轮增压器来既满足低速时的增压压力也能使高速时的增压压力不过高。n如此同时，由于汽油机的转速范围宽，进气流量变化的范围就很大，而压比变化的范围却很小。所以对与汽油机匹配的涡轮增压器来说，不仅要求其压气机低增压压比时的效率要求高，还要求压气机的高效率区的范围要宽。只有这样，汽油机与增压器才能取得比较好的匹配。-(5)-(5)

14、29点燃式发动机增压点燃式发动机增压n对于汽油机来说，由于其排气温度较高，所以对其匹配的增压器，涡轮叶轮必须采用特殊材料，现在国际上技术领先的公司都宣称其涡轮设计足以承受进口温度为1050的高温。同时由于涡轮端热负荷太大，对于汽油机涡轮增压器其涡轮壳一般带水冷套。-(6)-(6)30作业作业n柴油机增压技术发展历史；n柴油机增压匹配技术阐述；n涡轮增压器的流动模拟方法综述。分组：按学号后两位除3除尽为第1组余1为第2组余2为第3组-论文题目论文题目31作业作业要求：n格式参照中北大学学报n参考文献不少于10篇n字数4000n手写纸质和电子版n不能直接抄袭，引用要指明出处n11月14日交n187 3492 1537