柴油机增压及中冷技术

V5
V6
百度文库＝ p5 为压力升高比；
p4
1

V1 V2
为压气机的压缩比；

＝ V3 2 V4
为内燃机压缩比；

0＝
1
为增压内燃机总增压比
2
；
变压（脉冲）涡轮增压内燃机热力循环
与等压涡轮增压热力循环不同， 变压涡轮增压内燃机气体从状态 4进入变压涡轮中排气能量不会 由于排气管突然变粗而膨胀损失， 进入变压涡轮前气体压力在p4与 p4’之间变化。如不计气体流动摩 擦损失，气体在涡轮中的膨胀从 开始排气时的p4→p5到最后p1’ →p5。
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。
主要用途：提高发动机低速扭矩
机械增压的种类
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。
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。
证涡轮从废气中获取足够能量达到压气机的需求。
变截面涡轮增压器工作原理
日产公司射流 涡轮增压器
通过一个活阀改变喷嘴的面积，进而改变不同转速的增压压力匹配。 仅用一个活阀就可改变涡轮进气截面，非常紧凑，效率偏低。
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。
可变喉口截面控制板可以由电磁阀进行无级调整。
可变叶片增压器
本田可变叶片增压器
废气涡轮分：
轴流式； 径流式； 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；
等压涡轮增压。
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。
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的排放。
内燃机增压的类型
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。
康明斯增压发动机局部解剖图
机械增压
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，增压压力不能 过高。
4.2.2柴油机增压、中冷新技术
双增压器顺序增压； 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； 增压中冷技术。
双增压器顺序增压布置
双增压器顺序增压气体流动与增压效果
4.2.1 内燃机增压的基本知识
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。
增压的范围（按增压压力pc大小）
低增压： pc<0.18MPa（内燃机平均有效压力pe＝0.8～1.0MPa）； 中增压： pc＝0.18～0.25MPa（内燃机平均有效压力pe＝0.9～ 1.5MPa）； 2.2高M增P压a）：；pc＝0.25～0.35MPa（内燃机平均有效压力pe＝1.4～ 超高增压： pc>0.35MPa（内燃机平均有效压力pe>2.0MPa）。
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。
变截面涡轮增压器VGT或VNT
可变涡轮喉口截面增压器
低速
高速
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
可变涡轮喉口截面增压器工作原理
内燃机的等容放热过程4→1可看 成为涡轮的等容加热过程1→4， 然后为气体在涡轮内的等熵膨胀 4→5。5→6为等压放热。6→1为 其他在压气机中的等熵压缩。
内燃机增压的优缺点
优点：
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；
增加了柴油机的机械负荷； 增加了柴油机的热负荷。 增加了发动机的体积
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 燃机燃油好率可低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。
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。
增压的方式：恒压、变压（脉冲）
恒压涡轮增压内燃机热力循环
等压涡轮增压内燃机热力循 环由12 3’ 3 4 1和燃气轮机循环7 1 5 6 7组成。
涡轮增压内燃机热力循环热 效率：
i
1
0k1[(
k1 1) k(
1)]
＝ V6 为初膨胀比； ＝ V7 为后膨胀比；
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。
可变进气道增压器性能
可变喷嘴环增压器
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。 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。 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