汽车发动机原理课件——第7章发动机废气涡轮增压

• 4．复合式增压和组合式涡轮增压
7.2 废气涡轮增压器的基本结构和工作原理
1—压气机蜗壳 2—压气机叶轮 3—密封套 4—推力轴承 5—挡油板 6—隔热板 7—卡环 8—涡轮机叶轮 9—涡轮机蜗壳
径流式涡轮
• 1.燃气在涡轮机中的流动
2.涡轮机特性曲线
• 1）涡轮效率 • 2）膨胀比
T
WT HT
离心式压气机的工作原理与特性
• 1．基本工作原理和主要参数
１—进气道 2—工作轮 3—扩压器 4—出气蜗壳
•
压气机中气流参数的变化
• 压气机的主要参数
（1）增压比 k pk / p0
（2）流经压气机的每秒质量流量 mk
（3）压气机转速 nk
（4）压气机的绝热效率 adk
（5）压气机功率 Pk
T
来自百度文库
pT* p0'
• 3）气体流量
——无量纲的相 似流量
qmT TT* pT*
• 4）涡轮转速
• 涡轮机所发出 的功率
n TT*
PT
qm TH T 1000
T
涡轮机特性曲线是以相 似流量为横坐标，以膨 胀比为纵坐标，以相似 转速为参变量的一组曲 线，
涡轮机的阻塞
• 当转速一定时，相似流量随膨胀比 的增大而增大，直到达到流量最大 值，喷嘴环或涡轮叶片轮中某处气 流速度已经达到了当地声速，即使 再继续增大膨胀比，该处的气流速 度仍维持当地声速，涡轮流量也不 会再增加，这种现象称为涡轮机的 阻塞现象，这时的流量称为阻塞流 量。
将是增加的 pmik pmi0
•增压后充量系数变 化
ck c0
Tk T0
0.25
车用增压柴油机经济性运行特点
• 指示功率和有效功率都得到提高 • 改善高负荷区的运行经济性 • 在低负荷区，涡轮增压器的能量转换较差，
柴油机进、排气阻力及换气损失增加，增 压对经济性没有明显的好处
改善废气涡轮增压发动机转矩特性的途径
Pe
it a
cm sn
1
be itm
增压前后发动机参数对比
pek sk itk ck mk pe0 s0 it 0 c0 m0
bek it0 m0 be0 itk mk
• 说明
• 1）itk it0 1 过量空气系数在增压前后保持不变，则
增压后的供油量将相应增大，以适应空气质量增加的需要， 同时配气定时也要进行适当的调整，这样可以保证热效率
• 2）压气机的喘振与堵塞 1）喘振现象 2）喘振原因 3）避免喘振
• 堵塞
• 3）压气机通用特性
• 折合流量
101.33 mknp mk p0
T0 293
• 折合转速
nknp nk
293 T0
7.3废气涡轮增压的类型与废气能量的利用
• 废气涡轮增压的类型 1．定压涡轮增压系统 2．脉冲涡轮增压系统
基本不变或略有提高
• 2）进气密度的变化
k 1
adk
T0
pk p0
k
Tk T0
1
sk pk T0 s0 p0 Tk
k 1
1
sk s0
pk p0
1
1 adk
pk p0
k
1
• 机械效率变化（提高） 由于增压后平均指示压力提高，而平均机械损失压力基本
保持不变（在转速相同的前提下），那么机械效率在增压后
（2）提高发动机转速或活塞平均速度； （3）提高发动机的平均有效压力。
发动机增压的概念和特点
• 所谓增压，就是利用增压器将空气或可燃 混合气进行压缩，再送入发动机气缸的过 程。
• 特点： （1）尺寸减小，质量减轻 （2）摩擦损耗相对较小 （3）可将扭矩特性改进为低速高扭矩这对车
用机非常有利 （4）可进行高原功率补偿补
• 保证发动机在低速时具有较高的增压压力和较高的转矩， 而在高速时增压压力又不致过高，防止发动机热负荷过
大和涡轮增压器超速
• 1．排气旁通
• 2．进气旁通 • 3．可变截面涡轮
1）双蜗壳通道涡轮 2）可变蜗壳通道流通截面涡轮
3）变喷嘴环流通截面涡轮
• 废气涡轮增压对发动机其他性能的影响 1．降低排气污染和噪声 2．低速转矩性能变差 3．加速性能变差 4．起动与制动有一定困难
流动损失，所以将1kg空气从压缩到消耗的
实际压缩功为
hk
cp T4
T0
k
k
1
RT4
T0
• 故压气机的绝热效率
k 1
adk
hadk hk
k
k
1
R
T0
pk p0
k
1
k
k 1
RT4
T0
T
' 4
T0
T4 T0
2．压气机特性曲线
• 1）压气机的流量特 性
——压气机转速不变 时，压气机的增压 比和绝热效率 随空气流量的变化 关系
（5）排放降低 （6）降低噪声。
（7）机械损失减少，经济性得到改善 （8）零部件的机械负荷和热负荷增加 几个概念： 增压度——发动机在增压后增长的功率与 增压前的功率之比
k
Pek Pe0 Pe 0
Pe k Pe 0
1
• 增压比是指增压后气体压力与增压前气体 压力之比，简称压比
k
pk p0
增压的结构形式及分类
•机 械 式 增 压
1—排气管 2—气缸 3—曲轴 4—齿轮副 5—压气机 6—进气管
• 2．废气涡轮增压
1—排气管 2—涡轮壳体 3—涡轮 4—转子轴 5—压气机 6—集气器 7—进气管
• 3．气波增压
1—发动机 2—转子 3—带轮驱动 4—高压排气 5—高压空气 6—低压空气 7—低压排气
mk hadk adk
•adk 的推导过程： • 1kg 空气的绝热压缩功与实际压缩功之比
k 1
T
' 4
T0
pk p0
k
• 按理想情况，将1kg空气从压缩到，耗功最 小的是绝热过程，所需的绝热压缩功为
k 1
hadk c p T '4 T0
k
k 1
RT0
pk p0
k
1
• 由于实际压缩是多变过程，伴随着摩擦和
第七章 发动机废气涡轮增压
• 7.1 发动机增压的基本方法与原理
• 提高发动机的有效功率和平均有效压力 的途径
Pe
pmeVsin 103
30
Vs
πd2 4
S,
cm
Sn 30
Pe iD2Sn pme / iD2cm pme /
pm e
it a
mc s
（1）改变发动机的结构参数，如增加气缸数、 增大气缸直径、活塞行程和减少行程数等；
废气能量的利用
• 1．废气的最大可用能
图7.14 四冲程增 压柴油机理论示功 图
2．影响脉冲能量利用的因素
• 1）排气门开启定时 • 2）排气门流通面积 • 3）排气门开启规律 • 4）排气管流通面积 • 5）排气管长度 • 6）涡轮当量流通面积
7.4 废气涡轮增压对发动机性能的影响
• 废气涡轮增压对发动机动力性和经济性的影响