发动机排气能量的利用

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柴油机热力循环分析
---脉冲流量系数的确定 ---脉冲流量系数的确定 涡轮端在脉冲进气状态下，发动机排气的流量 与定常流动不同。 在脉冲压力波的情况下，流经涡轮的流量Mp始 终小于定压情况下，流经涡轮的流量Ms。 两者流量比称为流量脉冲系数。 Mp α= <1 Ms 上述结论，在脉冲进气时，欲得到与定压流动 相同的流量，必须采用较大的流通截面积。
∆pT max / ∆pTm
∆pT max = pT max − p2 ∆pTm = pTm − p2
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涡轮的热力计算
---脉冲系统参数的确定(5) ---脉冲系统参数的确定(5) 脉冲系统参数的确定 确定了计算焓降HTd、计算流量MTd和脉冲涡轮效 率ηTpu后，就可以用一般等压增压系统涡轮的 计算方法进行脉冲涡轮的热力计算。 脉冲涡轮的热力计算程序参考有关书籍上的计 算表格进行计算。
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柴油机热力循环分析
---柴油机的理论示功图 ---柴油机的理论示功图 线段0-1为定压进气过程； 线段1-2为绝热的压缩过程； 线段2-3为定容的燃烧过程； 线段3-4为定压燃烧过程； 线段4-5为绝热膨胀过程； 线段5-1为定容排气过程； 线段1-0为定压排气过程。
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柴油机热力循环分析
---柴油机的理想热力循环 ---柴油机的理想热力循环
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脉冲涡轮增压与等压增压
---(5) ---(5) 等压增压的优点： 涡轮全进气，压力波动小，涡轮效率高。 排气管结构简单。 缺点： 加速性差，低负荷性能差。
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脉冲涡轮增压与等压增压
---(6) ---(6) 如果仅从废气能量利用的观点出发，在压比达 到2.5以后，应用脉冲系统就没有多大好处。但 是要考虑到高增压发动机在部分负荷以及车用 发动机在低转速时废气能量的利用，脉冲增压 系统对改善车用发动机的低速扭矩特性是有利 的。
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谢谢
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涡轮的热力计算
---等压系统参数的确定(1) ---等压系统参数的确定(1) 等压系统参数的确定 涡轮前燃气平均温度TT 的确定:
可以根据能量平衡进行计 算： 进入发动机的能量有： 1)燃料燃烧所产生的热量。 2)进入发动机气缸增压空 气的热量。 发动机输出的能量有： 1)发动机的指示功。 2)传给冷却水的热量。 3)废气带走的热量。 按照进入发动机的能量和 发动机输出的能量相等， 列出方程式，可以求出涡 轮前的排气温度。但由于 冷却水带走的热量不容易 精确估计，所以涡轮前排 气温度也难以计算精确。
c
如果T0，TT，ηTc等参数为已知， 所需增压压力pc也已经确定， 则涡轮前压力pT可以求得。
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涡轮的热力计算
---脉冲系统参数的确定(1) ---脉冲系统参数的确定(1) 脉冲系统参数的确定
在进行脉冲系统设计时，要考虑其主要特点： 1)涡轮前的压力和温度随时间做周期性的大幅变化，由 于时间周期较短，同时由于增压器的惯性，涡轮增压器 的转速可以认为是不变的。其结果是涡轮在每瞬时都以 不同的u1/cad工作，导致涡轮效率下降。 2)随着涡轮前压力和温度的不断变化，瞬时的涡轮效率 和通流能力都是不断变化的。涡轮在脉冲条件下进气， 所通过的流量要比以脉冲压力的时间平均值作稳态流动 时的所通过的流量小。 因此，在确定脉冲涡轮设计参数时，不能和等压系统一 样用排气压力、温度、流量的时间平均值做设计参数。
发动机的排气能量，在脉冲增压系统中的利用， 主要着眼于回收EL部分的能量，不致使EL完全 变成节流损失。
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柴油机热力循环分析
---能量损失 ---能量损失 排气门前排气具有的能量在流经排气门、气缸 盖排气道、排气歧管、排气总管，最后到达涡 轮前，存在着一系列的损失，总能量损失包括 如下几个方面： 1 ) 流经排气门处的节流损失; 2 ) 流经各种缩口处的节流损失； 3 ) 管道面积突扩时的流动损失； 4 ) 不同参数气流渗混和撞击形成的损失； 5 ) 由于气体的粘性而形成的靡擦损失： 6 ) 气流向外界散热所形成的能量损失。
涡轮增压技术
第五章
发动机排气能量的利用
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柴油机热力循环分析
---(1) ---(1)
柴油机实际示功图
柴油机理论示功图
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柴油机热力循环分析
---柴油机的实际示功图 ---柴油机的实际示功图 线段0-1为进气过程； 线段1-2为压缩过程； 线段2-3-4为燃烧过程； 线段4-5为膨胀过程； 线段5-0为排气过程。
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涡轮的热力计算
---等压系统参数的确定(2) ---等压系统参数的确定(2) 等压系统参数的确定
可以通过参考相似发动机 的排气温度TT与总过量空 气系数和增压后空气温度 Tc的统计数据做参考，对 TT进行取值。 在 “增压器与发动机匹 配”中，将讲述排气温度 TT的理论计算。
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涡轮的热力计算
脉冲涡轮效率 脉冲收益系数 K N = 脉冲能量利用系数× 等压涡轮效率
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脉冲涡轮增压与等压增压
---(7) ---(7) 在低增压时，且气缸数又是3的倍数时，采用脉 冲系统肯定是有利的。 至于高增压采用何种系统为宜，要根据发动机 的具体情况，例如用途，气缸数目等综合考虑。 对于车用发动机，优先采用脉冲增压，可改善 发动机的扭矩特性，发动机的加速性。
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涡轮的热力计算
---脉冲系统参数的确定(2) ---脉冲系统参数的确定(2) 脉冲系统参数的确定 常用的脉冲涡轮设计参数的确定方法，是采用三 个修正系数，按经验数据来估算脉冲波的影响。
焓降脉冲修正系数KH，表示脉冲涡轮计算焓降与可用 平均焓降之比。 流量脉冲修正系数KM，表示脉冲涡轮计算流量与通过 涡轮的时间平均流量之比。 效率脉冲修正系数Kη，表示脉冲涡轮效率与其对应 的等压增压系统中涡轮的有效效率之比。
---等压系统参数的确定(3) ---等压系统参数的确定(3) 等压系统参数的确定
涡轮前燃气的压力pT，可由涡 轮增压器的涡轮和压气机功率 平衡求得。 k −1
k kc pc c − 1 1 Nc = M c RcT0 p0 η cad kc − 1 kT −1 p 2 kT kT * NT = M T RT TT 1 − * − 1ηTadηTM p T kT − 1
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脉冲涡轮增压与等压增压
---(2) ---(2) 等压增压示意图
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脉冲涡轮增压与等压增压
---(3) ---(3) 脉冲增压示意图
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脉冲涡轮增压与等压增压
---(4) ---(4) 脉冲增压的优点： 排气能量利用系数高，低工况性能好。 加速性能好，因为排气管容积小，涡轮增压器 转速上升快。 缺点： u1/cad值在一个排气脉冲内不断变化，因此涡轮 效率较低；加之涡轮叶轮沿圆周方向又是部分 进气，促使涡轮效率进一步降低。
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涡轮的热力计算
---脉冲系统参数的确定(3) ---脉冲系统参数的确定(3) 脉冲系统参数的确定 KH，KM主要与增压 压力 ∆pc = pc − p0 以及每根排气管所 接气缸数目有关。
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涡轮的热力计算
---脉冲系统参数的确定(4) ---脉冲系统参数的确定(4) 脉冲系统参数的确定
效率脉冲修正系数Kη， 与脉冲波幅度有关
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涡轮的热力计算
涡轮热力计算的目的是，为了合理地确定涡轮 通流部分的几何尺寸和各通流元件进出口的气 流参数，使涡轮达到给定的输出功率时获得较 高的效率。 目前车用涡轮增压发动机的增压系统有两种基 本的型式：等压增压系统和脉冲增压系统。在 这两种系统的设计中，压气机的计算是相同的， 但是涡轮的计算有所不同。
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柴油机热力循环分析
---脉冲能量系数的确定 ---脉冲能量系数的确定 涡轮端在脉冲进气状态下，发动机的排气能量 与定常流动不同。 脉冲波的废气能量大于等压波的废气能量。 两者之比称为能量脉冲系数。 Ep β= >1 Es
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柴油机热力循环分析
---提高废气最大可用能和能量传递效率途径 ---提高废气最大可用能和能量传递效率途径 1）应使排气门的通流面积尽可能大； 2）应力求管道光顺、没有缩口； 3）排气总管内径做的与歧管内径一样大，以避 免突扩损失； 4）使用顺着气流的斜向接头，以避免撞击损失； 5）力求管壁光滑，减少摩擦； 6）排气管使用绝热材料包裹以隔热。
混合加热循环的 p-v 图与 T-s 图
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柴油机热力循环分析
---增压和非增压比较 ---增压和非增压比较
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柴油机热力循环分析
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柴油机热力循环分析
---四冲程增压柴油机理论示功图 ---四冲程增压柴油机理论示功图
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柴油机热力循环分析
---脉冲能量的利用 ---脉冲能量的利用
脉冲增压排气管内的压力波动
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脉冲涡轮增压与等压增压
---(1) ---(1) 从排气可用能量的利用方式来看，增压系统可 以分为脉冲(变压)增压与等压(定压)增压两种 基本方式。 所谓脉冲增压系统，就是利用了排气的脉冲能 量，如果要利用排气脉冲能量，一般要求排气 管容积要小，直径要细，并将排气管制成分歧 形式，保持排气中的压力波动，而且涡轮涡壳 一般为双通道。 而等压系统与之相反，排气管容积一般较大， 直径较粗，尽量消除排气脉动，涡轮前排气管 内的压力基本是恒定的，涡轮壳一般为单通道。