內(nèi)燃機增壓課件第1頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月一、課程的性質(zhì)與任務

1、主要研究渦輪增壓器的構(gòu)造、結(jié)構(gòu)及工作原理。2、介紹渦輪增壓器與內(nèi)燃機的匹配問題。3、解決內(nèi)燃機與渦輪增壓器匹配后帶來的問題第2頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月二、本課程的地位和作用

本課程是一門專業(yè)課，通過對內(nèi)燃機增壓器的類型、構(gòu)造、工作原理的講授，并結(jié)合渦輪增壓器的拆裝實驗等教學手段，掌握內(nèi)燃機增壓器的構(gòu)造及其工作原理，達到擴大知識面增強專業(yè)知識基礎(chǔ)的目的。第3頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月三、課程主要內(nèi)容本課程主要分為兩大部分：渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)與渦輪增壓器與柴油機的匹配。

一、緒論二、渦輪增壓器和中冷器三、排氣能量的利用四、增壓系統(tǒng)基本熱力學參數(shù)的確定五、柴油機與渦輪增壓器的匹配六、渦輪增壓系統(tǒng)第4頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月一、緒論1、增壓的基本概念2、增壓方式3、增壓技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀第5頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月1、增壓的基本概念

一、提高內(nèi)燃機功率的措施

∝1.1內(nèi)燃機“增壓”的提出（a）在結(jié)構(gòu)方面第6頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月（b）

在工作過程方面（c）在提高機械效率方面（d）在運行方面1.2增壓的幾個基本術(shù)語1、增壓壓力低增壓中增壓高增壓超高增壓第7頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)燃機增壓后的標定功率與增壓前的標定功率之比2、增壓比壓氣機出口壓力與進口壓力之比3、增壓度第8頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2增壓方式按照空氣被壓縮的方式不同分為：機械增壓排氣渦輪增壓氣波增壓復合增壓第9頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月1、機械增壓

定義：是指壓氣機由內(nèi)燃機曲柄通過傳動裝置直接驅(qū)動的增壓方式

特點：不增加發(fā)動機背壓，但消耗其有效功率，總體布置有一定的局限性。

應用：路虎攬勝運動版、奔馳C200K汽車用發(fā)動機

第10頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第11頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2、排氣渦輪增壓

定義：是指利用排氣能量使排氣在渦輪中進一步膨脹做功，用于驅(qū)動壓氣機的增壓方式。

特點：不消耗發(fā)動機有效功，增壓器可以自由布置在所需的位置，渦輪有一定的消聲作用，并進一步減少排氣中的有害成分應用范圍：功率大于35kW的發(fā)動機第12頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第13頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月目前國內(nèi)可以買到的原裝搭載渦輪增壓系統(tǒng)，如大眾的帕薩特1.8T、寶來1.8T；國產(chǎn)的奧迪A6L2.0T、A41.8T等等。國外有車型如SAAB的9-3、9-5，VOLVO的XC902.9T等等。還有一些日本的高性能跑車，其中最具代表性的就有：日產(chǎn)的SKYLINEGT-R、三菱槍騎兵EVOLUTION、斯巴魯翼豹WRXSTi、豐田SUPRA，以及馬自達的RX-7等。第14頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3、復合增壓

定義：是指增壓系統(tǒng)中既采用渦輪增壓，又采用機械增壓的增壓方式。串聯(lián)復合式增壓并聯(lián)復合式增壓機械傳動復合式增壓第15頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）串聯(lián)式

應用：美國AVCR-1360坦克柴油機；12V230船用柴油機上仍用這種增壓方式

特點：空氣先由排氣渦輪增壓，再經(jīng)機械增壓，然后進入柴油機。第16頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）并聯(lián)式特點：空氣分別由排氣渦輪增壓器及機械增壓器同時壓縮，然后進入柴油機應用：在二沖程低速柴油機中第17頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月

應用：俄羅斯成批生產(chǎn)的輕型快艇的7列星形結(jié)構(gòu)H16/17型高速柴油機

Ч（3）機械傳動式特點：發(fā)動機的曲軸與排氣渦輪的軸用齒輪等聯(lián)接第18頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月大眾——高爾夫1.4TSI第19頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月應用：在拖拉機、工程機械及載貨汽車上應用4、氣波增壓器氣波增壓器是利用氣體的壓縮波和膨脹波來傳遞能量的一種增壓器。第20頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3增壓技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀一、國外增壓技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀1、柴油機方面

20年代末期，荷蘭Werkspoor(韋克斯浦爾成功研制了一臺四沖程、十字頭式機械增壓柴油機。安裝在油輪上，獲得預期的效果。與此同時，1926年在智利海拔1200m的一個電站，有七臺MAN公司的B6V90型的柴油機采用了電傳動羅茨鼓風機增壓，每臺功率可達1100kw。20世紀初期，瑞士比希取得了脈沖增壓試驗的成功。1925年，取得專利權(quán)，并相繼在四沖程4缸、6缸柴油機上試驗，均獲得成功，功率提高了一倍。第22頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月增壓技術(shù)向高增壓比、大功率柴油機的領(lǐng)域發(fā)展的同時，也向小功率、高速柴油機方向發(fā)展。1937年，法國Newer（牛爾）首次把徑流式渦輪用于渦輪增壓器中，增壓器轉(zhuǎn)數(shù)得以大幅度提高，質(zhì)量、尺寸大大減小。50年代初，浮動軸承應用到渦輪增壓其中，有效地減小了軸承副的相對轉(zhuǎn)數(shù)，使渦輪增壓器轉(zhuǎn)數(shù)超10萬r/min，為車用內(nèi)燃機渦輪增壓創(chuàng)造條件。目前，隨著氣動力學和電算技術(shù)的進步以及加工工藝水平的提高，渦輪增壓技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到嶄新的階段。第23頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2汽油機增壓技術(shù)發(fā)展1910年，MurrayWillat（梅里·偉拉）研制成二沖程旋轉(zhuǎn)式汽油機，成為首臺機械增壓航空汽油機.1958年，美國艾里薩奇公司首先開始對普通車用汽油機的渦輪增壓進行研究，于1963年在排量5393mL

的“雷鳥”車上安裝了渦輪增壓器，性能良好。1966年，GM公司生產(chǎn)了一批增壓汽油機小轎車。但是由于汽油機增壓后熱負荷很大、爆燃傾向加劇、防爆燃措施不得力、控制機構(gòu)不簡便等原因，汽油機增壓汽車一度停產(chǎn)。70年代，世界能源危機加劇以及排放污染問題突出，汽油機增壓技術(shù)又引起重視。同時，電子技術(shù)的高速發(fā)展也為爆燃控制創(chuàng)造了條件。第24頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月近十年來，隨著直噴和電控技術(shù)的出現(xiàn)，車用汽油機性能有了很大提高。第25頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月

二、我國增壓技術(shù)的發(fā)展1、柴油機方面1958年開始仿制和自行設(shè)計排氣渦輪增壓器隨著研究不斷深入，我國在船舶、內(nèi)燃機車、石油鉆探，大型發(fā)電機組等柴油機先后采用增壓技術(shù)在車用柴油機及中小功率柴油機方面進行了大量匹配工作，取得豐富經(jīng)驗2、汽油機方面在我國，節(jié)能和環(huán)保也促進了汽油機增壓技術(shù)的研究。1972年，有關(guān)院校、科研單位先后對解放、東風、北京吉普等汽車的增壓特性進行研究。隨著工業(yè)先進國家汽油機增壓技術(shù)的不斷成熟，近年，第一汽車廠最近引進了美國克萊斯勒公司的增壓汽油機。我國第一臺自主品牌渦輪增壓汽油發(fā)動機——華晨1.8T汽油發(fā)動機在沈陽正式批量投產(chǎn)。第26頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月渦輪增壓器第27頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)離心式壓氣機

1壓氣機的分類軸流式離心式目前渦輪增壓中應用最多2離心式壓氣機結(jié)構(gòu)①進氣道作用：將空氣導向壓氣機葉輪分類：軸向進氣道和徑向進氣道第28頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第29頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月②壓氣機葉輪導風輪作用：工作葉輪第30頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第31頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月②壓氣機葉輪作用：分類：按輪盤的結(jié)構(gòu)開式半開式閉式星形按葉片沿徑向的彎曲形式前彎葉片葉輪后彎葉片葉輪徑向葉片葉輪后掠式葉輪（前傾后彎式）第32頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第33頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月③擴壓器作用：將壓氣機葉輪出口高速空氣的動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ芊诸悾河腥~擴壓器無葉擴壓器用于變工況的小型渦輪增壓器中工況范圍變化不大的大中型渦輪增壓器中第34頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第35頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月④壓氣機蝸殼作用：分類按流道沿圓周變化變截面蝸殼等截面的蝸殼按蝸殼截面形狀梨形圓形梯形扇形第36頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第37頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第38頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3、壓氣機的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)D0——壓氣機輪轂直徑D1——葉輪進口處的外直徑D2——葉輪的外直徑D2‘——葉片擴壓氣進口D3——葉片擴壓器出口直徑B——工作葉輪寬度b2——工作葉輪出口寬度b3——葉片擴壓器進口寬度b4——葉片擴壓器出口寬度Zk——葉輪葉片數(shù)——葉輪進口葉片安裝角第39頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3離心式壓氣機的工作原理第40頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第41頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月4壓氣機的主要性能參數(shù)：

(1)增壓比壓氣機出口壓力與進口壓力之比(2)空氣流量單位時間流過壓氣機的空氣的質(zhì)量（kg/s）稱流量。空氣流量是根據(jù)發(fā)動機的排量、轉(zhuǎn)速以及充氣效率來確定。當壓氣機工作的環(huán)境狀態(tài)不同于標準大氣狀態(tài)時、其空氣流量也會不同。為了具有可比性，常用相似流量或折合流量代替。第42頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月相似流量是以馬赫數(shù)作為相似準則推導出的無量綱流量，用公式計算。折合流量是將非標準狀態(tài)下的流量折合成標準大氣狀態(tài)下的流量第43頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)壓氣機絕熱效率(4)壓氣機轉(zhuǎn)速相似轉(zhuǎn)速

折合轉(zhuǎn)速第44頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3離心式壓氣機特性定義：壓氣機的主要工作參數(shù)在各工況下的相互關(guān)系通常使用的是在不同轉(zhuǎn)速下，壓氣機隨的變化關(guān)系（1）離心式壓氣機流量特性曲線的繪制一般采用試驗的方法繪制，可采用氣動或電動試驗臺。第45頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第46頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）流量特性分析

1）在某一流量下，增壓比和效率有一最大值，隨流量的增大或減小，增壓比和效率都降低

分析：特性曲線變化的原因主要是空氣在壓縮過程中存在的各種損失造成的。

第47頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2）當流量減少到某一數(shù)值時，壓氣機出現(xiàn)不穩(wěn)定流動狀態(tài)，壓氣機中氣流發(fā)生強烈的低頻脈動，引起葉片的振動，并產(chǎn)生很大的噪聲，壓氣機發(fā)生喘振。喘振的原因：壓氣機產(chǎn)生喘振是出于壓氣機在某一小流量下工作時，在導風輪入口或葉片擴壓器入口氣流撞擊葉片，在葉片通道內(nèi)產(chǎn)生并加劇氣流的分離而引的。當葉輪或葉片擴壓器通道內(nèi)產(chǎn)生強烈的氣流分離時，使壓氣機內(nèi)的壓力低于后面管道內(nèi)的壓力，因此發(fā)生氣流由后面管道向壓氣機倒灌，倒灌發(fā)生后，管道內(nèi)壓力下降。氣流又在葉輪的作用下正向流動．管道內(nèi)壓力升高，再次發(fā)生倒灌。如此反復，壓氣機內(nèi)的氣流產(chǎn)生強烈的脈動，使葉片振動、噪聲加劇、管道內(nèi)壓力大幅度波動，此時即產(chǎn)生所謂喘振。第48頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月①導風輪的入口在一定轉(zhuǎn)數(shù)下，當流量為設(shè)計流量時，導風輪的入口的氣流速度三角形圖。當流量大于設(shè)計流量時，導風輪的入口的氣流速度三角形當流量小于設(shè)計流量時，導風輪的入口的氣流速度三角形容易發(fā)生喘振第49頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第50頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第51頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月②在擴壓器的入口

在轉(zhuǎn)速一定時，氣流從葉輪以絕對速度流入葉片擴壓器的情況

a.當流量大于設(shè)計流量時，限制了氣流的分離，無喘振發(fā)生

b.當流量等于設(shè)計流量時，氣流基本不撞擊葉片,無分離，無喘振發(fā)生c.當流量小于設(shè)計流量時，加速氣流的分離，容易發(fā)生喘振第52頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第53頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第54頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第55頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3）當流量增大到某一數(shù)值時，增壓比和效率均急速下降，這個現(xiàn)象稱為壓氣機的阻塞。產(chǎn)生阻塞的原因：在壓氣機葉輪入口或擴壓器的入口局部喉口處，氣流的速度達到了當?shù)芈曀伲瑥亩拗屏肆髁康脑黾?。通常人為?guī)定：當效率降低到55％時，出現(xiàn)阻塞第56頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第57頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)廢氣渦輪渦輪增壓器的燃氣渦輪是利用發(fā)動機排出的廢氣能量的膨脹作用轉(zhuǎn)換為機械功的一種裝置。它是驅(qū)動壓氣機的原動力，是渦輪增壓器中一個很重要的部件。1、分類按燃氣在渦輪中流動的方向軸流式徑流式混流式按燃氣在渦輪中焓降的分配沖擊式渦輪反力式渦輪第58頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2、渦輪的組成進氣殼噴嘴環(huán)工作葉輪排氣殼把發(fā)動機排出的廢氣，引導到渦輪噴嘴環(huán)的入口使燃氣膨脹、加速并按規(guī)定的方向進入工作葉輪把氣體的動能轉(zhuǎn)化為機械能向壓氣機輸出收集葉輪排出的廢氣并送入大氣第59頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3渦輪

（1）渦輪進氣殼按進氣方向軸向進氣徑向進氣切向進氣按柴油機的需要單進口多進口1）結(jié)構(gòu)第60頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第61頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月

（2)噴嘴環(huán)是由一排固定的葉片形成的一組漸縮形的通道。噴嘴環(huán)葉片截面的形狀機翼形平板形按制造方式整體式裝配式用于已定型、批量生產(chǎn)的渦輪增壓器中可調(diào)噴嘴環(huán)，試配新機型采用第62頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第63頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月（3)渦輪葉輪是由裝在軸上的輪盤和裝在輪盤周緣的一排葉片組成。為了保持沿葉高葉片各斷面強度基本相等，從葉根到葉頂葉片逐漸變薄。

第64頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）排氣殼

排氣殼內(nèi)有一段擴壓環(huán)，擴壓環(huán)的作用是導流和回收從動葉出口的部分余速第65頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第66頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）廢氣在渦輪級間的流動①在蝸殼、噴嘴環(huán)中的流動蝸殼、噴嘴環(huán)葉片通道截面是漸縮的，氣體在其中流動是要進行膨脹的。通過蝸殼、噴嘴環(huán)后，壓力和溫度由降到，而氣流速度由②在工作葉輪中的流動氣流對葉片做功，因此氣體的壓力和溫度由降到氣流的絕對速度由第67頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第68頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月在一定的膨脹比下，氣體對渦輪做功的最大可用能：實際，由于存在流動損失、余速損失等，氣體對渦輪所做的功第69頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）渦輪的主要工作參數(shù)①定熵效率定義：實際過程氣體對渦輪作功與理想的定熵過程氣體對渦輪作功的最大可用能量之比②膨脹比定義：渦輪進口氣體滯止壓力與渦輪出口氣體靜壓力之比③流量相似流量：折合流量：非設(shè)計工況下的相似流量與設(shè)計工況下的相似流量之比第70頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月④渦輪轉(zhuǎn)速nT、速比渦輪設(shè)計中及對渦輪和壓氣機進行匹配時的重要參數(shù)工作葉輪入口處的葉輪線速度燃氣從進口狀態(tài)不對外作功而定熵膨脹到出口壓力所能達到的速度第71頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第72頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月①流量特性曲線當轉(zhuǎn)速一定時，膨脹比隨流量的增加而增加。當膨脹比進一步增大時，流量增長緩慢。當膨脹比達到臨界值時，流量達到最大。（阻塞）②效率特性曲線渦輪的效率特性主要是由噴嘴環(huán)及渦輪內(nèi)的損失特性決定。當渦輪在變工況下，速比偏離了設(shè)計值，在渦輪葉輪中，無論速比是大于還是小于設(shè)計值，都要產(chǎn)生氣流的撞擊和分離，使渦輪效率下降。第73頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第74頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第75頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月4、廢氣渦輪增壓器組成渦輪軸承裝置潤滑冷卻系統(tǒng)密封與隔熱裝置壓氣機（1）軸承（1）軸承在渦輪增壓器上的布置形式第76頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第77頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）渦輪增壓器中常用的軸承①滾動軸承安裝在渦輪端安裝在壓氣機端第78頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月②向心滑動軸承特點：結(jié)構(gòu)簡單、使用壽命長、對振動不敏感機械磨損大、消耗的潤滑油多。材料：錫青銅合金、高錫鋁合金、青銅鍍錫工作條件：液體摩擦第79頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月工作中出現(xiàn)的問題：油膜振動在高速、輕載下解決方案：多油楔和浮動環(huán)a、多油楔開油槽的目的：第80頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月b、浮動環(huán)工作原理：第81頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月按結(jié)構(gòu)分類整體式分開式③推力軸承作用：專門承受轉(zhuǎn)子工作時產(chǎn)生的軸向作用力。推力軸承一般設(shè)置在壓氣機端，因此處溫度較低。第82頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月對于徑流式渦輪增壓器，作用在壓氣機葉輪上的軸向力和作用在渦輪葉輪上的軸向力方向相反，合力較小，多采用較簡單的推力軸承裝置，第83頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月對于軸流式渦輪增壓器，渦輪多為外側(cè)軸向進氣，作用在壓氣機葉輪與軸流式渦輪葉輪上的軸向力方向相同(指向壓氣機端)，因此，其合力較徑流式渦輪增壓器大。當徑向支承為滑動軸承時，其推力軸承的形式多如圖下圖所示；而當徑向支承為滾動支承時、多在壓氣機端采用雙列角接觸球軸承來承受軸向推力并作為徑向支承。第84頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3）軸承潤滑與冷卻在渦輪增壓器采用滾動軸承時，一般采用單獨的潤滑系統(tǒng)潤滑方式飛濺式泵噴射式在渦輪增壓器采用滑動軸承時，采用壓力潤滑方式一般潤滑油的壓力為250一400kpa第85頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月4）渦輪增壓器的密封與隔熱（1）密封密封裝置氣封油封密封方式接觸式密封非接觸式密封防止壓氣機的壓縮空氣與渦輪的燃氣進入潤滑油腔防止軸承處潤滑油漏入渦輪增壓器氣流通道主要是用密封環(huán)密封迷宮式甩油盤擋油板大型軸流式渦輪增壓器第86頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第87頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第88頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第89頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第90頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）隔熱軸流式渦輪增壓器常用以下隔熱措施：①在渦輪殼或中間殼內(nèi)布置冷卻水腔潤滑油進行冷卻。

②渦輪軸裝有隔熱保護套。③壓氣機葉輪背后設(shè)有隔熱室。徑流式渦輪增壓器的隔熱裝置①采用在中間殼的渦輪一側(cè)留有氣室隔熱，或同時兼有隔熱板②采用水冷中間殼，但不采用水冷渦輪殼。第91頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月7、中冷器1）冷卻方式按冷卻介質(zhì)的不同水冷式風冷式用柴油機冷卻系的冷卻水冷卻用獨立的冷卻水系冷卻用柴油機曲軸驅(qū)動風扇用壓縮空氣渦輪驅(qū)動風扇第92頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2)中冷器的結(jié)構(gòu)(1)水冷式中冷器結(jié)構(gòu)管片式結(jié)構(gòu)冷軋翅片管式第93頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)風冷式中冷器結(jié)構(gòu)扁管式板翅式管翅式第94頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第四章排氣能量的利用1、排氣可用能量及其利用結(jié)合四沖程增壓柴油機的理論示功圖，分析說明可被渦輪增壓器利用的柴油機排氣中的能量第95頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月排氣的最大可用能由三部分組成：①排氣門打開時，氣缸內(nèi)氣體等熵膨脹到大氣壓力所作的功；②活塞推出排氣，排氣得到的能量；③掃氣空氣所具有的能量。2、能量傳遞中的損失總的能量損失流經(jīng)排氣門處的節(jié)流損失流經(jīng)各種縮口處的節(jié)流損失管道面積突擴的流動損失不同參數(shù)氣流混合撞擊損失氣流的粘性摩擦損失氣流向外界散熱損失第96頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）是能量傳遞中的主要損失減少損失采用措施：①使排氣門后的通流面積盡可能大、開啟速度盡可能快。

②排氣管容積不應太大，排氣管要細而短。第97頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）力求管道光滑、沒有縮口，減小節(jié)流損失（3)排氣總管內(nèi)徑與歧管內(nèi)徑一樣大，減小面積突擴（4)排氣歧管不用T形接頭活+字接頭，而用順著氣流的斜向接頭，減小摻混和撞擊損失（5)管道光滑，較少粘性摩擦損失（6)排氣管用石棉包裹隔熱，較少散熱損失第98頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3、能量傳遞效率渦輪進口處氣體的可用能排氣門前氣體的可用能第99頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月4、增壓系統(tǒng)的基本型式根據(jù)廢氣的利用定壓增壓系統(tǒng)脈沖增壓系統(tǒng)第100頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)能量平衡：渦輪做功能力的增加值能量回收率結(jié)論：在定壓增壓系統(tǒng)中，能量回收率隨膨脹比的增加而增大第101頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月假定脈沖增壓可利用脈沖能量的50％來估計，這時對應的定壓增壓系統(tǒng)渦輪擁有的能量為脈沖能量利用系數(shù)：結(jié)論：脈沖增壓系統(tǒng)在低增壓時是有利的，在高增壓時則得益不多。第102頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月1）定壓增壓系統(tǒng)特點：渦輪前廢氣的壓力基本上保持一恒定值；渦輪效率高；排氣管系統(tǒng)簡單；

在平均有效壓力高時，內(nèi)燃機的比油耗低；排氣管設(shè)計：排氣管的容積是發(fā)動機總氣缸容積的兩倍左右排氣在排氣管內(nèi)的流速不超過50m/s第103頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2）脈沖增壓系統(tǒng)①特點：排氣歧管做的長而細兩個氣缸或三個氣缸共一根排氣管排氣管中壓力波動大能更多的利用廢氣能量②脈沖增壓中排氣壓力波的情況第104頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月③影響脈沖能量的因素a、排氣門開啟定時通常以排氣門開啟相對瞬時壓力系數(shù)反映b、排氣門通流面積氣缸的排空率：通過排氣門的最大體積流量和一個氣缸的體積流量之比。c、排氣門開啟規(guī)律排氣門開啟規(guī)律影響系數(shù)第105頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月d、排氣管通流面積排氣管通流面積影響系數(shù)e、排氣管長度影響排氣管內(nèi)壓力波形狀的主要因素：排氣管長度L渦輪通流面積和排氣管通流面積的的比值排氣門開啟瞬時通流面積和排氣管通流面積之比排氣管長度影響系數(shù)一般取φ=30~50(CA)第106頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月f、渦輪通流面積渦輪通流特性系數(shù)（=10~12）：渦輪的體積流量和一個氣缸的體積流量之比。第107頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月③排氣管的設(shè)計a、排氣管的分歧必要性：

在多缸柴油機中，這一缸在排氣，另一缸如正在掃氣時。如將這兩缸排氣管連在一起，則正在排氣的脈沖波就會對另一缸的掃氣產(chǎn)生干擾。舉例：四沖程六缸發(fā)動機各缸共用一根排氣管六缸四沖程發(fā)動機發(fā)火順序1-5-3-6-2-4第108頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月b、分歧原則力求每根排氣管所連各缸的排氣相位互不重疊，又要盡量保持每根排氣管中的氣體能連續(xù)流動。對于四沖程發(fā)動機每缸排氣持續(xù)時間約為240~280CA因此一根排氣管所連接的氣缸數(shù)目一般不超過三個舉例：六缸四沖程發(fā)動機發(fā)火順序1-5-3-6-2-4，1，2，3缸連接一根排氣管，4，5，6缸連接一根排氣管。第109頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月C、排氣歧管的截面積根據(jù)動力裝置的需要，確定增壓器安裝位置。確定排氣管的容積、截面積第110頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月5、脈沖轉(zhuǎn)換器及多脈沖增壓對于氣缸數(shù)是4、8、16和5、7、10為避免掃氣干擾，采用兩缸一歧管的方式，脈沖間隔角為360，供給渦輪的廢氣就會周期性間斷，渦輪效率下降，在排氣管中采用脈沖轉(zhuǎn)換器或多脈沖轉(zhuǎn)換器。對于發(fā)動機的氣缸數(shù)i是3的整數(shù)倍時，采用脈沖增壓時，采用三缸一歧管；1）脈沖轉(zhuǎn)換器（1）脈沖轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)第111頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）工作原理以8缸發(fā)動機為例，假設(shè)發(fā)火順序1-4-7-6-8-5-2-3。1、8缸和2、7缸的排氣歧管分別與脈沖轉(zhuǎn)換器的一個引射噴管相連，然后兩個噴管再經(jīng)混合管、擴壓管和穩(wěn)壓室與一個渦輪機的進口相連，其余四個氣缸的排氣管則通過另一脈沖轉(zhuǎn)換器與渦輪機的進口相連。在脈沖增壓系統(tǒng)中，受排氣管長度L及發(fā)動機轉(zhuǎn)速n的上限及下限的限制，可按下式計算：一般取第112頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2）多脈沖轉(zhuǎn)換器對于非3和非4整數(shù)倍氣缸數(shù)的發(fā)動機，采用多脈沖增壓方案。（1）結(jié)構(gòu)把各歧管接入一個較大的帶有縮口的混合管中，再由混合管把排氣引入渦輪。第113頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3)MSEM系統(tǒng)包括：MPC、長歧管、旋流式、擴壓式、組合式第114頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第115頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第五章增壓系統(tǒng)基本熱力參數(shù)的確定一、增壓對柴油機工作過程主要參數(shù)影響機械應力熱應力發(fā)動機的動力性其它參數(shù)充量系數(shù)殘余排氣系數(shù)過量空氣系數(shù)機械效率指示熱效率第116頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月1、增壓對機械應力有關(guān)參數(shù)影響機械應力體現(xiàn)結(jié)論：pmax的升高給發(fā)動機的負荷帶來較大的增加第117頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2、增壓對熱應力有關(guān)參數(shù)影響結(jié)論：升高，升高，升高熱應力體現(xiàn)第118頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3、增壓對動力性的影響在1.4—2.5=1.0Mpa—1.4Mpa=1.4Mpa—2.0Mpa在2.5—3.44、對掃氣系數(shù)影響5、對充量系數(shù)影響第119頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月6、對過量空氣系數(shù)的影響比非增壓柴油機大10％—30％7、殘余排氣系數(shù)增壓發(fā)動機=0—2％8、指示熱效率以凈化排氣為主要目的以增加動力為主要目的，增壓后供油速率不變以增加動力為主要目的，增壓后調(diào)整供油規(guī)律第120頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月9、機械效率=0.78—0.85非增壓發(fā)動機=0.80—0.92增壓四沖程發(fā)動機第121頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月二、增壓系統(tǒng)主要參數(shù)的確定1概述選用渦輪增壓器，首先選定增壓系統(tǒng)的型式和基本結(jié)構(gòu)；接著就是要確定配合工況。發(fā)電和一些固定式用的發(fā)動機坦克、汽車用的發(fā)動機按標定工況設(shè)計或選配以55—80%轉(zhuǎn)速下的工況設(shè)計或選配第122頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月

2、在選配或設(shè)計渦輪增壓器時，柴油機的一些基本參數(shù)應以確定（缸徑、行程、缸數(shù)、壓縮比以及設(shè)計工況下的轉(zhuǎn)速、平均有效壓力、油耗等）增壓系統(tǒng)所要求的參數(shù)當柴油機的用途和使用環(huán)境確定以后，其和就應確定，實際上渦輪增壓器的主要設(shè)計參數(shù)第123頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月在需要確定的參數(shù)中，先找出對柴油機和增壓器影響最大、最重要的參數(shù)，再確定其余的參數(shù)。根據(jù)目前各類柴油機對的限制選定，然后估算需要的空氣流量和壓力，進而去定渦輪當量噴嘴面積。1）、渦輪前的平均溫度的確定四沖程高速柴油機550℃—650℃四沖程中速柴油機：500℃—580℃二沖程中速及高速柴油機400℃—500℃二沖程低速柴油機370℃—430℃第124頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2）確定空氣流量根據(jù)流進和流出柴油機氣缸的氣體參數(shù)，建立能量平衡式參數(shù)確定Hu根據(jù)所用柴油的牌號查得be在設(shè)計柴油機時是個預計值第125頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月的確定由經(jīng)驗公式的只要把上式中的熱量利用系數(shù)確定，空氣流量就確定第126頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月的確定根據(jù)半經(jīng)驗公式對四沖程增壓柴油機對二沖程直流掃氣十字頭式增壓柴油機第127頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3）增壓壓力pb估算從內(nèi)燃機原理可知以上兩式相等，并把代入，化簡得由此可確定增壓壓力第128頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月5）渦輪前排氣平均壓力的估算

第129頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月6）估算渦輪的通流面積渦輪通流面積是由噴嘴環(huán)出口面積與動葉輪出口面積組成有效渦輪當量通流面積根據(jù)渦輪通流特性計算有效渦輪當量通流面積其中第130頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月第五章渦輪增壓器的選用一、渦輪增壓器型式的選擇壓氣機渦輪離心式壓氣機軸流式徑流式第131頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月二、渦輪增壓器型號的選擇1、壓氣機的選擇壓氣機的使用范圍第132頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月選用原則：設(shè)計工作點A落在喘振線右方的許用范圍內(nèi)，且在壓氣機的高效率區(qū)。2、渦輪機的選擇由設(shè)計工況參數(shù)估算，利用流量特性曲線，即可。第133頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3、校核三、柴油機與渦輪增壓器的配合運行1、配合運行的條件在某工況下壓氣機所提供的空氣量=柴油機所需要的流量壓氣機所提供的增壓壓力=柴油機所需要的增壓壓力第134頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月聯(lián)合運行線當柴油機按某一特性運行時的所有工況點在壓氣機特性曲線上確定下來而形成的特性曲線。作用：判斷增壓器與柴油機的匹配是否合適第135頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2、渦輪增壓器與柴油機配合運行的基本要求在標定工況下，需達到預期的及；考慮熱負荷及機械負荷；渦輪增壓器的壽命，效率；在低工況時，保證有一定的空氣量在整個運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，增壓器不發(fā)生喘振與阻塞第136頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3、聯(lián)合運行線的調(diào)節(jié)（1）運行線太靠近喘振線1）調(diào)整壓氣機特性線的位置、運行線基本不變具體方法a、改用小一號的增壓器b、適當縮小壓氣機流通截面第137頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月c、減小壓氣機進口處直徑三種壓氣機葉輪外徑,壓氣機蝸殼相同。葉輪進口直徑分別：43、39、35（mm）第138頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月d、減小擴壓器葉片進口角第139頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2）改變配合運行線的位置，壓氣機的喘振線基本不變。（1）改變渦輪噴嘴環(huán)喉部截面積增大噴嘴環(huán)面積時，運行線向流量大的方向移動。減小則相反第140頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）增設(shè)中冷器或提高中冷器的冷卻度（3）增大進排氣門的重疊角4、增壓器轉(zhuǎn)速和增壓壓力的調(diào)整1）調(diào)整噴嘴環(huán)的面積2）當按柴油機最大扭矩點選配渦輪增壓器時，渦輪前設(shè)一放氣閥3）在渦輪出口裝節(jié)流閥第141頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3、渦輪前溫度的調(diào)整4、氣缸爆發(fā)最大壓力的調(diào)整5、運行中喘振問題第142頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月四、增壓柴油機的熱負荷及解決方法1、熱負荷的表達式?jīng)]有與掃氣空氣混合時的排氣溫度（工作過程計算）Tr1：與混合后的排氣管溫度第143頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月影響熱負荷的因素膨脹終了溫度掃氣系數(shù)壓氣機出口溫度第144頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2、降低熱負荷的措施1）適當增大進排氣門的疊開角注意：車用柴油機要兼顧部分工況與標定工況合理選擇疊開角，每一型式的增壓柴油機最佳疊開角靠試驗確定第145頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2）增大疊開期間的進、排氣管壓力差主要途徑：合理設(shè)計進、排氣門（1）適當加大進氣管容積，增壓進氣壓力平穩(wěn)度缺點：發(fā)動機的加速性能不好第146頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）合理設(shè)計排氣管3）增大進、排氣門的時間——截面（1）合理設(shè)計配氣凸輪（2）盡量擴大進、排氣門的面積（3）增加搖臂比4）增壓中冷第147頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月5）強化冷卻系統(tǒng)（1）改善機油冷卻條件（2）改善冷卻系統(tǒng)工作條件（3）中速機鉆孔冷卻缸蓋上部及缸蓋6）改善供油系統(tǒng)及燃燒系統(tǒng)（1）調(diào)整供油規(guī)律（2）促進燃燒室中的油氣混合第148頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）合理調(diào)整供油提前角（4）增加過量空氣系數(shù)五、增壓柴油機的機械負荷及解決途徑1、增壓柴油機的機械負荷問題第149頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2、降低機械負荷的途徑1）適當降低柴油機的壓縮比降低壓縮比的方法：除新設(shè)計外還可采用：將活塞頂部挖去兩塊加深進、排氣門坑穴使氣門縮進氣缸蓋一些第150頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2）適當減小供油提前角3）調(diào)整渦輪增壓器（1）適當增大噴嘴環(huán)出口面積（2）適當增大壓氣機及渦輪的蝸殼第151頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月4）優(yōu)化供油系統(tǒng)（1）柱塞直徑第152頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）噴孔尺寸1）噴孔總流通面積第153頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2）噴孔直徑和噴孔數(shù)第154頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月六、改善增壓柴油機低工況及瞬態(tài)特性的途徑1、增壓柴油機低工況性能分析（1）按負荷特性n=C（2）按螺旋漿特性（3）快艇或高速艦艇（4）車用柴油機第155頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2）改善增壓柴油機低工況性能的措施（1）采用脈沖增壓系統(tǒng)或MPC系統(tǒng)第156頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月2）采用高工況放氣放氣方式將部分排氣放入大氣將部分增壓空氣放入大氣第157頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3）低工況進、排氣旁通第158頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月4）變截面渦輪增壓器有葉噴嘴環(huán)無葉噴嘴環(huán)第159頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月5）采用復合諧振增壓第160頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月6）采用海泊巴系統(tǒng)7）采用米勒系統(tǒng)第161頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月8）采用相繼渦輪增壓系統(tǒng)9）采用顧氏系統(tǒng)第162頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月七、增壓柴油機的瞬態(tài)特性性能分析1增壓柴油機的瞬態(tài)特性增壓柴油機變速或變負荷時柴油機的性能增壓柴油機瞬態(tài)相應性差的根本原因：供氣量不足第163頁，課件共190頁，創(chuàng)作于2023年2月3、改善增壓柴油機瞬態(tài)特性的措施1）盡量減小進氣管和排氣管的容積2）在低工況運行時減小渦輪通流面積3）減小渦輪增壓器轉(zhuǎn)子的