動(dòng)力機(jī)械新技術(shù)導(dǎo)論-增壓系統(tǒng)理論

1、主要內(nèi)容主要內(nèi)容 內(nèi)燃機(jī)增壓系統(tǒng)理論、方法與進(jìn)展 內(nèi)燃機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論、方法與進(jìn)展 內(nèi)燃機(jī)熱負(fù)荷理論、方法與進(jìn)展 內(nèi)燃機(jī)電子控制理論、方法與進(jìn)展 內(nèi)燃機(jī)環(huán)境污染與控制理論、方法與進(jìn)展 內(nèi)燃機(jī)燃燒理論、方法與進(jìn)展 考核方法考核方法提交6個(gè)方面綜述報(bào)告，放假前分別交給相應(yīng)的主講教師，取平均成績(jī)。要求：不允許拷貝抄襲，反映本人對(duì)理論與方法的理解以及對(duì)最新進(jìn)展和發(fā)展方向的了解。列出并引用參考文獻(xiàn)，每個(gè)方面2篇以上，內(nèi)容要新。篇幅可控制在3-4千字內(nèi)燃機(jī)電子控制理論、方法與進(jìn)展基本理論體系研究方法與常用工具當(dāng)前發(fā)展的水平技術(shù)發(fā)展方向與研究熱點(diǎn)我校的研究狀況討論問(wèn)題:1、增壓的基本原理、方式、概念和益處。2

2、、渦輪增壓的優(yōu)缺點(diǎn)。3、渦輪增壓對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響。4、渦輪增壓技術(shù)的發(fā)展。5、如何充分發(fā)揮增壓的作用。第一節(jié)第一節(jié) 增壓基本原理與增壓方式增壓基本原理與增壓方式1、發(fā)動(dòng)機(jī)每循環(huán)的進(jìn)氣量 M=Vh*v*0=Vh*a=Vh*Pa/R/T 由上式可知：Pa增加，則M增加。2、內(nèi)燃機(jī)增壓以某種方式，提高內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣壓力，從而使每循環(huán)進(jìn)入氣缸的氣體量增加。當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)不變時(shí)，可以增加供油量，得到更大功率。3、增壓方式 諧振波增壓：合理設(shè)計(jì)進(jìn)氣管長(zhǎng)度，利用在某轉(zhuǎn)速下的氣流共振波，在進(jìn)氣門(mén)開(kāi)始剛好有正波到達(dá)，實(shí)現(xiàn)增壓。 機(jī)械增壓：利用曲軸帶動(dòng)壓氣機(jī)，增加進(jìn)氣壓力。 氣波增壓：設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)式的進(jìn)排氣道，利用排

3、氣壓力 波給進(jìn)氣增壓。 廢氣渦輪增壓：利用排氣推動(dòng)渦輪，帶動(dòng)壓氣機(jī)增 加進(jìn)氣壓力。 復(fù)合增壓-廢氣渦輪+機(jī)械增壓第二節(jié)第二節(jié) 增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)1、動(dòng)力性發(fā)動(dòng)機(jī)的升功率：2、經(jīng)濟(jì)性3、排放性能CO、HC、微粒一般降低；Nox有升高趨勢(shì)4、熱負(fù)荷與機(jī)械負(fù)荷都有所提高，壓采取相應(yīng)措施。clnKN1NmNeNeie發(fā)展現(xiàn)狀 轉(zhuǎn)速最高達(dá) 一般為 612萬(wàn)轉(zhuǎn)/分，最高達(dá)26萬(wàn)轉(zhuǎn)/分 壓氣機(jī) 單級(jí)壓比達(dá) 3.5 4 ,最高達(dá) 5,絕熱效率達(dá) 0.780.80 渦輪絕熱效率可達(dá) 80% 以上 整機(jī)效率可達(dá) 60% 以上 汽油機(jī)增壓技術(shù)在國(guó)外普遍應(yīng)用 可變幾何截面渦輪增壓器在國(guó)外已有應(yīng)用 混流渦

4、輪技術(shù)在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用 滾動(dòng)軸承技術(shù)在國(guó)外應(yīng)用 大、中功率柴油機(jī)在發(fā)達(dá)國(guó)家（我國(guó)）幾乎全部實(shí)現(xiàn)增壓國(guó)內(nèi)的發(fā)展情況50年代起自行研制軍用渦輪增壓器在一定范圍內(nèi)掌握并應(yīng)用高性能渦輪增壓器的設(shè)計(jì)技術(shù)生產(chǎn)廠民用增壓器幾乎均為引進(jìn)或仿制品開(kāi)始研制混流渦輪和可變幾何截面渦輪汽油機(jī)增壓提上日程生產(chǎn)布局：生產(chǎn)布局： 國(guó)有企業(yè)： 湖南天雁機(jī)械廠（衡陽(yáng)）、沈陽(yáng)黎明公司增壓器廠、江津增壓器廠 合資企業(yè)： 無(wú)錫英國(guó)Holset、上海日本三菱、長(zhǎng)春IHI、寧波天力、山東富源 獨(dú)資企業(yè)： 美國(guó)Honeywell（上海）、德國(guó)Borgwarner 私營(yíng)企業(yè)： 山東壽光為代表 無(wú)錫“板塊”和鳳城“板塊”科研設(shè)計(jì)：科研設(shè)計(jì)： 北京

5、理工大學(xué)，山東大學(xué)，上海交通大學(xué)、哈工程、同濟(jì)大學(xué)等，還有吉林大學(xué)、天津大學(xué) 七零研究所等技術(shù)人才 需求量大，包括上述所有單位 問(wèn)題：1、渦輪增壓器的能量來(lái)源2、廢氣的能量損失3、如何減少?gòu)U氣的能量損失4、渦輪做功與發(fā)動(dòng)機(jī)做功的關(guān)系第二章第二章 廢氣能量利用與增壓方式廢氣能量利用與增壓方式第二章第二章 廢氣能量利用與增壓方式廢氣能量利用與增壓方式第一節(jié)第一節(jié) 定壓系統(tǒng)的能量分析定壓系統(tǒng)的能量分析1、理想的定壓系統(tǒng)排氣系統(tǒng)：從排氣道出口到渦輪進(jìn)口的管路系統(tǒng)定壓排氣系統(tǒng)：排氣系統(tǒng)容積較大、具有穩(wěn)壓作用-壓力波被淹沒(méi)，渦輪進(jìn)口前壓力相對(duì)穩(wěn)定掃氣：在氣門(mén)重疊期間，一部分新鮮空氣裹挾廢氣排出氣缸不經(jīng)過(guò)燃

6、燒過(guò)程，這部分氣體稱(chēng)為掃氣。用于柴油機(jī)2、壓氣機(jī)工作過(guò)程12341 壓氣機(jī)壓縮空氣耗功1-2-對(duì)應(yīng)葉輪入口之前，進(jìn)氣過(guò)程2-3-對(duì)應(yīng)壓氣機(jī)中，壓氣機(jī)壓縮過(guò)程3-4-對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣閥之前，壓氣機(jī)排 氣過(guò)程3-3-進(jìn)氣系統(tǒng)壓力損失，進(jìn)入氣缸，克 服阻力第二章第二章 廢氣能量利用與增壓方式廢氣能量利用與增壓方式94P0PcF1Vc765EVh缸內(nèi)進(jìn)氣壓力3缸內(nèi)排氣壓力823DCHGPTBBA5-3 -氣體進(jìn)入氣缸，壓力作用于活塞頂5-6-空氣排氣過(guò)程，排氣系統(tǒng)壓力損失， 到排氣閥后，克服阻力。6-7-壓縮空氣進(jìn)入渦輪7-1-掃氣在渦輪中膨脹，掃氣做功671FVP第二章第二章 廢氣能量利用與增壓方式廢

7、氣能量利用與增壓方式94P0PcF1Vc765EVh缸內(nèi)進(jìn)氣壓力3缸內(nèi)排氣壓力823DCHGPTBBA5F835-壓縮空氣對(duì)活塞做功1F671 -壓縮掃氣對(duì)渦輪做功95339-進(jìn)氣阻力損失功47694-掃氣通過(guò)進(jìn)排氣門(mén)損失功VP第二章第二章 廢氣能量利用與增壓方式廢氣能量利用與增壓方式94P0PcF1Vc765EVh缸內(nèi)進(jìn)氣壓力3缸內(nèi)排氣壓力823DCHGPTBBA3、渦輪工作過(guò)程 A-D-A點(diǎn)排氣閥打開(kāi)，AD為排氣壓力損失，不可逆過(guò)程溫度提高D-B-自由排氣過(guò)程（體積），B-B是溫度提高導(dǎo)致體積增加部分 B-H-自由排氣在渦輪中膨脹做功過(guò)程D8HBD-渦輪利用自由排氣焓做功（含體積增加損失回

8、收）H-8-渦輪排氣VP第二章第二章 廢氣能量利用與增壓方式廢氣能量利用與增壓方式94P0PcF1Vc765EVh缸內(nèi)進(jìn)氣壓力3缸內(nèi)排氣壓力823DCHGPTBBAC-E-活塞推動(dòng)廢排氣做功過(guò)程 E-6-排氣系統(tǒng)阻力損失6F8D6-活塞推動(dòng)排氣進(jìn)入渦輪對(duì)渦輪做功671F6- 渦輪利用掃氣做功D8HBD + 6F8D6+1F671 = 1HB71 廢氣剩余焓+活塞推動(dòng)+壓氣機(jī)掃氣=渦輪總功第二章第二章 廢氣能量利用與增壓方式廢氣能量利用與增壓方式94P0PcF1Vc765EVh缸內(nèi)進(jìn)氣壓力3缸內(nèi)排氣壓力823DCHGPTBBA4、發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程ACE -排氣過(guò)程53 -進(jìn)氣過(guò)程EC-排氣過(guò)程EF

9、8CE-活塞推動(dòng)廢氣做功5F835-壓縮空氣對(duì)活塞做功5F835- EF8CE= 5E C 35 換氣正功排氣門(mén)在b點(diǎn)打開(kāi)，排氣所具有的可用能為A8GA（絕熱膨脹）結(jié)論：由上述分析可見(jiàn)，ABDA未被利用。第二章第二章 廢氣能量利用廢氣能量利用 與增壓方式與增壓方式第二節(jié)第二節(jié) 增壓方式增壓方式1、回收利用能量分析分析：ABDA損失主要發(fā)生在排氣門(mén)開(kāi)啟初期，原因是排氣門(mén)前后壓差大、流速高、壓力波和氣流速度被大容積吸收提高了溫度，損失了做功能力。減小損失的措施：減小損失的措施：降低排氣門(mén)前后壓差，保持氣體壓力波和速度，具體措施是減小排氣系統(tǒng)的容積。等壓系統(tǒng)脈沖系統(tǒng) 減小排氣系統(tǒng)容積的作用：減小排氣

10、系統(tǒng)容積的作用：排氣過(guò)程中，排氣系統(tǒng)很快充滿(mǎn)提高壓力，形成背壓，減小排氣門(mén)前后的壓差形成較大壓力波，保存了壓力能。 問(wèn)題：壓力波在問(wèn)題：壓力波在各缸排氣之間互相干擾，高壓波經(jīng)過(guò)某缸排氣管時(shí)會(huì)使該缸排氣背壓過(guò)高，影響排氣。 解決問(wèn)題：解決問(wèn)題：排氣管分組，保證互不干擾，壓力波連續(xù)第二章第二章 廢氣能量利用與增壓方式廢氣能量利用與增壓方式2、脈沖增壓系統(tǒng)、脈沖增壓系統(tǒng)由于排氣門(mén)從開(kāi)到關(guān)約經(jīng)過(guò)240度曲軸轉(zhuǎn)角，走同一跟排氣管的氣缸的發(fā)火間隔應(yīng)等于或略大于單缸排氣持續(xù)角。典型的脈沖增壓系統(tǒng)（如圖）脈沖系統(tǒng)可更有效利用排氣能量。脈沖渦輪和等壓渦輪的區(qū)別：雙/單流道缺點(diǎn)是渦輪進(jìn)口壓力不穩(wěn)定，降低了渦輪絕熱效率脈沖系統(tǒng)第二章第二章 廢氣能量利用廢氣能量利用與增壓方式與增壓方式3、定壓系統(tǒng)與脈沖系統(tǒng)的比較、定壓系統(tǒng)與脈沖系統(tǒng)的比較 第二章第二章 廢氣能量利用與增壓方式廢氣能量利用與增壓方式增壓系統(tǒng)廢氣能量利用率渦輪效率匹配情、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度適合的增壓壓力脈沖高低加速性、低轉(zhuǎn)速好、掃氣好 更復(fù)雜低定壓低高較差較簡(jiǎn)單高要根據(jù)具體情況選用增壓系統(tǒng)。4、評(píng)價(jià)增壓系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)增壓系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)脈沖渦輪的效率降低率 由于渦輪進(jìn)口參數(shù)變動(dòng)，經(jīng)常處于非設(shè)計(jì)工況點(diǎn)工作，渦輪效率下降，用脈沖渦輪效率