第十章內(nèi)燃機(jī)的增壓講述介紹.ppt

1、工程機(jī)械的發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)，第10章內(nèi)燃機(jī)的增壓，第1節(jié)增壓的基本概念增壓是利用專用的裝置(增壓機(jī))在進(jìn)氣中采用強(qiáng)制的方法，將新鮮空氣送入汽缸，其進(jìn)氣量大于自然進(jìn)氣的進(jìn)氣量，其平均有效壓力的數(shù)值可以大幅提高。 內(nèi)燃機(jī)增壓后，其功率提升的程度稱為增壓度。 內(nèi)燃機(jī)增壓后進(jìn)入汽缸的氣壓與大氣壓之比稱為增壓比。 用增壓的方法提高內(nèi)燃機(jī)的電力指標(biāo)也有限度，主要受機(jī)械負(fù)荷、熱負(fù)荷、制造增壓器的耐熱材料的允許溫度的限制。 增壓的方式主要有機(jī)械增壓、渦輪增壓和氣波增壓3種，雖然各自的結(jié)構(gòu)工作原理不同，但能起到增加進(jìn)氣壓的作用。 第一個增壓器是機(jī)械增壓，發(fā)明后稱為超級增壓器，渦輪增壓器在發(fā)明后為了將兩者區(qū)分開稱為超級

2、增壓器，機(jī)械增壓稱為機(jī)械超級增壓器第二節(jié)機(jī)械增壓由機(jī)械增壓器產(chǎn)生壓力，達(dá)到增壓效果，低速增壓效果好，機(jī)構(gòu)緊湊，但驅(qū)動增壓器需要發(fā)動機(jī)功率，燃耗稍高。 機(jī)械增壓器壓縮機(jī)的驅(qū)動力來自發(fā)動機(jī)曲軸，一般用皮帶連接曲軸皮帶輪，間接驅(qū)動增壓器驅(qū)動曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)的扭力，達(dá)到增壓目的。 根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，機(jī)械增壓出現(xiàn)了很多種類，包括葉片(Vane )、根(Roots )、Wankle等型號，根增壓器有雙葉和三葉轉(zhuǎn)子兩種型號，雙葉轉(zhuǎn)子很普遍， 其結(jié)構(gòu)是在橢圓形的殼體裝有兩個繭的轉(zhuǎn)子軸的皮帶輪上安裝有電磁離合器，不需要增壓時，釋放離合器停止增壓，離合器由計(jì)算機(jī)控制，從而節(jié)省燃料。 機(jī)械增壓的特征是，不僅在低轉(zhuǎn)速下能夠得到

3、增壓，而且增壓的動力輸出也與曲軸轉(zhuǎn)速成正比，即機(jī)械增壓發(fā)動機(jī)的加速反應(yīng)隨著轉(zhuǎn)速的上升，動力輸出增強(qiáng)，因此機(jī)械增壓發(fā)動機(jī)的操作感覺與自然氣極為相似，但是由于具有大的馬力和扭矩第三節(jié)渦輪增壓渦輪增壓的原理是，利用發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時排出的廢氣，利用廢氣使渦輪增壓器的排氣側(cè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，排氣側(cè)轉(zhuǎn)子和進(jìn)氣側(cè)轉(zhuǎn)子為同軸異室，當(dāng)排氣側(cè)轉(zhuǎn)子達(dá)到一定旋轉(zhuǎn)速度時，驅(qū)動相反側(cè)的壓縮機(jī)在1臺發(fā)動機(jī)上安裝渦輪增壓器，與沒有安裝增壓器的情況相比，最大電力可以增加40%以上。 這意味著同一臺發(fā)動機(jī)經(jīng)過增壓可以產(chǎn)生更大的電力。 我們最常見的1.8T渦輪增壓發(fā)動機(jī)，增壓后，動力達(dá)到2.4L發(fā)動機(jī)的水平，但燃油效率不比1.8發(fā)動機(jī)高，另一

4、個水平是燃油效率的提高和尾氣的減少。 渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理，渦輪增壓器由離心式壓縮機(jī)、流出式渦輪和中間體三部分組成。 增壓器軸5經(jīng)由兩個浮動軸承9支承在中間體14內(nèi)。 中間體內(nèi)有潤滑冷卻軸承的油路、防止?jié)櫥托孤┑綁嚎s機(jī)和渦輪機(jī)的密封裝置等。 離心式壓縮機(jī)由吸氣道6、壓縮機(jī)葉片、車輪3、無葉片式擴(kuò)散管2及壓縮機(jī)渦旋件1等構(gòu)成。當(dāng)壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)時，空氣通過進(jìn)氣道進(jìn)入壓縮機(jī)的葉輪，沿著通過離心分離而在壓縮機(jī)的葉片1之間形成的流路，從葉輪的中心流向葉輪的周邊。 空氣從旋轉(zhuǎn)的葉輪獲得能量，使流速、壓力、溫度大幅提高后，進(jìn)入葉片式擴(kuò)散管3。 擴(kuò)散管是漸增流路，空氣流過擴(kuò)散管時減速增壓，溫度也上升。 在

5、擴(kuò)散管中，空氣所具有的動能的大部分轉(zhuǎn)換為壓力能。 擴(kuò)散管分為葉片式和無葉片式兩種，右圖為葉片式，無葉片擴(kuò)散管是由渦旋件和中間體側(cè)壁形成的環(huán)狀空間，如圖7-11所示。 其結(jié)構(gòu)簡單，外殼變化對壓縮機(jī)效率影響小，適用于車用增壓器。 葉片式擴(kuò)散管的優(yōu)點(diǎn)是擴(kuò)散比大，壓縮機(jī)效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，殼體變化對壓縮機(jī)效率有很大影響。 渦旋的作用是收集從擴(kuò)散管流出的空氣，導(dǎo)入壓縮機(jī)出口，空氣在渦旋中繼續(xù)減速增壓，完成從動能轉(zhuǎn)換為壓力能的過程。 壓縮機(jī)葉輪是用鋁合金精密鑄造的，渦輪也是用鋁合金鑄造的。 2、流出式渦輪、渦輪作用是將發(fā)動機(jī)排氣的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械功。 流出式渦輪由渦輪、噴嘴、葉輪、排氣路等構(gòu)成。 發(fā)動機(jī)排氣

6、經(jīng)由渦旋件被導(dǎo)向葉片噴嘴3。 噴嘴是由相鄰葉片間構(gòu)成的縮徑流路。 排氣流通過噴嘴時，將降壓、降溫、增速、膨脹、排氣的壓力能量轉(zhuǎn)換為動能。 從噴嘴高速流出的廢氣與葉輪1碰撞，在葉輪2形成的流路中繼續(xù)膨脹工作，推進(jìn)葉輪的高速旋轉(zhuǎn)。 渦輪機(jī)的噴嘴也有葉片式和無葉片式。 現(xiàn)代流出式渦輪多采用無葉式噴嘴。 此時，渦輪機(jī)的渦輪除了具有使廢氣以一定角度進(jìn)入渦輪機(jī)葉輪的功能之外，還具有將廢氣的壓力能和熱能部分轉(zhuǎn)換為動能的作用。 渦輪葉輪的工作溫度為900CA左右，大的離心慣性力作用較多，因此使用鎳系耐熱合金鋼或陶瓷材料制造。 陶瓷材料的重量減輕了2/3，渦輪增壓加速延遲的問題可以大大改善，但耐熱沖擊性能差。

7、噴嘴葉片由耐熱和耐腐蝕性的合金鋼鑄造或機(jī)械加工成形。渦管應(yīng)用耐熱合金鑄鐵鑄造，內(nèi)表面清潔。3、轉(zhuǎn)子渦輪葉輪、壓縮機(jī)葉輪和密封套等部件安裝在增壓器軸上，構(gòu)成增壓器轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)速高達(dá)10萬20萬轉(zhuǎn)/分，必須經(jīng)過動平衡檢測、調(diào)整。 增壓器軸一般使用韌性好、強(qiáng)度高的合金鋼40Cr或18CrNiWA制造。 4、增壓軸承用發(fā)動機(jī)增壓軸承采用浮動軸承，實(shí)際上是嵌入軸中的圓環(huán)，圓環(huán)與軸以及圓環(huán)與軸承臺之間存在間隙，形成雙重油膜，圓環(huán)懸浮在軸與軸承臺之間。 增壓器啟動后，圓環(huán)在軸和外殼之間緩慢旋轉(zhuǎn)。 增壓器工作時產(chǎn)生的推力由設(shè)置在壓縮機(jī)側(cè)的推力軸承承受。 三、增壓壓力的調(diào)節(jié)渦輪增壓系統(tǒng)中的排氣旁通閥3由控制膜盒1

8、控制。 控制膜盒內(nèi)的膜片分到左室右室。 右室通過連通管11與壓縮機(jī)出口連通，左室通過大氣，其中的彈簧作用力向右作用，當(dāng)壓縮機(jī)出口壓力大于彈簧作用力時，通過連動桿2強(qiáng)制打開排氣旁通閥，控制增壓壓力不超過限制值。 進(jìn)氣旁通閥在發(fā)動機(jī)低速小負(fù)荷、渦輪增壓器不動作時動作(打開)，向氣缸內(nèi)補(bǔ)充空氣。 渦輪增壓器工作時，壓縮機(jī)出口壓力克服進(jìn)氣旁通閥膜內(nèi)側(cè)的彈簧作用力而關(guān)閉。 現(xiàn)代發(fā)動機(jī)的電子控制單元根據(jù)壓縮機(jī)出口的增壓壓力傳感器的大小控制電磁閥的通電或切斷，開閉排氣旁通閥。 四、渦輪增壓器的潤滑和冷卻，來自發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)主油路的油，通過增壓器中間體的油入口1進(jìn)入增壓器，潤滑和冷卻增壓器軸和軸承，然后通過油

9、出口2返回發(fā)動機(jī)油盤。在增壓軸上安裝油封，一旦損壞，油消耗就會急劇增加，從發(fā)動機(jī)排氣中冒出青煙。 汽油機(jī)的渦輪增壓器由于熱負(fù)荷大，必須在渦輪側(cè)設(shè)置冷卻水套，用軟水管與發(fā)動機(jī)的冷卻系統(tǒng)連通。 排水口3和出水口4都在中間體上。 如果只用機(jī)油和空氣冷卻渦輪增壓器，則在發(fā)動機(jī)以大負(fù)荷或高速運(yùn)轉(zhuǎn)后，立即停止，可能導(dǎo)致軸承溫度過高，機(jī)油燃燒。 渦輪增壓是以超高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承，因此隨之而來的高溫排除和增壓過剩的泄壓很重要。 現(xiàn)在經(jīng)常使用的是導(dǎo)入油潤滑和冷卻軸承，也有水冷式的。 渦輪增壓確實(shí)可以提高發(fā)動機(jī)的動力，但其缺點(diǎn)也不少，其中最顯著的是動力輸出反應(yīng)的延遲。 搭載渦輪增壓器的汽車駕駛的感覺和大排放量的汽車

10、有一定的差異。 另外，經(jīng)過增壓后，由于發(fā)動機(jī)工作時的壓力和溫度大幅上升，因此發(fā)動機(jī)壽命比沒有經(jīng)過相同排氣量的增壓的發(fā)動機(jī)短，機(jī)械性能、潤滑性能也受到影響，渦輪增壓技術(shù)在發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用也受到一定限制。 另一方面，增壓空氣的中冷增壓壓力高時，功率相對于壓力的增加率低。 這是因?yàn)樵鰤汉蟮目諝鉁囟茸兏?，一個發(fā)動機(jī)進(jìn)入氣缸內(nèi)的空氣密度下降，輸出功率下降，第二個原因也會引起發(fā)動機(jī)的爆震。 因此，冷卻增壓的空氣，提高其密度，這是增壓空氣的中間冷卻，有利于提高發(fā)動機(jī)功率，降低燃料費(fèi)，降低發(fā)動機(jī)熱負(fù)荷，減輕發(fā)動機(jī)的爆震傾向。 進(jìn)行中間冷卻的裝置稱為中間冷卻器。 中間冷卻器的冷卻介質(zhì)可以是水也可以是空氣。 二、增壓柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1、降低壓縮比。 一般是12-14。 2 .增大過剩的空氣系數(shù)。 一般比非增壓柴油機(jī)大10%- 30%。 3 .加油系統(tǒng)。 由于燃料供給量的增大，必須增大油噴射泵的柱塞直徑，增大噴射器的噴孔徑和壓力，減小噴射器的提前角。 4 .曲柄連桿機(jī)構(gòu)。 強(qiáng)化結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，強(qiáng)制冷卻活塞，降低熱負(fù)荷。 思考題： 1、增壓度和壓比是什么2 .增壓柴油機(jī)在結(jié)構(gòu)上有什么特點(diǎn)？ 人只要有知