發(fā)動(dòng)機(jī)排氣能量的利用ppt課件.ppt

1、渦輪增壓技術(shù),1,第五章發(fā)動(dòng)機(jī)排氣能量的利用,柴油機(jī)熱力循環(huán)分析,2,-(1),柴油機(jī)理論示功圖,柴油機(jī)實(shí)際示功圖,3,-柴油機(jī)的實(shí)際示功圖,柴油機(jī)熱力循環(huán)分析,線段0-1為進(jìn)氣過程； 線段1-2為壓縮過程； 線段2-3-4為燃燒過程； 線段4-5為膨脹過程； 線段5-0為排氣過程。,4,-柴油機(jī)的理論示功圖,柴油機(jī)熱力循環(huán)分析,線段0-1為定壓進(jìn)氣過程； 線段1-2為絕熱的壓縮過程； 線段2-3為定容的燃燒過程； 線段3-4為定壓燃燒過程； 線段4-5為絕熱膨脹過程； 線段5-1為定容排氣過程； 線段1-0為定壓排氣過程。,5,混合加熱循環(huán)的 p-v 圖與 T-s 圖,-柴油機(jī)的理想熱力循環(huán)

2、,柴油機(jī)熱力循環(huán)分析,6,-增壓和非增壓比較,柴油機(jī)熱力循環(huán)分析,7,柴油機(jī)熱力循環(huán)分析,8,-四沖程增壓柴油機(jī)理論示功圖,柴油機(jī)熱力循環(huán)分析,9,-脈沖能量的利用,柴油機(jī)熱力循環(huán)分析,發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣能量，在脈沖增壓系統(tǒng)中的利用，主要著眼于回收EL部分的能量，不致使EL完全變成節(jié)流損失。,脈沖增壓排氣管內(nèi)的壓力波動(dòng),10,-能量損失,柴油機(jī)熱力循環(huán)分析,排氣門前排氣具有的能量在流經(jīng)排氣門、氣缸蓋排氣道、排氣歧管、排氣總管，最后到達(dá)渦輪前，存在著一系列的損失，總能量損失包括如下幾個(gè)方面：1 ) 流經(jīng)排氣門處的節(jié)流損失;2 ) 流經(jīng)各種縮口處的節(jié)流損失；3 ) 管道面積突擴(kuò)時(shí)的流動(dòng)損失；4 ) 不同

3、參數(shù)氣流滲混和撞擊形成的損失；5 ) 由于氣體的粘性而形成的靡擦損失：6 ) 氣流向外界散熱所形成的能量損失。,11,-脈沖流量系數(shù)的確定,柴油機(jī)熱力循環(huán)分析,渦輪端在脈沖進(jìn)氣狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的流量與定常流動(dòng)不同。 在脈沖壓力波的情況下，流經(jīng)渦輪的流量Mp始終小于定壓情況下，流經(jīng)渦輪的流量Ms。 兩者流量比稱為流量脈沖系數(shù)。 上述結(jié)論，在脈沖進(jìn)氣時(shí)，欲得到與定壓流動(dòng)相同的流量，必須采用較大的流通截面積。,12,-脈沖能量系數(shù)的確定,柴油機(jī)熱力循環(huán)分析,渦輪端在脈沖進(jìn)氣狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣能量與定常流動(dòng)不同。 脈沖波的廢氣能量大于等壓波的廢氣能量。 兩者之比稱為能量脈沖系數(shù)。,13,-提高廢氣

4、最大可用能和能量傳遞效率途徑,柴油機(jī)熱力循環(huán)分析,1）應(yīng)使排氣門的通流面積盡可能大； 2）應(yīng)力求管道光順、沒有縮口； 3）排氣總管內(nèi)徑做的與歧管內(nèi)徑一樣大，以避免突擴(kuò)損失； 4）使用順著氣流的斜向接頭，以避免撞擊損失； 5）力求管壁光滑，減少摩擦； 6）排氣管使用絕熱材料包裹以隔熱。,脈沖渦輪增壓與等壓增壓,14,從排氣可用能量的利用方式來看，增壓系統(tǒng)可以分為脈沖(變壓)增壓與等壓(定壓)增壓兩種基本方式。 所謂脈沖增壓系統(tǒng)，就是利用了排氣的脈沖能量，如果要利用排氣脈沖能量，一般要求排氣管容積要小，直徑要細(xì)，并將排氣管制成分歧形式，保持排氣中的壓力波動(dòng)，而且渦輪渦殼一般為雙通道。 而等壓系統(tǒng)與

5、之相反，排氣管容積一般較大，直徑較粗，盡量消除排氣脈動(dòng)，渦輪前排氣管內(nèi)的壓力基本是恒定的，渦輪殼一般為單通道。,-(1),脈沖渦輪增壓與等壓增壓,15,等壓增壓示意圖,-(2),脈沖渦輪增壓與等壓增壓,16,脈沖增壓示意圖,-(3),脈沖渦輪增壓與等壓增壓,17,脈沖增壓的優(yōu)點(diǎn)： 排氣能量利用系數(shù)高，低工況性能好。 加速性能好，因?yàn)榕艢夤苋莘e小，渦輪增壓器轉(zhuǎn)速上升快。 缺點(diǎn)： u1/cad值在一個(gè)排氣脈沖內(nèi)不斷變化，因此渦輪效率較低；加之渦輪葉輪沿圓周方向又是部分進(jìn)氣，促使渦輪效率進(jìn)一步降低。,-(4),脈沖渦輪增壓與等壓增壓,18,等壓增壓的優(yōu)點(diǎn)： 渦輪全進(jìn)氣，壓力波動(dòng)小，渦輪效率高。 排氣

6、管結(jié)構(gòu)簡單。 缺點(diǎn)： 加速性差，低負(fù)荷性能差。,-(5),脈沖渦輪增壓與等壓增壓,19,如果僅從廢氣能量利用的觀點(diǎn)出發(fā)，在壓比達(dá)到2.5以后，應(yīng)用脈沖系統(tǒng)就沒有多大好處。但是要考慮到高增壓發(fā)動(dòng)機(jī)在部分負(fù)荷以及車用發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)廢氣能量的利用，脈沖增壓系統(tǒng)對(duì)改善車用發(fā)動(dòng)機(jī)的低速扭矩特性是有利的。,-(6),脈沖收益系數(shù),脈沖能量利用系數(shù),脈沖渦輪效率,等壓渦輪效率,脈沖渦輪增壓與等壓增壓,20,在低增壓時(shí)，且氣缸數(shù)又是3的倍數(shù)時(shí)，采用脈沖系統(tǒng)肯定是有利的。 至于高增壓采用何種系統(tǒng)為宜，要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的具體情況，例如用途，氣缸數(shù)目等綜合考慮。 對(duì)于車用發(fā)動(dòng)機(jī)，優(yōu)先采用脈沖增壓，可改善發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩特

7、性，發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性。,-(7),渦輪的熱力計(jì)算,21,渦輪熱力計(jì)算的目的是，為了合理地確定渦輪通流部分的幾何尺寸和各通流元件進(jìn)出口的氣流參數(shù)，使渦輪達(dá)到給定的輸出功率時(shí)獲得較高的效率。 目前車用渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓系統(tǒng)有兩種基本的型式：等壓增壓系統(tǒng)和脈沖增壓系統(tǒng)。在這兩種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，壓氣機(jī)的計(jì)算是相同的，但是渦輪的計(jì)算有所不同。,渦輪的熱力計(jì)算,22,渦輪前燃?xì)馄骄鶞囟萒T的確定:,-等壓系統(tǒng)參數(shù)的確定(1),可以根據(jù)能量平衡進(jìn)行計(jì)算： 進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的能量有：1)燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量。2)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸增壓空氣的熱量。 發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的能量有：1)發(fā)動(dòng)機(jī)的指示功。,2)傳給冷卻水的熱量。 3)廢氣

8、帶走的熱量。 按照進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的能量和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的能量相等，列出方程式，可以求出渦輪前的排氣溫度。但由于冷卻水帶走的熱量不容易精確估計(jì)，所以渦輪前排氣溫度也難以計(jì)算精確。,渦輪的熱力計(jì)算,23,-等壓系統(tǒng)參數(shù)的確定(2),可以通過參考相似發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度TT與總過量空氣系數(shù)和增壓后空氣溫度Tc的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)做參考，對(duì)TT進(jìn)行取值。 在 “增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配”中，將講述排氣溫度TT的理論計(jì)算。,渦輪的熱力計(jì)算,24,-等壓系統(tǒng)參數(shù)的確定(3),渦輪前燃?xì)獾膲毫T，可由渦輪增壓器的渦輪和壓氣機(jī)功率平衡求得。 如果T0，TT，Tc等參數(shù)為已知，所需增壓壓力pc也已經(jīng)確定，則渦輪前壓力pT可以求得。,渦輪

9、的熱力計(jì)算,25,-脈沖系統(tǒng)參數(shù)的確定(1),在進(jìn)行脈沖系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮其主要特點(diǎn)：1)渦輪前的壓力和溫度隨時(shí)間做周期性的大幅變化，由于時(shí)間周期較短，同時(shí)由于增壓器的慣性，渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速可以認(rèn)為是不變的。其結(jié)果是渦輪在每瞬時(shí)都以不同的u1/cad工作，導(dǎo)致渦輪效率下降。2)隨著渦輪前壓力和溫度的不斷變化，瞬時(shí)的渦輪效率和通流能力都是不斷變化的。渦輪在脈沖條件下進(jìn)氣，所通過的流量要比以脈沖壓力的時(shí)間平均值作穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí)的所通過的流量小。 因此，在確定脈沖渦輪設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，不能和等壓系統(tǒng)一樣用排氣壓力、溫度、流量的時(shí)間平均值做設(shè)計(jì)參數(shù)。,渦輪的熱力計(jì)算,26,-脈沖系統(tǒng)參數(shù)的確定(2),焓降脈沖修正系數(shù)KH，表示脈沖渦輪計(jì)算焓降與可用平均焓降之比。 流量脈沖修正系數(shù)KM，表示脈沖渦輪計(jì)算流量與通過渦輪的時(shí)間平均流量之比。 效率脈沖修正系數(shù)K，表示脈沖渦輪效率與其對(duì)應(yīng)的等壓增壓系統(tǒng)中渦輪的有效效率之比。,常用的脈沖渦輪設(shè)計(jì)參數(shù)的確定方法，是采用三個(gè)修正系數(shù)，按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來估算脈沖波的影響。,渦輪的熱力計(jì)算,27,-脈沖系統(tǒng)參數(shù)的確定(3),KH，KM主要與增壓壓力以及每根排氣管所接氣缸數(shù)目有關(guān)。,渦輪的熱力計(jì)算,28,-脈