《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 第八章车用发动机的废气涡轮增压概述 提高发动机单机功率的方法,根据 Pe In 10-[kw] 30r 改变发动机结构参数一缸数i,缸径D,冲程S,冲程数τ 2提高转速n及活塞平均运行速度cm 3提高平均有效压力p 增压→yk↑→P2↑→N2↑ 其中yk一充量密度 增压系统的分类 根据驱动增压器的能源不同,分为三类。 K一压气机,T一废气涡轮机 (一)机械增压系统 用于小功率发动机。由发动机曲轴直接驱动,Pk≤016~017[Mpa] 但pk↑→消耗有效功率个 若消耗的有效功率>10%N1→N2心,g2个个 进气排气进气排气进气排气 化油器 K 中冷器 化油器 内燃机 柴油机 汽油机 汽油机 2 3 机械增压 废气涡轮增压 (二)废气涡轮增压系统 1广泛应用于柴油机。最大pa-k>6Pe,N=35-~3500[kw] 2缺点: (1)由于增压器在前,则必须应用汽油喷射系统或压力式化油器。 (2)通常化油器不能感受由于增压压力变化而引起的空气密度的变化。因此
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 ― 85 ― 第八章 车用发动机的废气涡轮增压概述 提高发动机单机功率的方法，根据 N p V i n e e h = − 30 10 3 [ kw ] 1 改变发动机结构参数 — 缸数 i，缸径 D，冲程 S, 冲程数 2 提高转速 n 及活塞平均运行速度 cm 3 提高平均有效压力 pe 增压 → k → pe → Ne 其中 k — 充量密度。 一 增压系统的分类 根据驱动增压器的能源不同, 分为三类。 K — 压气机， T — 废气涡轮机。 （一） 机械增压系统 用于小功率发动机。由发动机曲轴直接驱动， pk 0.16 ~ 0.17 [ Mpa ]。 但 pk → 消耗有效功率 若消耗的有效功率 > 10% Ni → Ne , ge 。 （二） 废气涡轮增压系统 1 广泛应用于柴油机。最大 pe−k 6 pe , Ne = 35～3500 [ kw ]。 2 缺点： （1） 由于增压器在前, 则必须应用汽油喷射系统或压力式化油器。 （2） 通常化油器不能感受由于增压压力变化而引起的空气密度的变化。因此
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 不能保证提供具有合适混合比的混合气。 (3)由于节气门关闭时限制了增压器排气,容易导致增压器喘振 3缺点: (1)化油器与发动机之间隔了一个增压器。因此化油器对发动机工况变化反 应不敏感。 (2)混合气运行长,燃料易在增压器中沉积 (三)复合增压系统 进气排气进气排气 进气排气 I级 中冷器 K T K T K Ⅱ级 中冷器 内燃机 内燃机 K 串联 并联 其中K1,K3一废气涡轮压气机 柴油机 K2一机械压气机 T,T3-废气涡轮机 二级增压系统 复合增压系统→yk1↑→p2个个→N个1。 特性参数 (一)增压比丌, k 由公式 I·n 10[kw] 30· 因为Th sn →)n=
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 ― 86 ― 不能保证提供具有合适混合比的混合气。 （3） 由于节气门关闭时限制了增压器排气, 容易导致增压器喘振。 3 缺点： （1） 化油器与发动机之间隔了一个增压器。因此, 化油器对发动机工况变化反 应不敏感。 （2） 混合气运行长, 燃料易在增压器中沉积。 （三） 复合增压系统 复合增压系统 → k → pe → Ne 。 二 特性参数 （一） 增压比 k 由公式 N p V i n e e h = − 30 10 3 [ kw ] 因为 V D s h = 4 2 C sn n C s m m = → = 30 30
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 代入上式 C iD 而平均有效压力 7 7m7,P0 代入上式,得未增压时发动机功率的分析式 D 7m7 增压后空气密度由未增压时的大气密度Po变为增压后的密度 pk Pk RT 代入上式,得到增压后的发动机功率分析式 In2, ni P many N P k 增压空气在增压器中压缩是按多变过程进行的。 增压前一p0,P0,10,Vo 增压后一Pk,Pk,Tk,vk P o po 假定多变指数n=)mDk=4时,才Pk=2P0压力增长很多而密度增 P 大不多。这主要是因为增压后温度会升高的缘故,若增压后温度不变,则p与p 成线性关系。 pk R po R。则 Pk To pk TkP 10p po 若在整个增压过程中,T下降或保持为某一常数,则 10=008,k=Ck。此时2k与Dk成正比 Po pc
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 ― 87 ― 代入上式 N i D p C e e m = 4 2 而平均有效压力 p h L e u i = m v 0 0 代入上式, 得未增压时发动机功率的分析式 N i D h L e C u i = m v m 4 2 1 0 0 增压后, 空气密度由未增压时的大气密度 0 变为增压后的密度 k k k p RT = 代入上式, 得到增压后的发动机功率分析式 N i R D h L p T e k C u i m v k k − = m 4 1 2 0 N p T e k k k − 增压空气在增压器中压缩是按多变过程进行的。 增压前 — 0 0 0 0 , p , T , v 增压后 — k pk Tk k , , , v p p v v k k n 0 0 = k k p n 0 p0 1 = 假定多变指数 n = 2, 则 p p k 0 = 4 时, 才 pk = 2 0 。压力增长很多而密度增 大不多。这主要是因为增压后温度会升高的缘故, 若增压后温度不变, 则与 p 成线性关系。 p T R k k k = ， p T R 0 0 0 = 。 则 k k T k T p 0 p 0 0 = 若在整个增压过程中, Tk 下降或保持为某一常数, 则 T Tk 0 = const， k k C p p = 0 。 此时 k 0 与 p p k 0 成正比
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 增压比n,_Pk 低增压一丌k≤1.4 中增压一丌=1.4~2.0 高增压一丌4≥2.0 通常,为了不使T过高,在增压器与发动机之间设置一个中冷器,对增压 后的空气进行冷却,称为中间冷却。 在丌k≥2的高增压时,必须有中冷装置,否则,T太高,影响增压效果 使Ne,并导致零件热负荷过高。但在丌k≤20的中、低增加时,没有必要设 置中冷装置。 (二)增压度φ 由图中可见,有中冷比无中冷时的p增加很多 为了说明发动机在采用增压后使功率 提高的程度,引用增压度的概念 pk const N NN q N 发动机增压后增长的功率与增压前的 有中冷 功率之比。 现四冲程增压柴油机高的增压度已 无中冷 达q=30以上 车用:φ=10~60%,普遍φ=20~30% 限制增压度提高的主要原因是机械负荷的 问题。 ↑→Pm个个→零件机械负荷↑→寿命。 Po 增压比兀↑→增压度Q↑
《发动机原理》 长安大学汽车学院曹建明 ― 88 ― 增压比 — k pk p = 0 低增压 — k 1.4 中增压 — k = 1.4～2.0 高增压 — k 2.0 通常, 为了不使 Tk 过高, 在增压器与发动机之间设置一个中冷器, 对增压 后的空气进行冷却, 称为中间冷却。 在 k 2 的高增压时, 必须有中冷装置, 否则, Tk 太高, 影响增压效果, 使 Ne, 并导致零件热负荷过高。但在 k 2.0 的中、低增加时, 没有必要设 置中冷装置。 （二） 增压度 由图中可见, 有中冷比无中冷时的 k 增加很多。 为了说明发动机在采用增压后使功率 提高的程度, 引用增压度的概念 = − = − N − N − N N N e k e e e k e 1 发动机增压后增长的功率与增压前的 功率之比。 现四冲程增压柴油机, 高的增压度已 达 = 3.0 以上。 车用：= 10～60%，普遍 = 20～30%。 限制增压度提高的主要原因是机械负荷的 问题。 → pmax → 零件机械负荷 → 寿命。 增压比 k → 增压度