第四章_内燃机的换气过程.pptVIP

1.流量范围的选择 每个型号的涡轮增压器都有其合适的使用流量范围，它通常是指从喘振线至某一效率等值线(例如ηb=0.7)或堵塞线所包括的区域。图4-28所示是两种型号的增压器的运行范围示意图，型号Ⅰ的增压器流量特性比型号Ⅱ的小，内燃机的运行线为AB。当内燃机与型号Ⅱ的增压器配合时，联合运行线AB穿过压气机的喘振线，说明该增压器对于所匹配的内燃机而言流量偏大。当与型号Ⅰ匹配时，运行线远离喘振线而位于压气机低效率区，因此无论选择哪一个增压器与内燃机联合运行，都需要进行进一步的调整与匹配。 2.联合运行线的调整 调整涡轮增压器的某些结构参数，如增大涡轮喷嘴环出口截面积等，将内燃机的联合运行线向右移动，使其离开喘振线而进入正常的工作区域。 3.喘振线位置的调整 因为喘振主要是由叶片扩压器引起的，所以改变叶片扩压器的结构参数就可以达到移动喘振线的目的，如改变扩压器的进口角、喉口面积等。实践证明，叶片扩压器喉口面积直接影响压气机的喘振，可以采用改变叶片扩压器喉口面积的办法来控制喘振线的左右移动。还可以通过改变涡轮喷嘴环的出口流通面积、改变运行线的方法适应压气机的特性曲线。 4.压气机堵塞的控制 压气机堵塞现象的产生，是源于在某个流通截面上，气体流动速度达到了声速而导致流量不再增加。试验表明，临界截面一般出现在叶片扩压器的进口喉部附近，但当叶轮进口喉部面积过小时，也可能造成在叶轮喉口附近发生堵塞。因此，适当增大叶片扩压器喉口面积和叶轮喉口面积，可以提高压气机的堵塞流量，从而扩大压气机工作的流量范围。 5.涡轮增压器超速和增压压力的调整 涡轮增压器在运行过程中可能会出现超速现象，即增压内燃机的功率尚未达到额定值时，增压器转速已经达到了允许的最大值，若继续增加发动机功率，增压器将处于超速状态，这是不允许的。采用增大涡轮喷嘴面积的方法，减小涡轮前的排气能量，可克服增压器的超速问题。 (三) 内燃机的增压改造 1.压缩比与过量空气系数2.供油系统3.配气相位4.进排气系统5.增压空气的冷却 1.压缩比与过量空气系数 为了降低最高燃烧压力，增压内燃机应适当降低压缩比。增压度越高，压缩比降低幅度越大，但过高的降幅会恶化内燃机的经济性能，且会造成冷起动困难。对于汽油机而言，增压容易诱发爆燃，故降低压缩比是比较普遍的选择。 2.供油系统 为了适应增压后功率增大的要求，需要增加每循环的供油量。对于增压柴油机而言，为了使供油持续期近似不变，常采用以下方法：增大柱塞直径，增加供油速率，提高喷油压力，加大喷孔直径等，这些措施也保证了燃油喷射油束在空气密度提高的情况下有足够的贯穿距离。 3.配气相位 利用增压压力比排气压力高的有利条件，合理地加大气门叠开角，以加强燃烧室扫气，从而降低缸内受热零件的热负荷。试验表明，气门叠开角每增加10°(CA)，活塞平均温度降低4℃。增大气门叠开角除降低受热零件的热负荷以外，还有利于缸内废气的扫除和进气终点温度的降低，使充量系数增大。此外，一定量的扫气降低了排气温度，改善了涡轮的工作条件。 4.进排气系统 进排气系统的设计要与增压系统的要求相一致。如脉冲系统，为了使各缸的排气不至于互相干扰，要求同一排气支管内所连各缸内的排气不能重叠或尽可能地减小重叠。如发火次序为1-5-3-6-2-4的6缸机，可以采用缸1、2、3和缸4、5、6各连一根排气管，每一根管内相邻两缸间的工作夹角为240°(CA)，与排气脉冲波的持续时间大致相同，排气干扰不大。 3.发动机增压技术的优势与代价 优势 1) 增压器的质量与尺寸相对发动机而言都很小，增压可以使发动机在总质量和体积基本不变的条件下，输出功率得到大幅度的提高，升功率、比质量功率和比体积功率都有较大增加，因而可以降低单位功率的造价，提高材料的利用率，对于大型柴油机而言，经济效益更加突出。2) 与自然吸气内燃机相比，排气可以在涡轮中得到进一步膨胀，因而排气噪声有所降低。3) 内燃机增压后有利于高原稀薄空气条件下恢复功率，使之达到或接近平原性能。4) 柴油机增压后，缸内温度和压力水平提高，可以使滞燃期缩短，有利于降低压力升高率和燃烧噪声。5) 增压柴油机一般采用较大的过量空气系数，HC、CO和碳烟排放降低。6) 技术适用性广，适用于从低速到高速的二冲程和四冲程的各种缸径的发动机。 3.发动机增压技术的优势与代价 代价 1) 增压后缸内工作压力和温度明显提高，机械负荷及热负荷加大，内燃机的可靠性和耐久性受到考验。2) 低速时由于排气能量不足，可能会使发动机的低速转矩受到一定影响，对工程机械和车用造成不利影响。3) 由于在涡轮增压器中，从排气能量的变化到新的进气压力的建立需要一定的时间，所以内燃机的加速响应性能较自然吸气机型差。4) 增压发动机性能的进一步优化，受到增压器及中冷器的