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车用柴油机废气涡轮增压
第 13章 车用柴油机废气涡轮增压 13.1 废气涡轮增压的--I:要型式及增压器选型 13.1.1 废气涡轮增压系统的分类 现代柴油机排气带走的热量约占燃料总发热量的 1/3,采用废气涡轮增压(简称涡轮增压)可 以回收一部分废气能量,通常按废气能量的利用情况,可以将涡轮增压分为脉冲增压和定压增压两 种基本型式。 13.1.1.1 定压增压系统 定压增压系统是将发动机各个气缸的排 气都汇集到一个容积足够大的排气管中,而 排气管的一端则安装着涡轮增压器,如图 13-1 所示。传给涡轮的排气压力 Pr 是常数, 若其压力有变化,也非常微小。 图[3—2为涡轮增压四行程柴油机的理 论示功图,从图中可以看出,废气能量£是 Z1和 E7 两部分组成。El 是由排气压力几膨 胀到涡轮进口压力 Pr时的膨胀功,以面积 abca 表示;E2 是废气在涡轮中由压力 Pr 膨 胀到大气压力几时的膨胀功,以面积 e’f’ige’ 表示,其小包括气缸扫气功(面积igkzi)和活 塞排出废气所做的功(面积 igkli)。通常把 E1 称为脉冲可用能,E2 称为定压可用能。 在定压系统中,排气管中的压力基本不 变,由于排气管容积较大,当排气门刚打开 时,气缸压力高于排气管中气体压力,当气缸 压力达到排气管中气体压力之前,气体流经 排气门时产生强烈节流,造成能量损失,而在 管内气体流速突然降低时,较大的动能由于分子间的 撞击、摩擦及形成的涡流而造成很大能量 损失。而这些能量损失转换成热量,使气体加热,在示功图中以△V 表示,即面积 ee’f’fe。它就 是所损失能量的回收部分,可在脉冲增压系统中加以利用。因此,定压增压系统只能利用排气 能量的 E2 部分。 13.1.1.2 脉冲增压系统 -352- 脉冲增压系统又称变压增压系统。它是把排气管道设计成细而短的形式,尽量减少其管道容积, 使压力脉冲和动能损失最少。为了防止相邻气缸的排气干扰,做成分歧式排气管,如图 13-3所示。 这样当排气门打开时,气体很快排入排气管中,使管内气体压力迅速升高,减少/节流损失和摩擦、 撞击损失,同时排气的动能仍可在涡轮中得到利用。因此,它除了利用排气能量的 E2 部分外,还利 用了 El 的一部分,为 40%一 50%,它所能增加的能量,可用脉冲能量利用系数 KF 表示: 式中 k——能量 E1,的利用系数。 图13—4 给出了当6为 0.5 时,增压比π c(见第13.1.3.2 节)与脉冲能量利用系数 kE 的变 化关系。从图中可以看出,脉冲能量利用系统 Af 随 增压比 o(升高而降低,当 v(≤2 时,采用脉冲增压 系统效果最好,当πc2.5 时,采用脉冲增压系统 的效果就不明显了。因此,从排气能量利用的观点 出发,通常把,r=2.5 作为脉冲增压和定压增压的 分界线。 但是对高增压柴油机在部分负荷时,脉冲增 压系统仍具有能量利用率高、发动机响应性好的优 点,这是汽车发动机所希望的。当然在低增压的发 动机上采用脉冲增压系统更是有益的。 13.1.1.3 定压与脉冲增压系统的选择 由于定压增压系统和脉冲增压系统各有优缺点(见表 13-1),选择哪种增压系统,要根据增压 发动机的具体情况具体分析来选择。 对于使用工况变化频繁的汽车发动机而言,要优先考虑采用脉冲增压系统。因为在低速低负荷 时能较好地利用排气的脉冲波来改善扫气。 13.1.2 废气增压器的基本结构 现以 Cummins 的公司所属 H2A 型涡轮增压器为例,说明各零件的名称, -533- 见图 13-5 表 13-1 脉冲增压与定压增压比较
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